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企業(yè)信息化與敏捷制造
摘 要: 隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，信息不僅已經(jīng)成為制造產(chǎn)業(yè)的決定性因素，而且還是最活躍的驅(qū)動因素。在此背景下，本文分析了制造中的信息需求，闡述了制造業(yè)信息化現(xiàn)狀，提出了敏捷制造網(wǎng)絡(luò)化工程的具體實施方案及其中的關(guān)鍵技術(shù)。關(guān)鍵詞: 信息 敏捷制造 網(wǎng)絡(luò)
制造業(yè)信息化進(jìn)程
半個世紀(jì)以來，特別是近三十年來，信息革命已經(jīng)滲透至各個經(jīng)濟(jì)部門，迅速改變著傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)和整個經(jīng)濟(jì)的面貌。計算機和通信技術(shù)的迅猛發(fā)展極大地拓展了制造業(yè)的廣度和深度，產(chǎn)生了一批新的制造哲理和制造技術(shù)，使制造業(yè)正發(fā)生著質(zhì)的飛躍�？v觀制造業(yè)信息化進(jìn)程，可將其分為以下幾個階段：
功能自動化階段。七十年代電子技術(shù)和計算機技術(shù)的發(fā)展為生產(chǎn)領(lǐng)域的自動控制提供了可能，使得以計算機為輔助工具的制造自動化技術(shù)成為可行，由此出現(xiàn)了計算機輔助設(shè)計(CAD)、計算機輔助制造(CAM)、計算機輔助工藝規(guī)劃(CAPP)、物料管理計劃(MRP)等自動化系統(tǒng)。
信息集成階段。八十年代針對設(shè)計、加工和管理中存在的自動化孤島問題，實現(xiàn)制造信息的共享和交換，采用計算機采集、傳遞、加工處理信息，形成了一系列信息集成系統(tǒng)，如CAD/CAPP/CAM、CAD/MRPⅡ、CAPP/ MRPⅡ，CIMS。
過程優(yōu)化階段。九十年代信息和通信技術(shù)在知識經(jīng)濟(jì)發(fā)展過程中處于中心地位，企業(yè)意識到除了信息集成這一技術(shù)外，還需要對生產(chǎn)過程進(jìn)行優(yōu)化。如用并行工程（CE）方法， 在產(chǎn)品設(shè)計時考慮下游工作中的可制造性、可裝配性等，重組設(shè)計過程，提高產(chǎn)品開發(fā)能力；用企業(yè)經(jīng)營過程重構(gòu)（BPR），將企業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整成適應(yīng)全球制造的新模式。
敏捷化階段。九五年以后，以Internet為代表的國際互聯(lián)網(wǎng)，正以極快的速度在發(fā)展。Internet 在改變信息傳遞方式的同時也改變著企業(yè)組織管理方式，使以滿足全球化市場用戶需求為核心的快速響應(yīng)制造活動成為可能，敏捷制造(AM)、虛擬制造(VM)等新的制造模式應(yīng)運而生。
從制造業(yè)信息化進(jìn)程可看出，隨著信息技術(shù)、計算機技術(shù)的迅速發(fā)展，從知識到應(yīng)用之間的間隔越來越短，未來的制造業(yè)在某種意義上將成為一種信息產(chǎn)業(yè)，信息將成為制造業(yè)的決定因素，用信息技術(shù)促進(jìn)未來制造的改造已成為時代潮流。21世紀(jì)，世界制造業(yè)發(fā)展的總趨勢是：信息技術(shù)在促進(jìn)制造業(yè)發(fā)展過程中的作用仍然是第一位；獨占性技術(shù)決定了產(chǎn)品的價值和價格；聯(lián)合和競爭兩位一體，并超出國界，敏捷性成為制造業(yè)追求的目標(biāo)；管理創(chuàng)新對制造業(yè)發(fā)展的作用日益突出。制造技術(shù)繼續(xù)圍繞信息化、智能化、精密化、集成化和綠色化方向發(fā)展。
2 敏捷制造信息化需求
2.1 信息需求
信息革命促使了市場全球化，使現(xiàn)代企業(yè)呈現(xiàn)集團(tuán)化、多元化和動態(tài)聯(lián)盟的發(fā)展趨勢：企業(yè)跨越不同的地域，產(chǎn)品涉及多個領(lǐng)域。這些企業(yè)需要及時了解各地分公司的生產(chǎn)經(jīng)營狀況，同一企業(yè)不同部門、不同地區(qū)的員工之間也需要及時共享大量企業(yè)信息，企業(yè)和用戶之間以及企業(yè)與其合作伙伴之間也存在著大量的信息交流。只有了解企業(yè)信息的需求，才能有效管理組織這些信息，選擇合作伙伴，實現(xiàn)敏捷化制造。企業(yè)信息涉及有關(guān)產(chǎn)品設(shè)計、計劃、生產(chǎn)資源、組織等類型的數(shù)據(jù)，不僅數(shù)據(jù)量大，數(shù)據(jù)類型和結(jié)構(gòu)復(fù)雜，而且數(shù)據(jù)間存在復(fù)雜的語義聯(lián)系，數(shù)據(jù)載體也是多介質(zhì)的。
制造業(yè)中信息按其需求可分為兩部分：產(chǎn)品制造信息、企業(yè)服務(wù)信息。其中產(chǎn)品制造信息包括產(chǎn)品信息和工藝信息。
產(chǎn)品信息[1] 包括與產(chǎn)品制造有關(guān)的所有信息，如產(chǎn)品幾何拓?fù)湫畔ⅲ?D實體模型、2D圖紙以及VRML格式圖片等）、加工要求信息、組成產(chǎn)品零件的材料和熱處理信息、裝配要求信息、產(chǎn)品檢驗信息、產(chǎn)品功能信息、產(chǎn)品制造成本和制造周期等信息。
工藝信息 包括產(chǎn)品制造過程中的各種加工方法及其應(yīng)用范圍、設(shè)計規(guī)范，用于新產(chǎn)品的加工工藝性和設(shè)計可行性評價，提供各種加工手冊、設(shè)計手冊。
企業(yè)服務(wù)信息包括產(chǎn)品市場信息（產(chǎn)品基本價格、批量價格、價格的有效期和交貨期）、企業(yè)生產(chǎn)能力信息（主要設(shè)備、特殊設(shè)備、大型設(shè)備）、企業(yè)產(chǎn)品開發(fā)能力信息等。
2.2網(wǎng)絡(luò)服務(wù)需求
對制造業(yè)企業(yè)來說，網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用服務(wù)的需求主要集中在以下幾個方面：
希望上網(wǎng)發(fā)布企業(yè)信息，如企業(yè)介紹、產(chǎn)品介紹等；
能有行業(yè)性的專業(yè)網(wǎng)站提供行業(yè)信息、行業(yè)動態(tài)等；
能在網(wǎng)上了解有關(guān)的政策法規(guī)，為企業(yè)活動提供依據(jù)；
能在網(wǎng)上跟蹤行業(yè)技術(shù)信息，為企業(yè)開發(fā)適合市場需求的新產(chǎn)品；
與用戶進(jìn)行網(wǎng)上信息的交流，及時反饋用戶意見，組織網(wǎng)上用戶的培訓(xùn)與產(chǎn)品使用問題的解決等；
與協(xié)作生產(chǎn)企業(yè)進(jìn)行網(wǎng)上的信息交流和商務(wù)活動，提高工作效率；
開展網(wǎng)上的商務(wù)活動，如產(chǎn)品銷售、產(chǎn)品的虛擬展示等；
數(shù)字化產(chǎn)品模型共享，建立一個虛擬三維產(chǎn)品的“圖書館”，讓各企業(yè)分享，減少巨大的重復(fù)性CAD造型工作。
制造業(yè)信息化建設(shè)和研究現(xiàn)狀
3.1 信息化現(xiàn)狀
目前我國在信息高速公路上投入了大量的建設(shè)資金，全國的信息高速公路網(wǎng)絡(luò)已初具規(guī)模。企業(yè)的CAD、CIMS、ERP等方面的信息化建設(shè)也積累了不少經(jīng)驗，但信息化建設(shè)的發(fā)展也出現(xiàn)了不平衡，如：
“信息公路上的車不多”，網(wǎng)上信息量少，內(nèi)容不夠豐富，不能吸引用戶；
上網(wǎng)費用還太高，不能被廣大用戶所接受；
技術(shù)上還較為復(fù)雜，用戶無法自我維護(hù)；
網(wǎng)上的電子商務(wù)條件還不成熟，無法進(jìn)行網(wǎng)上交易；
Internet服務(wù)提供者(ISP)和Internet內(nèi)容提供者(ICP)的服務(wù)質(zhì)量還有待改進(jìn)；
眾多傳統(tǒng)的傳媒業(yè)正面臨著重新劃分市場的激烈競爭。
必須解決如何利用信息網(wǎng)絡(luò)為廣大用戶，特別是直接創(chuàng)造財富的制造業(yè)企業(yè)提供更多更好的服務(wù)這一問題。
3.2 制造業(yè)網(wǎng)絡(luò)工程研究現(xiàn)狀
市場的全球化使得企業(yè)之間的競爭更加激烈，出現(xiàn)了一系列現(xiàn)代生產(chǎn)模式和制造哲理，要求改變企業(yè)現(xiàn)有的組織結(jié)構(gòu)，實現(xiàn)多種敏捷組織形式，如項目任務(wù)協(xié)同功能工作小組、虛擬集團(tuán)及多種合作組織機構(gòu)，建立起協(xié)同合作為主導(dǎo)的“競爭 � 合作 � 協(xié)同”機制。網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和計算機技術(shù)的發(fā)展，為制造業(yè)中海量信息的處理提供了可能，促進(jìn)了敏捷企業(yè)網(wǎng)絡(luò)化工程的組建。
國外典型研究有[2~6]：1994年美國能源部提出了“敏捷制造的使能技術(shù)(TEAM)”，TEAM集成產(chǎn)品的設(shè)計和
制造，建立了一個“產(chǎn)品實現(xiàn)過程模型”；“全美工廠網(wǎng)絡(luò)（FAN）”建立于1995年，是國家工業(yè)數(shù)據(jù)庫，提供包括生產(chǎn)能力，各種工程服務(wù)項目、產(chǎn)品及其價格和性能數(shù)據(jù)、銷售和用戶服務(wù)專門服務(wù)；1995年洛克海德·馬丁航空公司建立“制造系統(tǒng)的敏捷基礎(chǔ)設(shè)施網(wǎng)絡(luò)AIMSnet”，利用國際互聯(lián)網(wǎng)支持和管理敏捷企業(yè)的供應(yīng)鏈；美國通用電器研究和開發(fā)部的“計算機輔助制造網(wǎng)絡(luò)（CAMnet）”建立于1996年，它通過Internet網(wǎng)提供多種制造支撐服務(wù)，如產(chǎn)品設(shè)計的可制造性、加工過程仿真及產(chǎn)品的試驗等，使得集成企業(yè)的成員能夠快速連接和共享制造信息。這些網(wǎng)絡(luò)主要為大公司的成員和客戶提供服務(wù)。
國內(nèi)的主要研究有：
虛擬異地合作設(shè)計組織[7] 主要強調(diào)在產(chǎn)品設(shè)計和開發(fā)中，獲取設(shè)計知識的異地合作。我國企業(yè)存在一批可以支持產(chǎn)品開發(fā)中設(shè)計知識獲取的資源或潛在資源，要使這些資源以及企業(yè)外資源能以企業(yè)開發(fā)某項產(chǎn)品的行為為中心并和企業(yè)組織在一起，共同為這個項目的完成進(jìn)行設(shè)計知識、特別是新知識的獲取工作。已有一些異地合作設(shè)計組織的新概念和關(guān)鍵技術(shù)研究，在實驗室中有一些局部非常初級的試驗，如上海交通大學(xué)與上飛廠之間進(jìn)行了異地設(shè)計的聯(lián)網(wǎng)試驗；西安交通大學(xué)、清華大學(xué)與上海交通大學(xué)等高校也在策劃異地合作設(shè)計網(wǎng)，但這些工作仍屬開始階段。
分散網(wǎng)絡(luò)化生產(chǎn)系統(tǒng)[5]，[8] 強調(diào)生產(chǎn)系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)化。分散網(wǎng)絡(luò)化是指將動態(tài)的、沒有固定隸屬關(guān)系的和地理上相隔的集團(tuán)，利用信息和通訊技術(shù)把它們加以組織起來進(jìn)行生產(chǎn)，快速地以合理的成本將產(chǎn)品從設(shè)計轉(zhuǎn)入生產(chǎn)。通過國際互聯(lián)網(wǎng)，對產(chǎn)品設(shè)計、工藝、生產(chǎn)和工況信息從一個生產(chǎn)單元傳送到異地的生產(chǎn)單元進(jìn)行測試。上海先進(jìn)制造技術(shù)中心于1998年提供的上海交通大學(xué)的快速原形制造中心的上網(wǎng)服務(wù)，同濟(jì)大學(xué)也與香港某些中小型企業(yè)進(jìn)行了聯(lián)網(wǎng)合作制造模具的試驗，但這樣的系統(tǒng)還需要有進(jìn)一步的研究和配套措施。
4 敏捷制造網(wǎng)絡(luò)工程實施建議
利用互聯(lián)網(wǎng)、企業(yè)內(nèi)部網(wǎng)，構(gòu)建敏捷制造網(wǎng)絡(luò)集成平臺，可建立有關(guān)企業(yè)和高校、研究所、研究中心等結(jié)合成一體的敏捷制造網(wǎng)絡(luò)體系，實現(xiàn)基于網(wǎng)絡(luò)的信息資源共享和設(shè)計制造過程的集成；建立以網(wǎng)絡(luò)為基礎(chǔ)的，面向廣大中小型企業(yè)的先進(jìn)制造技術(shù)虛擬服務(wù)中心和培訓(xùn)中心，建立網(wǎng)絡(luò)化制造工程，具體實施包括基于Intranet 的制造環(huán)境內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)化和基于Internet制造業(yè)與外界聯(lián)系的網(wǎng)絡(luò)化，如圖1。
4.1基于Intranet的制造環(huán)境內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)化
實現(xiàn)企業(yè)中工程設(shè)計、管理信息系統(tǒng)等制造過程各子系統(tǒng)的集成，完成企業(yè)內(nèi)部網(wǎng)的
圖1制造業(yè)信息化網(wǎng)絡(luò)工程建議
建設(shè)，深化應(yīng)用CAD、CIMS技術(shù)，提高企業(yè)在計算機網(wǎng)絡(luò)支持的新型制造模式下的管理水平。
4.2基于Internet網(wǎng)企業(yè)與外界信息交流
通過Internet網(wǎng)可實現(xiàn)企業(yè)與外界的聯(lián)系，其中主要內(nèi)容包括：
敏捷供應(yīng)鏈。把生產(chǎn)商、供應(yīng)商、銷售商等在一條鏈路上的所有環(huán)節(jié)都聯(lián)系起來并進(jìn)行優(yōu)化，使生產(chǎn)資料以最快的速度，通過生產(chǎn)、分銷環(huán)節(jié)變成增值的產(chǎn)品，送到消費者手中。這不僅降低了成本、減少了庫存，而且使資源得到優(yōu)化配置，更重要的是通過信息網(wǎng)絡(luò)，介紹企業(yè)及企業(yè)產(chǎn)品，實現(xiàn)企業(yè)生產(chǎn)與銷售的有效連接，物流、信息流、資金流的合理流動。
公共數(shù)據(jù)中心。建立公共數(shù)據(jù)中心，即網(wǎng)上的制造資源信息庫，也就是用現(xiàn)代化手段使信息和知識為最大可能多的需求者服務(wù)，充分體現(xiàn)其價值。這里的資源包括了企業(yè)富余的生產(chǎn)能力、特種制造手段、CAD/CAE/CAM軟件；標(biāo)準(zhǔn)件、通用件、圖庫；各種人才信息；技術(shù)信息和產(chǎn)品信息。
遠(yuǎn)程服務(wù)體系。遠(yuǎn)程服務(wù)是在資源的需求者和提供者之間架設(shè)起現(xiàn)代化的交通網(wǎng)。特別是象快速成型（RP）等先進(jìn)制造技術(shù)與裝備，這些技術(shù)往往比較復(fù)雜，而且這些設(shè)備往往比較昂貴，不是所有企業(yè)都能輕易添置的。另外，每個企業(yè)單獨擁有這樣的資源，往往使用效率不高，造成資源的閑置與浪費。建立遠(yuǎn)程服務(wù)體系就可以使上述問題得到較圓滿的解決。建立這樣的體系，首先要有掌握某項先進(jìn)制造技術(shù)和擁有必要設(shè)備資源的“服務(wù)中心”，然后要研究Internet/web分布式網(wǎng)絡(luò)計算與網(wǎng)絡(luò)安全支持技術(shù)，建立基于web客戶機/服務(wù)器分布式計算模式的、支持多個用戶、多個站點的遠(yuǎn)程服務(wù)系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)。
異地設(shè)計和制造。不受地域限制，由多個異地的企業(yè)組成動態(tài)聯(lián)盟，合作開發(fā)同一產(chǎn)品，從而保證企業(yè)抓住轉(zhuǎn)瞬即逝的市場機遇，贏得競爭。其關(guān)鍵的問題在于分布式產(chǎn)品設(shè)計與制造的過程集成與管理，異構(gòu)、跨平臺的設(shè)計與制造工具。研究內(nèi)容包括：遠(yuǎn)程項目組織與管理；網(wǎng)絡(luò)安全性；數(shù)據(jù)交換格式；遠(yuǎn)程信息維護(hù)；遠(yuǎn)距監(jiān)測與控制機理等等。
虛擬學(xué)校。信息日新月異的變化使繼續(xù)教育顯得尤為重要，可以用網(wǎng)絡(luò)技術(shù)將培訓(xùn)資源充分調(diào)動起來，組成虛擬的“先進(jìn)制造技術(shù)學(xué)校”，在知識的傳授者與吸收者之間構(gòu)筑“多對多”的通道，打破空間與時間的限制，使更多的勞動者得到培訓(xùn)的機會。這需要首先進(jìn)行網(wǎng)上教學(xué)的課程建設(shè)，同時要建立由若干個培訓(xùn)中心聯(lián)網(wǎng)組成的培訓(xùn)網(wǎng)，還要制作與網(wǎng)上教學(xué)相匹配的教材及音像資料，建立教與學(xué)進(jìn)行交流的機制和培訓(xùn)網(wǎng)的運行機制，研究培訓(xùn)的評估方法。為了提高培訓(xùn)質(zhì)量，還應(yīng)將虛擬制造技術(shù)的研究與網(wǎng)上培訓(xùn)結(jié)合起來。
5 制造網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)的關(guān)鍵技術(shù)
在信息技術(shù)的條件下，將分布于世界各地的產(chǎn)品、設(shè)備、人員、資金、市場等企業(yè)資源有效地集成起來，采用各種類型的合作形式，建立以網(wǎng)絡(luò)技術(shù)為基礎(chǔ)的、高素質(zhì)員工系統(tǒng)為核心的敏捷制造企業(yè)運作模式，其關(guān)鍵技術(shù)有：
分布式網(wǎng)絡(luò)通訊技術(shù)[9~12]。 Internet 、Intranet、 Web 等網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展使異地的網(wǎng)絡(luò)信息傳輸、數(shù)據(jù)訪問成為可能。特別是Web技術(shù)的實現(xiàn)，可以提供一種支持成本低、用戶界面友好的網(wǎng)絡(luò)訪問介質(zhì)，解決制造過程中用戶訪問困難的問題。
網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)存取、交換技術(shù)。網(wǎng)絡(luò)按集成分布框架體系存儲數(shù)據(jù)信息，根據(jù)數(shù)據(jù)的地域分布，分別存儲各地的數(shù)據(jù)備份信息，有關(guān)產(chǎn)品開發(fā)、設(shè)計、制造的集成信息存儲在公共數(shù)據(jù)中心中，由數(shù)據(jù)中心協(xié)調(diào)統(tǒng)一管理，通過數(shù)據(jù)中心對各職能小組的授權(quán)實現(xiàn)對數(shù)據(jù)的存取。
CIMS技術(shù)。CIMS工程項目主要包括生產(chǎn)計劃管理、自動化制造系統(tǒng)技術(shù)信息管理、技術(shù)信息管理、工程數(shù)據(jù)庫管理、辦公自動化、決策支持、質(zhì)量保證、庫存管理等應(yīng)用子系統(tǒng)的開發(fā)，各應(yīng)用子系統(tǒng)間系統(tǒng)平臺集成、數(shù)據(jù)信息交換是企業(yè)間成功實施動態(tài)聯(lián)盟企業(yè)的關(guān)鍵技術(shù)基礎(chǔ)。
協(xié)同工作技術(shù)。在一定的時間（如產(chǎn)品生命周期中一個階段）、一定的空間（如產(chǎn)品設(shè)計師和制造工程師并行解決問題這一集合形成的空間）內(nèi)，利用計算機網(wǎng)絡(luò)，小組成員共享知識與信息，避免潛在的不相容性引起的矛盾。同時，在并行產(chǎn)品開發(fā)過程中，多功能小組之間，多
功能小組各專家之間由于各自的目的、背景和領(lǐng)域知識水平的差異必將導(dǎo)致沖突的產(chǎn)生，因此需要通過協(xié)同工作，解決各方的矛盾、沖突，最終達(dá)到一致解。
工作流管理。其主要特征是實現(xiàn)人與計算機交互時間結(jié)合過程中的自動化，主要涉及的內(nèi)容是工作任務(wù)的整體處理過程、工作組成員間依據(jù)一組已定義的規(guī)則及已制定的共同目標(biāo)所交換的文本文件、各種多媒體信息或任務(wù)，工作流管理系統(tǒng)是一個用于分布式環(huán)境中工作任務(wù)進(jìn)程間的協(xié)調(diào)或協(xié)作式處理軟件系統(tǒng)。
6 總結(jié)
打破小單位和行業(yè)的局限，在政府的統(tǒng)一規(guī)劃與組織下，實行產(chǎn)學(xué)研結(jié)合，深入開發(fā)，廣泛利用信息資源，建立敏捷制造網(wǎng)絡(luò)化工程，加速制造業(yè)數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化與敏捷化。這不僅對于制造業(yè)本身的改造，地區(qū)信息港的建設(shè)，有十分重要的戰(zhàn)略意義和現(xiàn)實意義，而且也能夠在近年內(nèi)達(dá)到開展異地設(shè)計與制造、網(wǎng)絡(luò)服務(wù)、網(wǎng)上數(shù)據(jù)共享和網(wǎng)上培訓(xùn)等的預(yù)期目標(biāo)，必將推進(jìn)企業(yè)信息化進(jìn)程。
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Research On Network-based Agile Manufacturing
Yan Junqi，Ni Yanrong，Ma Dengzhe
（Mechanical Engineering Department, Shanghai Jiaotong University, Shanghai 200030）
Abstract: With the development of network technology, information becomes not only the
crucial dominate factor of manufacturing but also the active drive factor of manufacturing.
Under the background, this thesis analysis the information demands of manufacturing
and clarify the actuality in agile manufacturing .The thesis also bring forward how carry
the agile manufacturing scheme into execution. The scheme includes some key
technology.
Key Words: Information Agile Manufacturing Network
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