（机械制造及其自动化专业论文）覆盖件模具网络化制造系统的研究.pdf

l ； ； z 覆盖件模具网络化制造系统的研究 摘要 覆盖件模具是汽车制造业重要的工艺装备，如何充分利用现有的模具设计及 制造资源，快速生产出高质量的符合客户需求的模具，是我国覆盖件模具企业面 临的重要问题。组建网络化制造联盟，进行专业化协作生产，是整合行业资源、 发挥企业核心竞争力的有效途径。本文针对我国覆盖件模具企业网络化制造联盟 中存在的主要问题，从产品信息、组织结构、制造资源、业务过程以及项目计划 调度等方面进行了研究。 在网络化制造联盟中必须实现覆盖件模具产品信息的有效组织与共享。本文 以特征为基础，以产品结构( b o m ) 为核心，采用结构分层与覆盖件模具开发阶段 分层相结合的方式描述了覆盖件模具信息，建立了网络化制造系统中的覆盖件模 具产品信息模型。研究了覆盖件及其模具之间、构成覆盖件模具的不同零部件之 间的产品信息约束网络，通过消息机制，实现了覆盖件模具约束网络的传播，以 有效地支持网络化制造联盟中不同协作企业间产品信息的动态共享。 通过组合部门小组( g f o u p ) 、企业工作组( e 1 切m ) 和联盟工作组( a t o m ) ， 建立了满足网络化制造要求的柔性组织结构研究了网络化制造联盟组织结构中 的角色权限配置，建立了冲突角色( c o n f l i c tr o l e ，c r ) 表，解决了角色权限分配 时的责任互斥问题。引入技术岗位作为成员企业不同部门人员的分组标准，大大 降低了人员角色配置的复杂度，并在此基础上进行了人员角色配置。根据联盟组 织结构，建立了个人工作、项目工作和公共工作逻辑空间，用于管理不同层次组 织的信息访问。 将网络化制造联盟中的制造资源分为联盟层、企业层、制造单元层和设备层， 根据制造资源对象的属性和状态，构建了面向覆盖件模具网络化制造的层次化多 维度制造资源池模型，针对盟主企业的不同协作方式，设计了制造资源层次配置 算法，满足了网络化制造联盟盟主企业的需要。 分析了覆盖件模具开发过程的特点，引入活动组件作为业务过程描述的基本 要素，并对活动组件与制造资源对象状态的对应转变关系进行了研究。引入连接 本论文得到嗣家跖3 ，c m 喀主题研究项目( 编号i2 0 0 1 a a 4 1 2 1 2 0 ) 和山东省重大科技专项项目( 编号：s d s p 2 0 0 4 - 0 7 2 0 - 0 1 ；s d s p 2 0 0 5 - 0 4 1 0 - 0 2 ) 的资助 ，=：扩、 山东大学博士学位论文 件表述业务过程中不同活动之间的衔接和中转，将活动组件通过连接件组装建立 了子过程，并通过e c a 规则来进行流程的控制，从而建立起层次化的柔性业务过 程模型。为便于网络化制造项目的协调控制，研究了业务过程模型中的静态和动 态调整问题。 构建了覆盖件模具网络化制造联盟项目管理的体系架构任务分解时分为设 计、制造和调试交付三个阶段，设计阶段和调试交付阶段基于子过程模板进行任 务分解，而在制造阶段基于b o m 为基础，结合子过程模板进行任务分解。以里程 碑节点为映射关键节点，小的活动节点为辅助节点，实现了项目工作分解结构与 业务过程模型的映射，为项目任务网络执行奠定了基础。为了分析任务网络中的 时间约束问题，将项目任务网络模型转换为时间约束p e t f i 网( t c p n ) ，然后对其可 调度性进行了分析，以找出可调度区间，从而能够合理松弛，满足项目执行过程 中的调度要求。针对盖件模具网络化制造项目的特点，提出并研究了覆盖件模具 网络化制造项目的调度策略。 在对网络化制造系统平台需求及特点分析的基础上，开发了基于五层体系架 构的覆盖件模具网络化制造系统卜k i m 孤s y s ，并对系统进行了应用验证。 关键词：覆盖件模具；网络化制造；产品信息模型；制造资源模型；业务过程模 型；组织结构；项耳协调 t ： _ + ， 故j a b s t r a c t r e s e a r c ho nn e t w o r k e dm a n u f a c t u r i n gs y s t e mf o rp a n e ld i e s a b s t r a c t p a n e ld i e sa r ct h ei m p o r t a n tp r o c e s s i n ge q u i p m e n t so fa u t o m o t i v ei n d u s t r y t o m a k ef u l lu s eo fe x i s t i n gd e s i g n i n ga n dm a n u f a c t u r i n gr e s o m c e s ，t op r o d u c eh i 出 q u a l i t yd i e ss a t i s f y i n gt h ec h e n t s d e m a n d , i sa l li m p o r t a n tp r o b l e mf o rt h ed o m e s t i c p a n e ld i e si n d u s t r y e s t a b l i s h i n gn e t w o r k e dm a n u f a c t u r i n ga l l i a n c ew r hs p e c i a l i z a t i o n a n dc o o p e r a t i o n , i sa ne f f i c i e n tm e t h o df o ri n t e g r a t i n gt h ei n d u s t r yr e s o u l o e 8a n d b r h m g i n gc o r ec o m p e t e n c yo ft h ee n t e r p r i s e si n t op l a y c o n s i d e r i n gt h ep r o b l e m s e x i s t i n gi nt h en e t w o r k e dm a n u f a c t u r i n ga l l i a n c e 压 ) o fd o m e s t i cp a n e ld i e s i n d u s t r y , p r o d u c ti n f o r m a t i o nm o d e l ，o r g a 捌鼬n l 船m o d e l , m a n u f a c t u r i n g i c s o u i o em o d e l ，b u s i n e s sp r o c e s sm o d e la n dp l a ns c h e d u l ei nt h ea l l i a n c eh a v eb e e n s t u d i e di nt h i sd i s s e r t a t i o n e f f i c i e n to r g a n i z a t i o na n ds h f l l 略o ft h ei n f o r m a t i o no fp a n e lc r i e ss h o u l db e i m p l e m e n t e di nn m a c o m b i n gt h es t r u c t u r el a y e rw i t ht h ed e v e l o p m e n tl a y e r , m a dt h e i n f o r m a t i o no f p a n e ld i e sh a sb e e nd e s c r i b e dw i 也f e a t u r e sa st h eb a s i sa n dp r o d u c t s t r u e u t r e ( b o m ) a st h ec o r f i ，t h ei n f o r m a t i o nm o d e lo fp a n e ld i e si nn m a h a sb e e n e s t a b l i s h e d t h ec o n s t r a i n tn e t w o r kb c t w e a np a n e la n di t sd i e sa n da m o n gd i f f e r e n t p a r t sc o m p o s i s t i n gad i eh a v eb e e ns t u d i e d t h eb r o a d c a s to f t h ee o n s u a i n tn e t w o r kh a s b e e n i m p l e m e n t e dt h r o u g hm e s s a g em e c h a n i s m , t os u p p o r tt h ed y n a m i o s h a r e e f f i c i e n t l yb e t w e e n d i f f e r e n tm e m b e re n t e r p r i s e si nt h en m a t h ef l e x i b l eo r g a n i z a t i o ns t n l c t u r eh a sb e e ne s t a b l i s h e dt h r o u g ht h ec o m b i n a t i o no f d e p a r t m e n tg r o u p ( g r o u p ) ，e n t e r p r i s et e a m0 1 t e a m ) a n da l l i a n c et e a m ( a t e a m ) t h e m l ep e r m i s s i o na s s i g n m e n ti nt h es t r u c t u r eh a sb e e ns t u d i e d , a n dt h ec o n f l i c tr o l et a b l e h a sb e e ne s t a b l i s h e dt h r o u o aw h i c ht h ep r o b l e mo f s e p e r a t i o no f d u t i e sh a sb e e ns o l v e d t h et e c h n i c a lp o s ti si n t r o d u c e da st h eg r o u p i n gc r i t e r i o nf o rm e m b e r e n t 豇 p r i s e si nt h e n m a , b y w h i c ht h ec o m p l e x i t yo fr o l ea s s i g n m e n ti sr e d u c e dg r e a t l y , a n do nt h eb a s i s , p r o j e c ts u p p o r t e db yt h en a t i o n a lh i g h - t c e l gr & dp r o g r a mf o rc i m 8 ，c h i n a ( c - r a n tn o 2 0 0 1 a a 4 1 2 1 2 0 ) a n ds h a n d o n gp r o v i n c ei m p o r t a n ts p e c i a ls c i e n c ea n dt e c h n o l o g yr e s e a r c hp r o j e c t ( g r a n t n o s d s p2 0 0 4 - 0 7 2 0 - 0 1 ) s d s p 2 0 0 s - 0 4 1 0 - 0 2 ) 山东大学博士学位论文 t h eu s e rr o l ea s s i g n m e n th a sb e e ni m p l e m e n t e d a c c o r d i n gt ot h ea l l i a n c eo r g a n i z a t i o n s t r u c t u r e ，t h ei n d i v i d u a lw o r k s p a e e ，t h ep r o j e c tw o r k s p a e ea n dt h ep u b l i cw o r k s p l t c ei s c o n s l h 】c l e d r e s p e c t i v e l y , t h r o u g hw h i c hd i f f e r e n th i e r a r e l a yi n f o r m a t i o n1 1 c c e $ 5i s m a n a g e d 。 1 1 壕m a n u f a e t l a i n gl e s o u t c e $ i nn m a h a v e b e e nl a y e r e di n t oa l l i a n e ol a y e r , e n t e r p r i s el a y e r , m a n u f a e t m i n gu n i tl a y e ra n dd e v i c el a y e r a c c o r d i n gt ot h ep r o p = t i e s a n dt h es t a t u so ft h em a n u f a e t u 血gi c s o i l l c i e s ，t h e l a i e r a r e h y m u l t i - d i m e n s i o n m a n u f a c t u r i n g i c s o u i c ep o o lm o d e l ( r l l v m m m m ) o fn e t w o r k e dm a n u f a c t u r i n g a l l i a n c ef o rp a n e ld i e sh a sb e e ne o n s t r u e t e c l c o n c e r n i n gt h ed i f f e r e n tc o o r d i n a t i o n m o d e sf o rt h em a s t e re n t e r p r i s e ，t h ea l g o r i t h mo fh i e r a r c h yr e s o u r e ce o r t f i g u r a t i o nh a s b e e nd e s i g n e d ，s a t i s f y i n gt h ed e m a n do f t h el l l a s t c re n t e r p r i s ei n n m a n 圯p r o p e r t i e so ft h ed e v e o p m e n to fp a n e ld i e sh a v eb e e na n a l y z e d , a n dt h e a c t i v i t yc o m p o n e n ti si n t r o d u c e da st h eb a s i ce x p r e s s i n ge l e m e n t , w h e r et h ep r o p e r s t a t u st r a n s f o r m a t i o nb e t w e e na c t i v i t ya n dm a n u f a c t u r i n gr e s o u l v 七o b j e c ti ss t u d i e d t h ec o n n e c t i o nc o m p o n e n ti si n 打o d u e e dt o e x p r e s st h ej o i na n dl a - a n s f e rb e t w e e n d i f f e r e n ta c t i v i t i e s t h ea c t i v i t yc o m p o n e n t sa c o n n e c t e dw i t ht h ec o n n e c tc o m p o n e n t s t of o r mt h es u t , p r o e e s s e s ，a n dt h ep r o c e s si sc o n t r o l l e db ye c a r u l e s , o nt h eb a s i s ，t h e h i e r a r c h yf l e x i b l eb u s i n e s sp r o c e s sm o d e li s e s t a b l i s h e d t of a c i l i t a t et h ep r o j e c t r e g u l a t i o n , t h es t a t i ca d j u s t m e n ta n dd y n a m i ca d j u s t m e n ti nt h eb u s i n e s sp r o c c $ $ m o d e l i ss t u d i e d 1 胁a r c h i t e c t u r ef o rt h ep r o j e c tl l a l m a g c m e n ti n n 江af o rp a n e ld i e sh a sb e e n c o n s t r u c t e d t h ep r o j e c tw o r kb r e a k d o w nh a sb e e nd i v i d e di nt h r e es t a g e so f d e s i g n i n g , m a n u f a c t u r i n g ，d e b u g g i n ga n dd e l i v e r y w o r kb r e a k d o w nh a sb e e ni m p l e m e n t e db a s e d 0 1 3t h es u bp r o c e s st e m p l a t ea tt h es t a g eo fd e s i g n i n g , d e b u g g i n ga n dd e l i v e r y ；w h i l ea t t h es t a g eo fm a n u f a c t u r i n g t h ew o r kh a sb e e nb r o k e nd o w nw i t ht h es u b - p r o c e s s e s0 1 1 t h eb a s i so fb o m t h e n , t h em a p p i n gb e 咖e nt h ew o r kb r e a k d o w ns m l e t u r ea n dt h e p r o c e s sm o d e li si m p l e m e n e t e dw i t ht h em i l e s t o n e sa st h ek e yn o d e sa n dt h ea c t i v i t i e s 勰t h ea c c e s s o r i a ln o d e s , t ol a yb a s i sf o rt h ep r o p e re x e c u t i o no f t l a ep r o j e c tt a s kn e t w o r k t oa n a l y z et h et i m ec o n s t r a i n t , t h ep r o j e c tt a s kn e t w o r kh a sb e e nt r a n s f o r m e di n t o t i m i n gc o n s t r a i n tp e t r in e t , t h es e h e d u l a b i i t yo ft l a et a s kn e t w o r kh a sb e e na n a l r l _ z x tt o v m “ ；0 o 0。ttt骨。hv tie，t、j5 一自自，k， iim自 霄 蚺 a b s t r a c t f i n dt h es c h e d u l a b l et i m es c o p e ，t h u st h et i m ec o n s t r a i n tc a nb er e l a x e dr a t i o n a l l y , t o s 撕s f yt h es c h e d u l i n gd e m a n dd u r i n gt h ep r o j e c te x e c u t i o n c o n c e r n i n gt h ep r o p e r t i e s o ft h ep r o j e c t si nn m af o rd o m e s t i cp a n e ld i e s ，t h es c h e d u l i n gs t r a t e g yh a sb e e n p r o p o s e da n ds t u d i e d ，s u p p o r t i n gt h ep r o j e c ts c h e d u l ei nn e t w o k e dm a n u f a c t u r i n go f p a n e l d i e s 一 b a s e do ht h ea n a l y s i so ft h es y s t e mr e q m i e m e n ta n dt h ep r o p e r t i e s ，t h en e t m a n s y s ， an e t o w o r k e dm a n u f a c t u r i n gs y s t e mf o rp a n e ld i e s , h a sb e e nd e v e l o p e dw i t haf i v e - l a y e r a r c h i t e e t a r e ，a n d t h e f e a s i b i l i t yi s i l l u s t r a t e d t h r o u g h ap r o j e c to fn e t w o r k e d m a n u f a c t u r i n gf o rp a n e ld i e s k e y w o r d s ：p a n e ld i e s ；n e t w o r k e dm a n u f a c t u r i n g ；p r o d u c ti n f o r m a t i o nm o d e l ； m a n u f a c t u r i n gr e ：g o l l r c 4 em o d e l ；b u s i n e s sp r o c e s sm o d e l ；o r g a n i z a t i o ns t r u c t u r e ；p r o j e c t s e h e d u l e 、； 原创性声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独立进 行研究所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含任何 。 ， 其他个人或集体已经发表或撰写过的科研成果。对本文的研究作出重要贡 献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本声明的法律责任由本人 承担。 论文作者签名：日期：趔：业丝 ， 关于学位论文使用授权的声明 本人完全了解山东大学有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保 留或向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅 和借阅；本人授权山东大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关 数据库进行检索，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文和汇编本 学位论文。 ： ( 保密论文在解密后应遵守此规定) 论文作者签名： ，z 导师签名：矬璺日，期： ： 护 鲴 1 口 第1 章绪论 第1 章绪论 1 1 课题研究背景 1 1 1 网络化制造模式的提出 全球信息网络技术的发展，全球化市场的形成以及技术变革的加速，国绕新 产品的市场竞争日益激烈 1 - 3 1 。市场对产品性能、质量要求不断提高，竞争形势瞬 息万变，其速度远远超过了现有企业内部因素变化的速度，使得企业的生存与发 展愈来愈取决于对市场变化的响应速度。 快速、持续、无法预测的竞争环境的变化对企业的组织结构和产品的生产模 式提出了新的要求：一方面，快速决策和响应能力要求企业的规模要小，结构要 简单；另一方面大量新技术和新产品带来的稍纵即逝的市场机遇和高投入、高产 出的高风险战略挑战，要求企业要有足够的技术储备和在资金上抵抗风险的能力 4 1 。面对制造环境变化提出的要求，需要建立一种按市场需求驱动的、具有快速响 应机制的网络化制造系统模式。在获得市场机遇时，同一价值链不同增值环节、 不同地域的企业利用网络技术把地理上分散的制造资源组织起来，进行产品开发， 实现优势互补，提高快速响应市场的能力，使得企业可以在更广的范围内寻求市 场机遇、合作伙伴，充分调动地理上分散的各种人力和物力资源。这种生产模式 充分体现了技术与管理的密切结合，是利用信息技术改造传统企业的重要途径， 这种利用i n t e m e t 实现跨企业、跨地区的协作模式将成为新世纪制造业的重要发展 趋势【5 ，q 网络化制造是传统制造业在网络经济条件下的必然结果，为制造全球化 提供了良好的运作平台v - , n 。 1 1 2 网络化制造研究现状及特点 网络化制造【1o 】是利用计算机技术、网络技术和现代通讯技术，根据市场和用 户的需求，将在地理位置上分散的企业联合起来，构建一个相互协作、优势互补 的虚拟企业联盟，充分利用各联盟企业的制造资源和技术资源，以最快的速度合 理成本实现产品生产制造的过程。 网络化制造的出现与发展，引起了全球制造领域的极大关注。美国国防部于 山东大学博士学位论文 1 9 9 5 年提出的“制造系统的敏捷基础设施( a g i l ei n f r a s t r u c t u r ef o rm a n u f a c t u r i n g s y s t e m ) ”项目【1 1 1 ，为用户提供了各种有助于虚拟企业形成和运作的服务，通过该 系统将能力互补的大、中、小型企业联接起来，使企业更专注于自身的竞争力， 形成基于网络的供应链。1 9 9 7 年，美国国际制造企业研究所发表了美国一俄罗 斯虚拟企业网( r u s s i a n - a m e r i c a nv i l l u a le n t e r p r i s en e t w o r k , r a - v e n d 研究报告【1 2 1 ， 目的在于开发一个跨国企业网的原型，使美国企业可以利用俄罗斯制造业的能力。 由来自欧盟、挪威、日本、瑞士等国家的企业和科研机构参与的智能制造系统 ( i n t e l l i g e n tm a n u f a c t u r i n gs y s t e m , i m s ) 【1 3 l 目的在于发展下一代制造和加工技术， 通过协同研发来分担成本和降低风险。加拿大的n e t m a n 研究项目【l q 提供了一个网 络化制造系统框架和协同业务框架，支持在动态环境中敏捷制造网络的运作。韩 ”国啁也提出了“2 1 世纪网络化韩国( c y b c r k o r e a 2 1 ) ”计划。 我国许多专家和学者从各个方面对网络化制造进行了研究。杨叔子院士认为 0 6 1 ，网络化锖4 造模式将是当前乃至今后很长时期内制造业所面临的最紧迫的任务 之一。国内专家学者从理论和实践两个方面对网络化制造进行了系统的、全面的 研究，并取得了丰富的成果。汪应洛院士等f 1 删在充分研究国外先进制造模式的 基础上，对先进制造模式中的科学管理进行了深入系统的研究，如虚拟企业的组 织管理、知识供应链及知识管理、战略联盟环境下的业务过程改造等。卢秉恒院 士等【2 1 提出了快速模具网络化制造，刘飞教授等瞄1 进行了陶瓷产品网络化协同制 造及电子商务框架研究等。香港理工大学的李荣彬教授【2 3 捌在分散网络化制造方 面已进行了一些前期的探讨，针对中国的国情，对分散网络化制造的类型、组成 等关键问题都作了深入分析，文献【2 4 】以中国香港和内地的产品设计、生产和销售 协作关系为背景，提出了“分散网络化制造”模式。这些研究大都是偏重理论、 方法、技术等模式的探讨，有的尚处于理论研究与应用示范初始阶段 在网络化分制造系统构建与应用方面，深圳市。九五”期间建设了深圳市模 具网络化制造示范系统彤l ，并进行了商业化试运行，承接了约3 0 个订单，取得了 明显的经济效益和社会效益。2 0 0 0 年1 月建成并投入运营的c i m s n e t 2 6 , 2 7 是面向 制造业的全国性虚拟网络，是适应制造业发展趋势而建设的一个面向制造业的专 业性、分布式和应用型网络系统，为制造业企业实施异地设计、制造方面的敏捷 化工程应用和研究打下了坚实的基础，并取得了很好的应用效果。重庆大学与重 庆华陶建立了基于a s p 模式的网络化分销管理系统网，并成功地应用于设计、生 2 第1 章绪论 产实际，产生了良好的社会和经济效益。作为面向区域的网络化制造系统，珠江 三角洲区域的中国协作制造网是区域网络化制造实践中较为成功的一个实例 2 9 1 。 作为适应于制造业发展趋势的下一代制造业企业组织形态，网络化制造联盟 具有以下特点 2 量- 3 0 l ： ( 1 ) 联盟组成的动态性。网络联盟企业是针对市场机遇，面向特定产品而组 建的，市场机遇消失，联盟企业解散，根据新的市场机遇重新组建新的联盟企业。 ( 2 ) 合作关系贯穿于整个产品价值链。社会资源的充分利用体现在形成产品 价值链条中的每一环节，产品从设计、零部件制造、总装，直到产品销售、售后 服务，这种合作过程是一个快速响应市场完成共同战略目标的优化过程。 ( 3 ) 现代通信技术的发展促进了网络化制造企业的形成，因此，高效的网络 联盟企业是建立在充分应用现代信息、通信和网络技术的基础之上的。 ( 4 ) 参与企业组织上的扁平化。一个企业并非以全部资源参加网络联盟，为 保证网络联盟企业高效地运行，参加部分应有相当大的自主权和决策权，并且这 部分与原企业各有关部门的联系要求通畅、迅捷，为此企业结构层次应减少，即 向扁平化发展。 ( 5 ) 参与企业风险共担、利益共享、资源共享。参加网络联盟企业的所有单 位，由于承担不同的任务，向联盟企业提供构成本单位核心能力的资源，因此整 个项目的风险由各单位共同承担，各单位的核心能力资源实现了共享，项目利益 将根据一定的协议共同享有。 网络化制造模式充分体现了技术与管理的密切结合，是利用信息技术改造传 统企业的重要途径 3 1 1 。企业在激烈的国际竞争中通过专业化分工及紧密的协作网 络，组成价值链上不同增值环节的联盟，企业的资源将得到更加充分和合理地利 用，从而帮助企业克服孤立和分散的弱点，对外形成非常具有竞争力的团队；而 且，通过企业之间的联系获得的规模经济和范围经济可以提升企业的竞争力，从 而促进社会经济和生产力的发展。 1 2 我国覆盖件模具行业现状及问题分析 当今的中国汽车制造业已融入全球一体化，越来越多的中国汽车企业已形成 自主开发能力。为了满足顾客追求汽车产品多样性、个性化的意愿，势必有更多 车型问世，使得汽车研发水平不断提升，新车研发周期越来越短在前方整车厂 3 山东大学博士学位论文 的竞争加剧的同时，竞争的压力向后方装备厂( 包括模具厂) 传递。衡量一个国 家汽车工业的综合竞争实力，不能仅从汽车生产的数量来看，更要从汽车自主开 发、制造技术水平及能力等方面综合考虑。汽车生产中8 0 以上的零部件都要依 靠模具成形【3 2 】，汽车模具技术是汽车制造业重要的工艺基础，是与世界汽车制造 行业竞争的根本条件。 目前，我国汽车模具技术水平和能力虽然经过十几年发展，进步很快，但在 世界汽车模具制造业中仍处于中低水平由于国内模具技术含量低，高档模具比 重较小，绝大多数的中高档汽车模具依赖进口，覆盖件模具又是汽车模具的主导 产品，尤其是轿车外覆盖件模具基本上依赖进口【3 3 】。汽车覆盖件( a u t o m o b i l e p a n e l ) 是指汽车发动机、底部、构成驾驶室和车身的用薄板冲压形成的表面零件和内部 零件 3 4 1 。与一般冲压件相比，覆盖件具有相对厚度小、形状复杂( 多为空间曲面 形状) 、结构尺寸大、成形质量高等特点，这些特点决定了汽车覆盖件在材料选用、 成型工艺制定、模具设计和制造中有许多独特之处。 我国目前有1 7 0 0 0 多个模具生产厂，职工约5 0 多万人 3 4 ，称得上是模具生 产的大国。国内的模具企业积极地加大对高新科技、先进设备和高级人才等软件、 硬件的投入，几个比较大的模具企业如一汽模具、东风汽车模具和成飞集成科技 等，硬件、软件水平都比较先进，能够独立承担大型系统模具项目的综合开发， 完全有能力参与国际竞争。但国内模具企业任务并不饱满，而且还要从国外大量 进口模具，重要的原因在于模具企业任务工期紧，模具生产的不均衡性、单个模 具企业的制造能力不足严重制约着单个模具企业为用户提供令人满意的服务，因 此，如何充分利用本区域现有的模具设计及制造资源，快速生产出高质量的满足 客户需求的模具，是国内模具企业面l 临的主要问题。组建面向模具项目的模具网 络化制造联盟，进行专业化协作生产，是整合行业资源、发挥企业核心竞争力的 有效途径。一汽模具制造有限公司的褚克辛闭提出了根据企业实际情况参加“地 区性协作联盟”、“区域性合作联盟”、“骨干企业之间的横向联盟”和“国际战略 联盟”的设想。 且前，除了上海和河北泊头各有不少汽车覆盖件模具生产企业集中在一起之 外，十堰、天津及周边地区、哈尔滨、长春、成都等地都相对集中了一批汽车覆 盖件模具生产企业，并已形成了一定的协作关系，从而提高了整体供货能力，并 且逐渐发展为具有比较固定关系的战略联盟。这种战略联盟往往以一个或几个具 4 5，jip 第1 章绪论 有强大实力的企业为核心，以一些具有较强实力的企业为骨干，再在其周围聚集 一批协作厂家，共享市场，协调技术和设备，完成资源的快速、合理配置，共同 发展 3 7 3 9 1 。经过对东风汽车模具有限公司、北汽福田潍坊模具厂以及烟台泰利汽 车模具制造有限公司等模具制造企业的调研，总结我国覆盖件模具企业在协作中 存在如下主要问题： ( 1 ) 企业间缺乏密切的协同合作，有的虽然存在合作关系，但一般是松散的 合作，缺乏协作的支撑系统平台，没有建立高效的合作环境。 ( 2 ) 在网络化协作过程中，产品信息的管理还是面向单个( 盟主) 企业的， 协作企业无法及时获知相关零部件的信息，尤其是零部件的变更相关消息，缺乏 顺利协作的信息基础。 ( 3 ) 耳前大的模具企业一般都有对协作企业的评价机制，但仅是一种相对静 态的评价结果，无法及时获知协作企业的设备资源的动态信息，因而无法及时有 效地分配协作任务。 ( 4 ) 在覆盖件模具项目协作过程中，没有建立针对协作项目的相应组织结构， 多个协作企业的不同部门为了一个项目组织在一起，缺乏明确的角色分配，造成 不同企业各个部门之间的交流渠道不畅，协调效果差。 ( 5 ) 分布子各个协作企业的业务过程缺乏统一的规划，协作企业各自为政， 且缺乏统一的监控机制。 ( 6 ) 企业目前协作方式和协作手段落后，无法对协作项目进度进行有效的监 控和协调。比如北汽福田潍坊模具厂，虽然和协作厂家签订了外包合同，但还是 需要经常地检查和督促，即使如此，也经常出现项目无法按时完成的现象。 1 3 覆盖件模具网络化制造系统关键技术研究现状 1 3 1 产品信息建模研究现状 所谓产品信息模型，就是按照一定形式组织的关于产品数据的数据结构 4 0 1 l i n d b e r g 等【4 1 1 认为，产品模型是在全局和局部的层次上提供产品信息的一种机制， 能够支持各种制造活动。s h a h 等【4 2 】研究了一种分层次的产品模型，顶层是产品， 接着是产品的装配、零件，零件则是构造配件的基本要素，每个零件包含的信息 有几何形状、材料和公差信息，但是该层次系统缺少数据封装，扩充起来易相互 山东大学博士学位论文 影响，不利于模型的扩展。m e t l l e w 4 3 j 则认为产品模型应该包括特征模型、几何模 型、材料模型和公差模型，并由此建立多个建模器组成的产品建模系统。s a l o n o m s 等基于特征产品建模拓展成了产品建模语言，包括5 个层次：产品层、部件层、 零件层、形状特征层和特征边界层y a n p i n gz h a n g 等 4 f l 提出了面向虚拟企业的基 于s t e p 的数据交换架构，对于产品信息模型具有较大的参考价值。 特征技术晰朋能够更好地表达覆盖件模具开发过程中完整的技术和生产相关 的信息，更好地加强覆盖件模具制造过程不同阶段的沟通和联系，加强网络化制 造联盟中各个参与企业的联系和沟通，提高协作的水平。到目前为止，对特征定 义和分类的研究还没有形成一个统一的标准【婚铆l 。对于冲压产品及其模具的信息 产品信息建模来说，马建江【坛】按产品定义的数据性质，将冲压弯曲件的特征划分 为形状特征、材料特征、精度特征、技术特征和工艺特征，齐从谦【5 3 蠕覆盖件模 具的主体特征分为：设计特征、形状特征、工艺特征，精度特征、材料特征，并 将形状特征分为主特征和辅特征。方勇等酬从冲压工艺角度提出了一种覆盖件特 征的表达方法，在车身覆盖件的几何图形元素中，将那些具有明确工艺加工特点 及具有明确使用功能的图形元素定义为覆盖件的特征，并讨论了其构成，其特征 划分虽然简单、易用，但是显然不同的设计开发人员会产生不同的特征组合，主 观性较强，而且其所举实例不能代表覆盖件产品的特征分类。崔令江【5 5 】通过对汽 车覆盖件进行结构特征分析，将常见的汽车覆盖件拉深件形状分为法兰形状、轮 廓形状、侧壁形状、底部形状，每个形状又可以分为平面法兰，上凸形法兰、多 平面法兰、综合性法兰等结构特征元素，并分析了结构特征对毛坯冲压成形的影 响，为进行冲压工艺设计和冲模设计提供参考依据。张冠湘等【5 6 】建立了覆盖件模 具特征的约束网，但是特征划分并不全面，而且不同特征之间的约束并没有界定 完整。实际上，在冲压领域，特别是在汽车覆盖件模具设计领域，覆盖件的形状 大多为复杂的空间曲面，难以应用一般的特征技术进行设计，特征技术主要应用 于冲裁、弯曲等较为简单的冲压工艺领域鲫。 陈军博士【5 研通过对汽车覆盖件产品的信息组成以及模具设计过程进行分析， 应用面向对象的方法，基于特征技术，建立了车身覆盖件的集成化数据产品模型， 但是该模型集中于几何特征的表达，面向c a d c a m 集成，并没有贯穿从设计、 制造调试的全过程，其信息模型局限于一个企业之中，而且主要是针对设计阶段 建立的，没有从网络化制造的大环境中考虑信息模型的问题。石晓祥等【5 9 】在分析 6 掌 第1 章绪论 了覆盖件产品对象类层次的基础上，建立了集成构形、工程和几何知识描述的覆 盖件产品模型，其目的在于实现产品特征信息和工艺设计知识的集成来支持工艺 设计过程。 大量的研究都是基于c a d c a p p n c 等的集成而研究不同特征之间的转换， 建模的应用领域一般是局限予设计阶段或者局限于企业内部，没有考虑在整个网 络化制造模式下的覆盖件及其模具产品特征信息的特点和网络化制造模式提出的 需求。在网络化制造环境下，这些特征仍然是关注的重点，在此基础上不同特征 之间的关联以及产品信息模型的层次性需要进一步研究，以便于不同协作企业之 间的交流与协作。 1 3 2 组织建模研究现状 随着网络化制造等新的制造模式的提出和实施，企业组织与决策的分散化， 对企业员工的授权的日趋复杂化，使得传统的层次结构已经不能满足企业发展的 需求与大批量制造模式相对应的以命令和控制为特征的科层组织制度 6 0 1 目的在 于提高物质转化的效率，不能充分调动人的积极性，不能充分发挥人的潜能，同 时科层组织在效能、知识资源利用方面遇到了难以克服的障碍。网络化制造联盟 是在不断变化的全球市场中形成的跨企业动态组织，其分布性和动态性的特点要 求组织结构必须考虑市场机遇的变化和竞争需求、动态组织方式、利益风险格局 等多种动态影响因素。 m a n j uk 【6 l 】对虚拟组织不同成员之间的交流内容和联络结构进行了4 个月的考 察，认为在虚拟组织结构中仍然有层级结构的迹象，这个发现表明虚拟组织的交 流结构在结构的不同维度可能展现出不同的性质，其还研究了任务流程、组织结 构以及组织表现之间的关系。徐晓飞、战德臣、叶丹等人【弘町针对敏捷虚拟企业 的建立过程，在敏捷虚拟企业组织管理理论和方法工具方面开展了较为系统的研 究工作，在此基础上从方法论角度总结提出了敏捷虚拟企业组织方法体系，认为 动态联盟的合作形式划分供应链式、合资经营式、插入兼容式、转包加工式、虚 拟合作