（机械电子工程专业论文）网络化制造环境下产品制造过程管理与技术研究.pdf

摘要 为适应市场对产品个性化、多样化的需求，企业必须不仅要加快自身的技术创 新，推出新产品，引导市场，还要主动寻求企业问合作，实现资源共享、优势互补 以能快速响应市场并抓住机遇，迅速开发出令顾客满意的产品。网络化制造正是为 了适应这种竞争环境的要求而提出的一种新概念。动态联盟作为网络化制造的一种 实现形式被认为是2 l 世纪最有竞争力的企业运行模式。它主要是利用网络技术实 现企业内部以及企业问的资源共享，优势互补，实现异地设计与制造，以最快的速 度把顾客满意的产品推向市场。 本文在系统地研究网络化制造的基本理论与国内外研究状况的基础上，结合当 前多种计算机技术及过程管理技术，提出了“网络化制造环境下产品制造过程管理” 的研究课题，根据网络化制造的基本特点，以产品制造过程中项目管理、产品数据 管理、零件数控加工的网络化技术实现等作为主要研究内容。提出了系统的整体框 架和实现方法，利用a s p 技术开发了“网络化制造环境下产品制造过程管理系统”。 本课题旨在通过计算机网络技术建立企业动态结盟，实现企业间的资源共享与 网络协作、产品制造过程中的全局信息交换和管理、异构与异地互操作的应用集成， 从而提高企业的市场竞争能力。从制造服务的角度出发，实现对制造过程的合理、 有效管理的思想。在本系统的开发中，针对网络化制造环境下产品制造过程的实际 需求，重点实现了以下三种功能： ( 1 ) 基于网络的制造信息管理平台开发。使注册企业通过该平台发布企业的产 品宣传和需求信息，可以根据企业能力和产品需求建立或参加企业动态联盟，依掘 权限迅速查询相关企业或产品的基本信息，获取相应的技术支持。 ( 2 ) 基于项目的产品数据管理模块开发。将项目管理思想应用于产品制造过程 中，丌发产品数掘管理系统，实现网络化制造过程全局信息的交换和管理。 ( 3 ) 数控加工机床联网应用。研究数控机床的联网数据传输，实现异地资源共 享，完成零件的加工仿真与制造。 关键词：网络化制造，动态联盟制造过程管理，产品数据管理 嘲络化制造王 、境下产品制造过程管理研究与技术实现 ! 兰皇兰! ! ! 暑! 皇詈置| | 詈篁堂皇曼墨暮量皇皇墨毫鼍皇詈皇皇皇墨曼置量篁皇! 鼍量詈置_ i i 詈量皇! 罡曼舞 a b s t r a c t i no r d e rt om e e tt h em a r k e tr e q u i r e m e n to fp r o d u c ti n d i v i d u a t i o na n dd i v e r s i f i c a t i o n ， t h e e n t e r p r i s e sm u s ts p e e du pt e c h n o l o g yr e f o r m ，p r o d u c e n o v e lp r o d u c t s ，l e a dt h e m a r k e ta sw e l la s c o o p e r a t ew i t ho t h e r si n i t i a t i v e l y t os h a r et h er e s o u r c et o r a p i d r e s p o n s e t ot h em a r k e ta n ds e i z et h eo p p o r t u n i t i e st od e v e l o pt h ep o p u l a rp r o d u c tr a p i d l y j u s ti no r d e rt oa d a p tt ot h er e q u i r e m e n t so ft h ec o m p e t i t i v ee n v i r o n m e n t ，n e t w o r k b a s e d m a n u f a c t u r i n ge m e r g e s a st h et i m e s r e q u i r e a s ar e a l i z a t i o nm e a n so fn e t w o r k m a n u f a c t u r i n g ，d y n a m i ca l l y i sd e e m e dt ob eo n eo ft h em o s te f f e c t i v ep a t t e r n so f e n t e r p r i s er u n n i n g i nt h e21s t c e n t u r y i tm a i n l yu s e sn e t w o r kt e c h n o l o g yt o r e a l i z e r e s o u r c e s h a r ew i t h i nae n t e r p r i s ea sw e l la sa m o n ge n t e r p r i s e s ，a n di m p l e m e n td e s i g n a n dm a n u f a c t u r ea td i f f e r e n tp l a c e s tt h e np u tt h ec u s t o m e rs a t i s f i e dp r o d u c ti n t om a r k e t i nt h es h o r t e s tt i m e o nt h eb a s i so fr e s e a r c ho nt h eb a s i ct h e o r yo fn e t w o r k e dm a n u f a c t u r i n ga n di t s d e v e l o p m e n t a th o m ea n d a b r o a d ，c o m b i n i n g c u r r e n tc o m p u t e r t e c h n o l o g i e sa n dp r o c e s s ， t h i s p a p e rp u t s f o r w a r dt h er e s e a r c h p r o j e c t o f p r o d u c tm a n u f a c t u r i n gp r o c e s s m a n a g e m e n tb a s e do nn e t w o r k a c c o r d i n gt o t h eb a s i cc h a r a c t e r i s t i c s ，i tf o c u s e so n p r o j e c tm a n a g e m e n t ，p r o d u c t sd a t am a n a g e m e n ta n dt h et e c h n o l o g yr e a l i z a t i o n o fn c m a n u f a c t u r i n gb a s e do n n e t w o r ka n ds oo n p r e s e n t st h ew h o l ef r a m ea n dt h er e a l i z a t i o n m e t h o d so ft h i ss y s t e m ，a n dd e v e l o p sa “p r o d u c tm a n u f a c t u r i n gp r o c e s sm a n a g e m e n t s y s t e mb a s e d o nn e t w o r k ”b yu s i n ga s pt e c h n o l o g y w i t ht h en e t w o r kt e c h n o l o g y ，t h e r e s e a r c ha i m sa tr e a l i z i n gd y n a m i ca l l y , r e s o u r c e s h a r ea n dn e t w o r k c o o p e r a t i o na m o n g e n t e r p r i s e s ，r e a l i z i n gm e s s a g ee x c h a n g ea n dm a n a g e m e n tt h r o u g h o u tt h ew h o l ep r o c e s s o fe n t e r p r i s e sp r o d u c t i o na n di m p l e m e n t i n ga p p l i c a t i o ni n t e g r a t i o no fh e t e r o g e n e o u s m u t u a l c o o p e r a t i o nt oe n h a n c et h ea b i l i t yo f m a r k e tc o m p e t i t i o no ft h ee n t e r p r i s e i nt h i s p a p e rt h ec o n c e p t i o no f r e a s o n a b l ea n de f f e c t i v em a n a g e m e n ta r er e a l i z e da tt h ea n g l eo f p r o v i d i n gs e r v i c ef o rm a n u f a c t u r e i nt h es y s t e ma c c o r d i n g t ot h ep r a c t i c a lr e q u i r e m e n t o f p r o d u c t sm a n u f a c t u r ep r o c e s si nt h en e t w o r km a n u f a c t u r i n g ，t h r e em a i n f u n c t i o n sa r e i i r e a l i z e d ： ( 1 ) t h ed e v e l o p m e n to ft h em a n u f a c t u r ei n f o r m a t i o nm a n a g e m e n tp l a t f o r mb a s e d o nn e t w o r k t h er e g i s t e r e de n t e r p r i s e sc a np u to u tt h ei n f o r m a t i o no ft h ep r o d u c t p r o p a g a n d aa n dr e q u i r e m e n tb yt h ep l a t f o r mt h e yc a n e s t a b l i s ho ra t t e n dt h ed y n a m i c a l l i a n c eo na c c o r d i n gt oe n t e r p r i s e sc a p a b i l i t ya n dp r o d u c tr e q u i r e m e n t t h e ya l s oc a n r a p i d l yi n q u i r et h eb a s i ci n f o r m a t i o no f t h ec o r r e s p o n d i n gi n d u s t r i e so rp r o d u c ta n dc a n o b t a i nc o r r e s p o n d i n gt e c h n i q u ea s s i s tw i t h i nt h e i rl i m i t s ( 2 ) t h ed e v e l o p m e n to ft h ep r o d u c td a t am a n a g e m e n tm o d u l eb a s e do np r o j e c t a p p l y t h ei d e ao fp r o j e c tm a n a g e m e n tt ot h ep r o c e s so fp r o d u c tm a n u f a c t u r i n g ，d e v e l o p t h ep r o d u c td a t am a n a g e m e n ts y s t e ma n dr e a l i z et h em e s s a g ee x c h a n g ea n dm a n a g e m e n t t h r o u g h o u tt h e w h o l e p r o c e s so f n e t w o r k e d m a n u f a c t u r i n g ( 3 ) t h ei n t e r l i n ka p p l i c a t i o no f n u m e r i c a lc o n t r o lm a c h i n i n gt o o l s s t u d yt h ed a t a t r a n s m i s s i o no fi n t e r l i n k e dn u m e r i c a lc o n t r o lm a c h i n i n gt o o l s ，r e a l i z et h er e s o u r c e s h a r e o f d i f f e r e n ta r e aa n di m p l e m e n tm a c h i n i n ge m u l a t i o na n dm a n u f a c t u r eo f t h ep a r t s k e yw o r d s ：n e t w o r km a n u f a c t u r i n g , d y n a m i ca l l i a n c e ，m a n u f a c t u r i n gp r o c e s s m a n a g e m e n t ，p r o d u c t d a t am a n a g e m e n t h i 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。本人 完全意识到本声明的法律责任由本人承担。 论文作者签名： 卑 日期：丛堕二虹 关于学位论文使用授权的声明 本人完全了解济南大学有关保留、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 论文被查阅和借鉴；本人授权济南大学可以将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：靴导师签名：墨亟生日期：立! 堑王i 7 1 ，1 课题研究背景及意义 第一章绪论 制造业的发达程度是一个国家经济强盛的标志。自从2 0 世纪9 0 年代以来，随 着科学技术的进步，电子、信息及自动化技术的广泛应用，制造业得到了巨大发展， 市场竞争也变得越来越激烈，主要表现在产品生命周期越来越短，产品品种数飞速 膨胀，对交货期的要求越来越高。这就迫使制造企业寻求新的组织管理方式来面对 激烈的市场竞争。企业不仅需要有对变化的市场的快速响应能力( 即能针对市场的 变化迅速进行必要的调整包括组织上和技术上的调整) ，而且要有不断通过技术 创新和产品更新来丌拓市场、引导市场的能力，这样才能及时抓住稍纵即逝的市场 机遇而立于竞争的不败之地。 网络化制造( n e t w o r km a n u f a c t u r i n g ) 就是为了适应这种竞争环境的要求而提 出的一个崭新理念。其核心是利用网络，特别是i n t e r n e t ，跨越不同的企业之间存 在的空阳j 距离，通过企业之间的信息集成、业务过程集成、资源共享，对企业丌展 异地协同的设计制造、网上营销、供应链管理等提供技术支撑环境和手段，实现产 品商务的协同、产品设计的协同、产品制造的协同和供应链的协同，从而缩短产品 的研制周期，降低研制费用，提高整个产业链和制造群体的竞争力。它能够使制造 企业把握市场机遇，及时动态地重组生产系统，在最短的时间内( 与其它企业相比) 向市场推出有利可图的、用户认可的、高质量的产品。以计算机网络将本地的、异 地的，甚至异国的制造企业或制造资源( 设备、产品设计或工艺规程) 联成一个整体， 为共同的目的，进行协调的努力“1 。 网络化制造不是简单的制造网络化，网络化制造是符合网络经济规律的制造模 式，企业的运作模式与经营理念都较以前的企业形态有根本的改变。开展网络化制 造不仅仅是技术问题，更重要的是建立符合网络经济( 知识经济) 规律的企业文化、 管理机制和运作模式。 动念联盟是网络化制造企业的主要组织形式。这是种既有合作又有竞争的动 念组织形式，为了响应己经或即将出现的市场机遇，若干个优势互补的企业临时快 速地组成一个联盟，进行企业问技术、人员、管理、资金、服务等因素的重组和集 成，以低成本、小风险、短的设计和制造周期，制造出高质量产品以投放市场，并 按一定的方式共享利益、分担风险。当市场需求消失时，联盟又迅速解体。其特点 是整个企业功能上的不完整性、地域上的分散性和组织结构上的非永久性，即功能、 地域、组织的虚拟化。 随着中国市场逐步开放，国外的大企业也将会蜂拥而至，以虚拟的组织形式 掠夺廉价劳动力，倾销其低成本、高质量的产品。这种外部环境竞争程度的加剧， 将给我国中小企业带来极大的冲击与挑战。那么要如何迎接这一挑战? 唯一的途径 就是通过组织重组、再造工程、管理创新和知识联网等企业再造工程，加强企业间 的动态联盟合作，实现网络化制造。通过网络化制造将会使我国中小企业在应对外 部环境变化的同时获得自身的快速发展，不同程度地解决我国中小企业现存的多方 面问题。“。因此对网络化制造及在网络化制造环境下的产品制造过程管理进行研究： 有助于解决我国中小企业知识与信息资源不足的问题。基于网络的制造信 息管理系统，将能够帮助企业方便地从海量的，无序的数据资源中找到所需的知识 和信息，从而提高企业的技术创新能力。 有助于解决我国中小企业长期存在的专业化分工与合作程度不高的问题。 基于网络的制造信息管理系统将通过最新的网络技术，利用动态联盟手段，实现联 盟企业间的资源共享与优化组合，实现强强联手，提高企业的整体市场竞争能力。 有助于提高我国中小企业的市场应变能力和自我控制能力。基于网络的制 造信息管理系统通过网络技术，使企业更贴近市场、贴近供应商，提高企业的市场 应变和自我控制能力，降低企业技术改造和产品开发中的j x l 险。 有助于解决我国中小企业人才匮乏和技术薄弱的问题。利用企业内外部信 息、知识的网络化共享，可以消除企业部门、等级阃的信息障碍，实现优势互补、 合作，弥补中小企业人才匮乏与技术薄弱的不足。 有助于解决我国中小企业资金短缺的问题。利用动态联盟，可以实现企业 间互相合作，降低新产品开发的成本和风险，缩短产品丌发周期，提高产品质量， 缩短产品交货期，解决中小企业资金缺乏的问题。 有助于解决我国中小企业管理水平落后的问题。通过对企业进行的一系列 网络化制造改造，将有利于中小企业的组织创新和管理创新，实现科学化管理，提 高企业管理水平。 1 2 网络化制造环境下产品制造过程管理的研究现状 网络化制造是一项新兴的技术，一出现便引起了国内外学者的重视，目前对网 络化制造环境下的产品制造过程管理的研究主要集中在： 动念联盟企业组建及信g n 务方面的研究：面向网络化合作进行企业建模 研究，并对其网络环境下的行为与结构进行深入地分析，从而对构建虚拟、动态的 企业联盟模式、面向全球的合作伙伴选择等方面产生积极的指导作用。目前，比较 有代表性的企业模型有s a d t 、c i m o s a 、a r i s 、i e m 和p e r a 等”3 ；原欧共体资助的信 息技术研究发展战略计划( e s p r i t ) 2 0 5 4 4 项目x c i t t i c ，于1 9 5 5 年建立了美国 企业网络f a n ( f a c t o r ya m e r i c a nn e t ) 0 1 ，提供包括生产能力、各种工程服务项 目、产品及其价格和性能数据、销售和用户服务、专门服务等，试图通过发达的高 速信息网将美国制造业联在一起以提高资源共享程度及制造敏捷性。 制造过程的研究：美国的a a r i a ( a u t o n o m o u sa g e n t s a tr o c ki s l a n d a r s e n a l ) 项目”1 ，基于i n t e r n e t 网络环境，采用多a g e n t 系统结构，通过三类 a g e n t ( p a r tb r o k e r 、u n i tp r o c e s sb r o k e r 和r e s o u r c eb r o k e r ) 的协作，完成了从 用户订单提交到虚拟企业协作等一系列过程的仿真。与此相类似的还有加拿大的 n e t m a n 项目，英国的c d p ( c o o p e r a t i v ed e s i g np r o j e c t ) 项目等；美国伯克利大 学集成制造实验室的c y b e r c u t 项目，建立了世界上第一个基于w e b 的设计与制造 系统，丌发了网络化的c a d 系统w e b c a d 。1 ：波兰金属切削研究所也开发了基于 i n t e r n e t 的c a d c a m 系统”1 ；英国建立e d i n b e r g he n g i n e e r i n gv i r t u a ll i b r a r y 网站( w w w ! ! 业! ! 业) ，基于w e b 的虚拟制造中心，提供工业设计、制造资源等 各种信息，为企业设计、分析、制造提供服务；通用电器公司的c a mn e t 通过i n t e r n e t 提供产品仿真等多种制造支撑服务；而m t a m r i 项目则在加工过程建模与仿真、敏 捷央具、混合加工系统、钻削等方面开展网上合作与研究0 1 。 国内的研究主要有： 网络化设计与异地协同研究强调产品设计与开发过程中，获取知识的 异地协作性研究。西安交通大学建立了国内第一个支持产品合作设计的网站 3 ! 型：! 删q ! ! ：! ! ! ：! q ! ：! b ，主要提供设计知识的获取”。国家8 6 3 计划也专门在应 用基础研究中对网络化设计、异地设计进行立项，上海先进制造工程技术研究中心 和上海飞机制造公司正在开发一个基于i n t e r n e t w e b 的异地设计与制造系统，进 行跨行业、跨地域的协同产品设计与制造洲。清华大学范玉顺教授对企业信息化集 成框架、实施方案、协同模式等进行了研究“。清华大学肖田元等教授对产品协同 丌发平台、面向大规模定制的制造系统进行了研究。 网络化制造模式研究同济大学张曙教授与香港理工大学李彬教授联合 提出“分散化网络( d i s p e r s e dn e t w o r k e dp r o d u c t i o ns y s t e m ，d n p s ) “”，将分 散在不同地区的现有生产设备资源、智力资源和各种核心能力，迅速组合成没有围 墙、超越空间的、靠电子手段联系得、统一指挥的经营实体网络化联盟企业， 以便迅速推出高质量、低成本的产品，上海交通大学先进制造技术中心于1 9 9 8 年 丌始提供快速原型制造服务，同济大学也与香港一些企业进行联网制造试验“。华 中理工大学的杨叔子院士、吴波教授等在分稍式制造基础上，提出了“基于a g e n t 的网络化制造”模式和“分布式网络化制造系统( d i s t r i b u t e dn e t w o r k m a n u f a c t u r i n gs y s t e m ，d n m s ) “”，由异构分布的制造资源基于c o r b a 技术，利 用网络组成开放、跨平台、相互协作的制造系统，目标是将现有分布的制造资源通 过其a g e n t 连接到网络来，以提高制造企业间信息交流与合作能力，进而实现资源 共享。合肥工业大学c i m s 研究所也进行了基于多a g e n t 的网络化制造研究”。王 治森教授等面向网络化锩6 造的a g e n t 、c o r b a 等技术进行了研究与应用，建立了面 向齿轮加工的准柔性生产线，提出了智能化网络制造的模型。重庆大学刘飞教授以 “陶瓷产品网络化制造与销售示范系统研究”对“区域性网络化制造”等进行了实 验性研究“”3 。浙江大学顾新建教授等提出大成组概念，并对网络化制造范式、网络 化制造导航台及网络化制造的仿生学、经济学等理论进行了研究与论证“。上海交 通大学严隽琪教授对数字化及网络化制造进行了大量研究，提出了敏捷网络化工程 实施方案“。西安交通大学汪应洛教授提出了建立虚拟实验开发中心的研究开发模 式“。北京航空航天大学邓家褪教授及西安交通大学谢友柏教授等都对网络化制造 进行了相关研究。 4 济南人学硕士学位论文 1 3 课题主要研究内容 本课题在充分借鉴与吸收当前网络化制造技术研究成果的基础上，确定以“网 络化制造环境下产品制造过程管理”为研究内容，旨在通过研究搭建一个平台，真 f 实现分布、异构的企业之间的信息与资源共享。通过联盟企业间的网络协作，实 现异地设计与制造，研究在网络化制造环境下如何实现产品的生产制造以及在制造 过程中的加工信息、数据的管理方法。重点作好以下工作： 在系统地研究网络化制造的基本理论与国内外发展情况的基础上，结合过 程管理理论，分析网络化制造环境下产品制造过程所涉及的内容，根据i d e f o 方法 建立制造过程模型给出“网络化制造环境下产品制造过程管理”的整体框架和实 现方法。 建立企业动态联盟中心，为企业提供一个信息共享平台。注册企业通过该 平台不仅可以根据自己的需求迅速地寻找到其它联盟企业的基本信息以及市场需 求信息，还可以利用联盟中心发布自身企业的市场需求消息或从联盟中心获取技术 帮助。另外，注册企业还可以通过技术论坛进行技术交流，解决企业的技术难题， 以弥补中小企业技术薄弱的不足。 网络化制造环境下基于项目的产品数据管理模块的开发。该模块以项目管 理为核心，实现任务的合理分派及规划、资源的合理利用与分派，任务执行过程的 进度安排与跟踪，为任务及时完成提供保障。另外该系统还可为用户提供各个功 能模块，如：工艺资源数据库管理模块，实现工艺资源数据的动态管理；图文档管 理模块，实现产品从设计到生产过程中的相关数据的管理，为项目的顺利开展提供 支持。 数控加工机床联网应用。研究数控机床的联网数据传输，实现异地资源共 享，完成零件的加工仿真与制造。 第二章产品制造过程管理模型及系统框架确定 产品制造过程管理是指对产品制造及其相关过程实施计划、分析和控制，协调 好丌发过程中的资源配置、进度安排、组织优化等方面，以保证产品丌发过程的优 化运行和产品开发项目的顺利完成。在网络化制造环境下，需要盟员企业共同参与 并相互合作才能将产品需求转化为现实的产品。所以网络化制造环境下的产品制造 过程具有涉及领域范围广、过程之间的关联度大等特点。 2 1 过程和过程管理 2 1 1 过程 过程“，是一系列已经定义好了的活动，通过这些活动可以在一定的约束条件 下，借助一定的资源将任何形式的输入转换成输出( 产品、信息或服务) ，如图2 1 所示。 其中，输入是过程活动要用掉、消耗掉或变换成输出的 东西；输出是过程活动的结果；控制是过程活动所受的约束、 进行变换的条件或活动的依据；机制或资源则是活动赖以进 行的基础、手段或支撑条件，可以是活动开展的人或硬、软 件设备等。 过程在一个组织活动过程中是无处不在的，人们所做的 每一件事情，无论是否明确的将过程写出来，或者是否完全 输入 机制 图2 l 过程的定义 输出 按照过程去做了，都用到了过程。过程隐含在所做的任何一件事情中，大多数组织 不论其规模大小，都是基于各种各样的过程开展工作的，而且一项工作的业绩水平， 不管是与产品服务质量有关，还是与用人有关，都将和所用的过程密切相关。由于 业务性质的不同，对于一个公司而言，某些过程可能相对重要一些。比如说，某一 行业，不断地推出新产品对于其保持市场份额是至关重要的，那么新产品的开发设 计过程是最重要的：而在另一行业中，制造过程可能对保证客户满意度来说是最重 6 耍的。 2 ，1 2 过程管理 过程管理，是指为了达到某种目的，对企业或组织所涉及的过程，进行设计、 改进、监控、评估、控制和维护等各方面的工作，它是一项目的性很强的工作。进 行任何过程管理之| j 都必须明确定义所希望达到的目的。对于产品制造过程管理， 由于其比较复杂，在不同时期、不同制造环境下的不同企业的产品制造过程管理目 的是不尽相同的。常见的制造过程管理目的有提高产品和服务质量、降低制造成本、 提高制造效率、缩短交货周期，等等。当然也可能是希望通过产品制造过程管理同 时达到多个目的。 过程管理在很多方面与业务流程重组( b p r ) 很相似，所不同的是，过程管理更注 重具体过程的识别、分析、设计以及在整个生命周期中对过程加以维护。同时借助 过程失效模式和影响分析、过程质量功能配置、计算机仿真和优化技术、数据采集 和统计分析等工具对企业活动中的具体过程系统地、定性定量地进行识别、分析诊 断、设计优化和不断改进完善，其主要诀窍是，在不同的过程管理阶段能够选用最合 适的辅助工具。 2 - 2 网络化制造环境下产品制造过程管理模型的建立 目前比较成熟的建模方法有a r i s 、d f d 、p e t r i n e t 、i d e f “= 3 等，其中i d e f 方法 由于具有非常强的层次结构和较为完善的建模方法，在过程分析时适于逐层深入地 展开，因而在工程实践中得到了广泛的应用。 i b e f 的基本概念“”是在7 0 年代提出的结构化分析基础上发展起来的。8 0 年代 美国空军为了降低项目开发费用、减少系统中的错误、促进交流的已执行和加强管 理，推出了i c a m ( i n t e g r a t e dc o m p u t e ra i d e dm a n u f a c t u r i n g ，整合性计算机辅助 制造) 计划，i d e f 是i c a m d e f i n i t i o n m e t h o d 的简称，由一系列方法组成，其中 i d e f o 用于功能模型的建立，记录制造的程序，并可显示每一执行步骤所需要的信 息与资源。其基本思想是结构化分析方法，来源于s a d t ( s y s t e ma n a l y s i sa n dd e s i g n t e c h n o l o g y ) ，采用自顶向下逐步分解，通过建立一个系统的模型来全面描述和理 解系统，主要是确定系统有什么功能， 有很强的目的性。本课题的研究中使 用 d e f o 方法建立模型，对网络化制 造环境下产品制造过程管理涉及的 内容进行了分析。 使用i d e f o 在建模开始时“，要 先定义系统的内外关系和来龙去脉， 建立过程模型。用一个盒子及其接口 箭头来表示，确定出系统范围，即“网 络化制造环境下产品制造过程管 理”，所涉及到的所有内外关系，如 图2 2 所示并且按i d e f o 方法严格地 自顶向下逐层分解来构造模型，使其 主要功能在顶层说明，然后分解得到 而不管系统如何具体的去实现这些功能，具 坯料及外 产 品 订+ 照 与 需 材 料 供 应 信 研 设 制计 究计 造算 人调! 设机 员度。备 系 人 统 州 图2 2 制造过程模型 产品设文件 成品 有明确范围的细节表示，每个模型在内部是完全一致的所以“网络化制造坏境一f 产品制造过程管理”又可以进一步分解为“寻找合作伙伴”、“产品设计”、“工艺设 计”和“关键程序仿真”、“产品加工”5 个过程，如图2 3 所示。 2 3 网络化制造环境下的产品制造过程管理系统的总体框架 在前面分析的基础上，我们知道了网络化制造环境下的产品制造过程管理所涉 及的过程及内容，这个过程的实现需要合理的系统结构来实现。目前，基于w e b 技 术的网络体系结构主要有客户机服务器( c 1 l e n t s e r v e r ) 和浏览器服务器 ( b r o w s e r s e r v e r ) 两种模式“。 c 1 l e n t s e r v e r 模式是一种典型的二层结构，按照各自实现功能的不同，将应用 程序分为两大部分：用于处理数据库的服务器部分和用于处理应用程序和请求服务 的客户机部分。客户机部分负责执行前台功能，如管理用户接口、数据处理和报告 请求等：而服务器部分执行后台服务，如管理共享外设、控制对共享数据库的操纵、 接受并应答客户机的请求等。这种模式具有专用性和交互性强、网络通信量低以及 l 嚏秘孟足乐接女 盘聋毯 羽苍* 罐嚣躇 替0 掣r 垂 蟛鼎塑螽 罄聚茸g 坦 球0 牟引g 罂 壁 如， 3 皋j 基 盎 面 逛 爿 牟 ：斗 j 薹| | | 薹 藿i 鞘摹 蛋 抖厘亡h 址磊器 9 zu 芒 咯 l $ 碱好球 斌恭 鬟 桐 h ， 靶晶“搴 魁七 噬 世 匝2盆s到辎骥期刊她魈捌蝴话罐k卜驿旨嫂器婚匿nn固 制 瓤 祭 、 1 上 ： 一 盎錾树h 一 州 墨| 订土 一 姻 坶 一 4 鲁辎唾傲 两矧 蕊 一 一l l艄一厂十 速度快等优点，但存在着客户机负担重、移植困难、系统维护复杂、升级麻烦和用 户界面风格不一等缺点。 b r o w s e r s e r v e r 模式是在c s 模式基础上发展起来的三层逻辑结构。相对于c s 结构而言，三层的b s 体系结构是把原来在客户机一侧的应用程序模块与显示功能 分开，将它放到w e b 服务器上单独组成一层，而客户机上只需安装单一的浏览器，这 样客户机的压力大大减轻了，把负荷均衡地分配给了w e b 服务器，从而克服了c s 二 层结构负荷不均的弊端，因此具有易于维护和升级、用户界面具备一致性和友好性、 操作使用方便、应用程序开发与管理成本低等优点。本系统采用b r o w s e r s e r v e r 结构，具体结构如图2 4 所示： 动态联盟 信息服务 联盟加t 设备 品0 一t n t p 镕+ + 一一：震熙 谢览嚣 r l _ a p m ? w 曲孵下蕞 ：，一一 i 一 同络安全拧制 i r i t e m e c h i t p 服务器 二二j 应用艘务器。 l 眶务 零i 函i r f p p t 藏o i 爹 通信席闱， j 五茬i 兰晶。使能上具 “掣。一唾磊警 f 景淼絮豁i * - 髫嚣w 西s 口埘番皤库ir “矗嚣阵 ，。i 一- ， 一。i _ 一一一十一1 d n c 辛o t ： o n c t 日 加i 设备枷l 蹬备 图2 4 系统总体结构 幕憎 台忤伙件 敏崭摩 t d n c 中帆 每个联盟企业，可以通过动态联盟资源共享与网络协作系统来实现动念联盟的 建立与实施。企业一方面可以通过w e b s e r v e r 提出请求来获取异地的服务和资源， 另一方面可以通过i n t e r n e t 向外界提供本地的服务和资源。 联盟中心是企业互相联系的纽带，是实现动态联盟的基础。联盟中心的信息管 理服务器的作用是：记录各个企业的网络地址，提供给联盟伙伴域名，以便于企 业问的通讯；记录各个联盟企业的状况，以方便合作伙伴之间的资源共享；为 合作伙伴之间的交流提供平台。 2 4 系统的功能介绍 为企业提供一个结盟的平台，企业可根据需求动态自由地结盟。联盟企业可 以在该平台上发柿企业基本信息及市场需求，便于企业间的相互了解，为针对某个 市场信息而组成联盟奠定基础。 在结盟的企业阳j 进行网络协作、实时生产信息交流与技术交流，包括生产进 程的反馈与质量监督等，实现生产过程信息的全局管理。 建立一个技术服务中心为企业提供各种技术服务。如提供c a d 三维设计， 仿真工具，工艺开发工具等等。 结盟企业通过该系统实现相互间的资源共享。如企业的设备资源，人力资源 与技术资源的共享等。 2 5 系统构成 2 5 1 网络化制造信息管理平台 网络化制造信息管理平台是实现动态企业联盟资源共享的基础，利用w e b 技术 可以有效地实现联盟企业通用资源的共享与信息交流。 通过该平台，企业只要注册登记并经过联盟中心的认证后便可成为盟员。可以 方便地了解其它联盟企业的基本情况，发布市场需求，捕获市场机遇，得到强大的 技术支持，动态地与其它企业结盟。并可以通过平台查找自己所需要制造相关的信 息。该部分实现了过程管理模型的第一步。 嘲络化制造王f 境下产品制造过程管理研究与技术实现 e ! ! ! ，i ! i i i ! ii ! ! l e e 2 5 ，2 基于项目管理的产品数据管理 这是实现网络环境下产品制造过程管理的核心部分，本部分的开发借用了项目 管理的思想，丌发了基于w e b 的产品数据管理模块，使在生产过程中的设计数据、 信息等按照项目管理的思想进行组织、管理。实现了产品生产过程中的全局信息的 管理与交换，有效地组织了生产过程。该部分可以完成网络化制造环境下产品制造 过程管理模型中“产品设计”、“工艺设计”、“关键工序仿真”3 个过程的管理。 2 5 3 数控加工设备联网 加工设备是制造过程的实现部分，在该部分中研究了数控加工设备为主的加工 设备连入网络的方法。为动态联盟之间设备资源共享奠定了基础。该部分实现了过 程管理模型的最后一个过程“产品加工”。 第三章网络化制造信息管理平台 3 1 网络化制造信息管理平台简介 实现网络环境下产品制造过程管理模型的第一步就是在发现市场信息后，能够 快速地找到合作伙伴及可用于生产的相关信息。快速地组织生产。这就需要有一个 平台提供信息支持，通过这个平台，参与动态联盟的成员可以快速地找到自己理想 的合作伙伴，并可以找到自己所需要的制造资源信息，实现资源共享。 网络化制造资源信息管理平台是开放的，由经过资格认证的潜在合作伙伴相关 信息组成【2 7 j 。它包括制造业的常用信息，以及加盟企业的完整的信息资料，所含内 容有企业名称、地址、人员状况、核心能力、关键 圈圈匿圈圈 t 5 搜索珏配企业h 亚蓟 ，。：1 ，。， l决策1 ，- - - - - - ! i - - - - - - - - 一 f 最优合作伙伴l 【，。j 圈3 1 动态联盟伙伴企业选择盟员的运作模式 设备名称、资余情况、商标品牌名称等。该平台是动态联盟成员之问联系、通讯及 查找有用资源的一种有效手段。通过此平台，成员之间可进行e m a i l 、声音邮件、 音频会议、视频会议等的通讯，还可以在海量信息中找到自己所需要的有效信息。 通过制造资源信息管理平台盟主可以选择盟员j ，过程如图3 1 所示。在获得 口俐日 亨希 兰_ 嘲络化制造环境下产品制造过程管理研究与技术实现 一个市场信息后，盟主企业通过对准备生产制造的产品进行分析，把一个复杂的产 品分解成许多相对简单的模块，并决定哪些模块需要寻求合作伙伴，通过信息管理 平台，根据要求与约束条件，在知识库内搜索适合要求和约束条件的企业，并对适 合要求的企业，按评价目标加权系数，计算出各级企业的有效得分值，并提交给盟 主多个得分值最高的企业，供盟主决策。 3 2 制造过程管理的安全控制措施 3 2 1 制造网络的划分及数据库的构成 我们可以将制造网络划分为企业内联网、企业外联网以及合作伙伴网。如图3 ，2 所示。 图3 2 制造网络划分示意斟 企业外联网( i n t e r n e t ) “”主要是在网上发布企业主页信息、产品与服务广告； 建立用户网上销售系统包括查询与应答建立企业与用户的直接动态联系；根据网 上信息分析市场动态及用户需求。 企业内联网( i n t r a n e t ) 担负着本公司产品的设计、开发，企业内部各个部门的 管理，这一部分是仅对合作伙伴公开或者完全不公开的，具有很高的保密性。 合作伙伴之间的网络( e x t r a n e t ) 主要用于联盟伙伴之间的信息交换。 这三种不同功能的网络分别对应着三种类型的信息库：共享信息库、企业私有 信息库和盟友共享信息库，它们在网络上的构成如图3 3 所示。 州络l 一一 。 网络 ，一 二)1 、 f 、= = 一7 一一 、一。if 曼墨苎兰堡竖l n 西西萌丽嗣 兆亭信息库i 两西孬森丽i 矗蠹；看i 高 盟主企业联盟企业1 联盟企业n 图3 3 制造刚络的数据库网络分布图 共享信息库，主要用来收集、组织和管理联盟企业的基本信息，如每个联盟企 业的概要信息( 企业简介、企业产品、企业联系方式等数据) ，联盟企业的在线状态， 联盟企业的加盟情况。另外，它还向联盟企业提供通用技术信息( 如标准件、通用 件、图库信息等)