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上海交通大学博士学位论文 面向敏捷制造的数控集成平台及其 在模具制造企业中的应用 摘要 敏捷制造随着现代市场竞争的不断加剧，经济全球化趋势的不可逆转，用户需求的日趋 多样化和多变性应运而生，它要求企业能够根据市场的不断变化、心户需求的快速变更，敏 捷的改变决策、调整生产。而敏捷制造的实现需要相应的信息系统作为支撑体系，企业信息 化是提高企业敏捷性的主要途径。然而在企业实施e r p 、p d m 等系统提高企业管理水平时， 却忽略了车间生产对企业敏捷性的重大制约性，车间生产对于企业管理层而言近似“黑箱操 作”，车间级的实时数据不能及时、有效的用于企业的决策活动之中；同时，d n c ( d i r e c t d i s t r i b u t e dn u m e r i c a lc o n t r 0 1 ) 缺少管理功能，与上层管理缺少集成特性：在虚拟企 业结构一f ，m e s ( m a n u f a c t u r i n ge x e c u t i o ns y s t e m ) 义难以适应高度自治的分布式环境： 因此，企业迫切需要一种既适合于敏捷制造又能消除车间“黑箱操作”的系统平台。 本文针对这种情况，提出了一种基于设备控制层而又向上与企业信息系统集成、面向敏 捷制造的数控集成平台( a g i l em a n u f a c t u r i n go r i e n t e di n t e g r a t i o np l a f f o r n l f o rc n c ： a mi p c n c ) 。本文从体系结构、任务管理、以及通州数据采集模式等方面对a mi p c n c 进行了详尽的研究，最后，建立了a mi p c n c 的集成运行环境实例：m e s ，并在上海中模 模具制造有限公司得剑了实际应川。 在文献综述的基础上，提出了一种支持敏捷制造的数控集成模式：面向敏捷制造的数控 集成平台( a g i l e m a n u f a c t u r i n 9 0 r i e n t e d i n t e g r a t i o np l a f o m f o r c n c ：a m | p c n c ) ，给出了 a mi p c n c 的基本定义，井在此基础上建立了a mi p c n c 的网络层次模型，描述了 a mi p c n c 的功能、技术体系结杜j 。对a mi p c n c 的集成模式进行了分析：提山了企业的 速度描述模型，建立了资源级“即插即用”集成机制，对联盟级提供基于w e bs e r v i c e 的集 成服务接口，结合控制理论建立了企业内部的集成控制模型。并采用面向结构和面向对象相 结合的建模方法对a mi p c n c 系统进行了全面的分析。 通过对企业任务问题的分析，提出了基于知识推理的任务管理策略：建立了任务的三维 ( 时间、地域、能力) 空间模型和能力表达，建立了基于本体论( o n t o l o g y ) 的资源能力表 达模型，给山了基于任务与资源动态能力的知识表达规则，提出了递进知识推理算法。 针对j o bs h o p 凋度问题，提山了基于事件( 设备故障、紧急定单下达) 的车问集成调度 框架，利_ 【 j 种群约束理论改进遗传算法并作为调度的核心算法，提出了基于时间窗的任务分 配算法。并结合上海中模模具制造有限公司的实际产品数据，建立了i n t e r n e t 环境下基于遗 传算法的集成调度仿真系统。 针对各种数控机床接口千差万别，通信协议多种多样，难以进行数据采集和集成的问题， 提出了通刚数据采集模式：利_ e j 通州数据采集盒进行数据采集，采集所得的数据以x m l 方 式进行传递。通川数据采集盒屏敲了不同硬件接口之间的差异，使数据采集的方式得n t 统 一；采样数据以xml 方式进行传递，可以在异构的系统和平台之间进行传递，并适_ l _ | 于 i n t e r n e t ，实现基于i n t e r n e t 的机床状态监测。对通h j 数据采集盒的硬件、软件结构进行了分 析；建立了实时数据的xml 表达方式；在数据采集的基础上，实现生产监测：实现机床状 态监测、设备利_ l i j 率、零件工序级实际工时的计算以及产品进度跟踪。 i 上海交通大学博士学位论文 基于上述总体构架和关键技术的研究，结合上海中模模具制造公司信息化需求在 i n t e r n e t 平台上建立了a m 的集成运行环境实例：(_ipcnc m e s m a n u f a c t u r i n ge x e c u t i o n s y s t e m ) 。对系统的技术特性、功能特性以及集成特性进行了分析说明：通过对系统运行主 流程的分析，对系统运行环境进行了介绍。实现了与k b s ( k n o w l e d g eb a s e ds y s t e m ：知识 办公系统) 、计划及设计工艺之间的信息及业务过程的集成，实现了对底层设备的实时监测 。 以及对车问作业的实时跟踪；对企业生产资源进行了有效管理，取得了好的效果。同时，建 立在a m i p c n c 基础上的制造执行系统( m e s ) 在上海烟草机械有限责任公司也得到了实 际应用，取得了较好的效果。 关键词：敏捷制造 a m _ i p c n c 知识推理率间集成调度 种群约束理论通用数据采集模式 上海交通大学博士学位论文 r e s e a r c ho na g i l em a n u f a c t u r i n go r i e n t e di n t e g r a t i o np l a t f o r mf o r c n ca n di t sa p p l i c a t i o ni nd i e & m o l d m a n u f a c t u r i n ge n t e r p r i s e a b s t r a c t a g i l em a n u f a c t u r i n gb o r nw i t ht h ei n t e n s i v em a r k e tc o m p e t i t i o n ，g l o b a l i z a t i o nf o re c o n o m y , a n dd i v e r s i t yo fc o n s u m e rd e m a n d ，i tr e q u i r e se n t e r p r i s et oa l e r td e c i s i o na n da d j u s tp r o d u c t i o n w i t ht h ec h a n g eo f m a r k e ta n dc u s t o m e r sr e q u i r e m e n t b u tr e a l i z a t i o no fa g i l em a n u f a c t u r i n gi s d e p e n d e n to ni n f o r m a t i o ns u p p o r t i n gs y s t e m i m p l e m e n t i n ge n t e r p r i s ei n f o r m a t i o ns y s t e mi st h e m a i nw a yt oi m p r o v ee n t e r p r i s ea g i l i t y , b u tw h e ns y s t e m ，l i k ee r p , p d me t c i sa p p l i e d ，b a de f f e c t w o r k s h o pp r o d u c t i o ni m p o s e do na g i l i t yo fe n t e r p r i s ei sn e g l e c t e dw o r k s h o pp r o d u c t i o ni sn e a r l y b l a c kb o x ”f o ru p p e rm a n a g e m e n t ，a n dr e a l - t i m ed a t ac a n n o tb eu s e df o rd e c i s i o nt i m e l ya n d e f f e c t i v e l ya tt h es a m et i m e ，d n c ( d i r e c t d i s t r i b u t e dn u m e r i c a lc o n t r 0 1 ) i sl a c ko fm a n a g i n g a b i l i t ya n di n t e g r a t i n gc a p a b i l i t yw i t hu p p e rm a n a g e m e n t ，a n dm e s ( m a n u f a c t u r i n ge x e c u t i o n s y s t e m ) i sh a r dt of i tt h eh i g ha u t o n o m o u sa n dd i s t r i b u t i n ge n v i r o n m e n ts o ，ap l a t f o r mt h a tc a n e l i m i n a t et h ew o r k s h o p b l a c kb o x ”a n df i tf o ra g i l em a n u f a c t u r i n gi sn e e d e db a d l y t os o l v et h i sp r o b l e m ，a g i l em a n u f a c t u r i n go r i e n t e dp l a t f o r mf o rc n c ( a m _ i p c n c ) i sp u t f o r w a r dh e r e ，w h oi sd e p e n d e n to ne q u i p m e n tc o n t r o ll a y e r ，c a nb ei n t e g r a t e dw i t he n t e r p r i s e i n f o r m a t i o ns y s t e ma n do r i e n t sa g i l em a n u f a c t u r i n g a m i p c n ca r c h i t e c t u r e ，t a s km a n a g i n ga n d g e n e r a ld a t ac o l l e c t i o nm o d ei sp u ti nd e t a i l s ，a n dl a s t l y , m e si sb u i l ta st h ei n t e g r a t e dr u n n i n g e n v i r o n m e n tf o ra m i p c n ca n di si m p l e m e n t e da n du s e di ns h a n g h a is h e n m od i e m o l d m a n u f a c t u r i n gc ol t d b a s e do nt h el i t e r a t u r es u m m a r i z a t i o n ，ac n ci n t e g r a t i n gm o d es u p p o r tf o r a g i l e m a n u f a c t u r i n gi sp u tf o r w a r d ：a g i l em a n u f a c t u r i n go r i e n t e dp l a t f o r mf o rc n c ( a m i p c n c ) b a s i cd e f i n i t i o nn e t w o r kl a y e rm o d e l ，f u n c t i o na n dt e c h n i q u ea r c h i t e c t u r ef o ra m _ i p c n ca r e g i v e ni nd e t a i l i n t e g r a t i o na r c h i t e c t u r ef o ra m i p c n ci sa n a l y z e d ：v e l o c i t yb a s e dm o d e li sg i v e n p l u gi na n dp l a yi n t e g r a t i o n , n o d ef o re q u i p m e n ti sp u tf o r w a r d ，w e bs e r v i c eo r i e n t e di n t e r f a c ei s p r o v i d e df o rd y n a m i ca l l i a n c e ，a n dc o n t r o lt h e o r yi su s e dt ob u i l di n t e g r a t e dc o n t r o lm o d e lf o r e n t e r p r i s el a s t l y ，m o d e l i n gm e t h o dc o m b i n e da r c h i t e c t u r e o r i e n t e da n do b j e c t - o r i e n t e dm e t h o di s u s e dt oa n a l y z ea m i p c n ct h o r o u g h l y t h r o u g ha n a l y z i n gt a s kp r o b l e mf o re n t e r p r i s e ，k n o w l e d g eb a s e dt a s k - m a n a g i n gs t r a t e g yi s p u tf o r w a r d ：t a s k3 dm o d e lb a s i n go nc a p a b i l i t y , d i s t a n c ea n dt i m ei sp r o m o t e d ，c a p a b i l i t y o r i e n t e dt a s km o d e li sb u i l tu p ；o n t o l o g yt h e o r yi si n t r o d u c e dt ob u i l de q u i p m e n tc a p a b i l i t y d e s c r i p t i o nm o d e l ；t a s ka n dr e s o u r c ed y n a m i cc a p a b i l i t yb a s e dk n o w l e d g ee x p r e s s i o ni sb u i l t ，a n d s t e p u pa l g o r i t h mf o rk n o w l e d g eb a s e di n f e r r i n gi se x p o u n d i n t e r r u p tm o d e b a s e d w o r k s h o pe v e n t sh a n d l i n gf l o w i sb u i l tu pf o rc o m m o ne v e n t s ( e q u i p m e n tf a i l u r ea n de m e r g e n to r d e rd o w n ) h a p p e n e di np r o d u c t i o np r o c e s s ，g r o u pr e s t r i c t t h e o r e mi sp u tf o r w a r dt oi m p r o v eg aw h i c hi su s e da st h ec o r eo fj s s p ( j o bs h o pt a s ks c h e d u l i n g p r o b l e m ) ，a n dt i m ew i n d o wb a s e dt a s ka l l o c a t i o nm e t h o di sp u tf o r w a r d l a s t l y , g e n e t i ca l g o r i t h m i su s e dt ob u i l de v e n t so r i e n t e da n di n t e r n e t - b a s e dw o r k s h o pi n t e g r a t i n gs c h e d u l i n gs i m u l a t i o n 1 i t 上海交通大学博士学位论文 s y s t e m s c h e d u l i n gd a t ai sf r o ms h a n g h a is h e n m od i e & m o l dm a n u f a c t u r i n gc o ，l t d g e n e r a ld a t a a c q u i s i t i o nm o d ei sp u t f o r w a r dt os h i e l d t h ei n t e r f a c ed i f f e r e n c ea n d c o m m u n i c a t i o np r o t o c o ld i v e r s i t ya m o n gv a r i o u st y p eo fn u m e f i c a lc o n t r o lm a c h i n e i nt h i sm o d e ， g e n e r a ld a t aa c q u i s i t i o nb o xi su s e df o rd a t ac o l l e c t i o n w h i c hm a s k st h eh a r d w a r ei n t e r f a c e d i f f 色r e n c ea n du n i f o r m st h ed a t ac o l l e c t i o nm o d e ；d a t ac o l l e c t e di se x p r e s s e da sx m lw h i c hc a n b et r a n s f e r r e da n dh a n d l e da m o n gd i f i r e r e n ts y s t e ma n dp l a t f o r m ，a n df i t sf o ri n t e r n e t ，s o ， i o t e m e t b a s e de q u i p m e n ts t a t u sm o n i t o r i n gi sr e a l i z e d h a r d w a r ea n ds o f t w a r ea r c h i t e c t u r eo f g e n e r a ld a t aa c q u i s i t i o nb o xi sa n a l y z e d ；x m le x p r e s s i n gm o d e f o rr e a l - t i m ed a t ai sg i v e n ；b a s i n g o nd a t ac o l l e c t i o n ，p r o d u c t i o nm o n i t o r i n gi sp u tf o r w a r d ：e q u i p m e n ts t a t u sm o n i t o r i n g ，e q u i p m e n t u s a g e p r a c t i c a lw o r k t i m ef o re a c hp a r ta te a c hp r o c e d u r ec a n b ec a l c u l a t e da n dp r o d u c tp r o g r e s s t r a c i n gc a nb ea c h i e v e d b a s i n g t h ew h o l er e s e a r c ho na r c h i t e c t u r ea n dk e yt e c h n o l o g i e so fa m _ i p c n c ，a n d c o m b i n e di n f o r m a t i o ni n t e g r a t e dr e q u i r e m e n to fs h a n g h a is h e n m od i e & m o l dm a n u f a c t u r i n g c o ，l t d ，i n t e m e tb a s e di n t e g r a t i n gr t m n i n ge n v i r o n m e n t ：m e s ( m a n u f a c t u r i n ge x e c u t i o ns y s t e m ) i sb u i l ta st h er e a l i z a t i o no fa m j p c n c ，c h a r a c t e r sa b o u tt e c h n o l o g y , f u n c t i o n ，a n di n t e g r a t i o n a r ed e t a i l e d ；r u n n i n ge n v i r o n m e n ti sp r e s e n t e dt h r o u g ha n a l y z i n gm a i nr u n n i n gf l o wo fs y s t e m i n f o r m a t i o na n dp r o c e s si n t e g r a t i o nw i t hk b s ( k n o w l e d g eb a s e ds y s t e m ) ，p l a n ，d e s i g n p r o c e s si s r e a l i z e d ，r e a l t i m em o n i t o r i n gf o re q u i p m e n ta n dr e a l - t i m ej o bt r a c i n ga r ea l la c c o m p l i s h e d ， b e s i d e s ，e f f e c t i v em a n a g e m e n tf o rp r o d u c i n gr e s o u r c ei sa c h i e v e d a tt h es a m et i m e ，t h i ss y s t e mi s a l s oi m p l e m e n t e dw e l l i ns h a h g h a jt o b a c c om a c h i n e r yc o l t d k e y w o r d s ：a g i l em a n u f a c t u r i n g ；a m _ _ i p c n c ；k n o w l e d g eb a s e di n f e r r i n g ； w o r k s h o pi n t e g r a t e ds c h e d u l i n g ；g r o u pr e s t r i c tt h e o r e m ；g e n e r a ld a t ac o l l e c t i o nm o d e i v 上海交通大学 学位论文原创性声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下， 独立进行研究工作所取得的成果。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作品成果。对本 文的研究做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结果由本人承担。 学位论文作者签名 秆剜 日飘：了踟年f 日 g 日 上海交通大学 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定， 同意学校保留并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。本人授权上海交通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、缩印或扫 描等复制手段保存和汇编本学位论文。 保密口，在年解密后适用本授权书。 本学位论文属于 不保密口。 ( 请在以上方框内打“4 ”) 指导教师签名： i f lj l l ：口1 年 只a 乙易 仍 戎串 i 拓1 外 孙 月 堑 厂 者 手 储 缛 文 忉 蝴 彤 就 孰 糊 刚 上海交通大学博士学位论文 第一章绪论 本课题结合上海中模模具制造有限公司企业信息化项目的开发与实施，对相关理论年关 键技术进行了研究。目的是通过对现代集成制造技术的研究，逐步建立面向中小型离散制造 企业的全面解决方案。 本章首先通过对敏捷制造的阐析得出制造型企业要实现敏捷制造应具有的特性。其次通 过对计算机辅助生产管理系统以及数控集成技术的综述，引出影响制造型企业实现敏捷制 造，快速应对现代市场竞争的一个重要制约因素：企业计划管理层与车间生产层之间的信息 断层问题，以及车间级信息孤岛问题。为此提出了解决方案：面向敏捷制造的数控集成平台 ( a g i l em a n u f a c t u r i n go r i e n t e di n t e g r a t i o np l a t f o r mf o rc n c ：a mi p c n c ) ，并对涉及的关键技 术、研究的主要内容及结构安排进行了说明。 1 1 敏捷制造及其相关问题 11 1 敏捷制造 当今，世界市场日趋多变：产品生命周期短、更新换代快、品种增加、批量减小，顾客 对产品的交货期、价格和质龄的要求越来越高，企业往往依靠独占性技术构成的新产品以赢 得市场份额，获取高额利润。在这种情况下，如何敏捷地提供可利用的知识和技术，快速开 发新产品，重组资源，组织生产，满足用户“个性化产品”的需要，就成为企业能否赢得竞 争、不断发展的关键。企业要能快速响应市场的快速变化，就必须从t ( t i m et om a r k e t ) 、q ( q u a l i t y ) 、c ( c o s t ) 、s ( s e r v i c e ) 、e ( e n v i r o n m e n t ) 、k ( k n o w l e d g e ) 出发进行生产，才 能在市场竞争中立于不败之地。为此从9 0 年代中虬h 开始，- - t e e 适应于现代市场竞争的新型 生产模式“敏捷制造”应运而生 1 1 3 。 7 0 年代到8 0 年代初，美国由于片面强调第三产业的重要而忽视了发展制造业对国民经 济健康发展的保障作_ 【 j ，将制造业视为“夕刚工业”，使其逐步丧失了其制造业世界霸主的 地位。当美国重新认识这个问题时，市场已大部分被其他国家占领。为夺回失去的市场，用 别人成功的方法通过廉价劳动力米进行是不可能的。在这种背景下，1 9 9 1 年，在美国 里海大学柯一 ( 1 a c o c c a ) 研究所和百余家公司共同发表的 2 1 世纪制造企业战略中提山敏 捷制造和虚拟企业( 即动态联盟) 的概念。当时美国：】：业界的代表认识到当前商务环境变化 的速度超过了企业自身调整的步伐，当新的客户要求在其他地方得到满足之后，美国企业就 火去了他们原有的市场份额f 1 4 1 。 敏捷制造是替代大量生产的一种新型制造模式，是一种新的制造战略。a g i l i t y 的创始人 r i c kd o v e 认为a g i l i t y 是一种能力，是能在无法预测、持续变化的竞争环境中生存、发展并 扩人其竞争优势的能力。集成( i n t e g r a t i o n ，b o u n d a r y l e s sa m o n gp e o p l e ，t e c h n o l o g ya n d o r g a n i z a t i o n ) 、高速( q u i c kt u r n a r o u n d ，s h o r l e r i n n o v a t i o nt i m e ，o nt i m e d e l i v e r y , f a s t i n s t a l l a t i o n ) 和各层 ：作人员的自信心和责任一i 二, ( s k i l l f u l ，k n o w l e d g e a b l ea n de m p o w e r e d e m p l o y e e s ) 是实现a g i l i t y 的三火要素。a g i l i t y 为企业提供了一条快速满足客户需求同时获得 最高利润的道路 1 5 1 8 。 敏捷制造是种以柔性生产技术和虚拟企业为特点，以高素质与协同良好的工作人员为 核心，实行企业间网络技术，从而形成快速响应市场的社会化制造体系。 图1 为敏捷制造的概念体系 1 9 1 。可以看山，敏捷制造有三大特点：一、敏捷制造需要 第一章绪论 进行伙伴选择，建立虚拟企业( 动态联盟) ，虚拟企业是实现敏捷制造的组织形式；二、虚 拟企业中的成员，应该具有较高的敏捷性，包括管理和生产方面；三、敏捷制造的实现是建 立在信息技术的支撑体系之上的，具有敏捷性的信息技术支撑体系是实现敏捷制造的重要保 障。敏捷制造的核心理念体现在：核心能力、虚拟企业、重构能力和知识驱动 2 0 ，2 1 1 c i m ( c o m p u t e r i n t e g r a t e d m a n u f a c t u r i n g ) 哲理自从美国人约瑟夫哈灵顿f j h a r r i n g t o n ) 于1 9 7 3 年提出以后，从最早的计算机集成制造发展到了现代集成制造，对应的生产系统一 c i m s 也从计算机集成制造系统发展到了现代集成制造系统。c i m s 是我国8 6 3 计划的研 究主题之一，它将信息技术、现代管理技术和制造技术相结合，并应用于企业产品全生命周 期( 从市场需求分析到最终报废处理) 的各个阶段，强调集成和优化、强调协同、强调系统 和整体。敏捷制造也代表了现代集成制造系统发展的最新阶段。 2 2 3 2 u 1 12 虚拟企业 幽i 敏捷制造概念体系 f i g u r e1c o n c e p t u a la r c h i t e c t u r ef o ra g i l em a n u f a c r i n g 圈2 敏捷制造的全生命周期结构框图 f i g u r e2l i f ec y c l ef o ra g i l em a t t u f a c t u r i n g 虚拟企业( v e ：v i r t u a le n t e r p r i s e ) 作为实现敏捷制造的重要途径它利用已有的社会、 技术基础来实现敏捷制造，是一种适应持续多变、无法预料的市场变化、新的含有合作与竟 争的组织形式，它可以看作是一个由机遇驱动，从适当的资源中挑选出来形成的一个“工程 小组”。它是一个临时性的联盟，随机遇的产生或被发现而产生，随机遇的逝去而消亡，它 可能由一个大公司的不同部门之间的合作构成，也可以由不同公司联合而成。虚拟企业是以 上海交通大学博士学位论文 兆同利益和相互信任为基础，而不是靠上下级意识来构成的。 图2 为敏捷制造的全生命周期结构框图。从图中可以看出，虚拟企业是在某种市场机遇 下，动态地建立企业组织或企业联盟。在敏捷制造基础结构的支撑下，企业根据其敏捷制造 战略，建立利润一风险框架，实施敏捷制造工程，完成虚拟企业的构建、运行、解散( 清算) 的全生命周期。 3 3 3 4 1 1 3 敏捷制造的信息技术支撑体系 信息系统是敏捷制造的使能系统，通过信息系统提高企业的运作速度，提供智能和自动 决策、集成分布式应州等。敏捷制造信息支撑系统必须融合了敏捷制造的理念，敏捷制造信 息支撑系统中必须定义了企业的所有信息资源( 即将企业的所有信息进行了集成) ，同时也 要和其它支持系统一样易于调整以适应变化的需要。 3 5 ，4 1 】 要提高企业的敏捷性，企业必须开展企业的敏捷化： 程，而实施企业的敏捷化工程必然 离不开敏捷化信息系统的支持。作为企业的信息技术支撑体系，敏捷化信息系统必须具有 o r r s 特征，即：o p e n ( 开放性) 、r e c o n f i g u r a b l e ( 重构性) 、r e u s a b l e ( 重用性) 、s c a l a b l e ( 可扩展性) 。【4 2 】 开放性即标准性，也即是说敏捷化信息系统必须是开放的，必须遵循一定的标准特别是 接口标准，这样才能和其他系统在各种层次上实现互联或操作。 可重构性：为了支持企业重组和企业动态联盟，敏捷化系统必须能根据内部业务流程、 组织机构的变化以及动态联盟结盟的变化和合作的变化实现系统的快速重构。 重州性：敏捷化信息系统必须创建带有标准数据接口并能分布在网上任何地方随时可以 川于构造出系统的功能模块。软件重用要求新的系统能够保留原有投资并且新开发的功能能 在以后的系统中得到重_ l j 。 可扩展性：敏捷化信息系统的规模可以随着企业平企业动态联盟的规模变化而变化，它 保证了敏捷化信息系统可以通过系统重构和软件重州米实现系统的变大变小，以适应应删规 模的变化。 1 1 4 模具制造与敏捷制造 模贝制造与一般机械制造相比具有以下一些特点。【4 3 】 ( 1 ) 单纠：生产川模具成型制品时，每一种模具一般只生产l 2 副，所以模具制造属于 单什生产。每制造一副模具，都必须从设计开始，制造周期比较氏。 ( 2 ) 制造质量要求高模具制造不仅要求加：r 精度高，而且还要求自 1 _ - i i 表面质量好。一 般来说，模具一i 作部分制造公差控制在0 0 1 m m 左右；：r 作部分的表面粗糙度r a 要求小于 08 m 。 ( 3 ) 形状复杂模具的：r 作部分一般都是二维或三维复杂曲面，而不是一般机械的简单 儿何体。 ( 4 ) 材料硬度高模具实际上相当于种机械) j i i ee 具，硬度要求高，一般州淬火钢或 埂质合金等材料，采川传统的机械加工方法制造有时十分困难。 从模具制造的特点和我国模具制造企业的现状可以看出： ( 1 ) 模具制造过程对设计技术、加：i ：设备等都提出了很高的要求。模具的加 ：需要使 _ l 多种数控设备及酱通设备，而且使_ l j 率极不均衡。模具制造：【艺复杂，不但需要机加，还 有很多热处理、皮纹腐蚀等多种专业工艺。模具还需要很多标准件，如大到模架，小至顶针、 顶杆，所有这些，都不能也不可能由一个厂家单独完成。 ( 2 ) 模具属于典型的单件生产，整个模具工业生产的特点是产品品种繁多，更新快， 第一章绪论 市场竞争激烈，其设计和制造过程就是新产品的开发过程。而用户要求产品( 模具) 的质量 精度高、成本低，交货周期短。 ( 3 ) 我国的模具企业大多是中、小企业，受到各种条件i i l i ! n 而使新产品开发周期长， 对用户的需求反应迟钝，单枪匹马很难适应激烈的市场竞争。【4 4 因此任何大而全、小而全的形式都会造成效益低下，必须实行优化组合。同时由于模具 生产批量小，一般都是单件生产，至多也只是一模多腔。因此，需要根据制品的要求不同， 组合形式也各不相同，有必要实现动态联盟，敏捷制造也就成为了模具制造企业提升竞争力， 获取市场份额的必然之路。 4 5 模具作为一种特殊的产品，其设计制造过程有其特殊性。一般地，模具设计及制造任务 包括：冲压工艺设计、模具结构设计、n c 代码生成、模具数控加工、试模和修模等。在敏 捷制造模式下，这些任务可分工到不同的企业执行，并在企业内部可进一步细分为一系列活 动。这些活动都将关联到相应的物流、信息流和资源。在动态联盟结构模型中，要能有效地 描述这些活动，并处理相应的物流、信息流和资源。 4 6 1 1 5 敏捷制造对企业的要求 敏捷制造是信息时代最有竞争力的生产模式。它在全球化的市场竞争中能以最短的交货 期、最经济的方式，按用户需求生产出用户满意的具有竞争力的产品。企业要实现敏捷制造， 必须对自身实施敏捷化工程，对自身进行改造。企业必须考虑如下问题：如何创造核心的竞 争能力? 如何快速地响应顾客的需求? 如何以顾客的价值为导向，同步或领先技术的潮流， 缩短新产品上市的时问? 如何提高制造系统最低层( 车间层) 的敏捷性、重组性等以满足企 业快速、敏捷和柔性地响应产品开发和市场的需求。作为敏捷化的企业应具有以一f 特性。 1 具有灵活的动态组织机构 它能以最快的速度把企业内部和企业外部不同企业的优势力量集中在一起，形成具有快 速响应能力的动态联盟( 虚拟企业) 。因为在企业内部它将多级管理模式变为扁平结构的管 理方式，把更多的决策权下放到项目组：在企业外部，它重视企业之间的协作，通过高速网 络通信能充分调动、利用分布在世界各地的各种资源，所以能保证迅速、经济地生产出有竞 争力的产品。 2 采j | j 先进制造技术 敏捷制造企业方面要“快”，另一方面要“准”，其核心就在于快速地生产出_ i = j 户满意的 产品。因此，敏捷制造必须在其各个制造环节都采用各种先进的制造技术，例如产品设计， 如果采_ h j 传统的人工设计方法，不但做不到“快”，也很难做到“准”，所以就要采用“计算机 - 辅助工程设计”、“并行j ：程”，“虚拟产品开发”等先进技术，只有在设计阶段就考虑到下游 的制造、装配、使用、维修，才能做到一次成功。还应采用其它先进制造技术，例如柔性制 造、计算机辅助管理、企业经营过程重构、计算机辅助质量保证、产品数据管理以及产品数 据交换标准等。 3 建立开放的基础结构 因为敏捷 ；4 造要把世界范围内的优势力量集成在一起，所以敏捷制造企业必须采取开放 结构，只有这样，才能把企业的生产经营活动与市场和合作伙伴紧密联系起来，使企业能在 一体化的电子商业环境中生存。 因此，企业要实现敏捷制造，必须建立开放的基础结构，必须尽可能地采用先进制造技 术必须能够动态地、灵活地建立虚拟企业。 综上所述，为了应对现代市场竞争，企业( 包括模具制造企业) 必然要提高自身的敏 捷反应能力，实现敏捷制造，而要实现敏捷制造，员工素质是重要因素，敏捷化的信息系 统是支撑体系，虚拟企业是组织形式，先进的制造技术及敏捷的生产制造是基础保证 上海交通大学博士学位论文 1 2 计算机辅助生产管理系统发展综述 随着科学技术的迅速发展，企业生产经营管理信息与日俱增。由于计算机软硬件技术的 发展，企业开始使用计算机软件系统实施生产经营管理，经历了由单项生产管理的局部自动 化，发展到少数子系统的集成，乃至当前的接个企业资源的全面规划平管理。正如计算机技 术在不断发展样计算机辅助生产管理也是一个不断进化的过程。幽3 描述了计算机辅助 生产管理系统的大致发展历程 4 7 ，4 8 】 新一代解决方案 屉优结果 同步 模块化 。面向对象 可伸缩 产业t i ，心 。基于战略 i 竺一一婴一! 塑! 一竖， 图3 计算机辅助生产管理系统的演化过程 f i g u r e3d e v e l o p i n gp r o c e s sf o rc o m p u t e ra i d e dp r o d u c t i o nm a n a g i n gs y s t e m 计算机的商业化应用对企业管理产生了深远的影响。最初的计算机生产管理系统是财会 系统。六十年代末到七十年代初，在美国出现了第一个计算机辅助编制的物料需求计划m r p f m a t e r i a lr e q u i r e m e n t sp l a n n i n g ) 系统。它根据生产计划、产品结构和库存记录对每种物料进 行计算指出何时将会发生物料短缺，并以最小库存带来满足需求，同时避免物料短缺。这 种模拟对于制造业是酱遍适用的。七十年代末到八十年代初，计算机技术得到了迅速的发展 计算机的功能变得越来越强大，能处理更多的数据和与更多的用户进行交互。m r p 逐步进 化为制造资源计划m r p i i ( m a n u f a c t u r i n gr e s o u r c ep l a n n i n g ) 。 m r p i i 进一步从市场预测、 生产计划、物荆需求、库存控制、车间控制延伸到产品销售的整个生产经营活动以及与之相 关的所有财务活动中。 尽管m r p i i 在美国生产与库存管理协会( a p i c s ) 大力宣传汞i 组织推动下得到了迅速的 普及和广泛应州，但也暴露山一些不足之处，如m r p i i 对预测需求和销售管理不够重视， 对车间的大量实时事件与数据不能很好地利_ j 等等。许多企业认识到需要其它系统米解决