基于Web的异地并行设计与制造系统研究

摘要本文研究了基于虚拟企业进行机电产品协同开发的过程，开发了一个支持虚拟企业组建、运行与解体的异地并行设计与制造系统，介绍了系统的基本框架与实现方法。
    关键字  虚拟企业 并行设计 产品设计 合作伙伴选择 PDM 多代理

    中图分类号：TH 122文献标识码：A

    0 引言

    目前国内很多企业均已引入CAD、CAM、CAE及各种NC机床或加工中心、FMS，对这些“自动化孤岛”的集成——系统级集成已有很多的研究。而随着信息技术和计算机网络技术的发展，企业集成的重心已经由系统级集成转向企业级集成[1]，异地协同设计与制造技术是企业级集成——建立虚拟企业的支撑技术。因此本文开发了一个面向机电产品的异地并行设计与制造系统。系统能达到如下三个设计目标：

    （1）支持虚拟企业的快速组建、优化运行与平稳解体。
    （2）基于此系统能进行紧密耦合的异地并行设计，用户间能无阻滞地交流信息和共享知识。
    （3）有效地保护知识产权，系统安全可靠。

    1 基于虚拟企业的机电产品开发

    本文根据机电产品开发的特点，将机电产品开发周期划分为以下三个阶段，如图1所示。在这过程中先后两次产生了虚拟企业：面向设计任务的虚拟企业与面向制造任务的虚拟企业。每次虚拟企业的生命周期都可分为市场机遇确认、虚拟企业组建、运行与解体四个阶段[2,3]。

    1.1 虚拟企业组建阶段 

    盟主企业响应某一市场机遇，根据用户需求确定产品功能并完成产品的概念设计[4]。然后对任务进行估计与初步分解，再通过招标/竞标的方式挑选合作伙伴组建虚拟企业。产品的概念设计与选择合作伙伴这两个关键任务必须是互相适应的。盟主企业根据概念设计的结果挑选合作伙伴，同时也要根据候选企业的实际情况及各种反馈意见来优化概念设计，争取合作伙伴对此市场机遇的最大认同，成功组建虚拟企业。这是一个不断沟通，多次调整的过程。概念设计与合作伙伴的选择必须同时考虑[5]，以得到最优的产品概念设计方案和最佳的企业组合。

    1.2 产品异地并行设计阶段 

    完成虚拟企业组建后应当根据新情况对概念设计具体化与优化，然后展开设计。对应产品的每一个零/部件都成立一个开发小组。本文认为机电产品的设计过程实际上是产品结构树的逐层展开与相应的开发小组同步成立的过程，如图2所示。开发小组是人员组织的最小单位，由有不同专长的企业成员组成。开发小组成员在小组中承担不同的角色，以完成不同的任务。一个成员可以在组内担任多个角色，或参加多个开发小组。通常每个开发小组设置四种角色：小组领导、设计员、审核员与工具分析员（CAE、DFMA等工具的操作者）。如有特殊需要，也可以增减角色（如销售代表或用户代表等）。
    典型的文档流程如图3所示。设计员将每一阶段的设计成果提交给小组其它成员。审核合格后，设计成果可在系统的Web服务器上预发布。任务总负责人和相关任务的设计员、负责人认可后正式发布。

    1.3 网络化制造阶段

    这个阶段就是一个面向制造任务的虚拟企业的生命周期。与面向设计任务的虚拟企业不同的是：它有明确的依据（即产品的设计结果）来挑选合作伙伴、进行协同工作。在这个阶段中有效的信息交流仍然是主要的问题。制造阶段的虚拟企业包含了原材料供应商、零部件加工者及标准件供应商、最终产品制造者、销售商等等，他们的活动的集合构成了一条供应链。敏捷供应链是支持动态联盟优化运行的重要使能技术。另外，零部件生产和产品的装配地点分散化，给产品的质量保证带来困难。因此有必要开发敏捷化供应链管理系统与远程制造质量监控系统。这两个系统尚未开发完成。

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                   图1基于虚拟企业的机电产品开发过程

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    2 系统结构

    相对于客户机/服务器（C/S）模式而言，浏览器/服务器（B/S）模式有跨平台、低成本、维护与升级方便、具有良好的开放性与可扩充性等优点[6,7]，因此本系统采用了三层B/S结构。第一层为Web浏览器；第二层（中间层）为各种ActiveX服务对象组件，为浏览器的请求服务；第三层为传统的服务资源，如数据库服务器等。该系统的工作过程如下：
    首先，任务发布者或盟主企业通过浏览系统的Web页面，登录系统，在信息代理的帮助下，表达、发布其对产品性能、外观、功能等的个性化需求信息。信息代理处理此需求信息后，访问需求信息数据库，生成设计任务列表。