（机械电子工程专业论文）面向asp的协同设计与车间生产物流精益规划研究.pdf

大连理工大学博士学位论文 摘要 目前，信息化总体水平的低下以及生产管理方式的粗放，成为制约我国制造企业发 展壮大的严重障碍。 本文结合8 6 3 计划项目“面向东北老工业基地改造的a s p 平台开发”研究和大连 理工大学与大连冷冻机股份有限公司合作的精益生产项目，以支持信息化、服务化、精 益化建设的网络化制造系统的体系结构、关键方法和技术实现为主要内容。采用理论方 法研究与计算机实验研究相结合的方式，构建了网络化制造a s p 平台，设计实现了基于 该平台的产品协同设计系统及车间生产物流精益规划系统。 首先论述了网络化制造a s p 的产生背景及研究进展，对网络化制造a s p 存在的问题 进行了分析；其次，探讨了中国制造企业在产品设计开发和车间生产物流规划领域面临 的问题；最后，提出通过网络化制造a s p 平台实施产品协同设计与车间生产物流精益规 划研究的构想。 网络化制造a s p 应用服务平台的设计与实现是本文研究的基础，也是后续研究的支 撑。在平台构建部分，首先分析了目前制造企业对网络化制造a s p 应用服务平台的总体 需求，明确了系统的目标；其次，进行了a s p 平台的总体设计，建立了网络化制造a s p 系统基于b s 模式的信息结构模型和基于多a g e n t 的工作流程模型；最后，提出了基于 u 肌的系统功能模型和应用系统软件服务模型。 网络化制造a s p 平台提供的专业服务主要包括两方面内容：一方面通过a s p 服务平 台提供产品协同设计服务；另一方面，通过该平台完成车间生产物流精益规划，主要实 现了车间物料搬运系统的精益规划及生产线精益化布局设计。 协同设计系统在网络化制造a s p 平台的应用研究部分对协同设计系统的功能、组成 及运行机制等方面进行了论述，建立了系统的网络结构模型和体系结构模型，提出了基 于p e t r i 网的协同设计过程模型及基于c p n 网的协同设计协作模型，分析了系统的程序 结构，建立了系统的软件实现模型，探讨了系统数据库及系统安全体系结构的设计，对 系统的功能模块和关键技术进行了论述，开发了基于网络化制造a s p 应用服务平台的协 同设计原型系统，并将其应用于在大连三洋制冷有限公司电热水瓶的设计。 车间物料搬运系统的精益规划及其在a s p 平台的应用研究，主要探讨通过a s p 平台 解决重型机械制造企业车间物料搬运问题的方案。将各工作地请求物料装卸和搬运作业 抽象为请求的排队问题。车间物料搬运系统精益化规划研究主要包括基于遗传算法的初 始遍历精益化调度研究和基于排队论的精益化调度算法和仿真研究。通过对车间物料搬 运系统的概括和抽象，结合精益生产理念，建立了基于排队理论的仿真模型，并将该仿 面向a s p 的协同设计与车间生产物流精益规划研究 真系统在a s p 平台上开放。通过大连冷冻机股份有限公司机械加工车间吊车调度问题的 算例分析，得出目标变量随加工时间、装卸服务时间、各工作地服务请求初始到达时刻 变化而变化的规律，综合考虑了装卸服务时间和各工作地工作时间这两种主要随机因素 的影响。最后，通过吊车精益规划算法与传统调度算法仿真结果的对比，验证了所设计 的精益调度算法明显优于目前实际操作中惯用的调度算法。 面向a s p 的生产线精益化布局研究部分，首先探讨了系统的体系结构，建立了系统 的过程模型及功能模型，并在深入分析布局优化设计数学模型的基础上，开发了生产线 精益化布局系统：其次，建立了生产线u 型布局的平衡模型；最后，在生产线精益化布 局和平衡优化基础上制定了标准作业。 本文的研究旨在完善面向制造系统专业化服务的a s p 模式理论，丰富网络化制造 a s p 实施模式与精益生产管理模式下的企业信息化方法，为中国制造企业信息化建设探 索一条可行之路。 关键词：a $ p ；协同设计；精益；生产物流；布局 大连理工大学博士学位论文 r e s e a r c ho na s po r i e n t e dc o l l a b o r a t i v ed e s i g na n d j o b - s h o pp r o d u c t i o nl o g i s t i c sl e a np l a n n i n g a b s t r a o t t h el o wl e v e lo f m a n u f a c t u r i n gi n f o r m a t i o na n dt h ee x t e n s i v em a n a g e m e n tm a 衄e rh a v e b e c o m et h e8 e v e b a r r i e r st ot h ed e v e l o p m e n to f o u rm a n u f a c t u r i n ge n t e r p r i s e s n 圮p r o j e c ti ss u p p o r t e db yt h en a t i o n a lh i g h - t e e h r & dp r o g r a mf o rc i m s d e v e l o p m e n to f t h em a n u f a c t u r i n ga s pp l a t f o r mt or e b o u n dt h en o r t h e a s to l di n d u s t r i a lb a s e o fc h j 础，( g r a n tn o 2 0 0 3 a a 4 1 4 0 2 孙a n dt h ec o o p e r a t i v el e a np r o d u c t i o np r o g r a mo f d a l i a nu n i v e r s i t yo ft e c h n o l o g ya n dd a l i a nr e f r i g e r a t i o nc o l t d t h em a i nr e s e a r c h i n c l u d e st h ec o n f i g u r a t i o n , p i v o t a lt e c h n i q u e sa n dt e c h n o l o g i e so ft h em o d e mm a n u f a c t u r i n g s y s t e m , w h i c hs u p p o r t st h ei n f o r m a t i o nc o n s t r u c t i n ga n dl e a np r o d u c t i o n i n t e g r a t e dt h e m e t h o d o l o g i e s r e s e a r c hi nt h e o r yi n t oe x p e r i m e n t a t i o nr e s e a r c ho n c o m p u t e r t h e m a n u f a c t u r i n ga s pp l a t f o r mi sa c h i v e d n ep r o d u c t i o nc o l l a b o r a t i v ed e s i g ns y s t e ma n d j o b - s h o pp r o d u c t i o nl o g i s t i e sl e a np l a n n i n gs y s t e mb a s e d o nt h ea s pp l a t f o r m 哦c o n t r i v e d f i r s t l y ，t h ee n g e n d e r i n gb a c k g r o u n d , r e s e a r c he v o l u t i o na n dt h ee x i s t i n gp r o b l e m so f n e t w o r k e dm a n u f a c t u r i n ga s pa r ea n a l y z e d s e c o n d l y t h em a t t e ro ft h ep r o d u c t i o nd e s i g n a n dj o b - s h o pp r o d u c t i o nl o g i s t i c sp l a n n i n go fo t f fm a n u f a c t u r i n ge n t e r p r i s e si sd i s c u s s e d f i n a l l y ，t h ep r o d u c t i o nc o u a b o r a t i v ed e s i g na n dj o b - s h o pp r o d u c t i o ni o g i s t i e sl e a np l a n n i n g r e s e a r c hb a s e do na s pm o d ea r cc o n c e i v e d t h ed e s i g na n di m p l e m e n t a t i o no fn e t w o r k e dm a n u f a c t u r i n ga s pp l a t f o r ml a yt h e f o u n d a t i o nf o ro u rw o r ka n dt h el a t t e fr e s e a r c h f i r s t l y t h et o t a lr e q u i r e m e n t so fo u r m n u f a c t u r m ge n t e r p r i s e st oa s pp l a t f o r ma i ea n a l y z e da n dt h e nt h ef u n c t i o no f t h es y s t e mi s a s c e r t a i n e d s e c o n d l y t h eg e n e r a ld e s i g no ft h es y s t e mi sa c c o m p l i s h e da n dab sm o d e i n f o r m a t i o nc o n f i g u r a t i o nf r a m e w o r ki sd e v i s e d m o r e o v e r , ad e t a i l e dw o r k i n gf l o w c h a r t m o d e lb a s e do nm a st h e o r yi se s t a b l i s h e d f i n a l l y u t i l i z eu m lt od e n o t et h ef u n c t i o no f t h e s y s t e m a n dt oe x p l a i nt h ea p p l i c a t i o np r o c e s so f t h es o f t w a r es e r v i c eo f f e r e db yt h es y s t e m m a n u f a c t u r ep r o f e s s i o n a ls e r v i c e st h a tt h ea s pp l a t f o r mp r o v i d e dm a i n l yi n c l u d et w o a s p e c t s o n ei st h a tt h es y s t e me n s u r e dt h ec u s t o m e rt oa c h i e v ep r o d u c t i o nc o l l a b o r a t i v e d e s i g n 1 1 艟o t h e ro n ei st h a tt h es y s t e mr e a l i z e dj o b - s h o pp r o d u c t i o nl o g i s t i c sl e a np t a n n i n g , w h i c hi n c l u d e st h ei o h - s h o pm a t e r i a ll e a ns c h e d u l i n ga n dt h ep r o d u c t i o nl i n el c a nl a y o u t t h ef u n c t i o n , s 扛u c 眦a n dr u nr e g u l a t i o n so ft h ec o l l a b o r a t i v ed e s i g ns y s t e m 戤 d i s c u s s e di nt h er e s e a r c ho f c o l l a b o r a t i v ed e s i g ns y s t e mb a s e do na s pp l a t f o r m an e t w o r k e d c o n f i g u r a t i o nm o d e la n dac o n f o r m a t i o nm o d e lo ft h es y s t e ma r cb u i l t u t i l i z ep e t r in e tt o i i i 面向a s p 的协同设计与车间生产物流精益规划研究 d e n o t et h ec o o p e r a t i v ed e s i g np r o g r e s sa n dc p l qn 脚t oe x p l a i nt h ec o l l a b o r a t i o nw o r k n 圮 p r o g r a mc o n f i g u r a t i o no f t h es y s t e mi sa n a l y z 吐a n dt h es o t t w a r ec o n s t i t u t i o nm o d e lo ft h e s y s t e mi sb u i l t n ”d a t a b a s ed e s i g na n dt h es e c u r i t yg u a r a n t e eo ft h es y s t e ma d i s c u s s e d t h ea r t i c l ea l s od i s c u s s e dt h ef u n c t i o nr e a l i z a t i o na n dt h ek e yt e e l 卫a i q u e sa c t u a l i z a t i o no ft h e s y s t e m t h er e s e a r c hd e s c r i b e da b o v eh a se x e r t 既lg r e a tg u i d a n c et ot h ec o n s t r u c t i o no ft h e c o o p e r a t i v ed e s i g ns y s t e m , w h i c hi sa p p l i e di nd a l i a ns a n y or e f r i g e r a t i o nc o l l d j o b - s h o pm a t e r i a ll e 锄s e l a e d u l i n gr e s e a r c hb a s e d0 1 3a s pm o d em a i r d ys t u d i e dt h e h e a v ym a n u f a c t u r i n ge n t e r p r i s e sj o b - s h o pm a t e r i a lh a n d l i n gp r o b l e ma n df i n a l l ys e t t l e do na s o l u t i o nt ot h ep r o b l e mt h r o u g ht h ea s pp l a t f o r m a b s t r a c tt h er e q u e s t sf o ri o a da n du n l o a d t o g e t h e rw i t hh a n d l i n gs e r v i c eo ft h ew o r ka r e a s 嬲t h er e q u e s t sq u e u ep r o b l e m j o b - s h o p m a t e r i a ll e a ns c h e d u l i n gr e s e a r c hm a i n l yi n c l u d e st h er e s e a r c ho ft h ei n i t i a l i z a t i o l iu n i v e r s a l l e s p o l l 辩s c h e d u n n gb a s e do ng e n e t i ca l g o r i t h ma n dt h es t u d yo ft h em a t e r i a ll e a n s c h e d u l i n ga l g o r i t h ma n ds i m u l a t i o nm o d e l as i m u l a t i o nm o d e lo ft h es y s t e mb a s e do n q u e u et h e o r ya n dt h el e a np r o d u c t i o np r i n e i p i l i r ai sb u i l t 1 1 1 es i m u l a t i o ns y s t e mi sd e v e l o p e d a n dr e a l i z e do l la s pp l a t f o r m t h r o u g ht h ec l - d n el e 姐s c h e d u l i n gc a s eo f d a l i a nr e 矗d g e r a t i o n c o “也e l i c i tt h er u l e so ft a r g e tv a l u e s w h i c hi n c l u d et h em a x i m u ml a t e n c yt i m e t o 协l l a t e n c yt i m eo fa l lt h ew o r ka r e a , t h ea l l s w e l t i m e sa n dt h et o t a lm o v i n gd i s t a n c eo ft h e m a t e r i a l - h a n d l i n ge q u i p m e n ti naw o r k i n gd a y ，c h a n g i n ga l o n gw i t ht h eg i v e nd e s c r i p t i v e v a r i a b l e s ，w h i c hi n c l u d ep c r a t i o nh o u r s ，h a n d l i n gs e r v i c eh o u r s ，a n dt h eo r i g i n a la r r i v a lt i m e o ft h er e q u e s t so ft h ew o r ka r i 瑚t h ei m p a c to ft w om a i nr a n d o mf a c t o r s 鹊t h eo p e r a t i o n h o u ra n dt h eh a n d l i n gd e v i c es e r v i c eh o u ri sc o n s i d e r e di nt h er e s e a r c h f i n a l l y as i m u l a t i o n a n a l y s i si sp e r f o r m e dt oc o m p a r et h en e wj o b - s h o pm a t e r i a ll e a ns c h e d u l i n gp r e c e p tw i t ht h e t r a d i t i o n a ls c h e d u l i n gm e t h o d s r 1 1 u l t i m a t es i m u l a t i o nr e s u l t ss h o w e dt h a tt h ed e s i g n e dn e w s e l a e d u l i n gm e t h o di s $ 1 1 p e l i o rt ot h ec o n v e n t i o n a lo l l e se v i d e n t l y r e s e a r c ho l la s po r i e n t e dp r o d u c t i o nl i n el e f l nl a y o u ts y s t e mi n c l u d e st h r e es t e p s f i r s t l y b u i l dt h ec o n f i g u r a t i o nm o d e l ，t h ep r o c e s sm o d e la n df u n c t i o nm o d e lo ft h es y s t e m a p r o d u c t i o nl i n el e a nl a y o u ts y s t e mi sa c h i e v e db a s e do nr , c n e t r a t i n gw i t ho p t j l l 3 i z c dl a y o u t d e s i g nm a t h e m a t i c sm o d e l s e c o n d l y ，au - s h a p e dl i n eb a l a n c i n gm o d e li sa d v a n c e d f i n a l l y ， a c c o r d i n gt ot h ep r o d u c t i o nl i n el e a nl a y o u ts c h e m ea n do p t i m i z a t i o np r o c e d u r e ，s t a n d a r d o p e r a t i o nr e g u l a t i o ma r ec o n s t i t l l t l 丑 1 1 把p u r p o s eo ft h er e s e a r c hi st oe n r i c ht h et h e o r i e so ft h em a n u f a c t u r i n gs y s t e m s p e c i a l i z a t i o ns e r v i c ea s po r i e n t e da n dt oi m p r o v et h ee n t e r p r i s ei n f o r m a t i o nm e t h o d sb a s e d o nn e t w o r k e dm a n u f a c t u r i n ga s pm o d ea n dl e a nm a n a g c l t l l e n tp a t t e r n n er e s e a r c ho f f e r sa f e a s i b l ep a t h w a yf o ri n f o r m a t i o ni n d u s t r y c o n s t r u c t i n go f c h i n e s em a n u f a c t u r i n ge n t e r p r i s e s k 眄w o r d s ；a s p ；c o l l a b o r a t i v ed e s i g r ；l e a n ；p r o d u c t i o nl o g i b t i e s ；l a y o u t i v 独创性说明 作者郑重声明：本博士学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工 作及取得研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外， 论文中不包含其他人已经发表或撰写的研究成果，也不包含为获得大连理 工大学或者其他单位的学位或证书所使用过的材料。与我一同工作的同志 对本研究所做的贡献均已在论文中做了明确的说明并表示了谢意。 作者签名： 日期： 大连理工大学博士研究生学位论文 大连理工大学学位论文版权使用授权书 本学位论文作者及指导教师完全了解“大连理工大学硕士、博士学位论文版权使用 规定”，同意大连理工大学保留并向国家有关部门或机构送交学位论文的复印件和电子 版，允许论文被查阅和借阅。本人授权大连理工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，也可采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编学位论 文。 作者签名： 导师签名：锄乙 孕也月日 大连理工大学博士学位论文 绪论 在信息技术飞速发展和经济全球化的双重驱动下，制造企业的制造实施模式和生产 经营管理模式正在发生着深刻的变革。信息时代的制造业呈现信息化、服务化、精益化 的趋势【l 】 1 1 论文的研究背景 国外发达国家制造业在信息技术和先进的管理技术的支持下，能快速地组织设计与 生产，选择经济的生产经营方式、合作伙伴，提供满意的客户服务。一些大公司已经形 成全球性的研究、开发、设计、制造和销售网络。 我国的机械制造技术和生产管理水平与国际先进水平还存在着阶段性的差距。随着 全球经济竞争一体化及信息网络化的纵深发展，我国的制造企业迫切需要改革传统制造 实施模式和生产经营管理方式。经过几十年的努力，我国部分制造企业已经实现了信息 化，但数量很少。在1 5 万家大中型企业中，仅有1 5 的企业基本实现了信息化，而中 小企业实现信息化的不足5 。据不完全统计，我国有机械制造企业4 6 0 多万家，其中 中小型企业约占9 8 左右，是机械制造行业的主要组成部分。但目前我国中小制造企业 普遍存在着技术力量薄弱、资金短缺等困难。广大中小型制造企业普遍希望能够以较低 成本和技术门槛实现企业信息化、精益化建设。网络化制造a s p ( a p p l i c a t i o ns e r v i c 宅 p r o v i d e r ，应用服务提供商) 以租赁方式向制造企业提供应用软件和技术服务，企业只 需按协议支付一定的使用租金，这种服务模式有助于解决中小制造企业信息化的一些困 难，是制造企业实现信息化进程中投资少，见效快，摆脱专业技术困扰的捷径。 本文结合现代制造业改革传统制造实施模式和生产管理模式的需求，探讨利用信息 技术和现代管理技术改造传统制造业的有效途径。 信息技术与网络技术的发展，促进了网络化制造这一先进制造实施模式的研究和应 用口1 。网络化制造是网络化的生产制造模式。它通过网络技术集成c a d c a m c a p p 、 虚拟制造、敏捷制造、精益生产、企业资源计划、客户关系管理、制造和装配过程仿真 等先进制造技术和先进管理技术，形成高效、可扩展的网络化生产制造系统。网络化制 造可增强企业的核心竞争力，促使国内许多专家学者对网络化制造模式进行研究，如华 中理工大学的扬叔子院士、同济大学张曙教授、重庆大学刘飞教授、浙江大学顾新建教 授、祁国宁教授、国家科技都高新技术发展与产业化司司长李健、上海交通大学严隽琪 教授等。国外大量文献中，与网络化制造相关的提法口l 有：n e t w o r k e dm a n u f a c t u r i n g ， e - m a n u f a c t u r i n g e - f a c t o r y 等。网络化制造虽然可提高企业的竞争力，有利于实现制造企 面向a s p 的协同设计与车间生产物流精益规划研究 业的信息化，但因为其技术复杂，成本较高，所以并不适合技术力量薄弱、资金短缺的 中小制造企业。因此，必须寻找一种对企业来说使用方便、费用低廉的实施方式。通过 分析和比较，本文采用基于a s p 的网络化制造实施模式，即利用网络化制造a s p 服务 平台及其相应的技术支持力量，实施网络化制造。 本文致力于应用先进的信息技术和组织管理技术，通过制造产业内各种资源的优化 和重组，进行制造业信息化和精益化建设。 1 2 论文相关领域的研究现状综述 1 2 1 网络化制造a s p 实施模式简介， 加入v r o 以后，中国制造业的竞争环境、发展模式、运行效率和活动空间等发生了 深刻的变化，这些变化对中国制造业提出了严峻的挑战。据统计，我国有机械制造企业 4 6 0 多万家，而中小型企业约占9 8 ，是机械制造业的主要组成部分。这些中小企业普 遍存在技术力量薄弱、资金短缺等困难，希望寻求一种低成本、低技术门槛的企业信息 化建设方案。在这种情况下，网络化制造a s p 实施模式的研究尤为重要。 1 2 1 1 网络化制造简介 网络化制造的研究已经比较深入。借鉴前人的研究成果 4 - 翻，在分析网络化制造特 征的基础上，概括网络化制造如下：网络化制造是企业为应对知识经济和制造全球化的 挑战，集成企业、高校、研究所以及制造资源和科技资源，通过先进的网络技术、制造 技术、虚拟技术及其他相关技术，构建面向企业特定需求的基于网络的制造系统，并在 系统支持下，突破空间、地域对企业生产经营范围和方式的约束，开展覆盖产品整个生 命周期全部或部分环节的企业业务活动( 如产品设计、制造、销售、采购、管理等) ， 实现官产学研的协同和各种社会资源的共享和集成。 网络化制造在提高企业的竞争力方面优势明显，但存在技术复杂，成本较高等缺陷。 而使用方便，费用低廉的a s p 模式弥补了这一缺憾，网络化制造a s p 模式使企业能够 以较低成本和较低技术门槛实现网络化制造。 1 2 1 2a s p 简介 a s p 即应用服务提供商，是一种新型服务模式，它通过广域网中的数据中心提供企 业所需要的各种应用软件服务，如人事、薪资、财会、e r p 、甚至是i n t e r n e t 、e - m a i l 服 务等，免去了企业购买、实施软件应用和再次开发的费用和时间，从而加快产品上市， 最终提高企业竞争力【l ”。a s p 是一种应用服务外包概念的延伸，可以应用到制造企业的 信息化改造中，图1 1 为一种典型的基于a s p 的企业信息化改造方案f 。 一2 一 大连理工大学博士学位论文 l 熟 企业2 i 霎觊 客户端 i ( 应用程序) l ( w e b 浏览嚣) ( w e b + a c t i v e x a p p l e t ) 毒害毒 i n t e m e t 善 i a s p 信息服务功能模块层 l 毒 l 数据库管理系统 i 崮崮卤 订制 管理 升级 咨询 圈1 1 基于a s p 模式的企业信息化方案 f - g 1 _ 1t h ep r o j e c to f e n t e r p r i s ei n f o r m a t i o ns y s t e m sb u i l d i n gb a s e do na s pm o d e a s p 自诞生以来，在北美、日本、欧洲等r r 产业高度发达的国家和地区迅速发展， 取得了极大的成功和广泛的应用l t s l ，a s p 高效率、低成本等优点促使其服务对象已扩展 到了财富5 0 0 强。美国a s p 市场从1 9 9 8 年9 0 0 0 万美元，增长到1 9 9 9 年2 4 亿美元，2 0 0 1 年1 4 亿美元，2 0 0 4 年达到4 2 亿美元【1 6 1 。受美国a s p 市场的带动，全球a s p 市场呈现 高速增长态势，据i d c 统计，2 0 0 4 年a s p 市场超过2 0 0 亿美元，2 0 0 5 年a s p 市场仍 然保持5 9 的增长速度 1 7 1 。a s p 行业协会对欧洲的一项调查表明，在德国、英国和法 国分别有6 6 、6 6 、4 0 的企业在使用a s p 服务。a s p 己成为全球化制造发展和企业 间电子商务的重要方向之一【1 睨1 l ，发展前景相当可观。 国外a s p 成功应用刺激了国内a s p 的产生。在中国大陆市场，宣称自己是a s p 或 提供a s p 服务战略的企业大约有5 0 家，包括用友、世纪互联、新网、安易、中国教育 热线、联想亿傲、中国网通、首都在线等【1 6 1 。但令人遗憾的是，由于市场成熟度和一些 外部原因，目前能够提供a s p 技术服务的企业很少，真正采用a s p 模式的企业更少， a s p 在中国仍处于发展初期【2 2 1 。 1 2 1 3 网络化制造a s p 及其研究进展 本文研究的网络化制造a s p 涵义如下：集中社会上优秀的设计、制造、工业工程、 生产管理、营销、市场研究等各类制造专业人员和技术软件，通过网络化制造a s p 平 台为制造企业提供应用服务。网络化制造a s p 为制造企业信息化和精益化建设提供捷 径。在制造企业信息化改造方面，a s p 模式较传统模式具有显著优势1 2 3 1 ，参见表1 1 。 用费 业虢护理 厂tkr 面向a s p 的协同设计与车间生产物流精益规划研究 表1 1 基于a s p 模式的企业信息化建设优势 t a b 1 1t h e 研o r i t i e so f e n t e r p r i s ei n f o r m a t i o ns y s t e m sb u i l d i n gb a s e do l la s p m o d e 近年来，在国家8 6 3 计划的支持下，许多高校和研究所以及生产力促进中心在网络 化制造系统及a s p 应用服务平台方面，开展了大量的研究工作。 在a s p 模式和实施的技术方案方面进行的研究主要有：贵州工业大学谢庆生1 分 析了制造业a s p 发展模式和策略，构建了获利模式：西安交通大学丁玉成、华南理工 大学郑时雄等提出基于a s p 模式的中小制造企业信息化改造方案1 2 5 之7 】；沈阳工业大学 侯玉华等【2 3 】研究了a s p 的运行机制；清华大学韩永彬等【冽实现了基于a s p 的资源共享， 开发了协同设计原型系统。在a s p 的具体应用方面的研究主要包括：北京航空航天大 学唐晓青等【2 9 l 研究了基于a s p 模式的协同质量管理信息系统；西北工业大学贾晓亮掣3 0 】 开发了面向a s p 服务的镁合金加工行业的工艺信息系统；清华大学肖田元等 3 h 研究了 a s p 方式下的制造资源发现问题；武汉开目信息技术有限公司刘林辉等【3 2 1 设计了基于 a s p 模式的轴系设计和校核系统。国内制造业信息化a s p 服务平台主要有：苏州a s p 平台、上海电信艾旺a s p 公共应用服务平台、重庆基于a s p 的产品网络化销售与定制 系统以及无锡制造业信息化a s p 公共服务平台w u x i a s p 等。 网络化制造a s p 实施模式为中小制造企业信息化和精益化建设提供捷径【2 1 。当前的 网络化制造a s p 在管理方面的应用居多，在工程应用领域的局限很大，缺乏支持网络 化制造如c a d 、c a m 、仿真等方面的应用服务，更缺乏支持网络化制造集成的服务环 境。在实际的多阶段复杂制造过程中，大量知识和信息的交换需要集成环境的支持。综 上所述，网络化制造a s p 的研究势在必行f 3 3 1 。 1 2 2 基于网络化制造a s p 的产品开发研究 1 2 2 1 产品开发研究现状及发展趋势 产品设计是企业的灵魂，产品的结构、功能、质量、成本、交货时间以及可制造性、 可维修性、报废后的处理以及人、机、环境关系等等，原则上都是在产品的设计阶段确 - 4 一 大连理工大学博士学位论文 定的。发达国家普遍采用了网络技术和计算机辅助设计技术加快产品开发速度，提升设 计质量。国内企业对于产品开发一般为基于经验和模仿设计，采用串行过程，从市场调 研、方案设计、详细设计、试制、修改设计到批量生产，普遍由自己的产品研发部门完 成。虽然几乎全部大型企业、7 0 的中型企业、2 0 3 0 的小型企业不同程度地应用了c a d 技术，但主要目的是“甩图板”，使用c a d 技术开展创造性设计的极少，新的设计方法 应用不多，而且产品开发周期长、成本高、问题多、可靠性低等问题普遍存在。对我国 约2 0 0 0 种机械新产品抽样调查表明，产品开发周期平均为1 8 个月。由此导致的产品交 货期长已成为在市场竞争中失利的重要原因。而在国外产品开发周期一般不超过6 个月， 甚至更短。如日本小松、德国l i e b h e r r 的新产品开发试制周期仅为4 个月左右，美国 在1 9 9 0 年就实现了新产品设计周期3 个星期，试制周期也仅为3 个月，对比鲜明。 2 1 世纪，市场全球化驱动制造企业要具备快速响应市场的能力。企业快速响应市场 的能力表现为具备从捕捉产品信息到及时投放市场的全面快速响应能力1 3 4 。主要包括： 快速捕捉产品市场动态需求信息及决策机制、产品快速设计、产品快速制造等，其中产 品快速设计是企业快速响应市场的关键【3 5 l 。目前，产品快速设计的方法和技术很多，主 要有并行设计、协同设计、虚拟设计、快速原型设计、面向大批量定制的设计、集成化 产品开发及产品全生命周期管理等，而作为敏捷制造、并行工程、网络化制造的基本支 持技术，协同设计成为制造业信息化领域的研究热点和前沿技术。 1 2 2 2 协同设计研究进展 对于协同设计的研究，国内外都做了大量的工作。一些著名的大学( 如美国的哈佛 大学等) 以及一些知名的公司( 如i 阴公司等) 对于协同设计的研究贡献卓越。 在协同设计系统研究和实践【3 6 】中处于领先地位的是欧美等国。研究工作有v i d e o d r a 坼 3 7 支持二维草图共享；t e l e d e s i g n 3 8 】可用于三维c a d 群件接口检查；美国伯克利 加州大学的c y b e r c u t 项目，建立了世界上第一个基于w e b 的设计和制造系统1 39 4 0 i ；美 国斯坦福大学的p a c t 项引4 1 4 2 l 研究了网络化协同设计问题：斯坦福大学c d r e i t 及s i 姒 合作开发的s h a r e 项目，支持i n t e r n e t 网上同步产品设计【4 3 】；c o c o u n t “l 是一个开放分 布式环境，支持协同设计；e p r i n t 资助的r a c ec a r 以汽车工业为应用背景进行了并行 工程的研究，c e c e d 4 5 】以协同设计为出发点进行了并行工程支撑环境的研究；b o e i n g 公 司从9 0 年代初为方便分布在异地的设计人员节省时间，缩短设计周期，进行了名为 f l y t h r u 的项目研究m ，f l y t h r u 的开展为设计人员提供了异步协调的手段；德国 f r a u n h o f e r 图形研究所的协同设计系统“d i s t r i b u t i o ns k e t c h p a d ”、欧洲e s p r i t 计 划支持的e u r o c o o p 系统均提出了协同工作方案。此外，如雨后春笋般发起的协同设计 面向a s p 的协同设计与车间生产物流精益规划研究 研究项目还有：澳大利亚悉尼大学建筑与设计科学系m a t e 系统f 4 7 1 、美国普渡大学的 s h a s t r a 系统1 4 蹦们、美国麻省理工学院智能工程系统实验室的d i c e 系统1 5 1 ，5 2 1 、美国麻 省理工学院c a d 实验室的d m e 项目 5 3 1 、美国国防高级研究项目署( d 悯o a ) 资助下的 m a d e l 5 4 j 、美国c a t i a 公司的c a d 系统协作支持工具1 5 5 1 、美国s p e c t r a 图形公司的 t e a m s o l u t i o n s 系统【鲫、美国惠普公司的c o - c a d 系统1 5 7 ，碉、美国w e b s c o p e 公司基于w e b 的c a d 协作支持工具【5 9 】等。 国内对协同设计的研究起步较晚，1 9 9 7 年成立的虚拟异地合作设计组织拉开了协同 设计研究的序幕随后，国家自然科学基金和8 6 3 计划对网络化设计与制造的支持掀起 了协同设计研究的热潮。 国内对协同设计的研究可分为三部分【删：协同设计的支持环境及原型系统的研 究；协同设计的智能技术及模型的研究；协同设计系统实施的约束求解及冲突消解 等理论与技术的研究。这三部分相辅相成，对协同设计实施理论和技术的研究能够为支 持环境的开发提供指导；协同设计实施理论与技术的研究也需要支持环境和智能技术的 支持1 6 - 。所做的研究概括如下： ( 1 ) 协同设计的支持环境及原型系统的研究 目前国内对该领域进行的研究主要有：王宏典，张友良等【6 1 】设计了一种支持并行工 程的协同设计