阎娟琪倪严蓉马登哲

摘要:随着网络技术的发展，信息不仅成为制造业发展的决定性因素，也是最活跃的驱动因素。在此背景下，本文分析了制造业的信息需求，阐述了制造业信息化的现状，提出了敏捷制造网络工程的具体实施方案和关键技术。

研究基于网络的数据制造

yanjunqi niyanrong madengzhe
(上海交通大学，中国上海)

摘要:随着网络技术的发展，信息不仅成为制造业的决定性因素，也成为制造业的积极驱动因素。在这种背景下，本文分析了制造业的信息需求，并阐明了制造业的现状。作者还提出了如何实施制造业的关键技术

1制造信息流程

在过去的半个世纪里，特别是近30年来，信息革命已经渗透到各个经济部门，并迅速改变了传统产业和整个经济。计算机和通信技术的飞速发展极大地拓展了制造业的广度和深度，产生了一批新的制造理念和制造技术，使制造业发生了质的飞跃。纵观制造业的信息化进程，可分为以下几个阶段:
(1)功能自动化阶段:20世纪70年代电子技术和计算机技术的发展使生产领域的自动控制成为可能，这使得以计算机为辅助工具的制造自动化技术成为可能，产生了计算机辅助设计(cad)、计算机辅助制造(cam)、计算机辅助工艺规划(capp)和材料管理规划(mrp)等自动化系统，但它们基本上属于单一功能的自动化，侧重于为个人活动提供计算机辅助手段。
(2)在信息集成阶段，针对20世纪80年代设计、加工和管理中的自动化孤岛问题，我们致力于解决各制造子系统之间的信息共享和交换，形成了以接口模式和数据库系统为主要模式的一系列信息集成系统，如cad/capp/cam集成系统，cad/capp与mrp的接口开发，以及80年代后期国内大力研究的cims技术。
(3)在流程优化阶段，信息和通信技术在20世纪90年代的知识经济发展中发挥了核心作用。企业意识到，除了信息集成之外，还需要优化生产过程，并与许多相关应用程序合作，以实现更高层次的系统功能目标，如并行工程(ce)方法、在产品设计的下游工作中考虑可制造性和可装配性、重组设计过程和提高产品开发能力。利用业务流程再造(bpr)的思想，通过简化和集成来调整企业流程，实现流程的整体优化。相应地，产品数据管理(pdm)、工作流管理和团队在整个业务流程中的其他支持技术已经出现。
(4)敏捷阶段1995年后，以互联网为代表的互联网正以极快的速度发展。互联网正在改变信息传递的方式，也正在改变企业的组织和管理方式，这使得以满足全球市场用户需求为核心的制造活动快速响应成为可能。企业不能再局限于内部整合，而必须考虑与外部环境的整合，更加注重知识的获取和共享。因此，敏捷制造和虚拟制造等新的制造模式应运而生。因此，供应链技术、多智能体结构和基于corba的网络化制造技术成为研究热点。
从制造业信息化的过程中可以看出，未来的制造业在一定意义上将成为信息产业，用信息技术推动制造业转型已经成为时代的趋势。21世纪，世界制造业发展的总趋势是，信息技术在促进制造业发展中的作用仍然是第一位的。独家技术决定产品的价值和价格；联盟和竞争是一体的，超越了国界。敏捷已经成为制造业追求的主要目标。

2敏捷制造的信息需求

2.1信息需求
信息革命推动了市场的全球化，使现代企业呈现出集团化、多元化和动态联盟的发展趋势:企业跨越不同区域，产品涉及多个领域。这些企业需要及时了解当地分公司的生产经营状况。同一企业不同部门和地区的员工也需要及时共享大量的企业信息。企业与用户之间以及企业与合作伙伴之间也有大量的信息交流。只有了解企业信息的需求，我们才能有效地管理和组织这些信息，选择合作伙伴，实现敏捷制造。企业信息涉及与产品设计、计划、生产资源、组织等相关的数据。它不仅数据量大，数据类型和结构复杂，而且数据之间的语义关系复杂，数据载体也是多媒体。
制造业中的信息根据其需求可以分为两部分:产品制造信息(包括产品信息和过程信息)和企业服务信息。
(1)产品信息[1]包括与产品制造相关的所有信息，如产品几何拓扑信息(三维实体模型、二维图纸和vrml格式图片等)。)，产品零件的加工要求信息、材料和热处理信息、装配要求信息、产品检验信息、产品功能信息、产品制造成本和制造周期信息等。
(2)工艺信息包括产品制造过程中的各种加工方法及其应用范围和设计规范，用于评价新产品的加工工艺性和设计可行性，并提供各种加工手册和设计手册。
(3)企业服务信息包括产品市场信息(产品基本价格、批量价格、价格有效期和交货期)、企业生产能力信息(主要设备、特种设备、大型设备)、企业产品开发能力信息等。
2.2网络服务需求
对于制造企业来说，网络应用服务的需求主要集中在以下几个方面:
。我希望在网上发布企业信息，比如企业介绍和产品介绍；
。有提供行业信息、行业趋势等的专业行业网站。；
。能够理解互联网上的相关政策法规，为企业活动提供依据；
。它可以跟踪互联网上的行业技术信息，开发适合企业市场需求的新产品和服务；
。与用户交流在线信息，及时反馈用户意见，组织在线用户培训，解决产品使用问题；
。与合作生产企业开展网上信息交流和业务活动，提高工作效率；
。开展在线商务活动，如产品销售和产品虚拟展示；
。共享数字化产品模型，建立虚拟3D产品“库”，所有企业可以共享，减少了大量重复的cad建模工作。

3制造业信息化建设与研究现状

3.1信息状况目前，中国在信息高速公路上投入了大量建设资金，全国信息高速公路网已经初具规模。企业在cad、cims、erp等信息化建设方面积累了很多经验。，但信息化建设的发展也不平衡:
。“信息高速公路上的汽车不多”，互联网上的信息量小，内容不够丰富，无法吸引用户；
。上网的费用太高，用户无法接受。
。从技术上讲，它很复杂，所以用户不能维护自己。
。网上电子商务条件还不够成熟，不能进行网上交易。
。互联网服务提供商和互联网内容提供商的服务质量需要提高。
。许多传统媒体行业在重新划分市场时面临着激烈的竞争。
有必要解决如何利用信息网络为广大用户，特别是直接创造财富的制造企业提供更多更好的服务的问题。
3.2制造网络工程的研究现状
市场的全球化使得企业间的竞争更加激烈，一系列现代生产模式和制造理念应运而生，这就要求改变企业现有的组织结构，实现项目任务协同工作组、虚拟团队和各种合作组织等多种敏捷组织形式，建立以协同为主导的“竞争-合作-协作”机制。随着网络技术和计算机技术的发展，处理制造业中的海量信息，推动敏捷企业网络工程的建立成为可能。
3.2.1国外典型研究[2 ~ 6]
(1)1994年，美国能源部提出了“敏捷制造的使能技术(团队)”，将产品设计和制造结合起来，建立了“产品实现过程模型”；
(2) "fan "于1995年建立，是一个国家工业数据库，提供生产能力、各种工程服务、产品及其价格和性能数据、销售和用户服务以及专门服务；
(3)1995年，Rockhead * Martin Airlines 空公司建立了“敏捷制造系统基础设施网络(aimsnet )”,通过使用互联网支持和管理敏捷企业的供应链；
(4)R&D通用电气公司计算机辅助制造网络(camnet)成立于1996年。它通过互联网提供各种制造支持服务，如产品设计的可制造性、过程模拟和产品测试等。，以便集成企业的成员可以快速连接和共享制造信息。这些网络主要服务于大公司的成员和客户。
3.2.2国内主要研究
(1)虚拟远程协同设计组织[7]主要强调产品设计和开发中获取设计知识的远程协作。中国企业有许多资源或潜在资源可以支持产品开发中设计知识的获取。这些资源和企业外部的资源应该集中在某个产品的开发上，并组织与企业一起进行设计知识，特别是获取新知识，以完成这个项目。各地对协同设计组织的新概念和关键技术进行了一些研究，并在实验室进行了一些局部和初步的实验，如上海交通大学与上海飞机制造厂异地联网实验；Xi交通大学、清华大学和上海交通大学也在不同地方规划合作设计网络，但这些工作仍处于起步阶段。
(2)分散网络化生产系统[5，8]强调生产系统的网络化。分散网络化是指通过使用信息和通信技术进行生产来组织动态的、地理上分离的群体，并以合理的成本将产品从设计快速转移到生产。产品设计、工艺、生产和工作条件的信息从一个生产单元传输到另一个生产单元进行测试。上海先进制造技术中心(上海交通大学)于1998年开始提供快速原型制造中心的互联网服务，同济大学也通过与香港一些中小企业的网络化合作进行了模具制造的实验。然而，这样一个系统需要进一步的研究和实际的支持措施。

4实施敏捷制造网络工程的建议

利用互联网和内联网构建敏捷制造网络集成平台，可以建立相关企业与高校、科研院所和研究中心的敏捷制造网络系统，实现基于网络的信息资源共享和设计制造过程集成；面向广大中小企业，建立基于网络的先进制造技术虚拟服务中心和培训中心。建立网络化制造工程，包括基于内联网的制造环境内部联网和基于内联网的制造与外部联系联网。

4.1基于intranet的制造环境内部联网
实现企业工程设计、管理信息系统等制造过程各子系统的集成，深化cad和cims技术的应用，提高计算机网络支持的新制造模式下的企业管理水平。
4.2基于互联网的企业与外部世界的信息交流
企业与外部世界的联系可以通过互联网实现，其主要内容如下:
(1)敏捷供应链将制造商、供应商和销售商的所有环节连接在一个环节上，并对其进行优化，从而使生产方式能够通过生产和配送以最快的速度转变为增值产品。这不仅降低了成本和库存，还优化了资源配置。更重要的是，它通过信息网络介绍企业及其产品，实现企业生产与销售的有效联系，实现物流、信息流和资金流的合理流动。
(2)公共数据中心建立公共数据中心，即在线制造资源信息库，即利用现代手段使信息和知识为尽可能多的需求者服务，并充分体现其价值。这里的资源包括剩余生产能力、特殊制造手段和cad/cae/cam软件。标准零件、通用零件和库；各类人才信息、技术信息和产品信息。
(3)远程服务系统远程服务是在资源需求者和提供者之间建立一个现代化的运输网络。特别是先进的制造技术和设备，如快速成型(rp)，往往是复杂和昂贵的，不能轻易购买所有的企业。另外，每个企业都单独拥有这样的资源，这往往导致资源的闲置和浪费。远程服务系统的建立可以很好地解决上述问题。要建立这样一个系统，首先要有一个拥有先进制造技术和必要设备资源的“服务中心”，然后研究internet/web分布式网络计算和网络安全支持技术，建立基于web客户机/服务器分布式计算模式、支持多用户多站点的远程服务系统架构。
(4)不同地方的设计和制造不受地域的限制，不同地方的一些企业形成动态联盟，合作开发同一产品，从而确保企业抓住转瞬即逝的市场机遇，赢得竞争。关键问题是分布式产品设计和制造的过程集成和管理，以及异构和跨平台的设计和制造工具。研究内容包括远程项目组织与管理、网络安全、数据交换格式、远程信息维护、远程监控机制等。
(5)虚拟学校不断变化的信息使得继续教育尤为重要。利用网络技术可以充分调动培训资源，形成虚拟的“先进制造技术学校”，在知识传授者和知识吸收者之间建立一个“多对多”的渠道，打破空的时间限制，让更多的劳动者能够获得知识。这就需要建设网上教学课程，建立由多个培训中心组成的培训网络，制作与网上教学相匹配的教材和视听材料，建立教与学的沟通机制和培训网络的运行机制，研究培训评估方法。为了提高培训质量，虚拟制造技术的研究应与在线培训相结合。

5制造网络实现的关键技术

在信息技术条件下，分布在世界各地的产品、设备、人员、资金、市场等企业资源得到有效整合，采用多种合作形式，建立以网络技术为基础，以高素质员工体系为核心的敏捷制造企业运作模式。主要有以下几个关键技术:
(1)分布式网络通信技术[9 ~ 12]互联网、内联网、网络等网络特别是网络技术的实现可以提供一种支持成本低、用户界面友好的网络接入媒介，解决制造过程中用户接入困难的问题。
(2)网络数据访问和交换技术网络按照综合分布框架系统存储数据信息，按照数据的地理分布存储各地的数据备份信息。产品开发、设计和制造的集成信息存储在公共数据中心，由数据中心协调和管理，数据访问由数据中心通过各功能组的授权实现。
(3)cims科技cims工程项目主要包括生产计划管理、自动化制造系统技术信息管理、工程数据库管理、办公自动化、决策支持、质量保证和库存管理等应用子系统的开发。系统平台集成和应用子系统间的数据信息交换是企业间成功实施动态联盟的技术基础。
(4)协同工作技术利用计算机在一定时间内(如产品生命周期中的一个阶段)和一定的空时间内(如产品设计师和制造工程师并行解决问题的集合所形成的空时间)同时进行并行产品开发，在并行产品开发过程中，多功能组和多功能组中的专家由于目的、背景和领域知识水平的不同，不可避免地会产生冲突。因此，有必要共同努力解决各方的矛盾和冲突，最终达成一致。
(5)工作流管理的主要特点是实现时间组合过程中人机交互的自动化。所涉及的主要内容是工作任务的整体处理过程、工作组成员之间根据一套定义的规则和既定的共同目标交换的文本文件以及各种多媒体信息或任务。工作流管理系统是一个软件系统，用于分布式环境中工作任务之间的协调或协作处理。

6摘要

打破小单位、小行业的局限，在政府支持下，实行产学研结合，深度开发和广泛利用信息资源，建立敏捷制造网络工程，加快制造业的数字化、网络化和敏捷化。这不仅对制造业自身转型和区域信息港建设具有非常重要的战略和现实意义，而且能够实现近年来发展异地设计制造、网络服务、在线数据共享和在线培训的预期目标，必将推动企业信息化进程。

编辑华恒

基金项目:国家自然科学基金重点项目(59889505)；国家高技术项目(9846-003)
作者简介:严娟琪，女，1946年出生。上海交通大学机械工程学院院长、教授(上海200030)。主要从事计算机集成制造领域的研究工作。倪严蓉，女，1972年出生。上海交通大学机械工程学院博士生。马登哲，男，1940年出生。上海交通大学机械工程学院教授。

参考文献:
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