敏捷制造模式下产品型中小企业的协同工艺设计

　摘要:根据敏捷制造生产模式下产品型中小企业的特征,在分析产品型中小企业计算机辅助工艺设计特点的基础上,提出了协同工艺设计的关键支撑技术、体系结构和实现方法,为我国产品型中小企业实现协同工艺设计提供了有益的方法。

关键词:敏捷制造产品型中小企业协同工艺设计体系结构

1　引言

敏捷制造的生产模式最基本的特征是多个敏捷化企业为响应市场出现的新机遇而组成一个虚拟组织(ＶＥ),相互合作,共担风险,共享利益,其内涵是分布式网络化制造或全球化制造[3]。在分布式网络化制造中,基于网络的协同工艺设计技术是其关键技术之一。

2　敏捷制造模式下产品型中小企业ＣＡＰＰ系统的特点

(1)企业模式应是在行业内若干家产品型中小企业组成企业联盟,选举某一骨干企业为盟主企业,其他企业成为其盟员企业,形成“一主多从”的企业模式。通过网络进行协同工艺设计,有效地缩短设计周期,以适应敏捷制造环境的要求。

(2)企业间的工艺资源信息要高度集成和适时共享,具有对市场快速响应性。要求ＣＡＰＰ系统资源信息获取方法应具有较高柔性和领域范围的适应性,要提供多种信息描述与获取手段,能适应不同的敏捷化企业和加工对象,支持制造资源的动态重组和优化配置。

(3)ＣＡＰＰ系统能“柔性”地适应动态制造环境及加工对象,即设备资源库、加工工艺知识库、工装库等应具有适应动态变化的能力。通过工艺制造资源建模,实现对不同制造环境下资源的快速定制,使ＣＡＰＰ系统适应制造资源的动态变化。

(4)具有分布式网络化或全球化制造结构。敏捷制造模式下的ＣＡＰＰ系统应具备并行和分布决策的能力,能支持远程工艺设计,支持不同地域的多家企业同时操作和信息共享。

(5)对中小型企业,ＣＡＰＰ系统应以成组技术为基础,应用标准化、模块化、工具化和可重构性的思想,将系统分解为针对不同零件类型和制造环境的工艺设计子系统,或划分为由若干功能有限的子系统,驻留于网络服务器或开放的工件站上,即ＣＡＰＰ系统结构要具有动态变化性,实现系统的模块化划分和管理。

(6)ＣＡＰＰ系统工艺决策推理机制具有广泛的适应性。应注意充分吸收各中小企业中传统ＣＡＰＰ系统的合理成分,综合应用各种有效的推理机制,不过分强调工艺决策的自动化,以实用性原则为主。

3　建立协同工艺设计的关键支撑技术

协同工艺设计实质上利用网络协同设计原理,总结ＣＡＰＰ系统的共性和特征,构建一些通用的协同设计应用构件,建立协同工艺设计系统。为了适应敏捷制造环境,实现基于网络的协同工艺设计,ＣＡＰＰ系统必须满足以下几项关键技术要求。

(1)企业建模技术

中小企业为了能够实现敏捷制造模式下的协同工艺设计,首先必须建立行业内的企业联盟,推举盟主企业,形成“一主多从”的企业模式,它是建立面向行业的协同工艺设计应用平台的基础。

(2)分布式网络通讯技术,实现对网络数据库的访问

即应用Ｉｎｔｅｒｎｅｔ网络技术,通过ＴＣＰ/ＩＰ网络通信协议,采用浏览器服务器(Ｂ/Ｓ)模式,连接企业端和服务器端,完成工艺设计。采用ＷｉｎｄｏｗｓＮＴＳｅｒｖｅｒ的ＩＩＳ提供的ＡＳＰ(ＡｃｔｉｖｅＳｅｒｖｅｒＰａｇｅｓ)与ＡＤＯ(Ａｃ ｔｉｖｅＸＤａｔａＯｂｊｅｃｔ)技术实现对网络数据库的访问。

(3)采用ＳＴＥＰ标准的产品与制造资源的建模技术

采用ＳＴＥＰ标准建立的产品与制造资源模型,是协同工艺设计实现系统快速重构,提高敏捷性的基础。依据ＳＴＥＰ标准建模方法,采用Ｅｘｐｒｅｓｓ语言描述ＣＡＰＰ模型,应用面向对象的设计方法,将ＣＡＰＰ系统分解成一个个具有独立功能的子系统,这些具有独立功能的子系统按其相互关系存储在服务器端,成为系统不同功能的子系统,联盟内企业通过浏览器访问服务器端来选择不同的工艺设计子系统,使ＣＡＰＰ系统结构具有动态变化性,适应敏捷制造的要求。

(4)ＣＡＰＰ系统的重构技术

ＣＡＰＰ系统的重构技术是指依据敏捷制造的特点,对制造资源和工艺设计方法的重构。要实现对ＣＡＰＰ的重构,应充分利用ＡＳＰ/ＡＤＯ技术和ＡｃｔｉｖｅＸ技术。协同工艺设计过程的核心程序依据不同零件类型和制造环境将ＣＡＰＰ系统分解为具有若干功能有限的子系统。通过Ｊａｖａ语言、ＶＢＳｃｒｉｐｔ和Ｊｓｃｒｉｐｔ语言将各个子系统以模块的形式做成相应的ＡＳＰ程序放在服务器端,联盟内企业通过浏览器访问服务器端来加载相应的模块, 实现对ＣＡＰＰ系统的重构。

(5)工艺决策推理机制的适用技术

所谓适用技术,是依据行业内中小企业自身的特点,不过多地强调ＣＡＰＰ系统工艺决策的自动化,以适用够用为度。ＣＡＰＰ系统是将工艺设计人员从工艺设计和工艺评价中解脱出来的一种工具,虽然对ＣＡＰＰ系统的研究已有三十多年,但目前能完全替代熟练工艺人员的ＣＡＰＰ系统仍难以实现。在中小型企业的协同工艺设计中,采用基于实例的工艺决策方法是保证工艺设计完整性、继承性和习惯性的很有效的方法。对于以旋转类零件为主的中小型联盟企业,采用创成式的基于事件推理的工艺生成方式是较理想的工艺决策方法。

4　协同工艺设计的体系结构

针对上述分析,利用网络协同设计原理,以盟主企业ＣＡＰＰ系统为基础,总结盟员企业ＣＡＰＰ系统的共性和特征,建立基于网络的协同工艺设计体系结构。该结构分为3个层次,如下图所示。

在敏捷制造模式下,ＣＡＰＰ系统中的各个用户都是基于Ｉｎｔｅｒｎｅｔ/Ｉｎｔｒａｎｅｔ浏览器进行协同工作,是一个面向多用户的开放式结构的应用系统。上图体系结构的第1层是由联盟企业和协同控制过程组成的用户层。各盟员在授权后可以进入基于ＴＣＰ/ＩＰ的网络协同设计平台,它决定了各盟员的职责、权限、工具的使用等设备资源的分配,过程与设计数据的流向和数据的类型、来源等。

第2层是表达层和数据处理层(Ｗｅｂ服务器层)。它既是各盟员输入数据的接收器,也是设计模型、设计数据的输出器。它采用面向对象技术,将工艺模块封装在对象管理框架中,各盟员根据自身的特点输入制造资源环境和加工零件类型,服务器端ＡＳＰ程序被激活,系统通过搜索总的结构描述库加载相应的功能模块,进行工艺模块的重组,生成新的工艺子系统,完成ＣＡＰＰ系统的重构,并将重构后的ＣＡＰＰ系统以ＡＳＰ主页的形式提交用户。根据中小企业的特点,其工艺子系统采用基于实例的派生式和基于事件推理的创成式子系统。

第3层是数据库服务层。为使制造资源数据库等能在网络环境下实现协同工艺设计,将制造资源数据库等集中在数据库服务器端。通过ＯＤＢＣ等技术向数据库服务器发送请求,并接收相应数据,经Ｗｅｂ服务器应用程序运行后,将结果返回用户。

5　协同工艺设计的实现方法

协同工艺设计的实现方法是各成员企业将零件族矩阵、典型工艺、实例工艺及各种制造资源如设备、刀具、量具、夹具、工艺知识及切削参数等存放在数据库服务器,而Ｗｅｂ服务器运行ＣＡＰＰ系统应用程序。用户使用现成的浏览器向Ｗｅｂ服务器发出请求后,Ｗｅｂ服务器接收并处理请求,查询数据库,执行应用程序, 生成新的工艺子系统,并将结果信息以ＡＳＰ页面的形式返回各成员企业。在本系统中,浏览器可采用ＩＥ,Ｗｅｂ服务器可采用ＭｉｃｒｏｓｏｆｔＩＩＳ,而数据库服务器可选ＳＱＬＳｅｒｖｅｒ,数据库开发选用Ｖｂ或Ｄｅｌｐｈｉ。

6　结语

产品型中小企业的协同工艺设计是面向具体行业的,不是跨行业的通用平台。协同工艺设计系统的开发,要考虑中小企业的技术特点和本行业的专业知识,通过行业协会、盟主企业、软件公司共同开发和推广。通过协同工艺设计,中小企业能够将企业与其客户、盟员和供应商紧密联系起来,使本行业大量的中小企业加盟,获得资源共享,加快新产品投放市场的速度,提高企业的核心竞争力。