面向产品生命周期的网络化制造的研究

0  前言

    如今，制造业面临着全球性的市场、资源、技术、人才以及知识的竞争；产品的复杂程度越来越高，生命周期越来越短，客户需求多样化等，使得传统的企业经营模式已完全不能适应这些挑战。依托网络技术与信息技术，现代企业迫切需要建立一种由市场驱动的、具有快速响应机制的制造模式——网络化制造，网络化制造是网络技术与现代制造技术的有机结合，是实施敏捷制造的核心技术。

1 网络化制造模式下的产品生命周期管理的需求

    研究网络化制造下的产品生命周期管理，必须首先考虑网络化制造本身的内涵与特性。网络化制造通过采用先进的网络技术、制造技术及其它相关技术，构建面向企业特定需求的基于网络的制造系统，并在系统的支持下，突破空间地域对企业生产经营范围和方式的约束，开展覆盖产品整个生命周期全部或部分环节的企业业务活动，实现企业间的协同和各种社会资源的共享与集成，高速度、高质量、低成本地为市场提供所需的产品和服务。

    网络化制造模式下的产品生命周期管理，需要与网络联盟企业生存周期相结合，并支持联盟企业中与产品有关的所有生产经营活动，覆盖产品全生命周期(如图1所示)的各个环节市场需求的快速变化使企业的生产方式逐渐由面向产品过渡到面向客户，未来的市场竞争主要取决于对市场信息的及时捕获以及对市场需求的快速响应。网络化制造模式下的网络联盟企业生存周期包括市场构思、盟员选择、联盟组建，联盟运作(协作、调整)及联盟解体4个部分。网络化制造模式下的网络联盟企业的组建以及产品的概念规划都来源于市场的需求，并在市场的监督下最终完成产品的制造以及销售。

图1 产品的全生命周期

    日趋激烈的全球竞争促使产品生命周期管理(Product Life—cycle Management，PLM)的内涵与应用不断外延。PLM是针对制造业的扩展型企业解决方案，以便于在公司的各个部门、用户、供应商之间共享产品数据。IBM产品生命周期管理(PLM)解决方案由达索系统公司的核心软件以及IBM的中间件、硬件和服务组成；PLM可以从企业资源计划(ERP)、供应链管理(SCM)、客户关系管理(CRM)系统中提取相关的信息，并使之与产品知识发生关联，进而使之用于扩展型企业，使从制造到市场、从采购到支持的所有人都能够更快速、高效地工作。这样就允许在公司间的整个网络上共同工作来进行概念设计、产品设计、产品生产、产品维护，对整个网络的操作就象对一个单独的机构操作一样。PLM允许扩展型企业在公司间共享产品的业务流程和产品知识，包括从提出概念到产品退出市场整个生命周期的各个阶段。同济大学沈斌教授等提出网络联盟生存周期与产品全生命周期的关系，如图2所示。

图2 网络联盟生存周期与产品全生命周期

2 面向产品生命周期管理的网络化制造平台技术

    网络化制造指导下的产品开发模式，使得传统意义上的产品开发变成了异地设计、异地制造装配等分布模式，由于对产品的需求、设计、制造、装配乃至销售服务等是由不同企业完成的，因此在产品的生命周期中的各个功能实现上也是分布的。业务的分布性决定了数据、知识和信息的分布性，联盟企业的分布性决定了各类市场资源、设计资源、制造资源以及人力资源的分布性，所以构建的网络化制造平台需要为各种分布性元素的协调与整合提供解决方案。网络化制造平台综合了网络联盟管理与产品生命周期管理的需求。一个层面是网络化制造环境的管理模式，另一个是参与网络化制造的联盟企业内部的业务管理。

    2.1 面向PLM的网络化制造的特点

    由于网络联盟是由地域差异的不同企业针对某市场机遇而临时组建的，各盟员企业之间存在经营模式的差异、组织结构的差异及信息化程度的差异等，造成了企业间信息交流的困难。为了构建这样一个面向PLM的平台，必须明确网络化制造模式下的产品开发流程以及网络联盟企业的资源、组织与生产管理模式；最终，要确定产品从市场需求、概念设计到回收的整个生命周期(包括企业联盟生存周期与产品生命周期)所包含的各个阶段和内容，以及不同阶段中所涉及到的信息分布与使用情况，同时必须了解整个生命周期中所有信息的交互与共享。因此，为了支持网络化制造的进行，需要从以下几方面进行。

    (1)支持产品数据的异地、动态共享。

    (2)支持盟员企业的动态组合与参与。

    (3)独特的敏捷性。

    (4)异构兼容性。

    (5)全生命周期数据的完整性与一致性。

    网络化制造中产品数据分散于不同的企业，构成了一个分散的数据库系统，PLM系统需抽取和管理这些不同数据之间关系，并进行关联。因此，PLM系统需要建立一个统一产品模型来存储生命周期所有阶段的产品、过程和资源的开发知识。同时，建立一个独立于各盟员企业自治数据库之外的所有与产品有关的数据和知识的唯一数据库，无论历史经验还是新信息都可以在产品生命周期中得到。

    (6)完善的服务机制与技术支持

    以制造资源的网络化服务为例，网络化制造资源服务系统属于分布式的网络体系结构。为了使系统具有良好的可扩展性、移植性和可靠性，服务器采用多层网络体系结构，即资源层、服务支撑层和应用服务层，系统框架如图3所示。

图3 资源服务的系统框架

3 系统实现的关键技术

    (1)项目管理技术。能让制造商、供应商和客户借助基于web的信息平台，通过项目计划编制、里程碑跟踪、任务分配和管理、信息资源共享、以及论坛与可视化等方式共同完成项目。

    (2)分布式网络通讯技术。Internet，Intranet及Web等网络技术的发展使异地的网络信息传输、数据访问成为可能。特别是Web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访问介质，解决制造过程中用户访问困难的问题。

    (3)CIMS技术。CIMS技术是一个大系统概念，该技术中包括企业经营以及产品开发的方方面面。此处所描述的CIMS技术主要指系统集成的概念，通过网络化平台，实现企业间集成，同时将联盟企业内部的系统与网络化平台进行一定程度的集成，为企业内外的数据交换提供平台支持。

    (4)协同工作技术。在一定的时间(如产品生命周期中的一个阶段)、一定的空间内(如产品设计师和制造工程师并行解决问题这一集合形成的空间)，利用计算机网络，小组成员共享知识与信息，避免潜在的不相容性引起的矛盾。同时，在并行产品开发过程中，多功能小组之间，多功能小组各专家之间由于各自的目的、背景和领域知识水平的差异必将导致冲突的产生。因此需要通过协同工作，解决各方的矛盾、冲突，最终达到一致。

    (5)基于PLM的工作流管理。其主要特征是在时间结合过程中实现人与计算机交互的自动化。主要涉及的内容是工作任务的整体处理过程、工作组成员间依据一组已定义的规则及已制定的共同目标所交换的文本文件、各种多媒体信息或任务。

    (6)基于网络的异构数据管理。对于网络联盟企业，由于不同的合作伙伴的核心业务模式不同，其工作重点也不同，协作中需要完成不同的任务。在产品开发过程中将产生大量的异构数据，如何对海量数据进行管理，是影响系统能否正常运行的瓶颈。我们提出了采用基于网络的异构数据管理方法对数据进行管理。

    通过网络不仅将合作伙伴独立的系统连接起来，使信息流畅通无阻，同时可以确保数据的一致性、完整性。

    (7)人工智能以及数学算法的支持。由于网络化制造是多资源参与、多过程并行及多信息共享的系统，所以在系统运行过程中存在决策、判断、优化及冲突消除等多种类型的控制策略，这需要一定的控制算法的支持。

4 结束语

    网络化制造作为信息时代的产物，其实现手段有多种形式。在我国，网络化制造与产品生命周期管理技术的应用都处于起步阶段。为了实现网络化制造的需求。通过构建面向整个产品生命周期的信息、组织以及过程的网络化制造平台便可实现。