网络化制造技术应用与发展趋势
摘要:本文对我国现有网络化制造技术进行了阐述, 并通过实例分析了网络化制造技术的应情况, 并对其发展趋势进行了分析。
关键词:网络化制造; 网格制造; 工作流管理; 虚拟企业; 网络化数控
所谓网络化制造是指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, 并在系统支持下, 突破空间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。
1网络化制造技术
虚拟企业技术:所谓虚拟企业(VE)又称动态联盟、虚拟组织(VO)、扩展企业(EE)、网络企业(NE),是当市场出现新机遇时, 具有不同资源与优势的企业为了共同开拓市场, 共同对付其他的竞争者组织的、建立在信息网络基础之上的共享技术与信息, 分担费用, 联合开发、互利的企业联盟体。
工作流管理技术:工作流是能够完全或者部分自动执行的经营过程, 它根据一系列过程规则, 文档、信息或任务能够在不同的执行者间进行传递与执行。其技术用于企业业务过程建模和业务过程分析; 帮助企业管理者更清楚了解其业务过程, 并发现业务过程中存在的问题和性能瓶颈; 支持企业管理信息系统的规范化设计和项目管理; 支持企业知识获取和知识重用; 支持企业业务过程的自动执行和监控。工作流管理系统是支持企业经营过程高效执行并监控其执行过程的计算机软件系统。在工作流管理系统支撑下, 通过集成具体的业务应用软件和操作人员的界面操作, 才能够良好地完成对企业经营过程运行的支持。所以, 工作流管理系统在企业或部门经营应用过程中, 起到业务应用软件系统集成与实施的作用。
虚拟车间技术:虚拟车间是面向动态多变的市场需求, 根据企业生产规划目标, 由企业内部同一车间或不同车间的部分资源, 在计算机信息与控制网络的支持下, 组织形成的一种相对稳定具有某种独立加工功能的逻辑实体, 它是虚拟企业的基本构成成分。它不仅对加工任务进行优化计划和分解, 而且对加工设备进行优化组合, 动态形成敏捷化制造单元。它强调加工设备的协调与合作, 采用虚拟制造单元的形式, 也就是加工设备在物理位置上不变, 而在生产组织和管理逻辑上则随着加工任务的变化而改变。通过对加工设备进行优化组合, 实现资源的动态柔性配置, 对变化的任务做出及时响应。
虚拟车间的管理和控制应服从于虚拟企业的组织和管理模式, 采用动态的联邦组织结构, 按照以下原则建立虚拟车间:保证硬件、数据库、操作系统和应用系统的异构互容机制, 满足分布式信息处理能力, 维护虚拟车间中的企业逻辑, 支持车间之间、车间层与企业层的访问协商, 保证信息访问的安全性, 提供访问系统信息资源的能力。
Agent 技术:在分布计算领域, 人们通常把在分布式系统中持续自主发挥作用的活着的计算实体称为Agent 。具有以下特征:
自主性:Agent具有属于其自身计算资源和局部于自身的行为控制机制, 能够在没有外界直接操纵的情况下, 根据其内部状态和感知到的环境信息, 决定和控制自身的行为。例如,SNMP 中的agent 就是独立运行在被管理单元上的自主进程。
交互性 :Agent能够与其他Agent(包括人), 用Agent 通信语言实施灵活多样的交互, 能够有效与其他Agent 协同工作。例如, 一个Internet 上的用户需要使用Agent 通信语言向主动服
务Agent 陈述信息需求。
反应性 :Agent能够感知所处的环境(可能是物理世界, 操纵图形界面的用户, 或其他Agent 等) ,并对相关事件作出适时反应。例如, 一个模拟飞机的Agent 能够对用户的操纵作出适时反应。
主动性:Agent能够遵循承诺采取主动行动, 表现出面向目标的行为。例如, 一个Internet 上的主动服务Agent, 在获得新的信息之后能够按照约定主动将其提交给需要的用户; 一个工作流管理Agent, 能够按照约定将最新的工作进展情况主动通报给有关的工作站。
网格制造(Grid Manufacture):网格是构筑在Internet 上的新兴技术, 通过调整共享的网络连接地理上广泛分布的异构资源(包括高速连接的异构计算机、数据库、科学仪器、文件和超级计算系统等), 用它们协同工作解决那些需要多CPU 和存储器来处理、访问的单个问题。网格可分为计算型网格和访问型网格。通过计算型网格用户可以使用到无限制的计算和数据资源; 访问型网格提供一组协同环境, 向用户提供资源和服务, 用户可以通过浏览器等访问网格。网格具有统一的软件标准和实现互操作的环境, 它的服务层能提供无缝的基础设施, 以形成用户希望的问题求解环境。网格由网格结构、核心网格中间件、用户级网格中间件、网格用户及入口等组成。网格制造又称制造网格(MG),在不占用超级计算机的情况下, 收集分散各地的空闲计算能力, 组成“一台”虚拟计算机, 使每个企业都有可能低成本地获得超级计算能力用于产品的设计。制造网络为解决我国电子产品制造业中产品开发创新能力不足、产品技术含量低的问题带来了机遇并提供了很好的共享平台。 开放式、网络化数控(ONCNC)技术:开放式数控系统的本质是数控系统的开发可在统一运行平台上, 面向机床厂家和最终用户, 形成系列化, 并可将用户特殊应用集成到控制系统中, 实现不同品种、不同档次的开放式数控系统。 IEEE 关于开放式系统的定义是:开放式系统能有效地运行于不同的平台之上, 可与其他应用系统相互操作, 并提供与用户交互的统一风格, 即所谓互操作性、可移植性、可伸缩性和可互换性。
网络数控通过网络、 Internet/Intranet将制造单元和控制部件相连, 或将制造过程所需资源(如加工程序、机床、工具、检测监控仪器等) 共享。网络化包括两个方面:内部网络(现场总线网络) 和外部网络。
内部网络:是数控系统内CNC 单元与伺服驱动及I/O逻辑控制等单元以现场总线网络连接。对于数控系统硬件, 开放性主要是指其计算机、网络、伺服系统及I/O逻辑控制等单元, 应该具有统一的互联标准, 以实现互换性。
外部网络:是数控系统与系统外的其他控制系统或外部上位计算机以网络连接。通过网络实现对设备的远程控制和无人化操作、远程加工程序传输、远程诊断和远程维修服务、技术服务, 并提高机床生产率。
2 网络化制造技术应用
2.1 数控机床厂的基于PDM 的DNC 系统:企业内部采用SQL 数据库存储数据. 建设完善的网络, 并配有ERP 和PDM 系统。DNC 与PDM 连接, 以便采用PDM 对NC 程序进行流程管理。基于PDM 的数控机床网络管理DNC, 它负责在机床上传程序时将其保存到数据库表中, 此数据库表通过ODBC 连接到PDM 中的相关库表, 机床所请求的NC 程序内容也是通过数据库来存取的, 以DNC 为核心建立DNC 通信平台主要完成全功能的NC 程序的双向传输、DNC 网络在线加工、设备加工信息采集。基于PDM 型式的NC 程序的管理, 以NC 程序为驱动的管理系统, 主要是对NC 程序进行刀具轨迹仿真,NC 程序内部信息的提取,NC 程序的流程管理, 特别是采用SQL 数据库的管理方式对NC 程序进行严格地管理。
2.2 区域柔性加工中心系统:我国电子行业在全国建立了五个区域柔性加工中心, 五个中
心通过区电网络实现中国电子科技集团公司与下属研究所之间的网络连接, 并通过此网络将需要加工的产品零件的设计数据传递到五个区域柔性加工中心进行设计加工处理实现网络化加工设计。
3 网络化制造技术发展趋势
网络化制造作为一种全新的制造模式, 集数字化、柔性化、敏捷化为基本特征。柔性化与敏捷化是快速响应客户化需求的前提, 表现为结构上的快重组、性能上的快响应、过程中的并行性与分布式决策。其优势在于:由金字塔式的多层次管理结构向扁平式的网络管理结构转变, 减少层次和中间环节, 加快信息的传递速度。并行工作方式将逐渐替代系统的顺序方式, 缩短工作周期, 提高工作效率。企业将向规模小型化和组织分子化方向发展, 即在大型企业中, 企业内部的单元对市场需求信息也将拥有快速自主的反应权力和能力。企业将通过网络组织、虚拟企业等形式建立灵活多样的企业间联盟, 实现企业内外资源的灵活有效配置。网络化制造的组成单元由一个个的企业变成由一个个具有一定功能的制造网络组成, 逐渐转变成网络制造。数控设备和具有自诊断、标准网络接口的智能化的数控系统转变。
参考文献
[1]程明辉等著:《先进电子制造技术技术》, 国防工业出版社 ,2008年
[2] 顾寄南:《网络化制造技术》, 化学工业出版社,2004年
[3]王宛山等著:《网络化制造》, 东北大学出版社,2003年
网络化制造技术应用与发展趋势
摘要:本文对我国现有网络化制造技术进行了阐述, 并通过实例分析了网络化制造技术的应情况, 并对其发展趋势进行了分析。
关键词:网络化制造; 网格制造; 工作流管理; 虚拟企业; 网络化数控
所谓网络化制造是指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, 并在系统支持下, 突破空间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。
1网络化制造技术
虚拟企业技术:所谓虚拟企业(VE)又称动态联盟、虚拟组织(VO)、扩展企业(EE)、网络企业(NE),是当市场出现新机遇时, 具有不同资源与优势的企业为了共同开拓市场, 共同对付其他的竞争者组织的、建立在信息网络基础之上的共享技术与信息, 分担费用, 联合开发、互利的企业联盟体。
工作流管理技术:工作流是能够完全或者部分自动执行的经营过程, 它根据一系列过程规则, 文档、信息或任务能够在不同的执行者间进行传递与执行。其技术用于企业业务过程建模和业务过程分析; 帮助企业管理者更清楚了解其业务过程, 并发现业务过程中存在的问题和性能瓶颈; 支持企业管理信息系统的规范化设计和项目管理; 支持企业知识获取和知识重用; 支持企业业务过程的自动执行和监控。工作流管理系统是支持企业经营过程高效执行并监控其执行过程的计算机软件系统。在工作流管理系统支撑下, 通过集成具体的业务应用软件和操作人员的界面操作, 才能够良好地完成对企业经营过程运行的支持。所以, 工作流管理系统在企业或部门经营应用过程中, 起到业务应用软件系统集成与实施的作用。
虚拟车间技术:虚拟车间是面向动态多变的市场需求, 根据企业生产规划目标, 由企业内部同一车间或不同车间的部分资源, 在计算机信息与控制网络的支持下, 组织形成的一种相对稳定具有某种独立加工功能的逻辑实体, 它是虚拟企业的基本构成成分。它不仅对加工任务进行优化计划和分解, 而且对加工设备进行优化组合, 动态形成敏捷化制造单元。它强调加工设备的协调与合作, 采用虚拟制造单元的形式, 也就是加工设备在物理位置上不变, 而在生产组织和管理逻辑上则随着加工任务的变化而改变。通过对加工设备进行优化组合, 实现资源的动态柔性配置, 对变化的任务做出及时响应。
虚拟车间的管理和控制应服从于虚拟企业的组织和管理模式, 采用动态的联邦组织结构, 按照以下原则建立虚拟车间:保证硬件、数据库、操作系统和应用系统的异构互容机制, 满足分布式信息处理能力, 维护虚拟车间中的企业逻辑, 支持车间之间、车间层与企业层的访问协商, 保证信息访问的安全性, 提供访问系统信息资源的能力。
Agent 技术:在分布计算领域, 人们通常把在分布式系统中持续自主发挥作用的活着的计算实体称为Agent 。具有以下特征:
自主性:Agent具有属于其自身计算资源和局部于自身的行为控制机制, 能够在没有外界直接操纵的情况下, 根据其内部状态和感知到的环境信息, 决定和控制自身的行为。例如,SNMP 中的agent 就是独立运行在被管理单元上的自主进程。
交互性 :Agent能够与其他Agent(包括人), 用Agent 通信语言实施灵活多样的交互, 能够有效与其他Agent 协同工作。例如, 一个Internet 上的用户需要使用Agent 通信语言向主动服
务Agent 陈述信息需求。
反应性 :Agent能够感知所处的环境(可能是物理世界, 操纵图形界面的用户, 或其他Agent 等) ,并对相关事件作出适时反应。例如, 一个模拟飞机的Agent 能够对用户的操纵作出适时反应。
主动性:Agent能够遵循承诺采取主动行动, 表现出面向目标的行为。例如, 一个Internet 上的主动服务Agent, 在获得新的信息之后能够按照约定主动将其提交给需要的用户; 一个工作流管理Agent, 能够按照约定将最新的工作进展情况主动通报给有关的工作站。
网格制造(Grid Manufacture):网格是构筑在Internet 上的新兴技术, 通过调整共享的网络连接地理上广泛分布的异构资源(包括高速连接的异构计算机、数据库、科学仪器、文件和超级计算系统等), 用它们协同工作解决那些需要多CPU 和存储器来处理、访问的单个问题。网格可分为计算型网格和访问型网格。通过计算型网格用户可以使用到无限制的计算和数据资源; 访问型网格提供一组协同环境, 向用户提供资源和服务, 用户可以通过浏览器等访问网格。网格具有统一的软件标准和实现互操作的环境, 它的服务层能提供无缝的基础设施, 以形成用户希望的问题求解环境。网格由网格结构、核心网格中间件、用户级网格中间件、网格用户及入口等组成。网格制造又称制造网格(MG),在不占用超级计算机的情况下, 收集分散各地的空闲计算能力, 组成“一台”虚拟计算机, 使每个企业都有可能低成本地获得超级计算能力用于产品的设计。制造网络为解决我国电子产品制造业中产品开发创新能力不足、产品技术含量低的问题带来了机遇并提供了很好的共享平台。 开放式、网络化数控(ONCNC)技术:开放式数控系统的本质是数控系统的开发可在统一运行平台上, 面向机床厂家和最终用户, 形成系列化, 并可将用户特殊应用集成到控制系统中, 实现不同品种、不同档次的开放式数控系统。 IEEE 关于开放式系统的定义是:开放式系统能有效地运行于不同的平台之上, 可与其他应用系统相互操作, 并提供与用户交互的统一风格, 即所谓互操作性、可移植性、可伸缩性和可互换性。
网络数控通过网络、 Internet/Intranet将制造单元和控制部件相连, 或将制造过程所需资源(如加工程序、机床、工具、检测监控仪器等) 共享。网络化包括两个方面:内部网络(现场总线网络) 和外部网络。
内部网络:是数控系统内CNC 单元与伺服驱动及I/O逻辑控制等单元以现场总线网络连接。对于数控系统硬件, 开放性主要是指其计算机、网络、伺服系统及I/O逻辑控制等单元, 应该具有统一的互联标准, 以实现互换性。
外部网络:是数控系统与系统外的其他控制系统或外部上位计算机以网络连接。通过网络实现对设备的远程控制和无人化操作、远程加工程序传输、远程诊断和远程维修服务、技术服务, 并提高机床生产率。
2 网络化制造技术应用
2.1 数控机床厂的基于PDM 的DNC 系统:企业内部采用SQL 数据库存储数据. 建设完善的网络, 并配有ERP 和PDM 系统。DNC 与PDM 连接, 以便采用PDM 对NC 程序进行流程管理。基于PDM 的数控机床网络管理DNC, 它负责在机床上传程序时将其保存到数据库表中, 此数据库表通过ODBC 连接到PDM 中的相关库表, 机床所请求的NC 程序内容也是通过数据库来存取的, 以DNC 为核心建立DNC 通信平台主要完成全功能的NC 程序的双向传输、DNC 网络在线加工、设备加工信息采集。基于PDM 型式的NC 程序的管理, 以NC 程序为驱动的管理系统, 主要是对NC 程序进行刀具轨迹仿真,NC 程序内部信息的提取,NC 程序的流程管理, 特别是采用SQL 数据库的管理方式对NC 程序进行严格地管理。
2.2 区域柔性加工中心系统:我国电子行业在全国建立了五个区域柔性加工中心, 五个中
心通过区电网络实现中国电子科技集团公司与下属研究所之间的网络连接, 并通过此网络将需要加工的产品零件的设计数据传递到五个区域柔性加工中心进行设计加工处理实现网络化加工设计。
3 网络化制造技术发展趋势
网络化制造作为一种全新的制造模式, 集数字化、柔性化、敏捷化为基本特征。柔性化与敏捷化是快速响应客户化需求的前提, 表现为结构上的快重组、性能上的快响应、过程中的并行性与分布式决策。其优势在于:由金字塔式的多层次管理结构向扁平式的网络管理结构转变, 减少层次和中间环节, 加快信息的传递速度。并行工作方式将逐渐替代系统的顺序方式, 缩短工作周期, 提高工作效率。企业将向规模小型化和组织分子化方向发展, 即在大型企业中, 企业内部的单元对市场需求信息也将拥有快速自主的反应权力和能力。企业将通过网络组织、虚拟企业等形式建立灵活多样的企业间联盟, 实现企业内外资源的灵活有效配置。网络化制造的组成单元由一个个的企业变成由一个个具有一定功能的制造网络组成, 逐渐转变成网络制造。数控设备和具有自诊断、标准网络接口的智能化的数控系统转变。
参考文献
[1]程明辉等著:《先进电子制造技术技术》, 国防工业出版社 ,2008年
[2] 顾寄南:《网络化制造技术》, 化学工业出版社,2004年
[3]王宛山等著:《网络化制造》, 东北大学出版社,2003年