基于Web的異地并行設(shè)計與制造系統(tǒng)研究

1、基于Web的異地并行設(shè)計與制造系統(tǒng)研究         摘要本文研究了基于虛擬企業(yè)進行機電產(chǎn)品協(xié)同開發(fā)的過程，開發(fā)了一個支持虛擬企業(yè)組建、運行與解體的異地并行設(shè)計與制造系統(tǒng)，介紹了系統(tǒng)的基本框架與實現(xiàn)方法。     關(guān)鍵字  虛擬企業(yè) 并行設(shè)計 產(chǎn)品設(shè)計 合作伙伴選擇 PDM 多代理    中圖分類號：TH 122文獻標識碼：A     0 引言     目前國內(nèi)很多企業(yè)均已引入CAD、CAM、C

2、AE及各種NC機床或加工中心、FMS，對這些“自動化孤島”的集成系統(tǒng)級集成已有很多的研究。而隨著信息技術(shù)和計算機網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，企業(yè)集成的重心已經(jīng)由系統(tǒng)級集成轉(zhuǎn)向企業(yè)級集成1，異地協(xié)同設(shè)計與制造技術(shù)是企業(yè)級集成建立虛擬企業(yè)的支撐技術(shù)。因此本文開發(fā)了一個面向機電產(chǎn)品的異地并行設(shè)計與制造系統(tǒng)。系統(tǒng)能達到如下三個設(shè)計目標：     （1）支持虛擬企業(yè)的快速組建、優(yōu)化運行與平穩(wěn)解體。    （2）基于此系統(tǒng)能進行緊密耦合的異地并行設(shè)計，用戶間能無阻滯地交流信息和共享知識。    （3）有效地保護知識產(chǎn)權(quán)，系統(tǒng)安全

3、可靠。    1 基于虛擬企業(yè)的機電產(chǎn)品開發(fā)    本文根據(jù)機電產(chǎn)品開發(fā)的特點，將機電產(chǎn)品開發(fā)周期劃分為以下三個階段，如圖1所示。在這過程中先后兩次產(chǎn)生了虛擬企業(yè)：面向設(shè)計任務(wù)的虛擬企業(yè)與面向制造任務(wù)的虛擬企業(yè)。每次虛擬企業(yè)的生命周期都可分為市場機遇確認、虛擬企業(yè)組建、運行與解體四個階段2,3。    1.1 虛擬企業(yè)組建階段      盟主企業(yè)響應(yīng)某一市場機遇，根據(jù)用戶需求確定產(chǎn)品功能并完成產(chǎn)品的概念設(shè)計4。然后對任務(wù)進行估計與初步分解，再通過招標/競標的方式挑選

4、合作伙伴組建虛擬企業(yè)。產(chǎn)品的概念設(shè)計與選擇合作伙伴這兩個關(guān)鍵任務(wù)必須是互相適應(yīng)的。盟主企業(yè)根據(jù)概念設(shè)計的結(jié)果挑選合作伙伴，同時也要根據(jù)候選企業(yè)的實際情況及各種反饋意見來優(yōu)化概念設(shè)計，爭取合作伙伴對此市場機遇的最大認同，成功組建虛擬企業(yè)。這是一個不斷溝通，多次調(diào)整的過程。概念設(shè)計與合作伙伴的選擇必須同時考慮5，以得到最優(yōu)的產(chǎn)品概念設(shè)計方案和最佳的企業(yè)組合。    1.2 產(chǎn)品異地并行設(shè)計階段      完成虛擬企業(yè)組建后應(yīng)當根據(jù)新情況對概念設(shè)計具體化與優(yōu)化，然后展開設(shè)計。對應(yīng)產(chǎn)品的每一個零/部件都成立一個開發(fā)小組。本文認為機電

5、產(chǎn)品的設(shè)計過程實際上是產(chǎn)品結(jié)構(gòu)樹的逐層展開與相應(yīng)的開發(fā)小組同步成立的過程，如圖2所示。開發(fā)小組是人員組織的最小單位，由有不同專長的企業(yè)成員組成。開發(fā)小組成員在小組中承擔不同的角色，以完成不同的任務(wù)。一個成員可以在組內(nèi)擔任多個角色，或參加多個開發(fā)小組。通常每個開發(fā)小組設(shè)置四種角色：小組領(lǐng)導、設(shè)計員、審核員與工具分析員（CAE、DFMA等工具的操作者）。如有特殊需要，也可以增減角色（如銷售代表或用戶代表等）。    典型的文檔流程如圖3所示。設(shè)計員將每一階段的設(shè)計成果提交給小組其它成員。審核合格后，設(shè)計成果可在系統(tǒng)的Web服務(wù)器上預(yù)發(fā)布。任務(wù)總負責人和相關(guān)任務(wù)的設(shè)計員

6、、負責人認可后正式發(fā)布。    1.3 網(wǎng)絡(luò)化制造階段                      圖1基于虛擬企業(yè)的機電產(chǎn)品開發(fā)過程      2 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)     相對于客戶機/服務(wù)器（C/S）模式而言，瀏覽器/服務(wù)器（B/S）模式有跨平臺、低成本、維護與升級方便、具有良好的開放性與可擴充性等優(yōu)點

7、6,7，因此本系統(tǒng)采用了三層B/S結(jié)構(gòu)。第一層為Web瀏覽器；第二層（中間層）為各種ActiveX服務(wù)對象組件，為瀏覽器的請求服務(wù)；第三層為傳統(tǒng)的服務(wù)資源，如數(shù)據(jù)庫服務(wù)器等。該系統(tǒng)的工作過程如下：    首先，任務(wù)發(fā)布者或盟主企業(yè)通過瀏覽系統(tǒng)的Web頁面，登錄系統(tǒng)，在信息代理的幫助下，表達、發(fā)布其對產(chǎn)品性能、外觀、功能等的個性化需求信息。信息代理處理此需求信息后，訪問需求信息數(shù)據(jù)庫，生成設(shè)計任務(wù)列表。       潛在的合作伙伴通過瀏覽系統(tǒng)的Web頁面，登錄系統(tǒng)，在信息代理的幫助下收集、瀏覽協(xié)作需求信息。組建虛擬企

8、業(yè)后，在協(xié)同設(shè)計代理的支持下進行產(chǎn)品的協(xié)同設(shè)計。設(shè)計結(jié)果又由信息代理存到數(shù)據(jù)庫服務(wù)器中。                                          

9、0;  圖4 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖    3 系統(tǒng)功能模塊     3.1 虛擬企業(yè)組建                             圖5 伙伴企業(yè)建模與伙伴選擇過程     3.2  PDM系統(tǒng) 

10、0;   PDM系統(tǒng)必須滿足虛擬企業(yè)的分布、異構(gòu)環(huán)境與敏捷性的要求，因此我們將PDM系統(tǒng)構(gòu)筑在DCOM與Web技術(shù)之上。PDM系統(tǒng)是異地并行設(shè)計與制造系統(tǒng)的最重要部分，它有以下子功能模塊：    ? 產(chǎn)品結(jié)構(gòu)樹的生成  產(chǎn)品結(jié)構(gòu)由產(chǎn)品結(jié)構(gòu)樹來描述，產(chǎn)品結(jié)構(gòu)樹是PDM的核心。其中根節(jié)點代表整個產(chǎn)品，各結(jié)點分別表示部件或組件，葉節(jié)點代表零件。系統(tǒng)提供兩種方法生成產(chǎn)品結(jié)構(gòu)樹：自頂向下地新建產(chǎn)品結(jié)構(gòu)樹；繼承原有的產(chǎn)品。     （1）自頂向下地新建產(chǎn)品結(jié)構(gòu)樹  當用戶選擇新建產(chǎn)品時，系統(tǒng)彈出新建產(chǎn)品對話

11、框，在對話框中，用戶填入新建產(chǎn)品的屬性：項目名稱，產(chǎn)品名稱，產(chǎn)品代號等。然后在產(chǎn)品結(jié)構(gòu)樹的根節(jié)點下用戶可以選擇新建裝配件或零件（或繼承原有的裝配件或零件），再輸入裝配件或零件的屬性，逐層展開產(chǎn)品結(jié)構(gòu)樹。     （2）繼承原有的產(chǎn)品  有效利用合作企業(yè)已有的設(shè)計、制造資源是虛擬企業(yè)產(chǎn)品設(shè)計過程的核心5 。如果需要設(shè)計的產(chǎn)品與以前設(shè)計過的某種產(chǎn)品十分相似，則可以拷貝它的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)樹，在它基礎(chǔ)上修改。系統(tǒng)存儲的產(chǎn)品達到一定數(shù)量后，按系列與型號分類存放，以便于查詢。     在生成產(chǎn)品結(jié)構(gòu)樹時，以上兩種方法可以同時使用。在產(chǎn)品結(jié)構(gòu)樹

12、生成后，用戶可以對生成的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)樹進行編輯；     ? 工作流程設(shè)定  一份文檔從最初設(shè)計到最后入庫、歸檔，總是要經(jīng)過一定的流程。為了適應(yīng)設(shè)計過程的靈活性，系統(tǒng)提供文檔流程的定義功能。一旦為文檔指定了特定的流程，文檔將按此流程自動運轉(zhuǎn)，在特定的時候轉(zhuǎn)到特定人手中，進行特定的操作。系統(tǒng)提供缺省的文檔流程，如圖3所示。    ? 版本生成和更新  當一個對象經(jīng)過出庫操作再進行入庫操作時，用戶可以選擇是形成新版還是替換舊版本。如果用戶選擇形成新版，那么系統(tǒng)自動將該對象的序號加1，從而形成新版。當有新版存在時，用戶不能對

13、舊版進行操作；如果用戶選擇替換舊版本，那么系統(tǒng)不產(chǎn)生新版，而是用當前對象替換舊版本；      在PDM系統(tǒng)的開發(fā)中采用了以下便捷方法：    （1）利用ADO技術(shù)實現(xiàn)應(yīng)用與數(shù)據(jù)源的數(shù)據(jù)存取；    （2）利用FTP構(gòu)件實現(xiàn)檢入和檢出（Check in/out）功能；    （3）利用MFC的樹形控件（類CtreeCtrl）實現(xiàn)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)樹。    3.3 協(xié)作模塊      如何實現(xiàn)異地協(xié)作是系統(tǒng)

14、的關(guān)鍵問題。協(xié)作的方式主要可分為異步和同步兩種。異步協(xié)同是指在不同時間下異地用戶可以通過服務(wù)器獲得的協(xié)作信息；同步協(xié)同是指異地用戶同時進行面對面的網(wǎng)絡(luò)協(xié)作。同步協(xié)同的信息交流可不經(jīng)過系統(tǒng)的服務(wù)器，可以大大減輕系統(tǒng)的負擔，并能提高工作效率。    ? 協(xié)作論壇發(fā)布協(xié)作成員的問題及建議，討論解決問題的方案；    ? 最新進展發(fā)布成員提交的最新設(shè)計成果，提供異地異步共享；    ? 電子郵件  電子郵件是典型的異步協(xié)同工具。系統(tǒng)集成了電子郵件功能，使得系統(tǒng)可以自動地將特定的通知發(fā)送到特定的人手中。比

15、如用戶A希望每次自己設(shè)計的零件修改后都用電子郵件通知用戶B，系統(tǒng)可以自動完成這個工作。    ? 批注功能  使用OLE技術(shù)開發(fā)了一個審閱應(yīng)用軟件。通過連接/嵌入的方法將圖形文件作為顯示背景顯示在審閱系統(tǒng)中，然后通過系統(tǒng)提供的圈閱工具進行批注，系統(tǒng)自動將評語內(nèi)容與圖形文件名保存到同一對象中，使評語與對應(yīng)的零部件聯(lián)系起來，實現(xiàn)批注功能。    ? 網(wǎng)絡(luò)會議為方便異地用戶之間的討論，提供召開網(wǎng)絡(luò)會議的功能，包括電子白板功能；本系統(tǒng)采用虛擬現(xiàn)實交互技術(shù)實現(xiàn)了網(wǎng)絡(luò)會議功能。    3.4 安全模塊 &#

16、160;   保證設(shè)計成果的安全和協(xié)作成員的知識產(chǎn)權(quán)是系統(tǒng)應(yīng)用的前提。系統(tǒng)的安全由多項措施保證。    ? 訪問控制  為每一個資源對象建立一張訪問控制列表，表明其對各種角色賦予的權(quán)限。    ? 防火墻   系統(tǒng)與INTERNET的接口采用防火墻系統(tǒng)。本系統(tǒng)開發(fā)的信息代理是數(shù)據(jù)庫（信息）與外界進行通信的接口，也起到了防火墻的作用。    ? 加密   對路由信息與用戶數(shù)據(jù)都可以采用加密措施。文件在網(wǎng)絡(luò)上傳送之前用密鑰加密，使他人無法涂改和偽造數(shù)據(jù)文件。