网络化制造论文

网络化制造的技术及 其存在的问题 Networked manufacturing technology and its existing problems苏州大学文正学院城市轨道交通系车辆工程专业沈义1017437014 摘要：网络化制造的技术的产生及其发展的背景，介绍了网络化制造 的模式特点和技术的体系及其关键的四种技术，并对网络化制造技术 发展存在的问题进行分析简述，最后对网络化制造技术的应用与发展 进行展望。Abstractthe n etworked manu factur ing tech no logy and its developme nt of the gen era tion of backgrou nd, this paper in troduces the characteris tics and n etworked man ufactur ing mode of the system and its key tech no logy of four kind of tech no logy, and the developme nt of n etworked manu factur ing tech no logy and the an alysis of exis ting problems briefly, the last of n etworked man ufacturi ng tech no logy applica tion and developme nt prospect.关键词：网络化制造技术，制造模式，关键技术，存在问题，应用发展引言所谓网络化制 造是指通过采用先进的网络技术 、制造技术及其 其它相关 技 术 , 构建面向 企业特 定需求的 基于网 络的制造 系统 , 并在 系统的支 持下 , 突破空间 对企业生 产经营 范围和 方式的约 束, 开展覆盖产品 整个生 命周期 全部或部分环 节的企业业务活动 （如产品设计、制造、销售、采购、管理等） , 实现企业 间的协同 和各种 社会资 源的共享 与集成 , 高速度、 高质量 、低成 本地为市场提 供所需的产品和服务。 11众所周知，在进入 21 世纪以后，经济全球化已经成为当今世界经济发展的 主流。这不仅广泛影响到全球的各个领域，而且深刻影响着世界各国特别是发展 中国家的经济发展，特别是制造业的发展。网络化制造技术是在经济全球化、区 域和行业经济发展、企业自身发展等背景下产生和发展的。在国际市场的竞争中，国外的跨国公司具有明显的优势，这些优势使它们可 以在全球范围内配置生产资源，最大限度的降低生产成本。而国内制造业长期以 来面对较为封闭的国内市场，管理水平低下、生产成本高，并且缺乏在全球市场 上搏击的经验和能力。在这种情况下，国内制造业想要与国外企业竞争，除了常 规的应对措施外，更要特别重视形成、利用和发挥后发挥优势。具体策略是必须 转变其制造模式，采用先进的网络化制造技术，跨越地域限制，将原来分散的、 孤立的企业纳入到国际竞争合作环境中，成为国际制造业供应链中重要的一环。 2 正文1.网络 化技术的产生及 其发展背景进入 21 世纪，计算机技术和通信技术的迅猛发展，极大地拓展了制造业的 深度和广度。In ternet的出现急日益广泛的应用，并且正以前所未有的势头飞 速发展，带动了人类社会最重要的生产力革命，改变了信息传递的方式，同时也 改变着企业组织管理方式，还极大地改变了人们的生活，学习以及获取知识的方 式。这些有 internet 所带来的巨大变革，必将和已经对当今的制造业产生极为 深远和现实的影响，使已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。企业的一切活动将不再仅局限于自己内部的集成，而把自身视为全球化 网络集成环境中的一个节点，更加着眼于知识信息的获取和共用，更自觉主 动地利用信息技术来改造和强化自身，使企业在全新的网络经济中高速成长。这 样，就产生了一种适应资讯社会的新型制造模式网络化制造。 1 网络化制造是在网络经济情况下产生并得到广泛应用的先进制造模式。与其 他先进制造模式的产生和应用背景一样，网络化制造这种先进制造模式的产生也 是需求与技术双轮驱动的结果。需求是网络化制造模式产生和应用的基础，技术 是网络化制造模式使用的条件。对网络化制造技术的需求一方面来自于市场竞争 的压力，另一方面来自于企业提高自身生产经营管理水平的需要。信息技术与网 络技术，特别是因特网技术的迅速发展和广泛应用，促进了网络化制造这一先进 制造模式的研究和应用。 3 2.网络化制造模式的特点通过网络化制造可以使制造企业提高敏捷性和快速响应能力企业的创新能 力。网络化制造是一种先进的制造模式，覆盖了企业生产经营的所有活动，强调 企业间的协同工作和资源共享。具有如下特点：1）组织形式以动态性的网络联盟为主。网络化制造环境下，某企业针对某个市场机遇或某项新技术新发明的应用要求，联合具有某项核心优势技术的其他企业组建网络联盟，加快响应市场需求的速度，降低产品成 本。网络联盟随合作项目结束而解散，具有动态性。2）协同性。企业协同可以包括设计协同制造协同供应链协同和商务协同等。网络化制造模式实施应用的主要技术目标是实现协同。需要网络 联盟内各企业的协同工作，发挥各自核心优势通过协同，来提高企业间 合作的效率，缩短产品开发周期，降低制造成本，提高产品质量，缩短 整个供应链的交货周期。3）数字化。由于网络化制造是一种基于网络的制造系统，通过网络传递产品设计制造管理商务设备和控制等各种信息，因此，数字化是网络化制造的重要特征，也是实施网络化制造的重要基础。4）异地分布性和应用系统异构性。网络技术使联盟内企业分布在全球不同 地区成为可能，而各企业的应用系统也不尽相同，要利用网络技术共 享交换信息。5）敏捷性。敏捷化是快速响应客户需求的前提，表现为系统结构上的快速重组性能上的快速响应过程中的并行性与分布式决策。6）知识性。在现在生产模式下，决定产品成本产品利润和竞争能力的主 要因素是开发生产该产品所需的知识的价值而不是材料设备或劳动 力。7）创新性。21 世纪要求每个企业不仅需要有变化市场的的快速响应能力， 还要有不断通过技术创新和产品更新来开拓市场引导市场的能力。价 值法则告诉我们，一个新产品的价格总是高于其价值，通过竞争价格才 逐渐接近其价值。只有不断推出有独占性技术的新产品，才能不断获取 高额利润。13.网络化制造系统体系结构的概念及视图构成所谓网络化制造系统，是指企业在网络化制造模式的指导思想、相关理论 和方法的指导下，在网络化制造集成平台和软件工具的支持下，结合企业具体的 业务需求，设计实施的基于网络的制造系统。这里所说的制造，是指大制造的范 畴，它既包括传统的车间生产制造，也包括企业的其他业务。而网络化制造系统 的体系结构则是描述网络化制造系统的一组模型的集合，这些模型描述了网络化 制造系统的功能结构、特性和运行方式。探讨网络化制造系统体系结构的目的在 于更加深入地分析和描述网络化制造体系的本质特征，并基于所建立的系统模型 进行网络化制造系统的设计实施、系统改进和优化运行。4根据制造业的发展历史和现状，现代制造业的组织形态和关联模式可总结 为以下几种：独立企业、企业集团、制造行业、制造区域和动态联盟等。为此， 将建立了一组包括面向独立企业、面向企业集团、面向行业、面向区域和面向系 统的体系结构又包括了功能视图、资源视图、过程视图、信息视图和组织视图等 五个视图。根据不同网络化制造系统模式，各视图将结合该模式的特点有不同侧 重点和表达形式，但其内涵是一致的，各视图的内涵分别是：1）功能视图：描述网络化制造系统中较稳定的静态功能组成（静态视图） 和动态功能联系（动态视图）。2）信息视图：描述网络化制造系统的信息结构（静态视图）、信息流动和 信息处理过程（动态视图）。3）资源视图：描述网络化制造系统中的设备、物流等系统资源配置（静态 视图）以及资源流模型（动态视图）。4）组织视图：描述网络化制造系统中的组织构成（静态视图）和组织方式 （动态视图）。5）过程视图：描述网络化制造系统中涉及上述四个视图的业务流程构成（静态视图）与运行过程（动态视图）。5功能视图组织视图视图信息视图资源视图图 3-1 网络化制造系统体系结构 由于网络化制造系统的复杂性，只从某一角度来描述网络化制造系统的体系结构 难以反映网络化制造系统的各个方面的特性以及各方面之间的内在有机联系。众 多研究成果表明，只有用多视图才能对网络化制造系统做出整体的描述。但究竟 用几个视图才能既全面描述，又尽量减少冗余呢？基于广义建模的分解 -联合的 建模方法，并参考国内外在这方面的研究状况，提出了上述五个视图的网络化制 造系统体系结构，即将网络化制造系统放在一个五维空间中进行描述与分析： （1）从图 3-1 中可以看出，功能视图、信息视图、资源视图和组织视图分别从 不同的侧重点描述网络化制造系统，从而突出网络化制造系统某一方面的体系结 构，但他们之间的联系比较松散，难以得到完整的系统全貌。为保持描述的一致 性和相关性，引入了过程视图。由于过程视图在描述过程中要同时涉及其他四个 视图之间的关系，因此过程视图处于中心位置，将功能视图、信息视图、资源视 图和组织视图结合成了一个有机整体。从广义建模的角度，图 3-1 可以作为是网 络化制造系统体系结构的一个全局视图。（2）五视图体系结构是一种通用结构，对于具体的网络化制造系统其描述的侧 重点各有不同。（3）各视图均分为静态视图和动态视图两个部分，用来描述其静态结构和动态 结构特性。基于上述考虑，图3-2 给出了网络化制造系统体系结构的主要内容，即网络化制 造系统结构由一组从五个角度描述网络化制造系统的动态视图、静态视图和一组 建模、分析方法集所组成。其中具体的建模方法包括有 IDEF0、IDEF1X、Petri 网、 GRAI 等等。6视图名称视图内容建模与分析方法网 络 化 制 造 体 系 结 构功能视图信息视图过程视图资源视图功能联系信息构成信息联系资源构成物流模型组织视图组织构成资源流模型一业务流程图功能组成分系统考察法/结构功能分析法/逐级考察法IDEFO建模方法网络化制造系统信息分类* IDEF1X信息模型建模方法/E-R图控制结构多层递阶控制结构/分布式控 制结构/递阶分布式控制结构运行流程业务流程分类、分解分析*流程图/Petri网/0-0建模方法 /GRAI网建模方法*资源构成分析/资源配置图 /IDEF1X 模型*物料流动分析资源流动分析组织构成分析/IDEF1X模型组织方式组织图/GRAI格建模方法图 3-2网络化制造系统体系结构的主要内容4. 网络化制造涉及的关键技术网络化制造涉及大量的组织使能平台工具系统实施和运行管理技术,， 大致可以分为总体技术基础技术集成技术与应用实施技术。总体技术主要是 指从系统的角度，研究网络化制造系统结构组织与运行等方面的技术；基础技 术是指网络化制造中应用的共性与基础性技术；集成技术主要是指网络化制造系 统设计开发与实施中需要的系统集成与使能技术；应用实施技术是支持网络化 制造系统应用的技术。 7网络化制造的关键技术网络化制造的总体技 术网络化制造模式网络化制造系统体系结构网络化制造系统构建与组织实施技术网络化制造系统的运行管理技术产品全生命周期管理技术协同产品商务技术网络换制造的集成技 术设计制造资源库与知识库开发技术企业应用集成技术ASP服务平台技术集成平台与集成框架技术电子商务与EDI技术Web Service 技术COM+ CORBA J2EE 技术XML PDML 技术信息智能搜索技术网络化制造的基础技 术网络化制造的基础理论和方法网络化制造系统的协议和规范网络化制造系统标准化技术产品建模与企业建模技术工作流程技术虚拟企业与动态联盟技术知识管理与知识集成技术多代理系统技术网络化制造的应用实 施技术网络化制造实施途径资源共享与优化配置技术区域动态联盟与企业协同技术资源（设备）封装与接口技术数据中心与数据管理（安全）技术网络安全技术5. 网络化制造存在的问题我国各级政府一直很重视制造业的发展，特别是制造业中小企业的发展。 近年来，中小企业发展迅速，为经济和社会发展作出了巨大贡献，但是在竞争日 益激烈的全球化市场中，大多数中小企业在规模，管理，业务发展上和大型企业 相比，都存在着很大的差距，并且普遍存在以下问题：1信息闭塞。中小企业往往通过本企业的销售部门获取必要的供求信息， 而对技术信息和管理信息等不够重视，这在很大程度上影响了企业的技术创新， 进而制约了中小企业的健康、持续、稳定的发展。2技术落后。传统产业中的中小企业大都在使用“二手”装备从事生产， 并且设计技术落后，导致产品技术含量低，质量不高。3人才匮乏。中小企业缺乏对高技术人才的吸引力，人才流失比较严重， 而且引进人才相当困难。4资金短缺。因此中小企业要在竞争激烈的市场中生存下来，必须比大型 企业更加灵活、高效、创新。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。浙江大学顾新建和杭州汽轮机 股份有限公司祁国宁在 1996年提出大成组技术的概念。这是一种基于因特网的、 面向制造全球化的成组技术和系统的新构思。香港理工大学李荣彬和同济大学张 曙等在 1997 年提出了分散网络化制造的构思。此外，科技部和国家机械局还组 织了机械工业共性技术数据库和机械制造业基础技术信息支持系统的基础项 目。 86. 网络化制造的应用及其发展趋势 近十几年来，世界上一些发达国家，如美国、欧洲、日本等，正以年增 35% 的速度组建跨行业跨地区的虚拟企业，这些虚拟企业已形成 2500 亿以上美元的 生产规模。比如美国通用公司利用网络与其经销商和客户直接通信；波音公司在 波音 777 飞机的研制中，全面采用了异地无纸设计技术，即 100%的产品数字化 定义，100%的虚拟装配并实施并行工程；欧洲的法国宇航公司、英国宇航公司、 德国DASA公司和西班牙CASA公司形成了 Airbus集团，Airbus的ACE (Airbus Concurrent Engineering)采用了相当于波音公司的异地物质设计技术，以求在 空中客车系列飞机的研制中与波音公司相竞争。9目前，网络化制造技术的应用还不多，主要包括：面向制造业的专业化虚拟 网络-CIMSNET采用Internet技术、多媒体技术、数据库存储技术和全文信息检 索技术，实现了全国现代集成制造技术信息和资源的基于 Internet 的有机集成 和共享。随着经济的全球化和信息化水平的快速提高，世界制造业正在进行着一场深 刻的战略性变革。从制造业化境看，企业面临的不再是由生产拉动需求，而是一 个需求拉动生产的市场；从技术角度出发，制造业已不再局限于先进的制造加工 技术，而是集机械、电子、光学、信息科学、计算机科学、材料科学、管理学等 最新成就为一体的新兴技术。网络化制造的提出是对传统制造组织形式的全新变 革。它借助有效地网络设施和计算机信息技术，根据各类客户的需求，动态选择 组建基于项目的制造联盟组织。在该制造模式下，企业可以充分发挥自身的优势， 利用合作伙伴的资源和技术，快速高效地响应市场。总之，开展网络化制造对于加强企业与企业之间的协同与合作，实现区域、 行业内的企业之间的信息资源、人力资源及设备资源的共享和互补，共同提高对 市场需求的反应速度，提升制造企业的总体水平有着重要的意义。基于网络的制造系统将实现远程数据处理，远程资源调用和对远程设备的操作、 控制、加工过程检测，网上信息交流、共享与服务等问题，未来的研究将面向全球 制造的开放式系统及集成平台，开发协作式开放制造集成网络基础结构，研究基于 信息高速公路的数据库技术、设备重组和资源重用，以及能自动进行产品建模的逆 工程集成等技术，用面向对象的方法研究基于万维网的产品建模、生产管理和并行 控制的方法和技术。9随着微电子技术的飞速发展，互联网络、计算机通信技术将在 21 世纪得到广 泛应用，必将对制造领域产生极其深刻的影响。未来的制造业将建立在数字化和网 络化基础上，其总体目标是要达到快速设计、快速制造、快速检测、快速响应和快 速重组。随着数字技术的进步，制造系统建模理论、方法和计算机仿真技术及虚拟 现实的发展，虚拟制造技术将逐渐成熟；计算机网络通信和数据库技术将成为制造 业研究的热点；基于 Internet 制造系统将在信息技术的支持下，建立起制造组织的 动态联盟和制造系统中人机智能的柔性交互。这些将促使敏捷、全球制造体系的形 成。数字化与网络化制造的内涵还将不断地丰富和发展。 10参考文献【1】卜昆，汪文虎，任军学，刘维伟，计算机辅助制造，北京，2003.9.3437 【2】杨叔子，吴波，胡春华等，网络化制造与企业集成，中国机械工程， 2000.11.8486【3】顾寄南，网络化制造技术，化学工业出版社，北京， 2004.8.9194 【4】张曙，分散网络化制造，机械与电子， 1998.7577【5】李健，刘飞，基于网络的先进制造技术， 中国机械工程， 2001,12.4648【6】杨叔子，吴波，胡春华等.网络化制造与企业集成 .中国机械工程，2000 ， 增刊.123127【7】吕琳，胡海明.浅谈数字化制造技术J.机电产品开发与创新，2009.2121【8】罗垂敏数字化制造技术电子工艺技术，2007， 1149150【9】蔡兰，顾寄南. 制造业信息化的发展方向和发展对策 . 数字制造科学， 2003 创刊号. 3436【10】周祖德，杂文勇，陈幼平数字制造的概念与科学问题中国机械工 程200117576【11】 HTTP :/BAIKE . 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