基于网络平台的人造板企业敏捷制造系统设计

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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, ... 我国人造板工业经过近几十年的发展，已成为人造板生产和消费大国，2009年产量达到了11546.65万m3，在世界人造板产业中已占有相当重要的地位。但随着经济的全球化，人造板国际市场快速变化，我国人造板企业面临严峻的问题：欧美发达国家的人造板行业生产方式已经发生了重大的变化，其利用高新技术进行计算机集成制造、网络化生产管理、柔性化加工、及时化与协作化生产等，实现了多品种、定型化、规格化和专业化的高效高质生产状态。而我国人造板行业总体上仍以中小型企业居多，生产技术落后，科技含量低，管理水平差，产品合格率低，应用领域窄脚，即产品、管理、质量、工艺手段与装备不同层次均落后于欧美发达国家。这些发达国家的人造板先进生产设备和巨大产能已开始向我国转移，国外人造板生产线引进数量增多，速度加快，相比之下我国人造板企业竞争力明显不足。与此同时消费市场的产品需求呈现多样性，迫使我国人造板企业必须具备多品种、多批量、交货期短、价格合理等能力。而我国人造板行业信息不畅，缺乏及时的市场和客户需求反馈，企业间合作不够。如果仅仅依靠单个人造板企业的技术力量和人力资源，难以解决上述问题，因此我国人造板企业需要引用先进的生产和管理模式，联合多方相关企业，及时掌握客户需求与市场信息，以适应新的竞争环境和迎合人造板产品市场需求，增强企业竞争力、摆脱困境。 1、基于网络的敏捷制造技术与功能特征 1.1基于网络的敏捷制造技术特征 敏捷制造系统是以并行工程技术为基础，采用标准化和专业化的计算机网络和信息集成技术，连接企业各个机构和部门，组合关联企业的各项生产资源，建立敏捷化工程，实现面向客户的快速生产。网络通信技术的应用为企业的制造系统和制造过程提供了一种快速方便的信息(数据)交互手段和环境，是企业实现敏捷制造、高效率地快速响应市场机制的重要前提和保障。以网络通信技术为基础开展的敏捷制造，其技术特征Ⅲ表现为： (1)信.包快速传输与交互的时间性； (2)实现异地设计、异地制造的空间性； (3)动态联盟之间实现信息集成、功能集成、过程集成、资源集成及企业与企业之间集成的集成性。 1.2基于网络的敏捷制造功能特征 (1)敏捷响应特性。基于网络的敏捷制造、并行工程、虚拟制造等新的制造模式和开发技术的运用，可显著缩短产品开发周期，快速响应市场。 (2)共享资源特性。应用现代网络通信技术，将分散在各地的信息资源、设备资源、技术资源甚至人才资源等实现共享和优化利用。 (3)扁平式虚拟企业模式特性。企业组织模式是基于网络的、以项目或工作流程为主线的虚拟企业；框架结构是横向分布的、以部门职能为核心的组织模式。实现内部知识、信息的整合、创造和管理，从而使企业更直接地面向市场，面向用户。 (4)远程控制与诊断特性。通过网络实现设备的远程控制和管理，达到设备资源的异地共享，对设备和生产现场进行远程监视和故障诊断。 (5)个性化生产特性。针对用户的不同需求，可实现“小批量、多品种、定制型”生产方式，满足用户个性化需要，而基于网络的定制是满足这种需求的一种有效模式。 (6)高度柔性、模块化、可伸缩的生产制造系统旧。同一系统可生产种类无限的产品。 2、人造板企业引进敏捷制造的意义 从上可以看出，基于网络的敏捷制造生产方式是由企业级先进制造模式即计算机集成制造系统(CIMS)向全球级先进制造模式的进一步发展，即现代敏捷制造系统(CAMS)。它适应于经济全球化下的人造板企业发展需要。我国人造板中、小企业可以根据自身特点、存在问题和市场需求等具体情况，与其他行业关联企业、其它人造板产品生产优势企业、科研院所等组成动态联盟，以网络信息技术为支撑，利用互联网和企业局域网建立基于网络的敏捷制造系统，实现信息资源共享和生产管理等过程的集成，利用敏捷制造技术来重组资源组织生产，延长产业链，从而提高产品质量，降低成本，进一步加快我国人造板行业的规模化、自动化、协作化发展，以及对新材料、新工艺、新设备、新的管理方式或思路的引进步伐，逐步缩小我国人造板企业和国外人造板企业的差距。 3、基于网络平台的人造板企业敏捷制造系统设计 3.1人造板企业敏捷制造系统需求分析 敏捷制造环境下的联盟企业是全球性的，各联盟企业之间的计算机硬件、软件、加工设备、通信设备、数据库系统等具有多样性，系统必须能够为联盟企业提供开放、公共的界面，支持主要的软件平台和硬件平台。因此，人造板企业敏捷制造系统的构建，首先需要搭建网络平台，即企业内部局域网(Intranet)的布置与连接，以及Intranet与Internet的通信，使系统中的敏捷制造企业可以利用网络平台，通过Internet与其他联盟企业进行信息交流、资源共享和远程监控等，还可利用局域网实现企业内部信息处理和生产管理等。同时系统需要利用网络安全技术，采取身份确认、访问存取控制、数据加密等措施保证联盟企业之间所传递的信息的安全性。鉴于不同企业使用数据类型的多源化，系统还需对传输数据进行恰当的格式转化，以确保传递信息的准确性。其次需要应用并行工程技术实现产品和生产工艺的快速设计以及高效的生产过程管理。最终通过建立快速响应的敏捷化工程实现企业联盟的快速重组和敏捷化企业生产与管理。 3.2系统实现功能 从我国人造板企业的生产、管理等特点和实际需要出发，构建的基于网络的敏捷制造系统框架，以人造板生产企业为主导，与其他人造板优势产品企业、设备制造企业、原材料生产企业、设备零配件企业、科研机构以及销售商和运输商等组成动态联盟，利用先进的制造技术，充分利用原材料等资源，共同完成人造板的高效高质生产、设备与系统的维护以及产品销售等，实现整个系统的敏捷化生产。 系统具体实现功能主要集中在以下几个方面：①实现联盟企业间网上信息交流和商务活动，信息和数据资源共享，减少重复工作，共同提高工作效率，②与产品客户进行网上信息沟通，及时反馈客户意见，快速解决产品使用等问题；③为远程用户提供端口，实现设备在线维修等功能；④实现数字化产品展示和网上产品销售等。 3.3基于网络平台的人造板企业敏捷制造系统架构设计 根据上述需求，参考数控加工行业敏捷制造系统结构，本文设计构建了3种基于网络的一主多从型敏捷制造系统架构(图1)。即利用计算机网络技术、通信技术、控制技术以及数据库技术，建立基于Intranet的网络平台，搭建基于Internet的、支持企业间信息集成的网络通信系统，实现系统主导企业(人造板生产企业)与外界联系的网络化，以及非主导企业(如联盟人造板企业)可以在主导企业网络平台上，根据系统对该企业设定的一定权限，对主导生产企业内网资源进行访问的功能。系统基础设置包括计算机、网络通信硬件设备、Intranet和Internet等网络支持环境，以及生产线设备、工控机和控制器等。软件包括操作系统、应用软件、管理软件和系统软件等。系统总体分为内、外和基础(底层)三层。 3.3.1系统内层 系统内层是人造板生产企业(敏捷制造系统的主导企业)的内部局域网，如图1所示。内网主要包括Web服务器、数据库服务器、远程用户服务器、客户管理服务器、企业管理服务器、生产管理服务器等硬件设备，这些服务器使用各种应用软件实现各自功能，并互传信息，协同保障系统正常运作。在企业网络信息平台上，主导企业利用Web服务器，通过TCP/IP等通信协议，与Internet上的联盟企业进行网络信息传递，并设置防火墙等保护内部Intranet安全。利用数据库服务器存储人造板产品、生产工艺、库存、设备、原材料、用户、客户、物流等信息，对企业生产和管理两方面数据进行记录和管理；数据库服务器使用访问者身份验证方式，根据数据访问者在系统中的职能，对其设置一定权限，使主导企业内部成员和外部联盟企业均可在授权情况下对数据进行一定范围内的存取等，并保证系统数据安全。远程用户服务器主要是建立外协企业与系统内层人造板生产线的联系，其针对系统内部人造板生产线设备和监控，设置了故障诊断专家系统，主导企业外部维护专家可以通过Web服务器，实现设备的远程在线检测、维护以及一定权限的监控和数据库访问，该服务器中的远程用户管理，实现与异地企业进行网络会议或者发布企业信息等功能。客户管理服务器面向外层的客户端，建立与客户的沟通，接受订单、解决问题和发布产品信息等。企业管理服务器主要包括仓库、物流、运输、人力资源、系统维护等诸多方面的企业事务管理，保障企业的正常运行。生产管理是人造板生产企业的基础。生产管理服务器完成人造板生产线上的生产计划、调度和设备运行监控，以及生产进度、效率和产品质量的监督与检测等重要工作。 从上可以看出，主导企业是一主多从型敏捷制造系统的核心，负责寻找市场商机，进行经营决策，确立市场主导产品，进行产品开发、任务规划、生产需求招标、评标，确定系统成员和生产总体协调。 3.3.2系统外层 外层是联盟人造板企业、各种外协企业和销售企业等。在敏捷制造系统中的联盟企业已不是传统意义上的配套协作企业，从广度上有了新的拓展，它们当中除了设备制造、零配件生产企业等传统意义的必要合作企业外，还有软件企业和科研机构等技术型单位。在人造板生产、加工过程中，这种具备知识和智力的专有技术企业虽然不具有批量化生产的能力，却掌握着关键的高新技术，是系统中的重要组成部分，可以促使专有技术的社会化和商业化。运输商、原材料企业、销售商也已不仅仅是提供相关服务，而是与人造板生产等企业共同连接在系统敏捷供应链上，使生产资料以最快的速度，通过生产、分销环节变成增值的产品，送到消费者手中，从而降低成本、减少库存，使资源得到优化配置，实现企业生产与销售的有效连接，物流、信息流、资金流的合理流动。客户是敏捷制造系统中的一个特殊的成员，除了常用的通信方式外，客户不仅可通过Internet了解产品的品种、价格、性能及其相关的服务或通过企业的产品配置系统，提出某些个性化的需求，还可通过订单查询系统查询订单的执行情况，参与企业的生产监督，反馈对产品和服务的意见。 系统外层企业除利用互联网与主导企业沟通协作外，各供应商还可通过自己企业的Web服务器与Internet相连，将自己信息传送至主导企业网络平台，同时从网络平台得到系统中共它企业的要求与各种信息。还可通过主导企业网络平台获得相关客户要求的产品信息，产品销售反馈、网络伙伴能力等信息，并与主导企业、其它协同企业在网络平台相连，进行人造板产品、生产工艺的设计与研发等相关过程的信息交流和实现例。 3.3.3系统基础层 生产管理服务器的下层是由整个人造板生产线中生产设备、工控机、前端控制器等硬件构成，利用现场总线进行通信连接的敏捷制造单元，它是根据生产管理所确定生产任务进行的组合，是生产型企业的技术基础，根据其在系统的位置和重萎性，在本文称其为系统基础层。 如图2所示，系统内层的生产管理服务器通过总线与工控机通信，对现场生产和设备运行进行监控，利用前端控制器进行数据采集处理，得到的现场数据保存到数据服务器中的数据库中。同时，生产管理服务器与远程用户服务器1连接，实现异地诊断专家在基础层故障分析诊断系统中，在职能允许下对现场设备运行状况进行检测等，完成设备和监控系统维修等工作。生产管理服务器与远程用户服务器2连接，用于联盟人造板企业、外协企业参与人造板产品的设计、工艺流程优化。在此过程中，协作企业可以充分发挥各自优势，使用CAD/CAE/CAM/CAPP等技术，把软件工具与产品开发过程联系起来，在统一的计算机环境下进行产品的构思、设计、模拟、测试和分析以及工艺路线的选择、仿真等，使产品开发、产品加工工艺设计能够在网络的基础上实现并行化设计和实现。敏捷制造系统还需要在生产管理服务器上统筹安排人造板生产车间中的生产管理、计划和调度等一系列的工作。例如，针对人造板车间串行的生产布局，可以适当增加横向职能技术部门，使得生产线上的职能车间不仅接受纵向的生产任务，还能接受横向职能技术部门的指导；或者增加如等待、中转等工序，使工时更加准确，进而改进生产过程，提高产品生产的并行度，缩短生产周期，提高生产效率。系统还需要对设备运行生产中产生的产品数据、工艺管理数据等进行存储。系统基础层还需实现产品的质量分析、检测工作，检测的相关数据结果也需要存入数据库，而后通过数据服务器传送到企业管理服务器中，以方便企业对产品质量、数量等进行监控。 通过对上述系统三层的设计与功能实现可以看出，在人造板生产过程中，综合运用了并行工程、模型和虚拟设计、控制等技术，使得产品开发、设计、生产、销售等各项工作同时进行，使用虚拟现实和仿真技术模拟产品的特性和状态，精确地模拟产品生产过程，实现设计结果的可靠性，保证产品设计一次成功，从而极大地缩短了新产品的开发和生产周期，提高设计质量并降低开发成本，利用网络通信技术、安全技术、数据库技术等保证系统的正常、安全的运行。通过敏捷化工程的使用，快速高效地实现企业内外部资源的合理、优化配置和重构，进而提高企业的敏捷性。 4、系统应用前景 近期，原材料价格不断上涨，劳动成本价格也不断上扬，而中小企业由于技术含量较低，产品价格上涨幅度较小，利润空间缩小；人造板消费市场的动态变化和商务环境变化速度超过了企业跟踪、调整的能力。在这种情况下，我国受资源限制的人造板中小企业更应该建立动态联盟，采用敏捷制造系统，充分发挥敏捷制造的资源、技术等集成优势，实现企业间资源的优化组合，实现优势互补，使产品设计、制造装配、物料供应、成品销售、客户服务等各个环节连成一个整体，并面向全球市场，在时间和空间上突破传统企业的局限，从而根本上提高人造板联盟企业在国际市场上的核心竞争力，协同推动我国人造板行业的技术进步。(end)

文章内容仅供参考 (投稿) (如果您是本文作者，请点击此处) (4/1/2012)