网络化制造工程及其共性关键技术 - 文章

网络化制造工程及其共性关键技术

作者：齐从谦甘屹

欢迎访问e展厅
展厅 8	CAD硬件/先进制造技术展厅图形工作站, 绘图仪/大幅面打印机, 3D控制器/3D鼠标, ...

文章论述了开展网络化制造的现实意义及网络化制造工程建设的总体目标；提出了网络化制造基础设施――公共服务平台系统架构模型；重点讨论了网络化制造中的CSCW支撑环境及协同设计和协同制造等共性关键技术。

网络化制造的现实意义及总体目标

进入21世纪，计算机技术和通信技术的迅猛发展，极大地拓展了制造业的深度和广度。Internet的出现及日益广泛的应用，并且正以前所未有的势头飞速发展，带动了人类社会经历自工业革命以来最重要的生产力革命，改变了资讯传递的方式，同时也改变着企业组织管理方式，还极大地改变了人们生活、学习以及获取知识的方式。这些由Internet所带来的巨大变革，必将和已经对当今的制造业产生极为深远和现实的影响，使以满足全球化市场用户需求为核心的快速响应制造活动成为可能。企业的一切活动将不再仅局限於自己内部的集成，而把自身视为全球化网络集成环境中的一个节点、更加着眼於知识、资讯的获取和共用，更自觉、主动地利用资讯技术来改造和强化自身，使企业在全新的网络经济中高速成长。这样，就产生了一种适应资讯社会的新型制造模式――网络化制造。

网络化制造工程的建设是在Internet/Intranet环境下，以企业需求为牵引，以高新技术为依托，集成各种相关资源并实现充分共用，为进行产品的异地设计与制造、技术的协同研究与开发、企业间开展各种电子商务，提供一个完备和可靠的支撑平台，提供有关企业、产品、技术、人才等多方位的智慧化资讯服务，形成一个网络化制造的支援环学境，集合传统制造业、服务於传统制造业的高新技术企业和拥有众多高新技术成果的高校、研究院所等为一体。

“区域性网络化制造工程”将并行工程、虚拟制造、虚拟企业等先进制造理念、方法和技术引入制造业，结合区域内的人才和技术优势，目标是提高制造业的竞争力、提升区域制造业的市场竞争能力和地位。

通过网络化制造工程的实施，以高新技术带动传统制造业的发展。在资讯技术、网络技术的支援下，实现对传统制造业的结构调整、资源合理配置、优化组合及共用。通过建立网络化制造服务平台把区域制造资源集成起来，发挥区域内技术和人才的优势，提升制造企业的快速反应能力和市场竞争力。

网络化制造基础设施――公共服务平台

网络基础设施建设是开展“网络化制造”的必要条件。“网络化制造工程”基於Internet，以企业需求为牵引，以高新技术为依托，将并行工程、虚拟制造、虚拟企业等先进制造理念、方法和技术引入制造业，集成各种相关资源并实现充分共用，为进行产品的异地设计与制造、技术的协同研究与开发、企业间开展各种电子商务，提供一个完备和可靠的支撑平台，提供有关企业、产品、技术、人才等多方位的智慧化资讯服务，形成一个集传统制造业、服务於传统制造业的高新技术企业和拥有众多高新技术成果的高校、研究院所等为一体、以提高制造业的竞争力和总体水平为目标的网络化支援环境。

网络化制造公共服务平台系统应发挥地区高新技术开发园区在企业资讯化方面的资讯、技术、人才优势，在政府的指导和支援下，遵循“企业为主”原则，选择具有优势的大专院校和科研院所为技术依托，在商用化基础软件的基础上进行研究开发和集成，建立相关企业网络化制造公共服务平台，为网络化制造工程的实施提供技术咨询、项目管理、资讯检索、人员培训以及网上协作研究等服务。该平台既是一个专业化资讯中心和资源中心，又是一个协同研究开发与管理平台，支援加盟企业对口开展网上合作，快速提供市场资讯，及时反馈用户资讯，快速反应用户需求，使其成为网络化制造的工业出口，进而加速基地内企业发展，并为其持续发展创造条件，使其成为先进产品制造基地、先进制造技术中心、新兴的产业――先进制造服务业基地。图1所示为该平台的基本架构模型。

图1　公共网络化制造服务平台系统架构模型

公共网络化制造服务平台系统的主要功能包括：

智慧化公共资讯服务平台
采用制造业网络会员机制：为智慧化公共资讯服务，提供基础数据；基本的公共资讯服务；资讯自动采集、分类与匹配技术；个人资讯代理，主动推(Pull)送服务；个性化服务等。

电子商务支撑平台
建立产品、技术、人才等方面供需资讯关系数据库，研究与开发客户关系管理系统和敏捷供应链管理系统，实现基於Internet的资讯流、资金流和物流的优化调度与管理。
基于Internet的CSCW(Computer Supported Cooperative Works，计算机支援的协同工作)支撑环境
根据敏捷制造的方法和理论，研究网络化敏捷企业支撑环境的体系结构、软件支撑技术、协同机制等，并针对分散式、网络化的产品设计，建立一个基于CSCW的协同设计系统和工作环境。

公共软件中心
提供从CAD到PDM、ERP等各种公共软件、控制数据中心的管理和不间断的连接和支援。用户可以通过浏览器或者瘦客户机技术，连接到位于远端的、集中式服务器上的应用程式，然后在本地处理应用程式计算产生的结果。

公共数据中心
构建网上共用的制造资源资讯库，包括企业生产能力、特种制造手段、人才资讯、各种计算机辅助软件、标准件、通用件、图库、技术资讯和产品资讯等。

安全保障体系
为网络安全提供一个支撑环境和保障系统，支援或提供的功能或构件包括：作为政府认证的认证机构、为用户提供安全的收费服务(如软件下载、热线咨询和电子购物等等)、提供链路级的安全通信以确保用户的密码、作为联盟企业之间提供面向Extranet的安全防火墙、作为跨地区的大型网络面向Intranet的安全防火墙。

虚拟企业执行系统
提供一个建立、管理、组织、监控虚拟企业的支援平台。

网络化制造的共性关键技术

根据网络化制造工程的总体目标与研究内容，网络化制造的共性关键技术可分为总体技术、支撑与集成技术、设计技术、制造技术、协同商务技术、管理技术六个方面，每个方面又涵盖不同的内容，如表1所示。其中CSCW技术、协同设计和协同制造技术是网络化制造工程的核心技术。

CSCW技术

CSCW――计算机支援的协同工作使得虚拟企业内部的多功能项目组在一个供应链中并分布于不同地域、不同的虚拟企业之间，开展基於网络的协同工作用于选择、评估、发送与接收数据，分析技术方案，并使设计迅速地投入生产。CSCW的出现得益於计算机技术、资讯科学和社会科学的发展，将对现有的生产制造模式产生深远的影响。它能够大大改善企业的交流环境，缩短决策时间，使设计者的知识和思想得到共用和交流，缩短产品研制开发的周期，降低成本，提高设计质量。因此，CSCW的研究对网络化制造工程的实施具有重大的实际意义及广阔的运用前景。

在网络化制造工程中，计算机与网络已经成为最基本的工具，而传统的软件工具大都是面向个人的，缺乏支援群组协同工作的能力，将CSCW技术引入工作人员的日常工作中，可以改善交流环境，减少决策时间，提高决策质量，提高协同工作效率，达到企业与外部的集成。以下是研究的主要内容。

CSCW协调机制研究

异地协同工作中十分强调成员合作的重要性。为了有效地实现来自多领域的成员之间的合作，除了使成员之间能够方便地交换数据和资讯外，更重要的是要实现各成员之间的协调。针对开展异地设计制造时，设计、工艺、制造等多学科人员进行协同工作的特点，综合运用机械设计/制造、计算机技术、人工智慧等技术，研究多学科人员之间分散式协同工作的特点，在此基础上构造协同机制。

冲突消解理论与工具的研究

由于在产品及其相关过程的设计中，各专家的学科背景、目标、兴趣等的差异可能会形成冲突，所以冲突的及时处理将直接影响协同工作的结果。研究冲突的特徵、评价准则、消除冲突的机制、理论和方法，以及开发分散式智慧协商(冲突消除)处理系统，使得分散在异地的CAD、CAPP、CAM等项目组成员在该系统的支援下，进行有效的群体协作。

CSCW体系结构

为满足分散式协同设计/制造/商务的需要，CSCW除了需要具有分布性的特点外，还要具备如过程管理、协调支援、多种协同应用、数据管理等多种功能，更要具备能够在不同的状态或模式间进行动态改变的柔性、环境开发和环境使用的开放性。因而一般的视频会议系统、共用白板等单一协同应用，不能满足企业的全面业务需求。适应企业全面需求的CSCW必须是集成化的、能够提供一般性的结构支援、多种类型任务的协同服务。因而，需要研究支援分散式协同设计/制造/商务的集成化CSCW体系结构。

CSCW通信机制

通信问题是CSCW中的共性问题。为了实现CSCW中的通信功能，需要对OSI协议进行扩展，在高层增加多媒体通信服务层。由於在协同设计/制造中的数据的数量大且类型复杂，而目前带宽的限制大大地影响实时协同的效果；因而，需要研究在不同带宽情况下采用不同通信机制，如根据媒体优先级进行传输、传递协同行为而不是协同数据以及数据压缩技术等。

CSCW数据管理

在支援分散式协同设计/制造/商务的CSCW环境中，一个项目版本数据可能被多个专业人员所使用，一个专业人员也可能生成一个对象的多个版本。在同步协作时，共用空间中存在对象的一个版本，而各个成员的私有窗口中又存在自己的版本，由于协同工作是个反复叠代和不断选优的过程，因此存在版本的合并、删除等操作。可见，CSCW环境下进行协同设计需要合适的数据管理机制，以使授权小组人员能够随时访问相关数据，并保证这些数据总属于最新的版本，同时通过对版本变化过程的控制以维护工程设计资讯的前後一致性及为设计中的修改提供有效支援。因而，在分析协同设计特点的基础上，根据数据管理的内容，提出了一套能够满足网络化制造要求的数据管理方法，其中包括：

集中式和分散式相结合的CSCW实现方式

CSCW技术从实现方法上可分为集中式和分散式两种。集中式的方法一般采用Client/Server逻辑模式，这种实现方式能保证资讯的相对一致性，但网络负担较重；分散式的实现方法采用Browser/Server模式，各站点地位平等、功能均布，这种实现方式保证数据一致性比较困难，但适应性广，适合于大范围分布的群组工作方式。

在协同制造过程中，来自各个领域的协同小组需要实时地感知其他协同小组的进程。由于协同小组的参与往往是动态的，使得协同过程的交流具有不可预见性，这就要求系统具有高度的柔性。为此可采用以分散式为主、集中式为辅的实现方式，大部分资讯均布于各站点，只有少数资讯存放在服务器上，如产品设计中的公共数据、设计手册等。

基于特征和STEP标准的产品建模

实现CSCW的一个关键是各协同小组的合作，而合作的基础是有效的资讯共用。协同制造涉及的数据广、类型复杂，因此，产品模型的建立应该符合STEP标准，并基于特征描述，从而建立统一的产品资讯模型，有效地支援协同工作和产品全生命周期内的资讯共用。

基於网络的产品数据管理技术――C-PDM

协同设计和制造是一个比较复杂的过程，必须有有效的产品数据管理机制，为此采用“基於网络的超企业级”PDM技术实现数据管理，称之为C-PDM，主要考虑的是该PDM系统的协同性(Cooperativity)。包括基于网络的版本管理、工作区管理、权限管理、并发控制以及过程管理。

图2　CSCW系统结构

CSCW系统的实现

为了实现CSCW的全局目标，系统实施可采用三个层次上的协同：应用层、通信层和数据层，其结构如图2所示。

应用层
多功能小组充分发挥各自优势，用各种CAX、DFX、RE、RPM、PDM软件工具，在协同设计环境的支援下，共同完成协同任务，快速响应市场需求。

通信层
各功能小组在协同过程中通过网络交流资讯，实现物理上的分布和逻辑上的统一。

数据层
通过统一的产品资讯模型支援产品的多视图表达，满足产品全生命周期的资讯共用与应用需求。

基於网络的协同设计和制造技术

产品设计技术基于现代设计理论和方法，并应用微电子、资讯、管理等现代科学技术，目标是提高产品质量、提供用户满意的价格和款式、提高产品的功能、缩短产品开发周期，宗旨是从产品的工作特性和功能目标出发，根据相邻学科的原理，创造性地设计产品，并使它在技术及经济上达到最佳水平。研究适用於网络化制造工程设计和制造技术，对於提升企业(集团或联盟)自身竞争力、促进中国的制造业的总体水平、充分利用先进的资讯技术、迎接21世纪全球性竞争，具有十分重大的意义。其主要研究内容如下。

协同设计

产品协同设计理论及支援系统
研究支援动态联盟产品协同设计的理论和方法，产品协同设计的体系结构，研究解决产品协同设计中的关键技术，实现冲突协商支援，建立基於CSCW的产品协同设计支援环境及工作模式。

产品设计建模及评价
以进化论和形态发生学为指导研究仿生型产品设计理论与方法。实现网络环境下的概念设计、结构设计和设计评价，建立产品设计模型，解决异构CAD系统之间的图形资讯交换。

基于三维数据模型的协同设计

三维数据模型是不同阶段设计、工作人员交换资讯的主要依据。如何在异地、异构环境下实时地交换三维数据模型，是在异地协同工作平台中必须解决的问题。随着网络带宽的不断提高，在网上实时直接传输图形文件或图像数据已成为可能，因此应当加强通过网络实时传送三维数模，并采用Net Meeting方式进行方案讨论和评审的技术研究。

基于虚拟现实技术的协同设计

虚拟现实技术使产品开发人员有一定的真实感，从而能够更好地设计出能满足各种要求的产品来，同时，虚拟现实技术也为营造一种更为形象化的协同工作环境提供了基础。VRML的广泛应用为虚拟现实在网络化制造工程中的应用提供了条件。重点研究设计数据向VRML模型的转化技术、VRML模型的动态修改技术、基于VRML模型的协同设计行为的语义表达及其传送技术、基于虚拟现实的白板技术、基於虚拟现实的交互模式。

协同制造

异地设备作业与监视

探索通过通用网络协议，进行设备的远程操作的方法和设备封装的标准，为通用设备的异地操作提供方法、标准和评价；应用通用网络协议，实现网上异地资讯的实时采集、处理与设备诊断。其主要内容包括：网络化车间调度系统，网络化车间集成控制系统，集成控制执行系统，监视与跟纵系统。

网络化制造服务

加工过程大量非线性问题的计算及企业对工艺设计快速响应的需求，要求建立高性能并行计算环境并结合工艺设计开展高性能计算技术研究。网上制造服务中心，可以通过区域核心网络企业连接形成网络化材料加工工艺设计环境和参数化网络敏捷制造系统，并为产品的应用提供支援。它主要提供铸造工艺仿真、锻压、冲压工艺仿真、焊接工艺仿真、切削工艺仿真等各种服务。

网络化工艺协同设计

根据企业的需要，建立网络化工艺设计支援环境，使大部分工艺设计工作都能在该环境下进行，具体内容大部分包括：通用工具箱、工艺数据库、管理工具、工艺设计等。基於上述网络化工艺设计支援环境，开展网络化工艺设计的创新研究，具体内容包括：建立工艺数据库的开放式互操作访问介面；工艺设计工具的可互操作构件化；智慧化工艺设计的通用框架及其软构件；工艺分析与评价软构件；工艺设计与Internet上广泛应用(主要是其他产品开放活动)的功能集成；面向敏捷合作的工艺设计等。

在当今制造业所面临的全球一体化的环境下，产品的创新和开发一般不能也不应仅由一个单位或一个人以大而全或小而全的形式单独完成，而必须加强专业协作，根据市场的不同需求确定不同的合作夥伴，进行优化组合，建立基于双赢原则的动态企业联盟，以快速响应动态多变的全球化市场需求，这就是以Internet/Intranet作为通信和交互平台的敏捷制造模式，是开展网络化制造的实质性和关键性技术。
加盟企业通过网络组建一个虚拟制造公司，既要发挥各自的优势，又要协同工作，实现资源、效益共用和风险共担；另一方面，通过建模和仿真技术，在计算机上形成的虚拟环境中实现产品设计、加工、制造、装配和产品检验等全过程，把所有潜在的问题消灭在设计阶段，获得整体优化的高质量产品，最终快速响应市场需求，共同赢得竞争。

结论

开展区域性网络化制造，对于加强企业与企业之间的协同与合作，实现区域内或跨地域的企业之间的资讯资源、人力资源及设备资源的共用和互补，共同提高对市场需求的反应速度，提升制造企业的总体水平，具有重要意义。

网络化制造公共服务平台系统是开展网络化制造的重要基础设施。在政府的指导和支援下，遵循“企业为主”的原则，建立“官、产、学、研、商”五位一体的区域网络化体系架构，为网络化制造工程的实施提供技术咨询、项目管理、资讯检索、人员培训以及网上协作研究等服务。

深入开展CSCW及协同设计、制造方面的研究和推广应用工作，是网络化制造的核心环节。(end)

文章内容仅供参考 (投稿) (如果您是本文作者，请点击此处) (9/27/2004)


您的位置：首页 > CAD/CAM/PDM/PLM展区 > CAD硬件/先进制造技术展厅 > 产品库 > 虚拟制造/网络化制造 > 技术论文 > 正文	产品库会展人才帮助 \| 注册登录