HOLONIC生产系统的产品设计-中文翻译

HOLONIC 生产系统的产品设计摘要：Holonic 生产是一种达到分散化、自动化及合作化生产系统机构的方法。那样的系统导致了对产品模型的新的需要，这些由当前的产品设计技术还无法完全实现。本篇文章讲述了对产品设计的新需要，并基于特征技术的应用提出了一种解决方法。关键词：Holonic 生产系统，产品设计介绍：目前，在生产厂商中有一种主流趋势，即从庞大的，等级分明的组织转向到小规模的，分散的并局部自动化生产的组织。生产厂商正逐渐从于 20 世纪20 年代泰勒发明的大批量生产技术转向“工厂中的小工厂” ，它能对顾客主导的市场需求迅速作出反应。尽管越来越多的公司正试图将注意力集中到已经被证实是灵活的生产厂商上，但却没有作出多少在为自动化，分散化生产组织确立一个理论原则。Holonic 生产系统就是达到那样原则的一种方法。Holonic 生产的一部分是产品模型与产品数据交换编排格式的定义。在对 holonic 生产的概念进行一个简短介绍之后，我们将分析一下 holonic 生产对产品设计的需要，一种通过 HMS 进行产品设计方法将从这些需要中推理出来。HMS 的含义 Holonic 生产被看作是一种很有前景的方法，满足了很多有关产品和生产的需要，它的最终目的是追求高度分散化生产系统的建筑设计的发展，这些被建造是基于一种由标准化、自动化、合作化、智能化元素的独立化单元的混合，例如： 新的或是已被采用的生产系统的更快，更可靠的设计和实施，这些设计以大规模范围和伸展性为特征/HAYA93/区域自动化生产系统有效的重复使用更迅速，对产品设计和需求产品数量改变的自主适应更短的控制时间更可靠的管理，由于内在监控，分析和质量保证的能力从目前生产系统向全面的 holonic 系统的可观的，逐步的转变HMS 的作用性和结构性方面的概念是从诸如生物学，心理学和社会学等几种科学领域的普遍概念中得出的，新的样式包含等级系统的本身概念和分配系统中自动化元素的结合。HMS 概念是基于 Koestler 于 20 世纪 60 年代末期在生物和科学系统设计方面的先驱贡献，这些系统由独立的单元构成，能够独自工作，然而不能依赖其它单元，这些系统的结构以这些单元的等级制度表现特征的，而这些单元就被称为 holons。Holon 这个词是古希腊语中意味着完整的holos和后缀on的结合，象征着粒子，中子，质子等等。然而普遍的生产系统结构都是以命令与服从的关系按等级层次设计的，holonic 结构是以整体与局部的关系设计的。 （图 1）它不同在以下几个方面：HMS 是由 holons 构成的，每一个 holon 都是一个系统结构群，充满自主性与合作性。一个生产 holon 可以转变、传输、储存或者删除信息和实体。holon 包含一部分信息编写过程，并且往往是实体编写过程，也可能是另一 holon 的一部分。HMS 被组织作为 holarchy，它为 holons 的合作定义基本的原则，因此限定了它们的独立。它天生是一种没有等级制度的少见的组织。尽管如此，HMS 不是以固定方式组织的，而是随时自我组织以满足需要，使自身适应于其环境的变化或是自身。因此，它也能按短暂的等级制度组织自身。对于发展那样一种个别的，分散的作出决定的机构来说，单个元素的自主与合作能力是最重要的特点。在 HMS 中，具有自主与合作能力的系统元素就被称为 holons。相比于人类常常是 holon 的一部分，他们并不总是被需要。如果他们是holon 的一部分，那他们最可能被认为是信息处理过程的部分，有时也被认为是实体处理部分。Holarchy 是这样一种机构，holons 在其中被组织并彼此合作。它被定义作为 holons 系统，这个系统能通过合作达成目标或者客观实体。在 holarchy 中，为了使自身适应既定的客观实体和环境，holons 能够随时彼此融合。正常来说，holon 是其自身的产物。因此，holarchy 可以被看作是某种等级制度，holarchy 和普遍的等级制度的不同之处在于 holarchy 的随时重复布局性和holons 的合作机制。Holons 通过直接地合作实现信息和实体成分的交换。通过彼此间的联系，每一 holon 都持续地主宰着自身的角色和位置，如果 Holons 熟悉的系统目标能因此更容易，更有效地达到，那么 holon 就会进入到暂时的命令机构中，这种合作和布局过程发生的方式主要依赖于 holarchy 所给定的一般规则，例如，当其被设计时，这种方式就会被具体化为 holarchy，这个可以和交通系统相比较。车辆移动的方式依赖于交通规则，当其自主作出决定时，他们必须遵守这个交通规则。在那样一种暂时的等级制度中，holons 是自主调节规定的部分，他们的作用：作为自主的整体，级别高于部分作为独立的部分，级别低于更高层次的目标与其所属的环境同级（图 2）因此，holonic 系统可以被视为自动化生产变革中的一种直接进步，在这其中静止的命令等级系统被自主性单元和 holons 的弹性化合作机制所取代。在 HMS 中产品设计的需要由于 holonic 生产系统中的产品模型必须满足分散化，自主化和自我组织的holons 的需要。那事先并不被知道是 holon，例如，设计 holon、过程计划holon，或是编程 holon，将利用到产品模型。而且，一种 holon 的不同的实施方法是可能的。一个例子就是过程计划 holon，它可能是自主过程计划设计系统，或是一个工人，他完全人工地设计过程计划。 （图 3）不同的 holons 将应用到不同的产品模型，本身由于一个能应用于所有不同类型的 holons 的普遍的模型对于计划的应用将变得过于庞大，不可转变。而且，普遍模型的应用将逐步实现最优化，它将被开展通过每个自身的 holon。因此，有证据证实用于产品数据交换的富有弹性的工具和标准化的编排格式对于发挥 holonic 生产系统的作用是必要的先前准备。这些产品数据交换有着高度不同的需要，这些需要从详细 CAD 数据，包括一件产品的几何性的，技术性的，作用性的特点向一部分为编程系统所需要的列表延伸。不可否认，一个纯粹的几何学产品描述，如被用以今天的标准，例如 IGES或 VDA-FS，将是不充足的。Holonic 生产将需要能传送有关产品的不同种类的信息，这些产品根据即将实行的 ISO10303 标准而设计。尽管如此，交换产品数据的弹性甚至比目前根据 ISO10303 所预测的还要高。一个这方面的例子就是用不同的数据模式实现同一信息实体的交换，这依赖于参与数据交换的 holons。简要地说，在 HMS 中产品设计的需要是：每一个系统都可以应用自身内部的产品代表模式HMS 必须为产品数据交换提供灵活的方法holons 必须被允许自主选择一种合适的产品数据交换模式holons 必须被允许最终重新配置一种产品数据交换模式在 HMS 中产品设计方法的综合以下部分首先描述了一种常见的用以 holonic 生产系统交流的方法，其次，特别关注产品设计实现的例子也会被提到。展望 HMS 中产品设计的方法支持不同水平的数据抽象概念，从普遍的观点来看，这意味着对于同样的实体存在着不同的交换信息的模式。根据系统所含有的能力和需要，一个具体的代表就被选好了。图 4 说明了一种基于具体实施代表的交流，箭头的线型描绘了相应单元所对应的代表，这个图说明了所有的单元都对应一种普遍的代表，这种代表允许在一个相对一般的水平上传输产品数据。那也说明了，例如编程和交易系统，共享一种额外的代表（箭头 C） ，它包含了具体到两个单元之间任务的扩展信息。同样，适合于单元CAD和CAPP ，例如，它们不得不交换细致的产品设计数据（箭头 D） 。一个具体到交流双方的实体代表的概念在 HMS 中可以适合于所有类型的holons，所有具体 holon 功用的一一实施都可以被支持。这个概念允许 HMS 的逐步实施，就如同逐步优化一样。在计算机辅助设计，过程计划和编程领域，已经存在有部分支持 holonic生产的产品数据交换需要的概念。这些概念是根据特种技术的应用而产生的。相对于特种技术已经基本上在 CAD/CAPP 系统的内在应用上发展，它也可以作为产品数据交换的工具而应用。大量的特征描述已经被给出，以下的描述全部来自于/SHAH91/。从生产的观点来看，特征代表了与生产管理和工具相关的形状和技术属性。在设计概念中，特征是应用于生产，分析或者计算设计中的元素。更为常见的，可以说特征代表了部分或是整个工程学的意思。特征基准的产品设计的一个重要方面就是有可能描述几何性设计系统/TONS94a/的部分或者全部。由几种特征所组成的一部分就是完全通过其特征和几何性，技术性及功能性参数来描述。因此，特征基准数据交换可以在不同的应用中避免很多产品数据交换的问题。特征应用于不同的公司或者要求这些包括很多不同的特征。事实上，事先了解到一个系统需要的所有特征是不可能的。因此，对于可以被装配的设计系统使用特征图书室，并使其自身适应于不同的环境和任务，这是必需的。这种可以通过一些当今的特征基准设计和过程计划系统而达到的行为是非常接近于holonic 生产系统所需要的行为。在装配系统中，为实现装配和特征数据交换而做的必要准备是一种关于特征与特征图书室的正规描述语言。如果所有系统正使用着同样的正规描述语言的话，他们就可以优先使用成为交换数据一部分的特征图书室对于他们不知道的特征交换特征数据。对于那样一种描述语言来说，一个好的出发点是 EXPRESS 语言，它已经在ISO10303 的基础上发展起来了。正式的特征语言可能已经在EXPRESS/KRAU91，TONS93/的基础上发展起来。图 5 说明了特征如何可以被用作数据交换的一种方法，传递的信息作为回答如何能依赖系统。如果 CAD、CAPP 及编程系统熟悉具体的特征的话，甚至轴承座，它们都可以通过使用一种简单的文本格式来交换信息，并不需要表述几何模型，因此，几何学可以从特征信息中重新得出。当 CAD 和 CAPP 系统正在进行交流时，特征的完全的几何性不得不从正式的描述中被改造。因此，特征信息必须包括所有必要的数据，例如空间中的位置和方面。例如表面粗糙度的技术属性也必须被描述。编程系统又需要有关特征及其尺寸类型的粗略信息。产品中的实际位置在编程系统中不被需要。因此，这些特征参量并非从 CAPP 传达到编程。另一方面，由 CAPP 系统产生的信息，例如，描述编程时间的因素和特征的花费，是额外的，并被传送到编程系统，也反馈到 CAD 系统。实际上，特征内容已经改变很多了，以致于不同的数据交换格式都依照参与数据交换及其方向的元素被使用。结语目前朝着自动化、分散化和自主生产系统方向发展的趋势为产品设计带来了新的细节和需要。Holons 将使用其自身内部合适的产品数据代表。对于holon 交流来说，弹性的、可改变的产品数据交换格式将是必需的。目前达到弹性的、可改变的产品数据交换格式的方法是更进一步发展特征技术，如同其已经为设计和过程计划系统发展的一样，并使其适应 HMS 的需要。特征可以为不同系统和领域之间的产品数据交换提供一种弹性的、全面的方法。通过为特征描述而使用的正式的语言，必要的基准框架可以被达成。在未来生产系统中，特征不但可以提供一种实现 CAD 和 CAPP 系统之间产品数据交换的方法，而且还会为编程，甚至是销售系统提供便利。