基于Web的異地并行設(shè)計(jì)與制造系統(tǒng)研究

摘要本文研究了基于虛擬企業(yè)進(jìn)行機(jī)電產(chǎn)品協(xié)同開發(fā)的過程，開發(fā)了一個(gè)支持虛擬企業(yè)組建、運(yùn)行與解體的異地并行設(shè)計(jì)與制造系統(tǒng)，介紹了系統(tǒng)的基本框架與實(shí)現(xiàn)方法。
    關(guān)鍵字  虛擬企業(yè) 并行設(shè)計(jì) 產(chǎn)品設(shè)計(jì) 合作伙伴選擇 PDM 多代理

    中圖分類號(hào)：TH 122文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

    0 引言

    目前國內(nèi)很多企業(yè)均已引入CAD、CAM、CAE及各種NC機(jī)床或加工中心、FMS，對(duì)這些“自動(dòng)化孤島”的集成——系統(tǒng)級(jí)集成已有很多的研究。而隨著信息技術(shù)和計(jì)算機(jī)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(jí)集成轉(zhuǎn)向企業(yè)級(jí)集成[1]，異地協(xié)同設(shè)計(jì)與制造技術(shù)是企業(yè)級(jí)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(gè)面向機(jī)電產(chǎn)品的異地并行設(shè)計(jì)與制造系統(tǒng)。系統(tǒng)能達(dá)到如下三個(gè)設(shè)計(jì)目標(biāo)：

    （1）支持虛擬企業(yè)的快速組建、優(yōu)化運(yùn)行與平穩(wěn)解體。
    （2）基于此系統(tǒng)能進(jìn)行緊密耦合的異地并行設(shè)計(jì)，用戶間能無阻滯地交流信息和共享知識(shí)。
    （3）有效地保護(hù)知識(shí)產(chǎn)權(quán)，系統(tǒng)安全可靠。

    1 基于虛擬企業(yè)的機(jī)電產(chǎn)品開發(fā)

    本文根據(jù)機(jī)電產(chǎn)品開發(fā)的特點(diǎn)，將機(jī)電產(chǎn)品開發(fā)周期劃分為以下三個(gè)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(jì)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(chǎng)機(jī)遇確認(rèn)、虛擬企業(yè)組建、運(yùn)行與解體四個(gè)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(chǎng)機(jī)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(jì)[4]。然后對(duì)任務(wù)進(jìn)行估計(jì)與初步分解，再通過招標(biāo)/競(jìng)標(biāo)的方式挑選合作伙伴組建虛擬企業(yè)。產(chǎn)品的概念設(shè)計(jì)與選擇合作伙伴這兩個(gè)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(jì)的結(jié)果挑選合作伙伴，同時(shí)也要根據(jù)候選企業(yè)的實(shí)際情況及各種反饋意見來優(yōu)化概念設(shè)計(jì)，爭(zhēng)取合作伙伴對(duì)此市場(chǎng)機(jī)遇的最大認(rèn)同，成功組建虛擬企業(yè)。這是一個(gè)不斷溝通，多次調(diào)整的過程。概念設(shè)計(jì)與合作伙伴的選擇必須同時(shí)考慮[5]，以得到最優(yōu)的產(chǎn)品概念設(shè)計(jì)方案和最佳的企業(yè)組合。

    1.2 產(chǎn)品異地并行設(shè)計(jì)階段 

    完成虛擬企業(yè)組建后應(yīng)當(dāng)根據(jù)新情況對(duì)概念設(shè)計(jì)具體化與優(yōu)化，然后展開設(shè)計(jì)。對(duì)應(yīng)產(chǎn)品的每一個(gè)零/部件都成立一個(gè)開發(fā)小組。本文認(rèn)為機(jī)電產(chǎn)品的設(shè)計(jì)過程實(shí)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(dān)不同的角色，以完成不同的任務(wù)。一個(gè)成員可以在組內(nèi)擔(dān)任多個(gè)角色，或參加多個(gè)開發(fā)小組。通常每個(gè)開發(fā)小組設(shè)置四種角色：小組領(lǐng)導(dǎo)、設(shè)計(jì)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(jì)員將每一階段的設(shè)計(jì)成果提交給小組其它成員。審核合格后，設(shè)計(jì)成果可在系統(tǒng)的Web服務(wù)器上預(yù)發(fā)布。任務(wù)總負(fù)責(zé)人和相關(guān)任務(wù)的設(shè)計(jì)員、負(fù)責(zé)人認(rèn)可后正式發(fā)布。

    1.3 網(wǎng)絡(luò)化制造階段

    這個(gè)階段就是一個(gè)面向制造任務(wù)的虛擬企業(yè)的生命周期。與面向設(shè)計(jì)任務(wù)的虛擬企業(yè)不同的是：它有明確的依據(jù)（即產(chǎn)品的設(shè)計(jì)結(jié)果）來挑選合作伙伴、進(jìn)行協(xié)同工作。在這個(gè)階段中有效的信息交流仍然是主要的問題。制造階段的虛擬企業(yè)包含了原材料供應(yīng)商、零部件加工者及標(biāo)準(zhǔn)件供應(yīng)商、最終產(chǎn)品制造者、銷售商等等，他們的活動(dòng)的集合構(gòu)成了一條供應(yīng)鏈。敏捷供應(yīng)鏈?zhǔn)侵С謩?dòng)態(tài)聯(lián)盟優(yōu)化運(yùn)行的重要使能技術(shù)。另外，零部件生產(chǎn)和產(chǎn)品的裝配地點(diǎn)分散化，給產(chǎn)品的質(zhì)量保證帶來困難。因此有必要開發(fā)敏捷化供應(yīng)鏈管理系統(tǒng)與遠(yuǎn)程制造質(zhì)量監(jiān)控系統(tǒng)。這兩個(gè)系統(tǒng)尚未開發(fā)完成。

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                   圖1基于虛擬企業(yè)的機(jī)電產(chǎn)品開發(fā)過程

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    2 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

    相對(duì)于客戶機(jī)/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(tái)、低成本、維護(hù)與升級(jí)方便、具有良好的開放性與可擴(kuò)充性等優(yōu)點(diǎn)[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(duì)象組件，為瀏覽器的請(qǐng)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(dá)、發(fā)布其對(duì)產(chǎn)品性能、外觀、功能等的個(gè)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(jì)任務(wù)列表。