《機(jī)械CADCAM》課件第10章

第10章機(jī)械CAD/CAM

技術(shù)的發(fā)展10.1計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)10.2并行工程10.3敏捷制造10.4虛擬制造習(xí)題與思考題10.1計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)10.1.1CIMS的概念

1．CIMS的定義計(jì)算機(jī)集成制造(ComputerIntegratedManufacturing，CIM)的概念早在1974年由美國(guó)的約瑟夫·哈林頓(JosephHarrington)博士首先提出。哈林頓博士提出的CIM概念有兩個(gè)基本觀點(diǎn)：一是企業(yè)的生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)活動(dòng)是一個(gè)不可分割的整體、要統(tǒng)一考慮；二是整個(gè)生產(chǎn)過(guò)程實(shí)質(zhì)上是一個(gè)數(shù)據(jù)的采集、傳遞和加工處理的過(guò)程，最終形成的產(chǎn)品可以看做是數(shù)據(jù)的物質(zhì)表現(xiàn)。

CIM概念在最初提出時(shí)，并未引起廣泛關(guān)注，直到80年代以后，CIM才成為制造業(yè)的熱門(mén)話題。然而，盡管現(xiàn)代CIM的內(nèi)涵和實(shí)踐有了很大的發(fā)展，但哈林頓博士關(guān)于CIM的兩個(gè)基本觀點(diǎn)，仍然是CIM的核心思想。

CIM是企業(yè)組織、管理與運(yùn)行的一種新哲理。它運(yùn)用現(xiàn)代多種先進(jìn)科學(xué)技術(shù)實(shí)現(xiàn)企業(yè)的信息流、物質(zhì)流及價(jià)值流(資金流)的集成和優(yōu)化運(yùn)行，是企業(yè)贏得市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)的經(jīng)營(yíng)戰(zhàn)略思想。

CIMS(ComputerIntegratedManufacturingSystem)即計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)，是按CIM哲理建成的復(fù)雜的人機(jī)系統(tǒng)。它是在自動(dòng)化技術(shù)、信息技術(shù)及制造技術(shù)的基礎(chǔ)上，通過(guò)計(jì)算機(jī)及其軟件，將制造工廠全部生產(chǎn)活動(dòng)所需的各種分散的自動(dòng)化系統(tǒng)有機(jī)地集成起來(lái)，適合于多品種、中小批量生產(chǎn)的總體高效益、高柔性的智能制造系統(tǒng)。CIMS不是現(xiàn)有生產(chǎn)模式的計(jì)算機(jī)化和自動(dòng)化，它是在新的生產(chǎn)組織原理和概念指導(dǎo)下形成的一種新型生產(chǎn)實(shí)體。

2．CIMS的特征在功能上，CIMS包含了整個(gè)工廠的全部生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)活動(dòng)，即從市場(chǎng)需求分析、生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)決策、產(chǎn)品設(shè)計(jì)、加工制造、質(zhì)量管理、經(jīng)營(yíng)銷(xiāo)售等一直到售后服務(wù)的全部活動(dòng)，各部分的活動(dòng)通過(guò)計(jì)算機(jī)以信息流的形式進(jìn)行交互、集成和控制。

CIMS與傳統(tǒng)的自動(dòng)化有所不同，其范圍及復(fù)雜程度要大得多。CIMS涉及的自動(dòng)化不是工廠各個(gè)環(huán)節(jié)的自動(dòng)化或計(jì)算機(jī)及其網(wǎng)絡(luò)(即“自動(dòng)化孤島”)的簡(jiǎn)單相加，而是它們的有機(jī)集成。這里的集成當(dāng)然也包括人的集成。

3．現(xiàn)代集成制造系統(tǒng)現(xiàn)代集成制造系統(tǒng)(ContemporaryIntegratedManufacturingSystem，CIMS)是計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)新的發(fā)展階段，是在繼承計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)優(yōu)秀成果的基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的。如果說(shuō)計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)的特征是集成，其使能技術(shù)主要是計(jì)算機(jī)技術(shù)，那么，現(xiàn)代集成制造系統(tǒng)的特征是集成和優(yōu)化，其使能技術(shù)是計(jì)算機(jī)技術(shù)和系統(tǒng)技術(shù)?，F(xiàn)代集成制造系統(tǒng)是將傳統(tǒng)的制造技術(shù)與現(xiàn)代信息技術(shù)、管理技術(shù)、自動(dòng)化技術(shù)、系統(tǒng)工程技術(shù)進(jìn)行有機(jī)結(jié)合，通過(guò)計(jì)算機(jī)技術(shù)使企業(yè)產(chǎn)品在全生命周期中有關(guān)的組織、經(jīng)營(yíng)、管理和技術(shù)有機(jī)集成和優(yōu)化運(yùn)行，在企業(yè)產(chǎn)品全生命周期中實(shí)現(xiàn)信息化、智能化、集成優(yōu)化，達(dá)到產(chǎn)品上市快、服務(wù)好、質(zhì)量?jī)?yōu)、成本低的目的，進(jìn)而提高企業(yè)的柔性、健壯性和敏捷性，使企業(yè)在激烈的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)中立于不敗之地。從集成的角度看，早期的計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)側(cè)重于信息集成，而現(xiàn)代集成制造系統(tǒng)的集成概念在廣度和深度上都有了極大的擴(kuò)展，除了信息集成外，還實(shí)現(xiàn)了企業(yè)產(chǎn)品全生命周期中的各種業(yè)務(wù)過(guò)程的整體優(yōu)化，即過(guò)程集成，并發(fā)展到企業(yè)優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)的企業(yè)之間的集成階段。10.1.2CIMS的基本構(gòu)成和體系結(jié)構(gòu)

1．CIMS的基本構(gòu)成從功能角度看，CIMS包含制造工廠的設(shè)計(jì)、制造及經(jīng)營(yíng)管理三方面的功能，而這三者的集成需要有一個(gè)支撐環(huán)境，即分布式數(shù)據(jù)庫(kù)和計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)，以及指導(dǎo)集成運(yùn)行的系統(tǒng)技術(shù)。圖10.11993年CIMS輪式圖美國(guó)制造工程師學(xué)會(huì)(SME)提出：CIMS的功能體系結(jié)構(gòu)可用輪式圖表示，并于1985年提出這種SME輪式圖結(jié)構(gòu)的第一版本。1993年，SME推出了CIMS功能構(gòu)成的新版本，如圖10.1所示。該輪式圖由六層組成，分別為：(1)用戶(hù)；(2)人、技術(shù)和組織；(3)共享的知識(shí)和系統(tǒng)；(4)過(guò)程；(5)資源和職責(zé)；(6)制造基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)。輪式圖將顧客作為輪式圖的核心，充分表明要贏得競(jìng)爭(zhēng)的勝利(即要占領(lǐng)市場(chǎng))，就必須滿足用戶(hù)不斷增長(zhǎng)的需要。所以，滿足用戶(hù)的需求是成功實(shí)施CIMS的關(guān)鍵，即用戶(hù)是CIMS的核心。

2．CIMS的體系結(jié)構(gòu)在對(duì)傳統(tǒng)的制造管理系統(tǒng)功能需求進(jìn)行深入分析的基礎(chǔ)上，美國(guó)提出了CIMS分級(jí)控制結(jié)構(gòu)，如圖10.2所示。它由工廠級(jí)、車(chē)間級(jí)、單元級(jí)、工作站級(jí)和設(shè)備級(jí)共五級(jí)組成。每一級(jí)又可進(jìn)一步分解成子級(jí)或模塊，并由數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)，還可以擴(kuò)展成樹(shù)狀結(jié)構(gòu)。圖10.2CIMS分級(jí)控制模型

1)工廠級(jí)控制系統(tǒng)工廠級(jí)控制系統(tǒng)是最高一級(jí)控制，進(jìn)行生產(chǎn)管理，履行“廠部”職能。它的規(guī)劃時(shí)間范圍(指任何控制級(jí)完成任務(wù)的時(shí)間長(zhǎng)度)可以是從幾個(gè)月到幾年的資源分配。這一級(jí)按主要功能又分為三個(gè)子系統(tǒng)：生產(chǎn)管理、信息管理和制造工程。

(1)生產(chǎn)管理。它跟蹤主要項(xiàng)目，制定長(zhǎng)期生產(chǎn)計(jì)劃，明確生產(chǎn)資源需求，確定所需的追加投資，算出剩余生產(chǎn)能力，匯總質(zhì)量性能數(shù)據(jù)，根據(jù)生產(chǎn)計(jì)劃數(shù)據(jù)確定交給下一級(jí)的生產(chǎn)指令。

(2)信息管理。其功能是通過(guò)用戶(hù)-數(shù)據(jù)接口實(shí)現(xiàn)必要的行政或經(jīng)營(yíng)的管理，如成本估算、庫(kù)存統(tǒng)計(jì)、用戶(hù)訂單處理、采購(gòu)、人事管理以及工資單處理等。

(3)制造工程。其功能一般都是通過(guò)用戶(hù)-數(shù)據(jù)接口，在人的干預(yù)下實(shí)現(xiàn)的。CAD是其中的一個(gè)子系統(tǒng)，用于設(shè)計(jì)幾何尺寸規(guī)格和提出部件、零件、刀具和夾具的材料表。另一個(gè)子系統(tǒng)是工藝過(guò)程設(shè)計(jì)子系統(tǒng)，用于編制每個(gè)零件從原材料到成品的全部工藝規(guī)程。

2)車(chē)間級(jí)控制系統(tǒng)這一級(jí)控制系統(tǒng)負(fù)責(zé)協(xié)調(diào)車(chē)間的生產(chǎn)和輔助性工作，以及完成上述工作的資源配置。其規(guī)劃時(shí)間范圍從幾周到幾個(gè)月。它設(shè)有兩個(gè)主要模塊：任務(wù)管理模塊和資源分配模塊。

(1)任務(wù)管理模塊：負(fù)責(zé)安排生產(chǎn)能力計(jì)劃，對(duì)訂單進(jìn)行分批處理，啟用和撤銷(xiāo)“虛擬”單元，把任務(wù)及資源分配給各單元，跟蹤訂單直到完成，跟蹤設(shè)備利用情況，安排所有切削刀具、夾具、機(jī)器人、機(jī)床及物料運(yùn)輸設(shè)備的預(yù)防性維修，以及其他輔助性工作。

(2)資源分配模塊：負(fù)責(zé)分配單元級(jí)進(jìn)行各項(xiàng)目具體加工時(shí)所需的工作站、儲(chǔ)存區(qū)、托盤(pán)、刀具及材料等。它還根據(jù)“按需”原則，把一些工作站分配給特定的“虛擬”單元，動(dòng)態(tài)地改變AMRF的組織結(jié)構(gòu)。

3)單元級(jí)控制系統(tǒng)這一級(jí)負(fù)責(zé)相似零件分批通過(guò)工作站的順序和管理物料儲(chǔ)運(yùn)、檢驗(yàn)及其他有關(guān)輔助工作。它的規(guī)劃時(shí)間范圍可以從幾小時(shí)到幾周。具體的工作內(nèi)容是完成任務(wù)分解、資源需求分析，向車(chē)間級(jí)報(bào)告作業(yè)進(jìn)展和系統(tǒng)狀態(tài)，決定分批零件的動(dòng)態(tài)加工路線，安排工作站的工序，給工作站分配任務(wù)以及監(jiān)控任務(wù)的進(jìn)展情況。

4)工作站級(jí)控制系統(tǒng)這一級(jí)控制系統(tǒng)負(fù)責(zé)指揮和協(xié)調(diào)車(chē)間中一個(gè)設(shè)備小組的活動(dòng)。它的規(guī)劃時(shí)間范圍可以從幾分鐘到幾小時(shí)。

5)設(shè)備級(jí)控制系統(tǒng)該控制系統(tǒng)是機(jī)器人、機(jī)床、測(cè)量?jī)x、小車(chē)、傳送裝置等各種設(shè)備的控制器。采用這種控制是為了加工過(guò)程中的改善修正、質(zhì)量檢測(cè)等方面的自動(dòng)計(jì)量和自動(dòng)在線檢測(cè)、監(jiān)控。這一級(jí)控制系統(tǒng)向上與工作站控制系統(tǒng)接口連接，向下與廠家供應(yīng)的設(shè)備控制器連接。

3．CIMS的主要功能模塊從技術(shù)的角度而言，CIMS的組成一般可分成四個(gè)應(yīng)用系統(tǒng)和兩個(gè)支撐系統(tǒng)。這四個(gè)應(yīng)用系統(tǒng)分別是工程設(shè)計(jì)系統(tǒng)、管理信息系統(tǒng)、制造自動(dòng)化系統(tǒng)和質(zhì)量保證系統(tǒng)；兩個(gè)支撐系統(tǒng)是數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)和網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，圖10.3表示了上述六個(gè)分系統(tǒng)之間的邏輯關(guān)系。圖10.3CIMS的功能和支撐系統(tǒng)之間的邏輯關(guān)系

(1)管理信息系統(tǒng)(MIS)：以MRPⅡ?yàn)楹诵?，包括預(yù)測(cè)、經(jīng)營(yíng)決策、各級(jí)生產(chǎn)計(jì)劃、生產(chǎn)技術(shù)準(zhǔn)備、銷(xiāo)售、供應(yīng)、財(cái)務(wù)、成本、設(shè)備、工具、人力資源等管理信息功能。該系統(tǒng)通過(guò)信息的集成，達(dá)到縮短產(chǎn)品生產(chǎn)周期，降低流動(dòng)資金占用，提高企業(yè)應(yīng)變能力的目的。

(2)工程設(shè)計(jì)系統(tǒng)(CAD/CAPP/CAM/CAE)：用計(jì)算機(jī)來(lái)輔助產(chǎn)品設(shè)計(jì)、工藝、制造及性能測(cè)試等工作，目的是使產(chǎn)品開(kāi)發(fā)活動(dòng)更高效、更優(yōu)質(zhì)、更自動(dòng)化地進(jìn)行。

(3)制造自動(dòng)化系統(tǒng)(MAS)：由數(shù)控機(jī)床、加工中心、清洗機(jī)、測(cè)量機(jī)、運(yùn)輸小車(chē)、立體倉(cāng)庫(kù)、機(jī)器人以及多級(jí)分布式控制(管理)計(jì)算機(jī)等設(shè)備及相應(yīng)的支持軟件組成。該系統(tǒng)根據(jù)產(chǎn)品的工程技術(shù)信息、車(chē)間層的加工指令，完成對(duì)零件毛坯加工的作業(yè)調(diào)度及制造，使產(chǎn)品制造活動(dòng)優(yōu)化，具有周期短、成本低、柔性高的特點(diǎn)。

(4)質(zhì)量保證系統(tǒng)(CAQ)：包括質(zhì)量決策，質(zhì)量檢測(cè)與數(shù)據(jù)采集，質(zhì)量評(píng)價(jià)、控制與跟蹤等功能。CAQ系統(tǒng)伴隨從產(chǎn)品設(shè)計(jì)、制造、檢驗(yàn)到售后服務(wù)的整個(gè)過(guò)程，以實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的高質(zhì)量、低成本，達(dá)到提高企業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力的目的。

(5)數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)(DBMS)：支持CIMS各個(gè)分系統(tǒng)，是覆蓋企業(yè)全部信息的數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)。它在邏輯上是統(tǒng)一的，在物理上可以是分布的全局?jǐn)?shù)據(jù)管理系統(tǒng)，以實(shí)現(xiàn)企業(yè)數(shù)據(jù)的共享和信息集成。

(6)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)(NetworkSystem)：是支持CIMS各分系統(tǒng)的開(kāi)放型網(wǎng)絡(luò)通信系統(tǒng)，采用國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)和工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，可以實(shí)現(xiàn)異種機(jī)互聯(lián)。它以分布為手段，滿足各應(yīng)用分系統(tǒng)對(duì)網(wǎng)絡(luò)支持服務(wù)的不同需求，支持資源共享、分布處理、分布數(shù)據(jù)庫(kù)、分層遞階和實(shí)時(shí)控制。10.1.3CIMS的關(guān)鍵技術(shù)

CIMS的關(guān)鍵技術(shù)包括：信息集成、過(guò)程集成、管理集成和企業(yè)集成。

1．信息集成針對(duì)設(shè)計(jì)、管理和加工制造中大量存在的自動(dòng)化孤島，實(shí)現(xiàn)信息正確、高效的共享和交換，是改善企業(yè)技術(shù)和管理水平必須首先解決的問(wèn)題。信息集成的主要內(nèi)容有：

(1)企業(yè)建模和系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法。沒(méi)有企業(yè)模型就很難科學(xué)地分析和綜合企業(yè)各部分的功能關(guān)系、信息關(guān)系以至動(dòng)態(tài)關(guān)系。企業(yè)建模及設(shè)計(jì)方法解決了一個(gè)制造企業(yè)的物流、信息流、價(jià)值流(如資金流)、決策流的關(guān)系，這是企業(yè)信息集成的基礎(chǔ)。

(2)異構(gòu)環(huán)境下的信息集成。所謂異構(gòu)，是指系統(tǒng)中包含了不同的操作系統(tǒng)、控制系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫(kù)及應(yīng)用軟件。如果各個(gè)部分的信息不能自動(dòng)地交換，則很難保證信息傳送和交換的效率與質(zhì)量。異構(gòu)信息集成主要解決三個(gè)問(wèn)題：不同通信協(xié)議的共存及向ISO/OR的過(guò)渡；不同數(shù)據(jù)庫(kù)的相互訪問(wèn)；不同商用應(yīng)用軟件之間的接口。

2．過(guò)程集成企業(yè)為了提高T(Time)、Q(Quality)、C(Cost)、S(Serve)方面的水平，除了信息集成這一技術(shù)手段之外，還可以對(duì)過(guò)程進(jìn)行重構(gòu)(processreengineering)。要將產(chǎn)品開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)中的各個(gè)串行過(guò)程盡可能多地轉(zhuǎn)變?yōu)椴⑿羞^(guò)程，在設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)考慮到下游工作中的可制造性、可裝配性，并在設(shè)計(jì)時(shí)考慮質(zhì)量(質(zhì)量功能分配)，這樣可以減少開(kāi)發(fā)過(guò)程的反復(fù)現(xiàn)象，從而縮短開(kāi)發(fā)時(shí)間。

3．管理集成企業(yè)中的各種管理信息系統(tǒng)日趨完善，如：企業(yè)資源計(jì)劃(EnterpriseResourcePlanning，ERP)以實(shí)現(xiàn)企業(yè)產(chǎn)、供、銷(xiāo)、人、財(cái)、物的管理為目標(biāo)；供應(yīng)鏈管理(SupplyChainManagement，SCM)以實(shí)現(xiàn)企業(yè)內(nèi)部與上游企業(yè)之間的物流管理；客戶(hù)關(guān)系管理(CustomerRelationshipManagement，CRM)則可幫助企業(yè)建立、挖掘和改善與客戶(hù)之間的關(guān)系。以實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的設(shè)計(jì)、工藝和制造過(guò)程為主要任務(wù)的CAD/CAM與它們之間的集成可以將企業(yè)的業(yè)務(wù)流程緊密地連接起來(lái)，對(duì)產(chǎn)品開(kāi)發(fā)的所有環(huán)節(jié)(如訂單、采購(gòu)、庫(kù)存、計(jì)劃、制造、質(zhì)量控制、運(yùn)輸、銷(xiāo)售、服務(wù)、維護(hù)、財(cái)務(wù)、成本和人力資源等)進(jìn)行高效、有序的管理，做到由內(nèi)而外地整合企業(yè)的管理，建立從企業(yè)的供應(yīng)決策到企業(yè)內(nèi)部技術(shù)、工藝、制造和管理部門(mén)，再到用戶(hù)之間的信息集成，從而實(shí)現(xiàn)企業(yè)與外界的信息流、物流和資金流的順暢傳遞，有效地提高企業(yè)的市場(chǎng)反應(yīng)速度和產(chǎn)品開(kāi)發(fā)速度，確保企業(yè)在競(jìng)爭(zhēng)中取得優(yōu)勢(shì)。

4．企業(yè)集成為充分利用全球制造資源，把企業(yè)調(diào)整成具有適應(yīng)全球經(jīng)濟(jì)、全球制造的新模式，CIMS必須解決資源共享、信息服務(wù)、虛擬制造、并行工程、資源優(yōu)化、網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)等關(guān)鍵技術(shù)，以更快、更好、更經(jīng)濟(jì)地響應(yīng)市場(chǎng)。10.2并行工程10.2.1并行工程的概念產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)過(guò)程是指從產(chǎn)品需求分析到產(chǎn)品最終定型的全過(guò)程，包括產(chǎn)品的設(shè)計(jì)、測(cè)試、制造和裝配過(guò)程。傳統(tǒng)的產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)方式是一種串行的過(guò)程，各階段的工作是按順序方式進(jìn)行的，即一種“拋過(guò)墻”的產(chǎn)品開(kāi)發(fā)過(guò)程，如圖10.4所示。這種開(kāi)發(fā)方法在設(shè)計(jì)的早期不能全面地考慮其下游的可制造性、可裝配性和質(zhì)量可靠性等多種因素，設(shè)計(jì)錯(cuò)誤往往要在設(shè)計(jì)后期，甚至在制造階段才被發(fā)現(xiàn)，形成了設(shè)計(jì)—制造—修改設(shè)計(jì)—重新制造的大循環(huán)，導(dǎo)致產(chǎn)品開(kāi)發(fā)周期較長(zhǎng)，開(kāi)發(fā)成本過(guò)高，質(zhì)量無(wú)法保證等問(wèn)題。圖10.4傳統(tǒng)的產(chǎn)品串行開(kāi)發(fā)方式為了克服串行開(kāi)發(fā)方式的固有缺點(diǎn)，人們提出了并行工程的概念。應(yīng)用并行工程對(duì)產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)采用并行模式，該模式力圖使開(kāi)發(fā)者從一開(kāi)始就考慮到整個(gè)產(chǎn)品的生命周期，將下游環(huán)節(jié)的可靠性、技術(shù)、生產(chǎn)條件等作為設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)的約束條件加以考慮，開(kāi)發(fā)過(guò)程的各階段工作交叉進(jìn)行，及早發(fā)現(xiàn)與其相關(guān)過(guò)程不相匹配的地方，及時(shí)評(píng)估、決策，以達(dá)到縮短產(chǎn)品開(kāi)發(fā)周期、提高質(zhì)量、降低成本的目的。其過(guò)程如圖10.5所示。由圖可看出，并行開(kāi)發(fā)過(guò)程與串行開(kāi)發(fā)過(guò)程之間存在著明顯區(qū)別。兩者在產(chǎn)品創(chuàng)新、質(zhì)量、生產(chǎn)成本和柔性方面的比較如表10.1所示。圖10.5產(chǎn)品的并行開(kāi)發(fā)模式表10.1串行工程和并行工程的比較競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)并行工程串行工程產(chǎn)品質(zhì)量在生產(chǎn)前已考慮到產(chǎn)品的制造問(wèn)題，容易獲得滿意的質(zhì)量設(shè)計(jì)和制造之間溝通不足，致使產(chǎn)品質(zhì)量無(wú)法達(dá)到最優(yōu)化生產(chǎn)成本產(chǎn)品的制造更為容易，生產(chǎn)成本降低新產(chǎn)品開(kāi)發(fā)成本較低，制造成本可能較高生產(chǎn)柔性適于小批量、多品種生產(chǎn)和高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)的產(chǎn)品適于大批量、少品種、技術(shù)含量較低的產(chǎn)品產(chǎn)品創(chuàng)新較快地推出新產(chǎn)品，能從產(chǎn)品開(kāi)發(fā)中學(xué)習(xí)到及時(shí)修正的方法及創(chuàng)新意識(shí)，新產(chǎn)品投放市場(chǎng)快，競(jìng)爭(zhēng)能力強(qiáng)不易獲得最新技術(shù)以及市場(chǎng)需求變化趨勢(shì)，不利于產(chǎn)品創(chuàng)新美國(guó)國(guó)防分析研究所在1988年給出的并行工程的定義是：“并行工程(ConcurrentEngineering，CE)是一種系統(tǒng)的集成方法，它采用并行方法處理產(chǎn)品設(shè)計(jì)及其相關(guān)過(guò)程，包括制造過(guò)程和支持過(guò)程。這種方法可以使產(chǎn)品開(kāi)發(fā)人員從一開(kāi)始就能考慮到產(chǎn)品從概念設(shè)計(jì)到消亡的整個(gè)生命周期里的所有因素，包括質(zhì)量、成本、作業(yè)調(diào)度及用戶(hù)需求等?！庇纱丝梢?jiàn)，并行工程是一種以加速產(chǎn)品開(kāi)發(fā)過(guò)程為目的，集成和并行地設(shè)計(jì)產(chǎn)品及其相關(guān)的各種過(guò)程(包括制造過(guò)程和支持過(guò)程)的系統(tǒng)方法。它以信息的集成為基礎(chǔ)，通過(guò)組織多學(xué)科的產(chǎn)品開(kāi)發(fā)小組，利用各種計(jì)算機(jī)輔助手段，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品開(kāi)發(fā)過(guò)程的集成。從根本上講，CE是一種制造哲理，這種哲理把人們對(duì)制造系統(tǒng)的集成從信息上升到過(guò)程。同時(shí)，CE也是一種企業(yè)制造戰(zhàn)略，這種戰(zhàn)略把CAD/CAM/CAE的集成化和面向工程的設(shè)計(jì)結(jié)合起來(lái)。近幾年來(lái)，隨著互聯(lián)網(wǎng)和電子商務(wù)技術(shù)的發(fā)展，CE向著更高的層次發(fā)展，即協(xié)同工程(CollaborativeEngineering，CE)，協(xié)同工程又被稱(chēng)做新一代并行工程。協(xié)同工程是在產(chǎn)品開(kāi)發(fā)過(guò)程中通過(guò)并行開(kāi)發(fā)產(chǎn)品及其相關(guān)過(guò)程，反映消費(fèi)者期望，控制產(chǎn)品生命周期、成本、產(chǎn)品質(zhì)量及產(chǎn)品推向市場(chǎng)的時(shí)間的一種系統(tǒng)方法，并且利用信息技術(shù)(IT)支持其信息交換。10.2.2并行工程的特點(diǎn)

1．并行性并行工程克服了產(chǎn)品串行開(kāi)發(fā)方式的固有弊病，把時(shí)間上有先有后的知識(shí)處理和作業(yè)實(shí)施變?yōu)橥瑫r(shí)考慮和盡可能同時(shí)處理或并行處理，可使開(kāi)發(fā)產(chǎn)品的周期大大短于傳統(tǒng)的串行工程，而且在并行方式中信息流是雙向的，而不是串行方式中那樣的單向的信息流。

2．整體性并行工程把產(chǎn)品開(kāi)發(fā)過(guò)程看成是一個(gè)有機(jī)整體。實(shí)際上，在空間中似乎是相互獨(dú)立的各項(xiàng)作業(yè)和知識(shí)處理單元之間都存在著不可分割的內(nèi)在聯(lián)系，特別是有豐富的雙向信息聯(lián)系。所以，并行工程強(qiáng)調(diào)從全局考慮問(wèn)題，產(chǎn)品開(kāi)發(fā)者從一開(kāi)始就考慮到產(chǎn)品整個(gè)生命周期中的所有因素。

3．協(xié)同性并行工程特別強(qiáng)調(diào)人們的群體協(xié)同工作。這是因?yàn)?，現(xiàn)代產(chǎn)品的特性已越來(lái)越復(fù)雜，產(chǎn)品開(kāi)發(fā)過(guò)程涉及的學(xué)科門(mén)類(lèi)和專(zhuān)業(yè)人員也越來(lái)越多，如何取得產(chǎn)品開(kāi)發(fā)過(guò)程的整體最優(yōu)是并行工程追求的目標(biāo)，其中關(guān)鍵是如何很好地發(fā)揮人們的群體作用。

(1)強(qiáng)調(diào)有效的組織模式。擁有一個(gè)有較強(qiáng)的管理才能、組織才能，熟悉產(chǎn)品開(kāi)發(fā)過(guò)程的多學(xué)科知識(shí)，懂得系統(tǒng)工程的理論和方法的項(xiàng)目負(fù)責(zé)人，由具備合理的人才結(jié)構(gòu)的各部門(mén)人員組成小組協(xié)同工作。

(2)強(qiáng)調(diào)一體化。并行地進(jìn)行產(chǎn)品及有關(guān)過(guò)程的設(shè)計(jì)，尤其要注意早期概念設(shè)計(jì)階段的并行協(xié)調(diào)。

(3)強(qiáng)調(diào)協(xié)同效率，消除串行模式中各部門(mén)之間的壁壘，使各部門(mén)能協(xié)調(diào)一致地工作，提高整體效益。

4．集成性并行工程是一種系統(tǒng)的集成方法。其集成特性主要包括：

(1)人員集成：設(shè)計(jì)者、制造者、管理者、后勤保障人員(負(fù)責(zé)質(zhì)量、銷(xiāo)售、采購(gòu)、服務(wù)等人員)以及用戶(hù)應(yīng)集成為一整體。

(2)信息集成：產(chǎn)品全生命周期中各類(lèi)信息的獲取、表示、存儲(chǔ)和操作工具都集成在一起，并組成統(tǒng)一的信息管理系統(tǒng)、產(chǎn)品信息模型和產(chǎn)品數(shù)據(jù)模型。

(3)功能集成：企業(yè)內(nèi)部各部門(mén)間的功能集成以及產(chǎn)品主開(kāi)發(fā)企業(yè)與外部協(xié)作企業(yè)間的功能集成。

(4)技術(shù)集成：產(chǎn)品開(kāi)發(fā)全過(guò)程中涉及的多學(xué)科知識(shí)以及各種技術(shù)、方法的集成，形成集成的知識(shí)庫(kù)和方法庫(kù)。0.2.3并行工程的關(guān)鍵技術(shù)

1．產(chǎn)品開(kāi)發(fā)過(guò)程重組并行工程與傳統(tǒng)生產(chǎn)方式的本質(zhì)區(qū)別在于，它把產(chǎn)品開(kāi)發(fā)的各種活動(dòng)作為一個(gè)集成的、并行的開(kāi)發(fā)過(guò)程，該過(guò)程中強(qiáng)調(diào)下游過(guò)程在產(chǎn)品開(kāi)發(fā)的早期參與設(shè)計(jì)過(guò)程；從全局優(yōu)化的角度出發(fā)，對(duì)產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)過(guò)程進(jìn)行管理和控制，進(jìn)行產(chǎn)品開(kāi)發(fā)過(guò)程建模、仿真和優(yōu)化，不斷地改善產(chǎn)品開(kāi)發(fā)過(guò)程，減少不必要的重復(fù)設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)，使產(chǎn)品開(kāi)發(fā)過(guò)程更合理、更有效。

2．并行工程協(xié)同工作環(huán)境在并行產(chǎn)品開(kāi)發(fā)模式下，產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)是由分布在異地的采用一種計(jì)算機(jī)軟件工作的多學(xué)科小組之間完成的。多學(xué)科小組之間及小組內(nèi)部各組成人員之間存在著大量的相互依賴(lài)關(guān)系，并行工程協(xié)同環(huán)境應(yīng)能支持集成產(chǎn)品開(kāi)發(fā)團(tuán)隊(duì)(IntegratedProductTeam，IPT)的異地協(xié)同工作。協(xié)調(diào)系統(tǒng)用于各類(lèi)設(shè)計(jì)人員協(xié)調(diào)和修改設(shè)計(jì)、傳遞設(shè)計(jì)信息，便于做出有效的群體決策，解決相應(yīng)的矛盾。計(jì)算機(jī)支持的協(xié)同工作是并行工程最重要的一種實(shí)施方式，也是并行工程發(fā)展的必然途徑與趨勢(shì)。

3．?dāng)?shù)字化產(chǎn)品建模與CAX/DFX使能工具基于一定的數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)，建立產(chǎn)品全生命周期的數(shù)字化產(chǎn)品模型，特別是基于STEP標(biāo)準(zhǔn)的特征模型，是高效快速實(shí)現(xiàn)不同設(shè)計(jì)工具之間信息交換的基礎(chǔ)，也是完成計(jì)算機(jī)模擬仿真的基礎(chǔ)。產(chǎn)品設(shè)計(jì)的主模型是產(chǎn)品開(kāi)發(fā)過(guò)程中唯一的數(shù)據(jù)源，用于定義覆蓋產(chǎn)品開(kāi)發(fā)各個(gè)環(huán)節(jié)的信息模型。數(shù)字化定義工具是指廣義的計(jì)算機(jī)輔助工具集，最典型的有CAD、CAE、CAPP、CAM、CAFD(計(jì)算機(jī)輔助工裝系統(tǒng)設(shè)計(jì))等。面向工程的設(shè)計(jì)(DFX)是支持設(shè)計(jì)的工具總稱(chēng)，它的概念覆蓋了產(chǎn)品設(shè)計(jì)、制造、使用、報(bào)廢回收的整個(gè)生命周期，使產(chǎn)品在設(shè)計(jì)階段就能考慮到生產(chǎn)制造階段的問(wèn)題。面向工程的設(shè)計(jì)方法提倡在設(shè)計(jì)中考慮后續(xù)階段的問(wèn)題，即通過(guò)各方信息的綜合，使其設(shè)計(jì)能反映正確的過(guò)程，而不是反復(fù)地、大循環(huán)地修改直到形成正確的過(guò)程。目前，面向工程的設(shè)計(jì)有面向裝配的設(shè)計(jì)(DFM)、面向質(zhì)量的設(shè)計(jì)(DFQ)、面向可靠性的設(shè)計(jì)(DFR)和面向拆卸的設(shè)計(jì)(DFD)等，它們廣泛應(yīng)用于并行工程產(chǎn)品開(kāi)發(fā)的各個(gè)環(huán)節(jié)，被稱(chēng)為并行工程的使能工具。10.3敏捷制造10.3.1敏捷制造的概念

1．敏捷制造提出的背景

20世紀(jì)80年代以來(lái)，市場(chǎng)變化越來(lái)越快，競(jìng)爭(zhēng)也日益激烈，企業(yè)的生存與發(fā)展更多地取決于其響應(yīng)市場(chǎng)需求的敏捷能力。20世紀(jì)80年代，原西德和日本已經(jīng)可以生產(chǎn)出高質(zhì)量的工業(yè)品和高檔的消費(fèi)品而與美國(guó)的產(chǎn)品競(jìng)爭(zhēng)，并源源不斷地推向美國(guó)市場(chǎng)，面對(duì)日本強(qiáng)大的競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)，美國(guó)和西歐都在總結(jié)經(jīng)營(yíng)不利的教訓(xùn)，調(diào)整各自的技術(shù)路線。隨著美國(guó)產(chǎn)品在世界市場(chǎng)中所占份額不斷下降，美國(guó)人已清楚地認(rèn)識(shí)到制造業(yè)是一個(gè)國(guó)家國(guó)民經(jīng)濟(jì)的支柱，為了使美國(guó)保持領(lǐng)先地位，重振其制造能力，美國(guó)國(guó)防部根據(jù)國(guó)會(huì)指令，委托美國(guó)里海大學(xué)(LehighUniversity)的亞科卡(Ioacoca)研究所，于1991年在研究和總結(jié)美國(guó)制造業(yè)的現(xiàn)狀和潛力后，發(fā)表了具有劃時(shí)代意義的《21世紀(jì)制造企業(yè)發(fā)展戰(zhàn)略》報(bào)告，其中提出一種新的制造模式——敏捷制造(AgileManufacturing，AM)。敏捷制造一問(wèn)世就得到美國(guó)政府、工業(yè)界以及學(xué)術(shù)界的重視和支持，美國(guó)國(guó)防部高級(jí)研究計(jì)劃局(DARPA)和美國(guó)自然科學(xué)基金(NSF)先后資助了多項(xiàng)與敏捷制造相關(guān)的研究，并建立了敏捷制造協(xié)會(huì)(AgilityForum)。這一新的制造哲理在全世界產(chǎn)生了巨大的反響，并取得了引人注目的實(shí)際效果。

2．敏捷制造的概念敏捷制造的基本定義為：以先進(jìn)的柔性生產(chǎn)技術(shù)和動(dòng)態(tài)組織結(jié)構(gòu)為特點(diǎn)，以高素質(zhì)協(xié)同良好的工作人員為核心，實(shí)行企業(yè)間的網(wǎng)絡(luò)集成，形成快速響應(yīng)市場(chǎng)的社會(huì)化制造體系。敏捷制造的基本思想是通過(guò)把動(dòng)態(tài)靈活的虛擬組織結(jié)構(gòu)、先進(jìn)的柔性生產(chǎn)技術(shù)和高素質(zhì)的人員進(jìn)行全方位的集成，從而使企業(yè)能夠從容應(yīng)付快速變化和不可預(yù)測(cè)的市場(chǎng)需求。敏捷制造是一種提高企業(yè)競(jìng)爭(zhēng)能力的全新制造組織模式，于概念上在下列方面具有重要的突破：

(1)全新的企業(yè)概念。將制造系統(tǒng)空間擴(kuò)展到全國(guó)乃至全世界，通過(guò)企業(yè)網(wǎng)絡(luò)建立信息交流高速公路，建立虛擬企業(yè)，以競(jìng)爭(zhēng)能力和信譽(yù)為依據(jù)選擇合作伙伴，組成動(dòng)態(tài)公司。它不同于傳統(tǒng)觀念上的有圍墻的有形空間構(gòu)成的實(shí)體空間。虛擬企業(yè)從策略上講不強(qiáng)調(diào)企業(yè)全能，也不強(qiáng)調(diào)一個(gè)產(chǎn)品從頭到尾都由自己開(kāi)發(fā)、制造。

(2)全新的組織管理概念。簡(jiǎn)化過(guò)程，不斷改進(jìn)過(guò)程，提倡以人為中心，用分散決策代替集中控制，用協(xié)商機(jī)制代替遞階控制機(jī)制，提高經(jīng)營(yíng)管理目標(biāo)，精益求精，盡善盡美地滿足用戶(hù)的特殊需要。敏捷企業(yè)強(qiáng)調(diào)技術(shù)和管理的結(jié)合，在先進(jìn)柔性制造技術(shù)的基礎(chǔ)上，通過(guò)企業(yè)內(nèi)部的多功能項(xiàng)目組與企業(yè)外部的多功能項(xiàng)目組——虛擬公司，把全球范圍內(nèi)的各種資源集成在一起，實(shí)現(xiàn)技術(shù)、管理和人的集成。敏捷企業(yè)的基層組織是多學(xué)科群體，是以任務(wù)為中心的一種動(dòng)態(tài)組合。

(3)全新的產(chǎn)品概念。敏捷制造的產(chǎn)品進(jìn)入市場(chǎng)以后，可以根據(jù)用戶(hù)的需要進(jìn)行改變，得到新的功能和性能，即使用柔性的、模塊化的產(chǎn)品設(shè)計(jì)方法，依靠極其豐富的通信資源和軟件資源，進(jìn)行性能和制造過(guò)程仿真。敏捷制造的產(chǎn)品保證其在整個(gè)產(chǎn)品生命周期內(nèi)都能讓用戶(hù)滿意，企業(yè)的這種質(zhì)量跟蹤將持續(xù)到產(chǎn)品報(bào)廢為止，甚至包括產(chǎn)品的更新?lián)Q代。

(4)全新的生產(chǎn)概念。產(chǎn)品成本與批量無(wú)關(guān)，從產(chǎn)品看是單件生產(chǎn)，而從具體的實(shí)際和制造部門(mén)看，卻是大批量生產(chǎn)。高度柔性的、模塊化的、可伸縮的制造系統(tǒng)的規(guī)模是有限的，但在同一系統(tǒng)內(nèi)可生產(chǎn)出產(chǎn)品的品種卻是無(wú)限的。

3．敏捷制造的實(shí)現(xiàn)技術(shù)為了推進(jìn)敏捷制造的實(shí)施，1994年由美國(guó)能源部制定了一個(gè)實(shí)施敏捷制造技術(shù)(TechnologiesEnablingAgileManufacturing，TEAM)的5年計(jì)劃(1994—1999年)，該項(xiàng)目涉及聯(lián)邦政府機(jī)構(gòu)、著名公司、研究機(jī)構(gòu)和大學(xué)等100多個(gè)單位。從敏捷制造哲理到敏捷制造實(shí)踐依賴(lài)于相應(yīng)的實(shí)現(xiàn)技術(shù)，如圖10.6所示。圖10.6敏捷制造實(shí)現(xiàn)技術(shù)敏捷制造實(shí)現(xiàn)技術(shù)包括敏捷制造方法論、敏捷制造基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)以及敏捷制造使能技術(shù)三部分。其中，敏捷制造方法論是由在敏捷制造哲理指導(dǎo)下的敏捷制造模式與敏捷制造實(shí)施方法構(gòu)成的，而敏捷制造實(shí)施方法則是在敏捷制造模式的指導(dǎo)下，采用敏捷制造基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)與依附到該基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)中的敏捷制造使能技術(shù)來(lái)具體操作的。10.3.2動(dòng)態(tài)聯(lián)盟敏捷制造是一種新的制造哲理。敏捷制造并不意味著需要以高額的投資為前提，也不需要拋棄所有過(guò)去的生產(chǎn)過(guò)程和結(jié)構(gòu)，而是強(qiáng)調(diào)如何利用舊的、可靠的生產(chǎn)過(guò)程和生產(chǎn)要素來(lái)構(gòu)成新系統(tǒng)，生產(chǎn)出更多的新產(chǎn)品。動(dòng)態(tài)聯(lián)盟就是利用已有的社會(huì)技術(shù)基礎(chǔ)，通過(guò)重組來(lái)實(shí)現(xiàn)敏捷制造的有效方式。動(dòng)態(tài)聯(lián)盟是敏捷制造的基本組織形態(tài)，其含義是指企業(yè)群體為了贏得某一機(jī)遇性市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)，圍繞某種新產(chǎn)品開(kāi)發(fā)，通過(guò)選用不同組織/企業(yè)的優(yōu)勢(shì)資源，綜合成單一的靠網(wǎng)絡(luò)通信聯(lián)系的階段性經(jīng)營(yíng)實(shí)體。動(dòng)態(tài)聯(lián)盟具有集成性和時(shí)效性?xún)纱筇攸c(diǎn)。它實(shí)質(zhì)上是不同組織/企業(yè)間的動(dòng)態(tài)集成，隨市場(chǎng)機(jī)遇的存亡而聚散。在具體的表現(xiàn)上，結(jié)盟可以是同一大公司的不同組織部門(mén)，也可以是不同國(guó)家的不同公司。動(dòng)態(tài)聯(lián)盟的思想基礎(chǔ)是雙贏(Win-Win)，聯(lián)盟中的各個(gè)組織/企業(yè)互補(bǔ)結(jié)盟，以整體的優(yōu)勢(shì)來(lái)應(yīng)付多變的市場(chǎng)，從而共同獲利。動(dòng)態(tài)聯(lián)盟的建立基礎(chǔ)和運(yùn)作特點(diǎn)不同于現(xiàn)有的大公司集團(tuán)，前者是面向機(jī)遇的臨時(shí)結(jié)盟，是針對(duì)產(chǎn)品過(guò)程的部分有效資源的互補(bǔ)綜合，后者則一般是各企業(yè)所有資源的永久簡(jiǎn)單疊加。動(dòng)態(tài)聯(lián)盟需要相應(yīng)的技術(shù)支撐。美國(guó)人在題為《21世紀(jì)制造企業(yè)發(fā)展戰(zhàn)略》的描述美國(guó)敏捷制造企業(yè)模式的報(bào)告中提出了20個(gè)技術(shù)使能子系統(tǒng)。一般認(rèn)為，現(xiàn)有企業(yè)在向敏捷化轉(zhuǎn)變過(guò)程中，應(yīng)著重解決以下技術(shù)問(wèn)題：

(1)計(jì)算機(jī)集成制造(CIM)技術(shù)。CIM技術(shù)是一種組織、管理與運(yùn)行企業(yè)的生產(chǎn)技術(shù)。它借助于計(jì)算機(jī)硬、軟件，綜合應(yīng)用現(xiàn)代管理技術(shù)、制造技術(shù)、信息技術(shù)、自動(dòng)化技術(shù)、系統(tǒng)工程技術(shù)等，將企業(yè)生產(chǎn)全過(guò)程中有關(guān)人、技術(shù)、經(jīng)營(yíng)管理三要素及信息流、物料流有機(jī)集成并優(yōu)化運(yùn)行。它為實(shí)現(xiàn)敏捷制造的集成環(huán)境打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)，是敏捷制造的基礎(chǔ)技術(shù)。

(2)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)。要實(shí)現(xiàn)敏捷制造，企業(yè)需要具有通信連通性，網(wǎng)絡(luò)環(huán)境是必備的。利用企業(yè)網(wǎng)可實(shí)現(xiàn)企業(yè)內(nèi)部工作小組之間的交流和并行工作，而利用全國(guó)網(wǎng)、全球網(wǎng)共享資源可實(shí)現(xiàn)異地設(shè)計(jì)和異地制造，且及時(shí)、有效地建立動(dòng)態(tài)聯(lián)盟。

(3)標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)。以網(wǎng)絡(luò)和集成為基礎(chǔ)的制造離不開(kāi)信息的交流，交流的前提是有統(tǒng)一的交流規(guī)則，這就是標(biāo)準(zhǔn)化的工作。要建立、完善和貫徹產(chǎn)品數(shù)據(jù)交換標(biāo)準(zhǔn)STEP、電子數(shù)據(jù)交換標(biāo)準(zhǔn)EDI以及超文本數(shù)據(jù)交換標(biāo)準(zhǔn)SGML等一系列統(tǒng)一的信息交換標(biāo)準(zhǔn)。

(4)虛擬技術(shù)。敏捷制造通過(guò)動(dòng)態(tài)聯(lián)盟和虛擬制造來(lái)實(shí)現(xiàn)，因而對(duì)產(chǎn)品經(jīng)營(yíng)過(guò)程進(jìn)行建模和仿真，采用虛擬技術(shù)進(jìn)行產(chǎn)品設(shè)計(jì)與制造是十分必要的。要對(duì)產(chǎn)品生命周期中的各項(xiàng)原型和步驟進(jìn)行模擬和仿真，實(shí)現(xiàn)虛擬制造。

(5)協(xié)同技術(shù)。通過(guò)組成多學(xué)科的產(chǎn)品開(kāi)發(fā)小組協(xié)同工作，利用各種計(jì)算機(jī)輔助工具，可使產(chǎn)品開(kāi)發(fā)的各階段既有一定的順序又能并行，而在產(chǎn)品開(kāi)發(fā)的早期又能及時(shí)發(fā)現(xiàn)設(shè)計(jì)和制造中的問(wèn)題。

(6)過(guò)程技術(shù)。動(dòng)態(tài)聯(lián)盟是面向具體產(chǎn)品而動(dòng)態(tài)創(chuàng)建的虛擬公司，其組織結(jié)構(gòu)具有臨時(shí)性和動(dòng)態(tài)性，加上其產(chǎn)品研制過(guò)程的創(chuàng)新性和協(xié)同特性，使得動(dòng)態(tài)聯(lián)盟的管理應(yīng)采用基于項(xiàng)目的管理方式進(jìn)行。因此，它能有效支持企業(yè)業(yè)務(wù)重組、業(yè)務(wù)過(guò)程集成、項(xiàng)目管理和群組協(xié)同的過(guò)程管理，對(duì)實(shí)施動(dòng)態(tài)聯(lián)盟具有重要的支持作用。此外，企業(yè)資源管理計(jì)劃系統(tǒng)(ERP)、人工智能、決策支持系統(tǒng)、集成平臺(tái)技術(shù)等也是支持敏捷制造和動(dòng)態(tài)聯(lián)盟的重要技術(shù)。10.3.3動(dòng)態(tài)聯(lián)盟的遠(yuǎn)程協(xié)同設(shè)計(jì)系統(tǒng)動(dòng)態(tài)聯(lián)盟的遠(yuǎn)程協(xié)同設(shè)計(jì)是指通過(guò)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)組織和管理各種異地的設(shè)計(jì)資源(設(shè)計(jì)知識(shí)、設(shè)計(jì)工具、設(shè)計(jì)人員)，對(duì)其進(jìn)行優(yōu)化配置，最終形成一種支持產(chǎn)品快速設(shè)計(jì)的工程設(shè)計(jì)方法。

1．設(shè)計(jì)系統(tǒng)構(gòu)成遠(yuǎn)程異地協(xié)同設(shè)計(jì)系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)要依靠基于Internet的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)。由于Internet的發(fā)展，它為網(wǎng)絡(luò)用戶(hù)提供了標(biāo)準(zhǔn)的網(wǎng)絡(luò)底層協(xié)議和功能眾多的服務(wù)，這些服務(wù)能夠滿足網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)共享和通信的要求。遠(yuǎn)程協(xié)同設(shè)計(jì)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)如圖10.7所示。圖中只列出了一個(gè)客戶(hù)端和一個(gè)服務(wù)器端，實(shí)際運(yùn)行時(shí)客戶(hù)端的數(shù)量是不受限制的，服務(wù)器端可由多個(gè)企業(yè)或單位結(jié)成聯(lián)盟。圖10.7遠(yuǎn)程協(xié)同設(shè)計(jì)系統(tǒng)該系統(tǒng)采用Browser/Server結(jié)構(gòu)，以Internet的Web服務(wù)器為中心。在服務(wù)器端基于Web服務(wù)器開(kāi)發(fā)出為設(shè)計(jì)組織者和設(shè)計(jì)者提供各種服務(wù)功能的服務(wù)程序，這些服務(wù)程序由超文本標(biāo)記語(yǔ)言(HTML)編寫(xiě)，通過(guò)使用活動(dòng)服務(wù)器頁(yè)(ASP)或其他Web服務(wù)擴(kuò)展方法來(lái)實(shí)現(xiàn)各項(xiàng)網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用功能。對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)的訪問(wèn)可采用ODBC或JDBC技術(shù)。通過(guò)Internet還可提供E-mail、FTP等多項(xiàng)服務(wù)。在客戶(hù)端，協(xié)作者通過(guò)瀏覽器與服務(wù)器連接，使用服務(wù)器提供的各項(xiàng)功能，訪問(wèn)數(shù)據(jù)庫(kù)，實(shí)現(xiàn)各種形式的信息交流。

2．設(shè)計(jì)系統(tǒng)的功能模塊根據(jù)功能作用的不同，可以將遠(yuǎn)程協(xié)同設(shè)計(jì)系統(tǒng)劃分為系統(tǒng)管理模塊、設(shè)計(jì)組織模塊、通信模塊、數(shù)據(jù)管理模塊、流程管理模塊和權(quán)限管理模塊，如圖10.8所示。圖10.8遠(yuǎn)程協(xié)同設(shè)計(jì)系統(tǒng)設(shè)計(jì)組織模塊的主要功能是完成遠(yuǎn)程協(xié)同設(shè)計(jì)系統(tǒng)的組織工作。主要功能包括：①在設(shè)計(jì)組織者完成任務(wù)分解后進(jìn)行任務(wù)的發(fā)布，讓其他的設(shè)計(jì)者通過(guò)瀏覽任務(wù)發(fā)布頁(yè)面來(lái)得到協(xié)作設(shè)計(jì)信息；②將任務(wù)以網(wǎng)頁(yè)的方式提供給設(shè)計(jì)者，由設(shè)計(jì)者進(jìn)行設(shè)計(jì)申請(qǐng)，同時(shí)建立協(xié)作關(guān)系；③在設(shè)計(jì)的整個(gè)過(guò)程中維護(hù)協(xié)作關(guān)系。通信模塊的主要功能是在設(shè)計(jì)者和設(shè)計(jì)組織者之間建立通信聯(lián)系，包括建立通信地址表，建立電子郵件聯(lián)系、多媒體聯(lián)系以及維持系統(tǒng)負(fù)載平衡等。數(shù)據(jù)管理模塊的主要功能是文檔的傳輸和管理。文檔傳輸可采用FTP的方式。在數(shù)據(jù)文檔中可設(shè)置專(zhuān)門(mén)的數(shù)據(jù)位標(biāo)識(shí)文檔的設(shè)計(jì)狀態(tài)(未設(shè)計(jì)、未審核、已審核)。客戶(hù)在Web瀏覽器中可使用各種方式來(lái)查看文檔數(shù)據(jù)(三維圖形采用三維圖形瀏覽器觀察，其他數(shù)據(jù)采用表格進(jìn)行觀察)。流程管理模塊的功能是管理設(shè)計(jì)流程。主要功能包括：①在設(shè)計(jì)的初始階段制定設(shè)計(jì)流程，分發(fā)給各設(shè)計(jì)者；②在設(shè)計(jì)中根據(jù)設(shè)計(jì)者的反饋來(lái)修改設(shè)計(jì)流程，并將其通知各設(shè)計(jì)者；③當(dāng)設(shè)計(jì)者之間發(fā)生設(shè)計(jì)沖突時(shí)，建立沖突解決協(xié)商機(jī)制，解決設(shè)計(jì)沖突。權(quán)限管理模塊的主要功能是對(duì)設(shè)計(jì)者和設(shè)計(jì)組織者進(jìn)行權(quán)限的設(shè)置，并將權(quán)限設(shè)置信息保存在權(quán)限設(shè)置表中。另外，還用它來(lái)建立身份認(rèn)證制度，通過(guò)Web提供的身份認(rèn)證機(jī)制查詢(xún)權(quán)限設(shè)置信息，給不同的客戶(hù)以不同的訪問(wèn)權(quán)限。

3．協(xié)同設(shè)計(jì)與開(kāi)發(fā)相關(guān)企業(yè)可以通過(guò)網(wǎng)絡(luò)組建動(dòng)態(tài)聯(lián)盟，進(jìn)行遠(yuǎn)程協(xié)同設(shè)計(jì)、開(kāi)發(fā)。利用動(dòng)態(tài)聯(lián)盟提供的服務(wù)，這些企業(yè)能快速并行地組織不同的部門(mén)或集團(tuán)成員將產(chǎn)品從設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)入生產(chǎn)，快速地將產(chǎn)品制造廠家和零、部件供應(yīng)廠家組合成虛擬企業(yè)，形成高效經(jīng)濟(jì)的供應(yīng)鏈。同時(shí)，在產(chǎn)品實(shí)現(xiàn)過(guò)程中，各參與單位能夠就用戶(hù)需求、計(jì)劃、設(shè)計(jì)、模型、生產(chǎn)進(jìn)度、質(zhì)量以及其他數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)交換和通信。圖10.9所示為利用遠(yuǎn)程協(xié)同設(shè)計(jì)的基本原理建立的動(dòng)態(tài)聯(lián)盟的運(yùn)行模式。利用網(wǎng)絡(luò)控制中心提供的聯(lián)盟動(dòng)態(tài)標(biāo)區(qū)，發(fā)起聯(lián)盟的企業(yè)(盟主)和相關(guān)企業(yè)進(jìn)行項(xiàng)目咨詢(xún)、價(jià)格投標(biāo)、資格審查等系列操作，以便確定盟友。聯(lián)盟組成后，盟主和盟友共同負(fù)責(zé)進(jìn)度管理和諸如版本、工藝圖等相關(guān)檔案的管理。在整個(gè)產(chǎn)品生命周期內(nèi)，聯(lián)盟內(nèi)部和外部企業(yè)可以通過(guò)在線技術(shù)討論區(qū)對(duì)相關(guān)問(wèn)題進(jìn)行探討。圖10.9動(dòng)態(tài)聯(lián)盟的運(yùn)行模式制造企業(yè)應(yīng)用網(wǎng)絡(luò)體系的建設(shè)將大大加強(qiáng)企業(yè)與企業(yè)、企業(yè)與科研機(jī)構(gòu)之間的信息交流，同時(shí)還能有效地將國(guó)內(nèi)外相關(guān)領(lǐng)域連接起來(lái)。此外，它還將為進(jìn)一步實(shí)施先進(jìn)制造網(wǎng)絡(luò)化工程、遠(yuǎn)程設(shè)計(jì)與制造、遠(yuǎn)程合作研究和聯(lián)合技術(shù)開(kāi)發(fā)等現(xiàn)代化企業(yè)運(yùn)行模式積累經(jīng)驗(yàn)。可以相信，隨著網(wǎng)絡(luò)體系的進(jìn)一步發(fā)展和完善，其支持的敏捷制造內(nèi)涵也將發(fā)生相應(yīng)的變化。通過(guò)對(duì)敏捷制造和遠(yuǎn)程協(xié)同設(shè)計(jì)技術(shù)的進(jìn)一步深入研究，更加先進(jìn)的敏捷制造模式將會(huì)被不斷開(kāi)發(fā)出來(lái)并得以實(shí)施。10.4虛擬制造10.4.1虛擬制造的概念

1．虛擬制造產(chǎn)生的背景隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)、建模與仿真技術(shù)和虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的飛速發(fā)展，可以為機(jī)電產(chǎn)品的設(shè)計(jì)、加工、分析以及生產(chǎn)的組織和管理提供一個(gè)虛擬的仿真環(huán)境，從而實(shí)現(xiàn)“在計(jì)算機(jī)上模擬制造的全過(guò)程”，在產(chǎn)品投入實(shí)際生產(chǎn)前即對(duì)其可制造性及其他性能進(jìn)行論證，保證一次生產(chǎn)就能成功，以此達(dá)到節(jié)約生產(chǎn)成本、加快上市時(shí)間，快速響應(yīng)用戶(hù)需求和市場(chǎng)變化的目的。虛擬制造就是在這種情況下于20世紀(jì)90年代由美國(guó)首先提出的，并立即引起了大學(xué)科研機(jī)構(gòu)及企業(yè)界的高度重視。

2．虛擬制造的定義虛擬制造是一種全新概念，許多學(xué)者從不同角度對(duì)虛擬制造的內(nèi)涵進(jìn)行了描述，并給出相應(yīng)的定義。美國(guó)空軍Wright實(shí)驗(yàn)室會(huì)同一些技術(shù)領(lǐng)域的專(zhuān)家，提出了虛擬制造的初步定義，認(rèn)為：“虛擬制造是一個(gè)集成的、綜合的建模與仿真環(huán)境，以增強(qiáng)各層次的決策與控制水平?！狈鹆_里達(dá)大學(xué)的GloriaJ.Wiens等人認(rèn)為：“虛擬制造是與實(shí)際一樣在計(jì)算機(jī)上執(zhí)行的制造過(guò)程，其中虛擬樣機(jī)能夠在實(shí)際制造前對(duì)產(chǎn)品的功能及可制造性的潛在問(wèn)題進(jìn)行預(yù)測(cè)?！瘪R里蘭大學(xué)的EdwardLin等人認(rèn)為：“虛擬制造是一個(gè)利用計(jì)算機(jī)模型和仿真技術(shù)來(lái)增強(qiáng)產(chǎn)品與過(guò)程設(shè)計(jì)、工藝規(guī)劃、生產(chǎn)規(guī)劃和車(chē)間控制等各級(jí)決策與控制水平的一體化的、綜合性的制造環(huán)境?！本C上所述，虛擬制造是實(shí)際制造在計(jì)算機(jī)上的本質(zhì)實(shí)現(xiàn)，即采用計(jì)算機(jī)仿真與虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)，在高性能計(jì)算機(jī)及高速網(wǎng)絡(luò)的支持下，在計(jì)算機(jī)上群組協(xié)同工作，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品設(shè)計(jì)、工藝規(guī)劃、加工制造、性能分析、質(zhì)量檢驗(yàn)以及企業(yè)各級(jí)過(guò)程的管理與控制等產(chǎn)品制造的本質(zhì)過(guò)程，以增強(qiáng)制造過(guò)程各級(jí)的決策與控制能力。

3．虛擬制造技術(shù)與虛擬制造系統(tǒng)虛擬制造技術(shù)(VirtualManufacturingTechnology，VMT)是由多學(xué)科先進(jìn)知識(shí)形成的綜合系統(tǒng)技術(shù)，是以計(jì)算機(jī)支持的仿真技術(shù)為前提，對(duì)設(shè)計(jì)、制造等生產(chǎn)過(guò)程進(jìn)行統(tǒng)一建模，在產(chǎn)品設(shè)計(jì)階段，實(shí)時(shí)地、并行地模擬出產(chǎn)品未來(lái)制造全過(guò)程及其對(duì)產(chǎn)品設(shè)計(jì)的影響，預(yù)測(cè)產(chǎn)品性能、產(chǎn)品制造成本、產(chǎn)品的可制造性，從而更有效、更經(jīng)濟(jì)、更靈活地組織制造生產(chǎn)，使工廠和車(chē)間的資源得到合理配置，以達(dá)到產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)周期和成本最小化，產(chǎn)品設(shè)計(jì)質(zhì)量最優(yōu)化，生產(chǎn)效率最高的目的。虛擬制造系統(tǒng)(VirtualManufacturingSystem，VMS)是基于虛擬制造技術(shù)實(shí)現(xiàn)的制造系統(tǒng)，是現(xiàn)實(shí)制造系統(tǒng)(RealManufacturingSystem，RMS)在虛擬環(huán)境下的映射。虛擬制造系統(tǒng)生產(chǎn)的產(chǎn)品是可視的虛擬產(chǎn)品，是一個(gè)數(shù)字化產(chǎn)品，它具有真實(shí)產(chǎn)品所必須具有的特征，并具有動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)及決策、控制、調(diào)度、管理等四個(gè)機(jī)制。虛擬制造技術(shù)和虛擬制造系統(tǒng)涉及整個(gè)產(chǎn)品開(kāi)發(fā)和制造過(guò)程的方方面面：對(duì)于產(chǎn)品來(lái)說(shuō)，涉及整個(gè)產(chǎn)品生命周期的各個(gè)方面；對(duì)于制造過(guò)程來(lái)說(shuō)，涉及整個(gè)工廠的各個(gè)方面。

4．虛擬制造的特點(diǎn)

(1)全數(shù)字化的產(chǎn)品。通過(guò)數(shù)字化產(chǎn)品模型反映產(chǎn)品從無(wú)到有再到消亡的整個(gè)演變過(guò)程，與數(shù)字化的最終產(chǎn)品相關(guān)的全部信息(包括產(chǎn)品配置結(jié)構(gòu)、零件信息CAD/CAPP/CAM/CAE文件、材料清單等)是電子化文檔；采用數(shù)字樣機(jī)代替?zhèn)鹘y(tǒng)的物理樣機(jī)，具有真實(shí)產(chǎn)品所具有的特征，技術(shù)人員和用戶(hù)可以進(jìn)行分析和評(píng)價(jià)。

(2)基于模型的集成。通過(guò)模型集成實(shí)現(xiàn)制造系統(tǒng)中人員、組織管理、物流、信息流和能量流的高度集成，通過(guò)產(chǎn)品模型、過(guò)程模型、活動(dòng)模型和資源模型的組合與匹配，仿真特定制造系統(tǒng)中的設(shè)備布置、生產(chǎn)活動(dòng)、經(jīng)營(yíng)活動(dòng)等行為，從而確保產(chǎn)品開(kāi)發(fā)的可能性、合理性、經(jīng)濟(jì)性和高適應(yīng)性。

(3)柔性的組織模式。虛擬制造系統(tǒng)提供的環(huán)境不是針對(duì)某個(gè)特定的制造系統(tǒng)建立的，但能夠?qū)μ囟ㄖ圃煜到y(tǒng)的產(chǎn)品開(kāi)發(fā)、流程管理與控制模式、生產(chǎn)組織的原則等提供決策依據(jù)。因此，虛擬制造系統(tǒng)必然具有柔性的組織模式。

(4)分布式的協(xié)同工作環(huán)境。分布在不同地點(diǎn)、不同部門(mén)、不同專(zhuān)業(yè)背景的人員，可以在同一產(chǎn)品模型上協(xié)同工作，交流和共享信息；與產(chǎn)品有關(guān)的各種信息、過(guò)程信息、資源信息以及各種知識(shí)，均可以分布式存放和異地獲??；技術(shù)人員可以使用位于不同地點(diǎn)上的各種工具軟件。

(5)仿真結(jié)果的高可信度。虛擬制造的目標(biāo)是通過(guò)仿真技術(shù)來(lái)檢驗(yàn)設(shè)計(jì)出的產(chǎn)品或制定出的生產(chǎn)規(guī)劃等，使得產(chǎn)品開(kāi)發(fā)或生產(chǎn)組織一次成功，這就要求模型能夠真實(shí)地反映實(shí)際對(duì)象。

(6)人與虛擬制造環(huán)境交互的自然化。虛擬制造環(huán)境以人為中心，使研究者能夠沉浸在由模型創(chuàng)建的虛擬環(huán)境中，通過(guò)多種感知渠道直接感受不同媒體映射的模型運(yùn)行信息，并利用人本身的智能進(jìn)行信息融合，產(chǎn)生綜合映射，從而深刻把握事物的內(nèi)在本質(zhì)。

5．虛擬制造的分類(lèi)按照與生產(chǎn)各個(gè)階段的關(guān)系，將虛擬制造分成3類(lèi)，即以設(shè)計(jì)為核心的虛擬制造、以生產(chǎn)為核心的虛擬制造和以控制為中心的虛擬制造，如圖10.10所示。

(1)以設(shè)計(jì)為核心的虛擬制造把制造信息引入到整個(gè)設(shè)計(jì)過(guò)程中，利用制造仿真來(lái)優(yōu)化產(chǎn)品設(shè)計(jì)，從而在產(chǎn)品設(shè)計(jì)階段就可以對(duì)所設(shè)計(jì)的零件甚至整機(jī)進(jìn)行可制造性分析，包括加工過(guò)程的工藝分析，鑄造過(guò)程的熱力學(xué)分析，運(yùn)動(dòng)部件的運(yùn)動(dòng)學(xué)分析，甚至包括加工時(shí)間、加工費(fèi)用、加工精度分析等。該虛擬制造通過(guò)在計(jì)算機(jī)上制造產(chǎn)生許多“軟”樣機(jī)，來(lái)解決“設(shè)計(jì)出來(lái)的產(chǎn)品是什么樣”的問(wèn)題。

(2)以生產(chǎn)為核心的虛擬制造將仿真技術(shù)引入到生產(chǎn)過(guò)程中，通過(guò)建立生產(chǎn)過(guò)程模型來(lái)評(píng)估和優(yōu)化生產(chǎn)過(guò)程，以便低費(fèi)用、快速地評(píng)估不同的工藝方案、資源需求計(jì)劃和優(yōu)選生產(chǎn)過(guò)程，例如組織與重新組織技術(shù)。該虛擬制造主要解決“這樣組織生產(chǎn)是否合理”的問(wèn)題。

(3)以控制為中心的虛擬制造的核心是通過(guò)對(duì)制造設(shè)備和制造過(guò)程進(jìn)行仿真，來(lái)建立虛擬的制造單元，對(duì)各種制造單元的控制策略和制造設(shè)備的控制策略進(jìn)行評(píng)估，從而實(shí)現(xiàn)車(chē)間級(jí)的基于仿真的最優(yōu)控制。該虛擬制造主要解決“這樣控制是否合理、是否最優(yōu)”的問(wèn)題。圖10.10虛擬制造的分類(lèi)10.4.