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网络化制造技术doc
网络化制造技术
摘要:
本文系统的介绍了网络化制造形成的背景及其内涵、意义,网络化制造系统体系结构的概念,动态联盟的运行模式、关键技术及在网络化的基础上对企业生产活动中涉及到的软件共享、硬件共享和相关协同技术应用等知识。
全文重点突出了基于Web架构的协同设计,以及在J2EE标准下的产品协同开发;网络化制造中硬件资源共享的实施模式和规范;在综合介绍网络化制造的理论知识的基础上结合实际的案例进行分析讲解。
关键词:
网络化;协同设计;协同开发;制造技术
目录
第一章网络化制造产生的背景及其内涵
1.1网络化制造技术的产生背景1
1.1.1网络化制造要求……………………………………………………………………………..1
1.1.2网络化制造的技术驱动力………………………………………………………………….1
1.2网络化制造技术的定义和内涵2
1.2.1网络化制造的定义…………………………………………………………………………..2
1.2.2网络化制造的内涵…………………………………………………………………………..2
1.3实施网络化制造的意义4
第二章网络化制造技术系统概述
2.1网络化制造系统的体系结构6
2.1.1网络化制造系统体系结构的概念………………………………………………………….6
2.1.2网络化制造系统体系结构的视图构成…………………………………………………….6
2.2现代网络化制造系统中企业的组织状态9
2.2.1面向独立企业的网络化制造系统…………………………………………………………..9
2.2.2面向企业集团的网络化制造系统…………………………………………………………10
2.2.3面向行业的网络化制造系统………………………………………………………………11
2.2.4面向区域的网络化制造系统………………………………………………………………11
2.2.5面向动态联盟的网络化制造系统…………………………………………………………12
第三章网络化制造动态联盟
3.1网络化制造动态联盟的背景13
3.2从企业联盟到企业动态联盟16
3.3从企业动态联盟到网络化制造动态联盟17
3.4网络化制造动态联盟分类18
3.4.1基于产品和过程的网络化制造动态联盟…………………………………………………18
3.4.2面向供应链的网络化制造动态联盟………………………………………………………19
3.4.3不同集成对象的网络化制造动态联盟……………………………………………………19
第四章网络化制造系统的关键技术
4.1网络化制造系统的技术体系19
4.2网络化制造的综合技术20
4.3网络化制造的使能技术23
4.4网络化制造的基础技术28
4.5网络化制造的支撑技术31
第五章软件及数据资源共享
5.1软件及其数据资源共享的概念33
5.2软件工具共享的关键技术34
5.3数据资源共享的基础——数据库技术35
第六章制造设备资源共享
6.1制造设备资源共享简介38
6.2快速成型设备共享39
6.3数控加工设备共享40
6.4其他制造设备资源共享…………………………………………………………………………42
第七章基于Web构架的协同设计
7.1协同设计…………………………………………………………………………………………42
7.2分布式技术………………………………………………………………………………………44
7.3基于J2EE的协同设计平台……………………………………………………………………..45
第八章网络化制造技术的发展趋势——网格技术及其应用
8.1网格的概念………………………………………………………………………………………47
8.2网格计算…………………………………………………………………………………………49
8.3信息网格…………………………………………………………………………………………50
8.4服务网格…………………………………………………………………………………………51
8.5制造网格…………………………………………………………………………………………51
小结………………………………………………………………………………………..54
参考文献…………………………………………………………………………………..55
第一章网络化制造产生的背景及其内涵
1.1网络化制造技术的产生背景
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。
1.1.1网络化制造的需求
1.经济全球化的需要
2.区域经济发展的需要
3.行业经济发展和重大技术装备研发的需要
4.实施敏捷制造和动态联盟的需要
5.企业自身发展的需要
(1)加盟国际合作、参与国际竞争的需求
(2)开拓市场、降低成本的需要
(3)定制化生产的需求
1.1.2网络化制造的技术驱动力
网络化制造模式是在企业生产经营中心不断转变、产品设计生产管理模式日益创新。
企业信息应用技术范围不断扩大、先进制造技术不断发展和应用、网络技术日益成熟的趋势下产生的,在这些先进技术和方法的支持与驱动下,网络化制造技术和系统在企业得到了越来越广泛的应用。
随着网络技术的进一步发展,许多新的技术将不断出现,如高速网络技术、网格计算技术等,这些新技术的发展和应用将不断促进网络化制造技术的发展和应用,同时,在网络化制造技术的发展和应用过程中也会对网络技术提出许多新的需求,如网络安全问题、网络可靠性问题、网络传递速度和质量问题等,这些需求有反过来促进网络技术的研究和发展。
1.2网络化制造技术的定义和内涵
1.2.1网络化制造的定义
国家科学技术部关于网络化制造的定义为:
网络化制造是按照敏捷制造的思想,采用Internet技术,建立灵活有效、互惠互利的动态企业联盟,有效地实现研究、设计、生产和销售各种资源的重组,从而提高企业的市场快速响应和竞争能力的新模式。
对上述定义进行分析。
可以得出网络化制造具有以下一些重要特征。
(1)网络化。
网络化制造是以Internet/Intranet/Extranet为基础的,网络联盟企业的信息主要是通过网络传递和共享来实现快速响应,信息与通讯技术是网络化制造技术的最基本的支撑技术。
(2)协同化。
网络化制造系统实施应用的主要技术目标是实现协同,这也是网络化制造模式区别于其他先进制造模式的主要特点之一。
(3)敏捷化。
由于网络化制造技术面向的是一个不断变化和不可预测的市场环境,为实现快速响应市场变化的需求,其产品和生产过程应能根据需要进行快速重组,实现模块化、系列化和可重用,增强了网络化制造响应市场的敏捷性。
(4)集成化。
网络化制造不仅强调通过BPR进行内部业务流程重组,实现企业内部资源的集成,而且需要通过Internet/Intranet/Extranet将分布在不同地区和不同单位的设计资源、智力资源和制造资源等集成起来协同运作,涉及到合作伙伴之间信息流、物流和工作流的集成。
(5)最优化。
网络联盟企业利用各合作伙伴处于领先地位的技术和领域,达到优势互补和整体最优,最终实现“共赢”的目标。
由于各合作伙伴最大限度的信息共享,使信息的利用达到了最优化;利用网络和通讯技术将供应商、制造商、分销商、零售商等连接起来,实现企业之间设计资源、智力资源和制造资源等的优化利用。
(6)远程化。
网络化制造在空间上几乎是无限地延伸了企业的业务和动作空间,企业通过利用网络化制造系统,可以对远程的资源和过程进行控制和管理,方便地与远在千万里之外的客户、合作伙伴、供应商进行协同工作。
1.2.2网络化制造的内涵
网络化制造的本质是制造技术与网络技术结合的一种先进制造模式,网络化制造也是一个涉及到机械工程、计算机、网络技术、信息、自动化、电子技术等多个领域的综合学科。
网络化制造的内涵包括以下几方面内容。
(1)敏捷响应。
基于网络的敏捷制造和并行工程等技术可显著缩短产品开发周期,迅速响应市场。
(2)资源共享。
通过网络化制造,分散在各地的信息资源、设备资源甚至智力资源可实现共享和优化利用。
(3)企业组织模式。
网络和数据库技术将使得封闭性较强的金字塔式递阶结构的传统企业组织模式向着基于网络的扁平化的、透明度高的项目主线式的组织模式发展。
针对市场机遇和需求,建立以企业动态联盟和资源共享为基础的,通过网络和电子手段联系和控制的虚拟企业将是快递、优质、低成本和低风险响应市场的有效组织模式。
(4)生产方式特征。
生产方式将从过去的“大批量、少品种”和现在的“小批量、多品种”发展到“小批量、多品种、定制型”。
今天的市场越来越体现个性化需求的特点,故基于网络的制定将是满足这种需求的一种有效模式。
(5)客户参与。
客户不仅是产品的消费者,而且还是产品的创意者和设计参与者。
网络化制造技术将使用户参与产品设计成为可能。
(6)虚拟产品。
虚拟产品、虚拟超市和网络销售将是未来市场竞争的重要方式。
用户足不出户,可在网上定制所喜欢的产品,并迅速见到其虚拟产品,而且可进行虚拟使用和产品性能评价。
(7)远程控制。
设备的宽带联网运行可实现设备的远程控制、管理以及设备资源的异地共享。
(8)远程监控。
基于网络可实现生产设备及生产现场的远程监视及故障诊断。
应该说,网络化制造是符合网络经济规律的一种新的制造模式,在这种模式下,企业的运行方式与经营理念都会与传统企业有很大的不同。
开展网络化制造不仅仅是技术问题,更重要的事建立符合网络经济规律的企业文化、管理机制和运行模式。
网络化制造需要建立以过程和项目管理为主线的、以团队工作为主要方式的新型组织结构,这样能够迅速对外部市场的变化作出快捷的反应;网络化制造要求企业对资源的认识必须从企业内的资源扩展到全社会的资源,通过社会范围内的共享,提高企业的产品创新能力和制造能力,网络化制造突破了空间地域对企业生产经营范围和方式约束,企业可以面向全球开展业务;此外,网络化制造需要改变传统的认为企业间的关系式竞争关系的观念,大力提倡企业竞争与合作的理念,合作伙伴之间应该优势互补、利益共享和风险共担,从而实现“共赢”。
1.3实施网络化制造的意义
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。
从制造业环境看,企业面临的不在是由生产拉动内需,而是需求拉动生产的市场。
市场对产品的要求是质量高、品种多及产品交货期短,这对制造企业突出了极大地挑战。
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,而应是集机械、电子、光学、信息科学、计算机科学、材料科学、激光、管理学等最新成就为一体的新兴技术。
原有的传统制造理念已不能适应个性化需求日益增长的竞争市场,现代制造必须有效地结合先进的计算机软硬件技术、网络技术及相关的先进管理理念,才能谋求长足的发展。
从制造模式的角度出发,制造业随着经济的全球化也开始步入全球的一体化。
从采购、设计到制造加工,再到销售,已不再局限于某个企业、某个集团、或者是某个国家。
地域的分散性,必将给企业的经营和管理带来诸多的不变,随之而来的事制造成本的增加。
如何有效地组织管理分散在各地的制造资源,是当代制造企业必须解决的问题。
网络化制造概念和技术的提出,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,动态选择组件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,快速高效的响应市场。
网络化制造实施的关键在于企业之间有效地信息交互和资源共享,先进的网络技术和信息传输手段为解决企业的“信息孤岛”问题提供了有效地途径。
这些将加快各类信息在供应链上的传递,增强协作能力,最终降低企业的综合成本,实现了企业之间既竞争又合作的双赢。
实施网络化制造最重要的意义是通过网络化带动信息化,通过信息化带动工业化,实现用高薪技术改造和提升传统产业的目标,促进我国制造业走向世界,并为提高我国制造业在世界经济中的地位起到重要的推动作用,从而确保我国经济的繁荣与可持续发展。
实施网络化制造可以从整体上提高我国制造业的水平、提高企业竞争力。
具体来说,实施网络化制造具有以下意义。
(1)实现区域/行业内资源优化配置。
在我国传统制造企业密集的地区或行业,制造资源密集,技术力量比较雄厚,但由于长时期实行计划经济,各地区或各部门自成体系,重复投资,现有的制造资源不能充分发挥作用。
解决资源重复浪费问题,是这些地区企业/行业利用存量资源、实现经济起飞的突破口。
解决的方法是实施网络化制造技术,实现区域/行业内跨越企业的合作,从而达到优化利用企业的各种资源的目的。
(2)实现区域/行业内产业升级与结构调整。
实施网络化制造,通过推进各地区/行业技术创新体系的建设,可以提高区域/行业内企业的产品创新能力,实现区域/行业内企业的合理专业分工与配套,并由此带动软件及中介等技术服务产业发展,形成新的产业优势,最终实现区域/行业内产品升级和产业升级,促进产业结构调整。
(3)加强跨越地域的合作与交流,实施网络化制造技术,可以使企业跨越地域限制,以成为国际制造业供应链中重要一环,从而使企业走向全球,参与全球化的合作和竞争以适应21世纪制造业的发展趋势。
对于中西部地区的企业来说,与沿海地区存在着地理位置的差距,不像沿海地区有着与外界合作交流的便利条件。
采用网络化制造技术,可以直接与外界进行合作与交流,从而跨越地理位置所带来的障碍。
(4)建立网络化设计制造技术服务体系。
通过在各地区建立网络化设计制造技术服务中心,通过网络化技术培训、网络化技术咨询,可以解决许多企业专业技术人才不足问题。
另外,通过全国范围的网络化技术协作,可以实现专业配套,降低开展网络化设计制造技术应用的难度。
(5)支持动态联盟的优化运行。
动态联盟是现代生产组织模式,该模式强调信息的价值,强调企业要依靠快速及时地发布信息来让外界迅速了解自己。
区域/行业内各个企业在统一协调管理下,通过供应链与知识链形成较灵活的动态联盟机制,通过全行业协同发展,提高整体竞争实力。
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具有重要意义。
第二章网络化制造技术系统概述
2.1网络化制造系统的体系结构
2.1.1网络化制造系统体系结构的概念
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。
2.1.2网络化制造系统体系结构的视图构成
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)。
图2-1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2-1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2-1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2-2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。
图2-2网络化制造系统体系结构的主要内容
2.2现代网络化制造系统中企业的组织状态
通过对当前的制造业发展现状的分析,可知现代制造企业的组织状态包括以下几种:
独立企业、企业集团、制造行业、制造区域和动态联盟等。
2.2.1面向独立企业的网络化制造系统
可以认为,中国的独立企业目前正面对着日趋剧烈的竞争和复杂的市场形势,但这个环境也充斥着业务增长、多元化及国际化发展的机遇。
独立企业要取得预期的成果必须策划长远的策略并使机构组织更趋于完美。
在此过程中,许多机构需要重组业务架构和重建于顾客和供应商之间的关系。
独立企业能否有效地适应日新月异的国际化市场,对其成功及其重要。
随着科技的不断发展与新营业方针的涌现,企业竞争的基本取向亦不断改变。
全球化的趋势使客户需求及企业的竞争定位、经营手段都发生了变化,对企业来说,推行建设性的改革措施是一项持续的挑战。
因而独立企业利用现代信息技术,联合和集成企业外部的各种制造资源,进行网络化协同产品开发、生产制造和市场开拓,应该成为独立企业发展的方向。
故面向独立企业的网络化制造系统,既要建立企业内部网络化制造系统,又要建立面向企业外部的网络化协同产品开发、网络化制造资源共享等网络化支持系统。
面向独立企业的网络化制造系统,是在计算机网络和数据库的支撑下,结合我国当前的国情和企业现状,有效集成各种制造资源和技术资源,所形成的以企业内部网络化制造为基础,以网络化协同产品开发、供应链管理和电子商务等为拓展的一种网络化集成制造系统。
该系统的结构包括计算机网络环境和数据库支撑、企业内部网络化制造、面向企业外部的网络化制造等三个系统。
(1)计算机网络环境和数据库支撑系统。
是企业网络化制造系统支撑层,包括计算机网络环境分系统、信息安全管理与控制分系统、数据库管理分系统和企业标准化分系统等支撑分系统。
(2)企业内部网络化制造系统。
是基于企业内部网的企业网络化制造系统核心层,包括工程设计分系统、管理信息分系统、质量保证分系统、制造自动化分系统和办公自动化分系统等。
(3)面向企业外部的网络化制造系统。
是基于Internet的企业网络化制造系统拓展层。
包括虚拟研究所及网路厚爱协同产品开发、网路厚爱敏捷供应链管理、电子商务、网络化设备资源共享及制造协作等实现企业与外部环境之间信息
交互和网络化协同的各功能分系统。
2.2.2面向企业集团的网络化制造系统
当前,国内的企业集团存在一些深层次的问题,表现在以下几方面。
(1)母公司国有独资(或控股)与子公司职工持大股的矛盾在实际运行中主要表现在母公司对子公司的管理愈益显得只有象征意义,集团总体经营战略无法实施;二是子公司吃光用光的意识严重,企业集团正常的积累机制无法建立。
两种产权制度形成的冲撞,必然带来企业集团集权与分权的矛盾,由于市场竞争压力现在过度分权成为矛盾的主要方面。
这是很多企业集团大而不强的内在原因。
(2)物质利益刺激与科学管理的矛盾。
大多数企业集团内部管理没有发生大的变化,基本上仍是以业务员为中心的承包制乃至业务员的核算制。
没有建立一套科学的管理流程,业务员一竿子到底,客户成为业务员个人资产。
这照顾了一线业务员的物质利益需要,但公司品牌、商誉的培养、开发新产品、新市场等等往往被忽视,粗放原始的管理取代了现代企业的科学管理。
(3)核心竞争力不突出。
企业集团虽然在一业为主、多种经营方面取得进展,但大多没有培植起自己的核心竞争力,没有围绕主要产品建立起自己的国际市场营销网络和产品开发设计体系,在市场竞争中处于被动无力的地位。
其优势仅仅体现在拥有一批人才和中间客户渠道方面,而由于缺乏科学管理和约束机制,这些人才和客户都很容易流失,地位十分脆弱。
基于此,面向企业集团的网络化制造系统,需要在集团内建立一个企业信息化支持平台,促进现代企业集团组织结构向扁平化和敏捷化方向的发展;在集团外语独立企业类似,也需要建立一个与外部资源开展产品开发、物资供应、生产制造和市场开拓等网络化协作支持平台。
一般认为,企业集团网络化制造系统的结构有支撑层、集团层、分子公司层、平台层和其他层等五层构成。
(1)支撑层。
主要包括计算机网络及安全系统、数据库系统和标准化支持系统等。
(2)集团层。
主要指集团层面的的内部网络化制造系统,主要是经营功能,也可能是产品开发功能,包括工程设计分系统、集团管理信息系统、制造自动化系统、质量保证分系统等。
(3)分子公司层。
其内部网络化制造系统与独立企业内部网络化制造系统的结构相似,只是各分子公司属于二级企业,经营权是不完全的,在经营决策、原料采购、产品销售、人事管理等多方面要接受集团公司的领导和制约。
(4)平台层。
主要指集团公司及其分子公司对外的信息集成平台,属于集团公司及各分子公司外部网络化制造系统,其主要功能包括电子商务分系统、供应链管理分系统、网络化设计和制造分系统等。
(5)其它层。
主要指集团之外而又与集团有密切联系的要素集合,包括一些半紧密层企业、供应商、客户、经销商、高校、科研机构、政府及以上主管部门等。
2.2.3面向行业的网络化制造系统
机械制造、石油化工、轻工、航空、航天等各种行业在我国的国民经济发展与国家安全保障上起着核心与支持作用。
这些行业的经济发展过程中面临着资源共享、行业协作、物资采购、市场营销、技术和人才资源占有等方面均存在不同程度的各自为政的现象,从而造成整个行业在技术和制造能力方面的重复
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