摘要:根據敏捷制造生產模式下產品型中小企業(yè)的特征,在分析產品型中小企業(yè)計算機輔助工藝設計特點的基礎上,提出了協(xié)同工藝設計的關鍵支撐技術、體系結構和實現方法,為我國產品型中小企業(yè)實現協(xié)同工藝設計提供了有益的方法。
關鍵詞:敏捷制造;產品型中小企業(yè);協(xié)同工藝設計;體系結構
1 引言
敏捷制造的生產模式最基本的特征是多個敏捷化企業(yè)為響應市場出現的新機遇而組成一個虛擬組織(ＶＥ),相互合作,共擔風險,共享利益,其內涵是分布式網絡化制造或全球化制造[3]。在分布式網絡化制造中,基于網絡的協(xié)同工藝設計技術是其關鍵技術之一。
2 敏捷制造模式下產品型中小企業(yè)ＣＡＰＰ系統(tǒng)的特點
(1)企業(yè)模式應是在行業(yè)內若干家產品型中小企業(yè)組成企業(yè)聯(lián)盟,選舉某一骨干企業(yè)為盟主企業(yè),其他企業(yè)成為其盟員企業(yè),形成“一主多從”的企業(yè)模式。通過網絡進行協(xié)同工藝設計,有效地縮短設計周期,以適應敏捷制造環(huán)境的要求。
(2)企業(yè)間的工藝資源信息要高度集成和適時共享,具有對市場快速響應性。要求ＣＡＰＰ系統(tǒng)資源信息獲取方法應具有較高柔性和領域范圍的適應性,要提供多種信息描述與獲取手段,能適應不同的敏捷化企業(yè)和加工對象,支持制造資源的動態(tài)重組和優(yōu)化配置。
(3)ＣＡＰＰ系統(tǒng)能“柔性”地適應動態(tài)制造環(huán)境及加工對象,即設備資源庫、加工工藝知識庫、工裝庫等應具有適應動態(tài)變化的能力。通過工藝制造資源建模,實現對不同制造環(huán)境下資源的快速定制,使ＣＡＰＰ系統(tǒng)適應制造資源的動態(tài)變化。
(4)具有分布式網絡化或全球化制造結構。敏捷制造模式下的ＣＡＰＰ系統(tǒng)應具備并行和分布決策的能力,能支持遠程工藝設計,支持不同地域的多家企業(yè)同時操作和信息共享。
(5)對中小型企業(yè),ＣＡＰＰ系統(tǒng)應以成組技術為基礎,應用標準化、模塊化、工具化和可重構性的思想,將系統(tǒng)分解為針對不同零件類型和制造環(huán)境的工藝設計子系統(tǒng),或劃分為由若干功能有限的子系統(tǒng),駐留于網絡服務器或開放的工件站上,即ＣＡＰＰ系統(tǒng)結構要具有動態(tài)變化性,實現系統(tǒng)的模塊化劃分和管理。
(6)ＣＡＰＰ系統(tǒng)工藝決策推理機制具有廣泛的適應性。應注意充分吸收各中小企業(yè)中傳統(tǒng)ＣＡＰＰ系統(tǒng)的合理成分,綜合應用各種有效的推理機制,不過分強調工藝決策的自動化,以實用性原則為主。
3 建立協(xié)同工藝設計的關鍵支撐技術
協(xié)同工藝設計實質上利用網絡協(xié)同設計原理,總結ＣＡＰＰ系統(tǒng)的共性和特征,構建一些通用的協(xié)同設計應用構件,建立協(xié)同工藝設計系統(tǒng)。為了適應敏捷制造環(huán)境,實現基于網絡的協(xié)同工藝設計,ＣＡＰＰ系統(tǒng)必須滿足以下幾項關鍵技術要求。
(1)企業(yè)建模技術
中小企業(yè)為了能夠實現敏捷制造模式下的協(xié)同工藝設計,首先必須建立行業(yè)內的企業(yè)聯(lián)盟,推舉盟主企業(yè),形成“一主多從”的企業(yè)模式,它是建立面向行業(yè)的協(xié)同工藝設計應用平臺的基礎。
(2)分布式網絡通訊技術,實現對網絡數據庫的訪問
即應用Ｉｎｔｅｒｎｅｔ網絡技術,通過ＴＣＰ/ＩＰ網絡通信協(xié)議,采用瀏覽器服務器(Ｂ/Ｓ)模式,連接企業(yè)端和服務器端,完成工藝設計。采用ＷｉｎｄｏｗｓＮＴＳｅｒｖｅｒ的ＩＩＳ提供的ＡＳＰ(ＡｃｔｉｖｅＳｅｒｖｅｒＰａｇｅｓ)與ＡＤＯ(Ａｃ ｔｉｖｅＸＤａｔａＯｂｊｅｃｔ)技術實現對網絡數據庫的訪問。
(3)采用ＳＴＥＰ標準的產品與制造資源的建模技術
采用ＳＴＥＰ標準建立的產品與制造資源模型,是協(xié)同工藝設計實現系統(tǒng)快速重構,提高敏捷性的基礎。依據ＳＴＥＰ標準建模方法,采用Ｅｘｐｒｅｓｓ語言描述ＣＡＰＰ模型,應用面向對象的設計方法,將ＣＡＰＰ系統(tǒng)分解成一個個具有獨立功能的子系統(tǒng),這些具有獨立功能的子系統(tǒng)按其相互關系存儲在服務器端,成為系統(tǒng)不同功能的子系統(tǒng),聯(lián)盟內企業(yè)通過瀏覽器訪問服務器端來選擇不同的工藝設計子系統(tǒng),使ＣＡＰＰ系統(tǒng)結構具有動態(tài)變化性,適應敏捷制造的要求。
(4)ＣＡＰＰ系統(tǒng)的重構技術
ＣＡＰＰ系統(tǒng)的重構技術是指依據敏捷制造的特點,對制造資源和工藝設計方法的重構。要實現對ＣＡＰＰ的重構,應充分利用ＡＳＰ/ＡＤＯ技術和ＡｃｔｉｖｅＸ技術。協(xié)同工藝設計過程的核心程序依據不同零件類型和制造環(huán)境將ＣＡＰＰ系統(tǒng)分解為具有若干功能有限的子系統(tǒng)。通過Ｊａｖａ語言、ＶＢＳｃｒｉｐｔ和Ｊｓｃｒｉｐｔ語言將各個子系統(tǒng)以模塊的形式做成相應的ＡＳＰ程序放在服務器端,聯(lián)盟內企業(yè)通過瀏覽器訪問服務器端來加載相應的模塊, 實現對ＣＡＰＰ系統(tǒng)的重構。
(5)工藝決策推理機制的適用技術
所謂適用技術,是依據行業(yè)內中小企業(yè)自身的特點,不過多地強調ＣＡＰＰ系統(tǒng)工藝決策的自動化,以適用夠用為度。ＣＡＰＰ系統(tǒng)是將工藝設計人員從工藝設計和工藝評價中解脫出來的一種工具,雖然對ＣＡＰＰ系統(tǒng)的研究已有三十多年,但目前能完全替代熟練工藝人員的ＣＡＰＰ系統(tǒng)仍難以實現。在中小型企業(yè)的協(xié)同工藝設計中,采用基于實例的工藝決策方法是保證工藝設計完整性、繼承性和習慣性的很有效的方法。對于以旋轉類零件為主的中小型聯(lián)盟企業(yè),采用創(chuàng)成式的基于事件推理的工藝生成方式是較理想的工藝決策方法。
4 協(xié)同工藝設計的體系結構
針對上述分析,利用網絡協(xié)同設計原理,以盟主企業(yè)ＣＡＰＰ系統(tǒng)為基礎,總結盟員企業(yè)ＣＡＰＰ系統(tǒng)的共性和特征,建立基于網絡的協(xié)同工藝設計體系結構。該結構分為3個層次,如下圖所示。
在敏捷制造模式下,ＣＡＰＰ系統(tǒng)中的各個用戶都是基于Ｉｎｔｅｒｎｅｔ/Ｉｎｔｒａｎｅｔ瀏覽器進行協(xié)同工作,是一個面向多用戶的開放式結構的應用系統(tǒng)。上圖體系結構的第1層是由聯(lián)盟企業(yè)和協(xié)同控制過程組成的用戶層。各盟員在授權后可以進入基于ＴＣＰ/ＩＰ的網絡協(xié)同設計平臺,它決定了各盟員的職責、權限、工具的使用等設備資源的分配,過程與設計數據的流向和數據的類型、來源等。
第2層是表達層和數據處理層(Ｗｅｂ服務器層)。它既是各盟員輸入數據的接收器,也是設計模型、設計數據的輸出器。它采用面向對象技術,將工藝模塊封裝在對象管理框架中,各盟員根據自身的特點輸入制造資源環(huán)境和加工零件類型,服務器端ＡＳＰ程序被激活,系統(tǒng)通過搜索總的結構描述庫加載相應的功能模塊,進行工藝模塊的重組,生成新的工藝子系統(tǒng),完成ＣＡＰＰ系統(tǒng)的重構,并將重構后的ＣＡＰＰ系統(tǒng)以ＡＳＰ主頁的形式提交用戶。根據中小企業(yè)的特點,其工藝子系統(tǒng)采用基于實例的派生式和基于事件推理的創(chuàng)成式子系統(tǒng)。
第3層是數據庫服務層。為使制造資源數據庫等能在網絡環(huán)境下實現協(xié)同工藝設計,將制造資源數據庫等集中在數據庫服務器端。通過ＯＤＢＣ等技術向數據庫服務器發(fā)送請求,并接收相應數據,經Ｗｅｂ服務器應用程序運行后,將結果返回用戶。
5 協(xié)同工藝設計的實現方法
協(xié)同工藝設計的實現方法是各成員企業(yè)將零件族矩陣、典型工藝、實例工藝及各種制造資源如設備、刀具、量具、夾具、工藝知識及切削參數等存放在數據庫服務器,而Ｗｅｂ服務器運行ＣＡＰＰ系統(tǒng)應用程序。用戶使用現成的瀏覽器向Ｗｅｂ服務器發(fā)出請求后,Ｗｅｂ服務器接收并處理請求,查詢數據庫,執(zhí)行應用程序, 生成新的工藝子系統(tǒng),并將結果信息以ＡＳＰ頁面的形式返回各成員企業(yè)。在本系統(tǒng)中,瀏覽器可采用ＩＥ,Ｗｅｂ服務器可采用ＭｉｃｒｏｓｏｆｔＩＩＳ,而數據庫服務器可選ＳＱＬＳｅｒｖｅｒ,數據庫開發(fā)選用Ｖｂ或Ｄｅｌｐｈｉ。
6 結語
產品型中小企業(yè)的協(xié)同工藝設計是面向具體行業(yè)的,不是跨行業(yè)的通用平臺。協(xié)同工藝設計系統(tǒng)的開發(fā),要考慮中小企業(yè)的技術特點和本行業(yè)的專業(yè)知識,通過行業(yè)協(xié)會、盟主企業(yè)、軟件公司共同開發(fā)和推廣。通過協(xié)同工藝設計,中小企業(yè)能夠將企業(yè)與其客戶、盟員和供應商緊密聯(lián)系起來,使本行業(yè)大量的中小企業(yè)加盟,獲得資源共享,加快新產品投放市場的速度,提高企業(yè)的核心競爭力。
