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基于网络的虚拟制造技术 |
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作者：江南大学 吴奇 吴骏 过晓明 |
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1 现状及国内外发展趋势
90年代初，美国里海大学(Lehigh University)在研究和总结美国制造业的现状和潜力后，发表了具有划时代意义的“21世纪制造企业发展战略”报告，提出了敏捷制造和虚拟企业的新概念。这一新的哲理产生了巨大的反响。
1994年，美国能源部制订了“实现敏捷制造的技术” (Technologies Enabling Agile Manufacturing-TEAM)的计划(1994-1999)，涉及联邦政府机构、著名公司和大学等100多个单位，并于1995年12月发表了该项目的策略规划和技术规划。
1995年美国国防部和自然科学基金会资助10个面向美国工业的研究单位，共同制定了以敏捷制造和虚拟企业为核心内容的“下一代的制造计划。
1996年5月美国通用电器公司发表了计算机辅助制造网CAMNet的结构和应用。它通过万维网提供多种制造支撑服务，其目的是建立敏捷制造的支撑环境。
1997年美国国际制造企业研究所发表了《美国-俄罗斯虚拟企业网》研究报告。该项目是美国国家科学基金研究项目，目的是开发一个跨国虚拟企业网的原型，使美国制造厂商能够利用俄罗斯制造业的能力，从更大的意义上讲，作为全球制造基础框架一部分的美俄虚拟企业的建立与发展起到实现全球制造的示范作用。
目前，英国利物浦大学正在欧共体资助下建立《英国西北虚拟企业网》，该网旨在支持、促进英国西北地区中小企业的合作与发展。
1998年12月，欧洲联盟公布了“第五框架计划(1998-2002)"，将虚拟网络企业列人研究主题。
综上所述，信息技术正在推动制造业技术的、组织的变革。体现在各种计算机辅助技术的应用，以及工业发达国家利用远程信息网络将位于异地的、具有不同功能的工厂连接起来，引起了生产组织的变化。
我国的研究策略应该是借鉴国际上的先进经验，结合中国的制造工业实际，提出适合我国国情的生产模式，寻求21世纪中国制造企业的发展道路，而不是简单地跟踪国外的某一个新概念。
1994年，国外先进技术的发展引起了我国学术界、工业界和国家综合部门的重视，并被国家定为重点发展的科技领域之一。近几年，国内许多有识之士都特别提出要重视适合中国国情的新生产模式和管理技术的研究和应用，但缺乏系统的安排。企业迫切希望在新的生产模式和结构重组方面有所指导和提供示范。企业已逐渐认识到，面对信息时代的到来，企业结构将发生变化，采用网络化制造模式将有助于提高企业的竟争力。科学技术部于1999年3月将“网络化制造在精密成形与加工领域的应用研究及示范”课题列人“九五国家重点科技攻关计划。
2 技术概述
基于网络的远程制造技术指的是：面对市场机遇，针对某一市场需要，利用以因特网(INTERNET)为标志的信息高速公路，灵活而迅速地组织社会制造资源，把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，按资源优势互补的原则，迅速地组合成一种没有围墙的、超越空间约束的、靠电子手段联系的、统一指挥的经营实体— 网络联盟企业，以便快速推出高质量、低成本的新产品。
实施网络化制造技术的行为主体是网络联盟，因此需从网络联盟的全生命周期来考察研究与网络联盟相关的一系列问题，网络联盟的生命周期按时序大致划分为：面对市场机遇时的市场分析、资源重组分析、网络联盟组建设计、网络联盟组建实施、网络联盟运营、网络联盟终止。
在网络联盟全寿命周期内，所涉及到的实施技术涵盖了以下几方面：组织管理与运营管理技术；资源重组技术；网络与通讯技术；信息传输、处理与转换技术等：由于网络化制造是建立在以因特网为标志的信息高速公路的基础上，因此必须建立和完善相应的法律、法规框架与电子商务环境，建立国家制造资源信息网，形成信息支持环境。
3 虚拟企业
建立虚拟企业模型
今天，制造企业主要依靠自己的内部和几个熟悉的合作伙伴进行生产。要同其它企业建立新的合作关系可能需要花费几个月的时间。因为各项事物如条约、条件、CAD格式等等都需要协商，企业的生产能力也需要确认。所要求的零件图纸最多只能送到几个车间评估，而且图纸主要是通过电传、Modem或磁盘等传递的，经常需要手工重新输人到车间的CAD系统。澄清每一步(如丢失了曲面精度或误差说明等)都可能需要几天的时间。如果发生了错误或遇到了困难需要改变设计时，整个循环周期就可能增加50%，甚至更多。为解决这些问题，我们将利用分散网络化生产系统的信息基础框架建立虚拟企业模型。这个模型主要包括以下几个部分：1)标准化的贸易协议；2)筛选合格的制造资源；3)预定义的条约；4)标准表格和零件描述；5)标准的价格库；6)相互兼容的数据交换格式。
分散网络化生产系统中合作企业的优化选择
在虚拟企业中，一个企业设计某种产品并为制造该产品而与其它企业进行合作。要形成这种合作关系，企业需要建立良好的产品设计系统并对合作的企业作出优化选择。为此，我们需要作两方面研究：一是在产品设计阶段考虑到侯选企业的能力，这种能力是与制造该产品有关的，而非企业的一般能力；二是为比较侯选伙伴提供工具。也就是说建立能够对企业作出评估的信息模型并提供各种决策方法。
信息模型包括：
开发基于STEP的产品信息模型，并以面向对象的数据库实施该模型；
为各种设计的评估建立面向对象的成组技术代码(OOGT)；
开发表示企业生产能力的制造资源模型；
从STEP信息模型中自动生成产品的OOGT决策方法包括：
各种设计的评估方法；
分布式制造中的工艺生成方法；
分布式制造中基于计划的设计评估方法；
分布式制造中多目标伙伴选择方法。
异地协同设计与制造系统信息交换机制
信息在异地协同设计与制造系统中的传递具有多种模式。一般而言，信息在同一计算机应用系统内部的交换要比在不同系统或企收间的交换频繁得多。鉴于此，我们将异地协同设计与制造系统设计成具有多层次的信息结构(见图1)。在该模型中，协同设计与制造分为4个层次；1)计算机网络的节点(如一台CAD 工作站)之内的产品信息交换。这里的信息交换是指当在1台CAD工作站上运行不同的CAD系统，系统间的产品信息交换。2)企业内同一区域中计算机之间或计算机与NC机床之间协同工作，“本机数据库”用来存放与其它CAD系统交换的信息。3)企业内同一区域内中计算机与NC机床与企业其它计算机应用系统之间的协同工作。4)企业之间或一企业位于不同区域的组织之间的协同工作。 
图1 异地协同设计与制造系统的分级模型
图中的Intrrnet-LINK将企业内部的各种资源联结一起，管理第二层、第三层的信息交换。企业内部的共享信息放置在本地数库中，而“交换资源”信息则放置在共享数据库内，并由Internet_LINK管理、控制，实现与其它企业进行信息的交换。
目前，可用于异地、远程信息传输的方法有电子邮传、WWW、可视电话等。为开发出有效的支持网络化设计与制造的系统平台，我们将要传递的信息进行分类，然后开发，设计相应的软件代理(agent)，将信息转换成规定的格式，并通过网络传给相应的伙伴。信息分类法有多种，这里我们将其分为冲突信息、模v信息、监控信息、产品结构信息及修改信息等。
4 制造企业电子商务工具的研究与开发
制造企业电子商务的意义
随着全球信息网络的建立和完善，电子商务成为一股不可阻挡的潮流。制造企业逐步意识到目前竞争不仅来自生产优化或价格竞争，更来自整个生产供应链管理的各个方面，即来自加速产品销售，缩短从定货到付款的周期的能力。电子商务正适应了这一需求，能加速产品的销售，扩大市场空间，提高企业竞争能力。
制造企业发展电子商务的特点由于我国制造企业信息化改造已有一定的历史，并不同程度上实现MIS管理信息系统),DSS(决策支撑系统),EPR (企业资源计划)、生产执行系统(MES)等信息系统，这些系统有的是项目关联的，有些却是一些“孤岛”。因此制造企业实现电子商务具有一定的基础，另一方面如何将电子商务应用和已有的信息融合，并合理利用已有的信息基础，又是一项十分复杂的系统工程。
制造企业新型信息系统的总体框架
图2 制造企业断型信息系统的总体框架
如图2所示，它有如下特点：
综合集成了资源计划(MRP-II和EPR)，生产执行系统(MES)和决策支撑系统(DSS)
将电子商务应用系统分模块地集成到已有系统中去，保护以往的投资，提高信息系统的利用率，降低了电子商务应用系统构建的难度，并且使应用系统具有良好的可扩充性，以适应企业需求的变化。
形成j Extranet和Intranet一体化的信息系统
Extranet和Intranet一体化，使企业能够对市场的需求作出敏捷的响应，加速产品销售，缩短从定货到付款的周期。
让客户参与设计
通过虚拟浏览和设计系统，使客户足不出户就能全方位地浏览产品，并能让其参与产品的设计，预定个性化的产品和服务。
增加数据挖掘功能
数据挖掘工具用来从数据仓库中获取知识，如：通过分析大量的销售数据，发现顾客购买行为特征和购买趋势，确定营销手段和营销策略
适应于异构平台
通过采用CORBA或JAVA BEANS等分布式对象技术，使应用系统能运行于不同的操作系统和网络结构。
构建制造企业电子商务系统的关健技术
信息安全与保密
电子商务中安全机制是关键的关键，而一个设计比较完善的CPU的IC卡能够较好地解决这个问题带CPU的IC卡把加密算法、认证方法结合到整个系统的设计方案之中，达到防伪和保密的目的，为现实身份的认证和信息保密提供了有效途径。
从大量信息中获取知识
实现电子商务，企业的商务信息爆炸性地增长，如不能从中获取有用的知识，这些巨量的信息反而成了系统维护的麻烦；若能对其数据挖掘工具进行利用，还能得到企业决策有用的信息。
应用系统的可扩充性
企业内、外环境是频繁变化的，尤其是在知识经济时代，因此应用系统建立时有许多不确定的因素。这就要求应用系统的结构易于扩充，功能容易修改。
信息交换标准
买卖双方企业用于交换的信息必须无歧义性，因此必须有相应的信息交换标准来保障电子商务有效运行同时遵守信息交换标准，也是与国际接轨，适应全球经济一体化大潮的要求。
已开发和正在开发的电子商务工具
数据挖掘工具
数据挖掘工具用来从数据仓库中获取知识，主要采用了神经网络，模糊聚类以及多维分析的方法。
基干CPU卡的电子钱包和身份认证工具
CPU卡中保存了用户的私人信息及密匙，较好地解决了电子商务中信息加密解密以及身份认证问题。电子钱包是基于CPU卡开发的一种电子支付工具。
企业业务流开发工具
在企业的经济活动中，存在一些相似而不完全相同的过程，如开发一个新产品，增加一笔投资，收购一家公司等，先要提出申请，再经过一级或多级审批。对这些相似过程的抽象便形成了申请/审批业务流。
将抽象出来的申请/审批业务流采用Java Beans组件实现，当开发具体的申请/审批业务时，可以使用用已开发的Java Beans组件，这样既可以提高开发效率，减少重复代码，又能加强电子商务系统的维护、可扩展性。
电子订单管理工具
实现电子订单的管理功能。
5 结束语
网络时代，社会有限资源通过Intranet和Internet技术重新整合，局部有限资源在全球经济环境中将得到充分利用，人们通过网络可以享受虚拟游览、虚拟购物、网上电子商务交易等服务。
随着我国加人WTO，世界著名跨国集团公司人驻中国，使基于网络的远程虚拟制造技术逐步趋于成熟，异地设计、远程制造将为整个社会的前进和发展带来一次新的技术革命。(end)
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(6/16/2005) |
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