摘要:根據敏捷制造生產模式下產品型中小企業的特征,在分析產品型中小企業計算機輔助工藝設計特點的基礎上,提出了協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實現協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;協同工藝設計;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ＣＡＰＰ系統的特點

    (1)企業模式應是在行業內若干家產品型中小企業組成企業聯盟,選舉某一骨干企業為盟主企業,其他企業成為其盟員企業,形成“一主多從”的企業模式。通過網絡進行協同工藝設計,有效地縮短設計周期,以適應敏捷制造環境的要求。
    (2)企業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和加工對象,支持制造資源的動態重組和優化配置。
    (3)ＣＡＰＰ系統能“柔性”地適應動態制造環境及加工對象,即設備資源庫、加工工藝知識庫、工裝庫等應具有適應動態變化的能力。通過工藝制造資源建模,實現對不同制造環境下資源的快速定制,使ＣＡＰＰ系統適應制造資源的動態變化。
    (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同時操作和信息共享。
    (5)對中小型企業,ＣＡＰＰ系統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,將系統分解為針對不同零件類型和制造環境的工藝設計子系統,或劃分為由若干功能有限的子系統,駐留于網絡服務器或開放的工件站上,即ＣＡＰＰ系統結構要具有動態變化性,實現系統的模塊化劃分和管理。
    (6)ＣＡＰＰ系統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中傳統ＣＡＰＰ系統的合理成分,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　建立協同工藝設計的關鍵支撐技術

    協同工藝設計實質上利用網絡協同設計原理,總結ＣＡＰＰ系統的共性和特征,構建一些通用的協同設計應用構件,建立協同工藝設計系統。為了適應敏捷制造環境,實現基于網絡的協同工藝設計,ＣＡＰＰ系統必須滿足以下幾項關鍵技術要求。
    (1)企業建模技術
    中小企業為了能夠實現敏捷制造模式下的協同工藝設計,首先必須建立行業內的企業聯盟,推舉盟主企業,形成“一主多從”的企業模式,它是建立面向行業的協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網絡通信協議,采用瀏覽器服務器(Ｂ/Ｓ)模式,連接企業端和服務器端,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,是協同工藝設計實現系統快速重構,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系統分解成一個個具有獨立功能的子系統,這些具有獨立功能的子系統按其相互關系存儲在服務器端,成為系統不同功能的子系統,聯盟內企業通過瀏覽器訪問服務器端來選擇不同的工藝設計子系統,使ＣＡＰＰ系統結構具有動態變化性,適應敏捷制造的要求。
    (4)ＣＡＰＰ系統的重構技術
    ＣＡＰＰ系統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。協同工藝設計過程的核心程序依據不同零件類型和制造環境將ＣＡＰＰ系統分解為具有若干功能有限的子系統。通過Ｊａｖａ語言、ＶＢＳｃｒｉｐｔ和Ｊｓｃｒｉｐｔ語言將各個子系統以模塊的形式做成相應的ＡＳＰ程序放在服務器端,聯盟內企業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,是依據行業內中小企業自身的特點,不過多地強調ＣＡＰＰ系統工藝決策的自動化,以適用夠用為度。ＣＡＰＰ系統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系統仍難以實現。在中小型企業的協同工藝設計中,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盟企業,采用創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　協同工藝設計的體系結構

    針對上述分析,利用網絡協同設計原理,以盟主企業ＣＡＰＰ系統為基礎,總結盟員企業ＣＡＰＰ系統的共性和特征,建立基于網絡的協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系統中的各個用戶都是基于Ｉｎｔｅｒｎｅｔ/Ｉｎｔｒａｎｅｔ瀏覽器進行協同工作,是一個面向多用戶的開放式結構的應用系統。上圖體系結構的第1層是由聯盟企業和協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境和加工零件類型,服務器端ＡＳＰ程序被激活,系統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,完成ＣＡＰＰ系統的重構,并將重構后的ＣＡＰＰ系統以ＡＳＰ主頁的形式提交用戶。根據中小企業的特點,其工藝子系統采用基于實例的派生式和基于事件推理的創成式子系統。
    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境下實現協同工藝設計,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　協同工藝設計的實現方法

    協同工藝設計的實現方法是各成員企業將零件族矩陣、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系統應用程序。用戶使用現成的瀏覽器向Ｗｅｂ服務器發出請求后,Ｗｅｂ服務器接收并處理請求,查詢數據庫,執行應用程序, 生成新的工藝子系統,并將結果信息以ＡＳＰ頁面的形式返回各成員企業。在本系統中,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,數據庫開發選用Ｖｂ或Ｄｅｌｐｈｉ。

6　結語

    產品型中小企業的協同工藝設計是面向具體行業的,不是跨行業的通用平臺。協同工藝設計系統的開發,要考慮中小企業的技術特點和本行業的專業知識,通過行業協會、盟主企業、軟件公司共同開發和推廣。通過協同工藝設計,中小企業能夠將企業與其客戶、盟員和供應商緊密聯系起來,使本行業大量的中小企業加盟,獲得資源共享,加快新產品投放市場的速度,提高企業的核心競爭力。