半个世纪以来,特别是近三十年来,信息革命已经渗透至各个经济部门,迅速改变着传统产业和整个经济的面貌。计算机和通信技术的迅猛发展极大地拓展了制造业的广度和深度,产生了一批新的制造哲理和制造技术,使制造业正发生着质的飞跃。纵观制造业信息化进程,可将其分为以下几个阶段:
功能自动化阶段。七十年代电子技术和计算机技术的发展为生产领域的自动控制提供了可能,使得以计算机为辅助工具的制造自动化技术成为可行,由此出现了计算机辅助设计(CAD)、计算机辅助制造(CAM)、计算机辅助工艺规划(CAPP)、物料管理计划(MRP)等自动化系统。
信息集成阶段。八十年代针对设计、加工和管理中存在的自动化孤岛问题,实现制造信息的共享和交换,采用计算机采集、传递、加工处理信息,形成了一系列信息集成系统,如CAD/CAPP/CAM、CAD/MRPⅡ、CAPP/ MRPⅡ,CIMS。
过程优化阶段。九十年代信息和通信技术在知识经济发展过程中处于中心地位,企业意识到除信息管理论文发表了信息集成这一技术外,还需要对生产过程进行优化。如用并行工程(CE)方法, 在产品设计时考虑下游工作中的可制造性、可装配性等,重组设计过程,提高产品开发能力;用企业经营过程重构(BPR),将企业结构调整成适应全球制造的新模式。
敏捷化阶段。九五年以后,以Internet为代表的国际互联网,正以极快的速度在发展。Internet 在改变信息传递方式的同时也改变着企业组织管理方式,使以满足全球化市场用户需求为核心的快速响应制造活动成为可能,敏捷制造(AM)、虚拟制造(VM)等新的制造模式应运而生。
从制造业信息化进程可看出,随着信息技术、计算机技术的迅速发展,从知识到应用之间的间隔越来越短,未来的制造业在某种意义上将成为一种信息产业,信息将成为制造业的决定因素,用信息技术促进未来制造的改造已成为时代潮流。21世纪,世界制造业发展的总趋势是:信息技术在促进制造业发展过程中的作用仍然是第一位;独占性技术决定了产品的价值和价格;联合和竞争两位一体,并超出国界,敏捷性成为制造业追求的目标;管理创新对制造业发展的作用日益突出。制造技术继续围绕信息化、智能化、精密化、集成化和绿色化方向发展。
2 敏捷制造信息化需求
2.1 信息需求
信息革命促使了市场全球化,使现代企业呈现集团化、多元化和动态联盟的发展趋势:企业跨越不同的地域,产品涉及多个领域。这些企业需要及时了解各地分公司的生产经营状况,同一企业不同部门、不同地区的员工之间也需要及时共享大量企业信息,企业和用户之间以及企业与其合作伙伴之间也存在着大量的信息交流。只有了解企业信息的需求,才能有效管理组织这些信息,选择合作伙伴,实现敏捷化制造。企业信息涉及有关产品设计、计划、生产资源、组织等类型的数据,不仅数据量大,数据类型和结构复杂,而且数据间存在复杂的语义联系,数据载体也是多介质的。
制造业中信息按其需求可分为两部分:产品制造信息、企业服务信息。其中产品制造信息包括产品信息和工艺信息。
产品信息[1] 包括与产品制造有关的所有信息,如产品几何拓扑信息(3D实体模型、2D图纸以及VRML格式图片等)、加工要求信息、组成产品零件的材料和热处理信息、装配要求信息、产品检验信息、产品功能信息、产品制造成本和制造周期等信息。
工艺信息 包括产品制造过程中的各种加工方法及其应用范围、设计规范,用于新产品的加工工艺性和设计可行性评价,提供各种加工手册、设计手册。
企业服务信息包括产品市场信息(产品基本价格、批量价格、价格的有效期和交货期)、企业生产能力信息(主要设备、特殊设备、大型设备)、企业产品开发能力信息等。
2.2网络服务需求
对制造业企业来说,网络应用服务的需求主要集中在以下几个方面:
希望上网发布企业信息,如企业介绍、产品介绍等;
能有行业性的专业网站提供行业信息、行业动态等;
能在网上了解有关的政策法规,为企业活动提供依据
能在网上跟踪行业技术信息,为企业开发适合市场需求的新产品;
与用户进行网上信息的交流,及时反馈用户意见,组织网上用户的培训与产品使用问题的解决等;
与协作生产企业进行网上的信息交流和商务活动,提高工作效率;
开展网上的商务活动,如产品销售、产品的虚拟展示等;
数字化产品模型共享,建立一个虚拟三维产品的“图书馆”,让各企业分享,减少巨大的重复性CAD造型工作。
制造业信息化建设和研究现状
3.1 信息化现状
目前我国在信息高速公路上投入了大量的建设资金,全国的信息高速公路网络已初具规模。企业的CAD、CIMS、ERP等方面的信息化建设也积累了不少经验,但信息化建设的发展也出现了不平衡,如:
“信息公路上的车不多”,网上信息量少,内容不够丰富,不能吸引用户;
上网费用还太高,不能被广大用户所接受;
技术上还较为复杂,用户无法自我维护;
网上的电子商务条件还不成熟,无法进行网上交易;
Internet服务提供者(ISP)和Internet内容提供者(ICP)的服务质量还有待改进;
众多传统的传媒业正面临着重新划分市场的激烈竞争。
必须解决如何利用信息网络为广大用户,特别是直接创造财富的制造业企业提供更多更好的服务这一问题。
3.2 制造业网络工程研究现状
市场的全球化使得企业之间的竞争更加激烈,出现了一系列现代生产模式和制造哲理,要求改变企业现有的组织结构,实现多种敏捷组织形式,如项目任务协同功能工作小组、虚拟集团及多种合作组织机构,建立起协同合作为主导的“竞争 � 合作 � 协同”机制。网络技术和计算机技术的发展,为制造业中海量信息的处理提供了可能,促进了敏捷企业网络化工程的组建。
国外典型研究有[2~6]:1994年美国能源部提出了“敏捷制造的使能技术(TEAM)”,TEAM集成产品的设计和制造,建立了一个“产品实现过程模型”;“全美工厂网络(FAN)”建立于1995年,是国家工业数据库,提供包括生产能力,各种工程服务项目、产品及其价格和性能数据、销售和用户服务专门服务;1995年洛克海德·马丁航空公司建立“制造系统的敏捷基础设施网络AIMSnet”,利用国际互联网支持和管理敏捷企业的供应链;美国通用电器研究和开发部的“计算机辅助制造网络(CAMnet)”建立于1996年,它通过Internet网提供多种制造支撑服务,如产品设计的可制造性、加工过程仿真及产品的试验等,使得集成企业的成员能够快速连接和共享制造信息。这些网络主要为大公司的成员和客户提供服务。
国内的主要研究有:
虚拟异地合作设计组织[7] 主要强调在产品设计和开发中,获取设计知识的异地合作。我国企业存在一批可以支持产品开发中设计知识获取的资源或潜在资源,要使这些资源以及企业外资源能以企业开发某项产品的行为为中心并和企业组织在一起,共同为这个项目的完成进行设计知识、特别是新知识的获取工作。已有一些异地合作设计组织的新概念和关键技术研究,在实验室中有一些局部非常初级的试验,如上海交通大学与上飞厂之间进行了异地设计的联网试验;西安交通大学、清华大学与上海交通大学等高校也在策划异地合作设计网,但这些工作仍属开始阶段。
分散网络化生产系统[5],[8] 强调生产系统的网络化。分散网络化是指将动态的、没有固定隶属关系的和地理上相隔的集团,利用信息和通讯技术把它们加以组织起来进行生产,快速地以合理的成本将产品从设计转入生产。通过国际互联网,对产品设计、工艺、生产和工况信息从一个生产单元传送到异地的生产单元进行测试。上海先进制造技术中心于1998年提供的上海交通大学的快速原形制造中心的上网服务,同济大学也与香港某些中小型企业进行了联网合作制造模具的试验,但这样的系统还需要有进一步的研究和配套措施。
4 敏捷制造网络工程实施建议
利用互联网、企业内部网,构建敏捷制造网络集成平台,可建立有关企业和高校、研究所、研究中心等结合成一体的敏捷制造网络体系,实现基于网络的信息资源共享和设计制造过程的集成;建立以网络为基础的,面向广大中小型企业的先进制造技术虚拟服务中心和培训中心,建立网络化制造工程,具体实施包括基于Intranet 的制造环境内部网络化和基于Internet制造业与外界联系的网络化,如图1。
4.1基于Intranet的制造环境内部网络化
实现企业中工程设计、管理信息系统等制造过程各子系统的集成,完成企业内部网的
图1制造业信息化网络工程建议
建设,深化应用CAD、CIMS技术,提高企业在计算机网络支持的新型制造模式下的管理水平。
4.2基于Internet网企业与外界信息交流
通过Internet网可实现企业与外界的联系,其中主要内容包括:
敏捷供应链。把生产商、供应商、销售商等在一条链路上的所有环节都联系起来并进行优化,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
使资源得到优化配置,更重要的是通过信息网络,介绍企业及企业产品,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。
公共数据中心。建立公共数据中心,即网上的制造资源信息库,也就是用现代化手段使信息和知识为最大可能多的需求者服务,充分体现其价值。这里的资源包括了企业富余的生产能力、特种制造手段、CAD/CAE/CAM软件;标准件、通用件、图库;各种人才信息;技术信息和产品信息。
远程服务体系。远程服务是在资源的需求者和提供者之间架设起现代化的交通网。特别是象快速成型(RP)等先进制造技术与装备,这些技术往往比较复杂,而且这些设备往往比较昂贵,不是所有企业都能轻易添置的。另外,每个企业单独拥有这样的资源,往往使用效率不高,造成资源的闲置与浪费。建立远程服务体系就可以使上述问题得到较圆满的解决。建立这样的体系,首先要有掌握某项先进制造技术和拥有必要设备资源的“服务中心”,然后要研究Internet/web分布式网络计算与网络安全支持技术,建立基于web客户机/服务器分布式计算模式的、支持多个用户、多个站点的远程服务系统的体系结构。
异地设计和制造。不受地域限制,由多个异地的企业组成动态联盟,合作开发同一产品,从而保证企业抓住转瞬即逝的市场机遇,赢得竞争。其关键的问题在于分布式产品设计与制造的过程集成与管理,异构、跨平台的设计与制造工具。研究内容包括:远程项目组织与管理;网络安全性;数据交换格式;远程信息维护;远距监测与控制机理等等。
虚拟学校。信息日新月异的变化使继续教育显得尤为重要,可以用网络技术将培训资源充分调动起来,组成虚拟的“先进制造技术学校”,在知识的传授者与吸收者之间构筑“多对多”的通道,打破空间与时间的限制,使更多的劳动者得到培训的机会。这需要首先进行网上教学的课程建设,同时要建立由若干个培训中心联网组成的培训网,还要制作与网上教学相匹配的教材及音像资料,建立教与学进行交流的机制和培训网的运行机制,研究培训的评估方法。为了提高培训质量,还应将虚拟制造技术的研究与网上培训结合起来。
5 制造网络实现的关键技术
在信息技术的条件下,将分布于世界各地的产品、设备、人员、资金、市场等企业资源有效地集成起来,采用各种类型的合作形式,建立以网络技术为基础的、高素质员工系统为核心的敏捷制造企业运作模式,其关键技术有:
分布式网络通讯技术[9~12]。 Internet 、Intranet、 Web 等网络技术的发展使异地的网络信息传输、数据访问成为可能。特别是Web技术的实现,可以提供一种支持成本低、用户界面友好的网络访问介质,解决制造过程中用户访问困难的问题。
网络数据存取、交换技术。网络按集成分布框架体系存储数据信息,根据数据的地域分布,分别存储各地的数据备份信息,有关产品开发、设计、制造的集成信息存储在公共数据中心中,由数据中心协调统一管理,通过数据中心对各职能小组的授权实现对数据的存取。
CIMS技术。CIMS工程项目主要包括生产计划管理、自动化制造系统技术信息管理、技术信息管理、工程数据库管理、办公自动化、决策支持、质量保证、库存管理等应用子系统的开发,各应用子系统间系统平台集成、数据信息交换是企业间成功实施动态联盟企业的关键技术基础。
协同工作技术。在一定的时间(如产品生命周期中一个阶段)、一定的空间(如产品设计师和制造工程师并行解决问题这一集合形成的空间)内,利用计算机网络,小组成员共享知识与信息,避免潜在的不相容性引起的矛盾。同时,在并行产品开发过程中,多功能小组之间,多功能小组各专家之间由于各自的目的、背景和领域知识水平的差异必将导致冲突的产生,因此需要通过协同工作,解决各方的矛盾、冲突,最终达到一致解。
工作流管理。其主要特征是实现人与计算机交互时间结合过程中的自动化,主要涉及的内容是工作任务的整体处理过程、工作组成员间依据一组已定义的规则及已制定的共同目标所交换的文本文件、各种多媒体信息或任务,工作流管理系统是一个用于分布式环境中工作任务进程间的协调或协作式处理软件系统。
6 总结
打破小单位和行业的局限,在政府的统一规划与组织下,实行产学研结合,深入开发,广泛利用信息资源,建立敏捷制造网络化工程,加速制造业数字化、网络化与敏捷化。这不仅对于制造业本身的改造,地区信息港的建设,有十分重要的战略意义和现实意义,而且也能够在近年内达到开展异地设计与制造、网络服务、网上数据共享和网上培训等的预期目标,必将推进企业信息化进程。
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