浅谈网络化制造先进制造技术作业网络化制造技术.docx

1、浅谈网络化制造先进制造技术作业网络化制造技术浅谈网络化制造摘要：网络化制造是一种先进的生产模式。本文以拉斯维加斯游乐场喷泉发动机控制设备为例引出了网络化制造的先进生产方式，并以福特汽车公司、IBM公司和英特尔等公司的网络化制造展示了网络化技术在制造业中的应用优势。在此基础上，进一步具体介绍了网络化制造的基本特征及其定义，阐述了网络化制造的驱动力和网络化制造系统的体系结构组成，最后指出了实施网络化制造的意义和发展趋势。关键词：网络化，制造，先进生产模式，驱动力，体系结构1 前言随着信息技术和计算机网络技术的迅速发展，世界经济正经历着一场深刻的革命。这场革命极大地改变着世界经济面貌，塑造一种“新经

2、济”，即“网络经济”。面对网络经济时代制造环境的变化，需要建立一种按市场需求驱动的、具有快速响应机制的网络化制造系统模式。网络化制造是传统制造业在网络经济中必然要采取的行动，制造企业将利用Internet进行产品的协同设计和制造。通过Internet，企业将与顾客直接接触，顾客将参与产品设计，或直接下订单给企业进行定制生产，企业将产品直接销售给顾客。由于Internet无所不在，市场全球化和制造全球化将是企业发展战略的重要组成部分。由于在Internet上信息传递的快捷性，并由于制造环境变化的激烈性，企业间的合作越来越频繁，企业的资源将得到更加充分和合理的利用。企业内的信息和知识将高度集成和共

3、享，企业的管理模式将发生很大变化。因此，将网络化技术应用在制造业当中，将成为制造企业在21世纪的重要制造战略。2 网络化在制造业中的应用互联网正广泛地深入人类生活的各个领域，它不仅仅是通讯联络、查寻信息、销售产品的便捷渠道，也正成为制造业生产的重要工具。越来越多的消费者、商业公司正利用互联网上丰富的信息资源为自己设计产品，并通过互联网向生产厂家发送设计方案，然后使用在线银行账户付款订购产品。赌城拉斯维加斯Mandalay Bay游乐场的女老板南茜，对原来的游乐场喷泉发动机控制设备，从外观造型到内部设备的排列十分不满意，于是她上网查询全球各大型游乐场类似设备的相关资料，同时融入一些她自己的创意，

4、绘制出发动机控制设备的设计图，然后将自己的设计图通过互联网发送到Vicky Combs公司总部。Vicky Combs公司总部立即将她的设计图纸通过互联网发送到2000多英里远的生产车间，生产车间的设计室、材料供应部、财务部、生产调度室、每台机床的操作工人等所有人员都能通过车间局域网上的电脑相互进行及时的联系，设计室的工程师首先审核客户的设计图纸，然后直接与客户在互联网上进行联系，对客户的设计方案作必要的补充与修改，征得客户对最终设计方案的完全认可后，立即根据设计图纸制定出制造方案，绘出各零件的机械加工图，核算出各种成本，同时考虑应缴纳税及公司的利润等经营因素计算出产品的价格范围，然后公司的管

5、理人员通过互联网向客户提出报价，在网上双方就价格问题进行磋商，一番讨价还价后谈妥了成交价格，客户与生产厂家在网上签定合同。15分钟后，各种机器投入运行，开始制造这件价值3万美元的发动机控制器，4小时后，由马达、开关、继电器等机械电子设备组成的发动机控制器制造完毕，随即装上集装箱汽车运往拉斯维加斯。这就是网络化制造的典型范例，目前Vicky Combs公司95%的个人消费者和批发商都通过互联网自己设计产品，并远距离直接向工厂的工程师和技师定做他们的产品。网络化制造这个数字工厂与互联网联姻的产物，正以高速、快捷的生产方式吸引众多的商业公司采用这种先进的生产方式。或许大多数人会认为电脑与半导体等新兴

6、产业的生产商将充当这场产业革命的先锋。然而恰好相反，旧经济的典型Caterpiller公司和福特汽车公司却成了这场产业革命的领军人物。例如福特汽车公司与微软公司进行合作，由微软提供软件支持，当广大客户通过互联网访问福特汽车公司的网址时，在该公司的大型数据库中能查寻到各种车型的彩色照片及相关的详细资料，客户经过反复比较，选择好自己中意的车型后，在网上与福特汽车公司的销售部门联系，签定合同，福特汽车公司就为客户单独生产他们喜好的车型。Caterpiller公司则通过互联网向遍及全球的众多机械制造商定做大型设备的各个零部件，同时通过互联网与各国的工程承包商保持经常的联系，根据每家公司的需求单独定制各

7、种重型机械设备。Arctic Cat汽车公司通过互联网使远在香港的铸件供应商及亚洲其他城市的供应商与美国本土的工程师保持经常性的联络，以便他们能随时根据客户的爱好定做各式各样的汽车。IBM公司通过互联网对美国本土以外的8个电脑硬盘生产线的生产流水作业进行控制。位于芝加哥的Timken公司通过互联网，能在几分钟内确定远在奥地利、新加坡等世界各地该公司的货物仓库里每种商品的数量和存放的具体位置。英特尔公司已成为当今世界头号电子商务公司，通过互联网该公司成交的销售额为每月20亿美元。这位电脑芯片巨人运用互联网逐步取代传真、电话等传统通讯工具，飞速地扩展该公司在亚洲及世界其他新兴市场的销售额。英特尔公

8、司的首席执行官贝瑞特说：“为了始终保持在电脑芯片制造业的领导地位，我们必须不断前进。现在公司总部已经建立了12个在线指导中心，通过互联网向遍布世界各地的电脑芯片制造厂提供技术咨询服务，帮助运转生产线。”美国制造业的技术分析人士指出：网络化制造实际上已开展了相当长的一段时间，得益于互联网及电脑硬件目前先进的技术水平，使得大规模的网络化制造成为现实。通过互联网可以进行产品的设计、发送定单、签订合同、购买零件等，实现生产过程的自动控制，甚至对出厂后的产品进行跟踪调查、提供长期的维修保养服务。它把零件供应商、生产制造商、经销商、维修服务商、客户紧密联系在一起，使得各商业公司能为客户提供更高速快捷的服务

9、，加快产品的生产与销售，极大地提高了劳动生产率，并满足了每个客户的个性化需求。在紧急情况下，例如遇到紧急抢险任务，一辆汽车、一台发动机、一艘汽艇、一架飞机等均能在一天内制造出来，立即交付使用。公司的首席执行官通过互联网了解公司每个办公室、每个车间正在发生的一切事情，获得科学决策的第一手资料，发现问题并找出解决问题的办法。美国劳工统计局的报告显示：个人电脑和大型主机在工厂生产车间的初步应用，刺激美国的生产制造能力在19732000年间年增长3%5%。现在通过扩展、综合和发展早期的网络技术，美国的生产能力的增长率将达到空前的7%。由此可见，开展网络化制造模式及相关理论方法的研究，开展网络化制造系统

10、的实施与应用的研究，开展网络化制造相关软件平台与工具系统的开发，均具有非常重要的理论意义、应用价值和产业化前景。3 网络化制造的基本特征和定义国内外许多专家、学者、企业应用人员已经在网络化制造方面展开了大量的研究和应用实践，取得了丰硕的成果。其中，我国学者，针对，网络化制造的相关问题开展了许多具有开创性的研究工作，为进一步深入研究网络化制造的相关理论、方法、工具、系统和应用奠定了良好的基础。3.1网络化制造的定义在分析了网络化制造的基本特征的基础上，下面给出网络化制造、网络化制造系统和网络化制造技术的定义和解释。(1)网络化制造网络化制造是企业为应对知识经济和制造全球化的挑战而实施的以快速响应

11、市场需求和提高企业(企业群体)竞争力为主要目标的一种先进制造模式。通过采用先进的网络技术、制造技术及其他相关技术，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，如产品设计、制造、销售、采购和管理等，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。网络化制造定义中所指的网络技术，包括因特网、企业内联网和企业外联网技术；企业间协同包括产品设计协同、制造协同、供应链协同和商务协同；社会资源包括制造资源、智力资源和环境资源。作为一种先进制造技术

12、与网络技术结合的先进制造模式，网络化制造为企业指出了在网络环境下，通过企业间协同，集成和利用全社会资源，开展企业的生产经营管理活动的指导思想。在这一思想指导下，结合企业具体应用需求，构建特定的基于网络的制造系统，为企业的业务运作提供系统和工具上的支持。因此，网络化制造既包括通用的基础性的网络化制造模式、理论和方法，又包括结合企业具体需求构建的各种形式的网络化制造系统，还包括一批支持网络化制造系统的规划、组织、设计、实施、运行和管理的技术。(2)网络化制造系统网络化制造系统是企业在网络化制造模式的指导思想、相关理论和方法的指导下，在网络化制造集成平台和软件工具的支持下，结合企业具体的业务需求，设

13、计实施的基于网络的制造系统。这里，所指的制造是大制造的概念，既包括传统的车间生产制造，也包括企业的其他业务。根据企业的不同需求和应用范围，设计实施的网络化制造系统可以具有不同的形态，每个系统的功能也会有差异，但是，它们在本质上都是基于网络的制造系统，如网络化产品定制系统、网络化产品协同设计系统、网络化协同制造系统、网络化营销系统、网络化资源共享系统、网络化管理系统、网络化供应链管理系统、网络化设备监控系统、网络化售后服务系统和网络化采购系统等。(3)网络化制造技术网络化制造技术是支持企业设计、实施、运行和管理的、基于网络的制造系统涉及的所有技术的总称。图3-1 网络化制造概念图3.2网络化制造

14、的基本特征网络化制造具有丰富的内容，其内涵尚处于不断发展过程中，总结当前的研究成果，可以归纳出网络化制造的基本特征：(1)网络化制造是基于网络技术的先进制造模式它是在因特网和企业内外网环境下，企业用以组织和管理其生产经营过程的理论与方法。(2)覆盖了企业生产经营的所有活动网络化制造技术可以用来支持企业生产经营的所有活动，也可以覆盖产品全生命周期的各个环节。(3)以快速响应市场为实施的主要目标之一通过网络化制造，提高企业的市场响应速度，进而提高企业的竞争能力。(4)突破地域限制通过网络突破地理空间上的差距给企业生产经营和企业间协同造成的障碍。(5)强调企业间的协作与全社会范围内的资源共享通过企业

15、间的协作和资源共享，提高企业(企业群体)的产品创新能力和制造能力，实现产品设计制造的低成本和高速度。(6)具有多种形态和功能系统结合不同企业的具体情况和应用需求，网络化制造系统具有许多种不同的形态和应用模式。在不同形态和模式下，可以构建出多种具有不同功能的网络化制造应用系统。4 网络化制造的驱动力网络化制造是在网络经济情况下产生并得到广泛应用的先进制造模式。与其他先进制造模式的产生和应用背景一样，网络化制造这种先进制造模式的产生也是需求与技术双轮驱动的结果。需求是网络化制造模式产生和应用的基础，技术是网络化制造模式使用的条件。对网络化制造技术的需求一方面来自于市场竞争的压力，另一方面来自于企业

16、提高自身生产经营管理水平的需要。信息技术与网络技术，特别是因特网技术的迅速发展和广泛应用，促进了网络化制造这一先进制造模式的研究和应用。网络化制造的技术驱动力，首先来源于企业生经营中心的转变，随着市场竞争的日益激烈，企业的生产经营围绕的中心主题也在不断地变化。概括起来看，企业的生产经营围绕的中心主题，经历了以生产和产品为中心，到以客户为中心的转变过程，企业必须采用先进的网络化制造技术，从与客户建立业务关系、签订产品订单开始，到用户参与产品设计、了解产品的制造进展情况，直到为用户提供基于网络的产品全生命周期的优质服务和技术支持，这样，才能够真正实现以客户为中心的企业生产经营战略。同时，网络化制造

17、的技术驱动力还来源于以下因素: 企业产品设计生产管理模式的创新，从最初的独立设计、独立制造，到目前的设计制造集成，并且向着产品的全生命周期管理的方向发展； 企业信息技术应用范围的扩大，在广度上，从部门级应用、企业内集成，发展到了企业间集成；在深度上，从信息集成、过程集成，发展到知识集成、先进制造技术的发展和应用。先进制造技术的发展，是以先进的信息技术和网络技术作为核心使能技术的，尤其是敏捷制造模式的应用和动态联盟企业的运行，更离不开网络技术的支持，网络化制造技术是实施敏捷制造的核心使能技术，同时，其本身又是先进制造技术与网络技术结合的产物，是先进制造模式在因特网环境下的发展和应用； 网络技术的

18、日益成熟，将为网络化制造模式的实施提供了有力的技术支持。网络化制造模式是在企业生产经营中心不断转变、产品设计生产管理模式日益创新。企业信息应用技术范围不断扩大、先进制造技术不断发展和应用、网络技术日益成熟的趋势下产生的，在这些先进技术和方法的支持与驱动下，网络化制造技术和系统在企业得到了越来越广泛的应用。随着网络技术的进一步发展，许多新的技术将不断出现，如高速网络技术、网格计算技术等，这些新技术的发展和应用将不断促进网络化制造技术的发展和应用，同时，在网络化制造技术的发展和应用过程中也会对网络技术提出许多新的需求，如网络安全问题、网络可靠性问题、网络传递速度和质量问题等，这些需求有反过来促进网

19、络技术的研究和发展。5 网络化制造系统的体系结构5.1网络化制造系统体系结构的概念所谓网络化制造系统，是指企业在网络化制造模式的指导思想、相关理论和方法的指导下，在网络化制造集成平台和软件工具的支持下，结合企业具体的业务需求，设计实施的基于网络的制造系统。这里所说的制造，是指大制造的范畴，它既包括传统的车间生产制造，也包括企业的其他业务。而网络化制造系统的体系结构则是描述网络化制造系统的一组模型的集合，这些模型描述了网络化制造系统的功能结构、特性和运行方式。探讨网络化制造系统体系结构的目的在于更加深入地分析和描述网络化制造体系的本质特征，并基于所建立的系统模型进行网络化制造系统的设计实施、系统

20、改进和优化运行。5.2网络化制造系统体系结构的视图构成根据制造业的发展历史和现状，现代制造业的组织形态和关联模式可总结为以下几种：独立企业、企业集团、制造行业、制造区域和动态联盟等。为此，将建立了一组包括面向独立企业、面向企业集团、面向行业、面向区域和面向系统的体系结构又包括了功能视图、资源视图、过程视图、信息视图和组织视图等五个视图。根据不同网络化制造系统模式，各视图将结合该模式的特点有不同侧重点和表达形式，但其内涵是一致的，各视图的内涵分别是：（1）功能视图：描述网络化制造系统中较稳定的静态功能组成（静态视图）和动态功能联系（动态视图）。（2）信息视图：描述网络化制造系统的信息结构（静态视

21、图）、信息流动和信息处理过程（动态视图）。（3）资源视图：描述网络化制造系统中的设备、物流等系统资源配置（静态视图）以及资源流模型（动态视图）。（4）组织视图：描述网络化制造系统中的组织构成（静态视图）和组织方式（动态视图）。（5）过程视图：描述网络化制造系统中涉及上述四个视图的业务流程构成（静态视图）与运行过程（动态视图）。图5-1网络化制造系统体系结构由于网络化制造系统的复杂性，只从某一角度来描述网络化制造系统的体系结构难以反映网络化制造系统的各个方面的特性以及各方面之间的内在有机联系。众多研究成果表明，只有用多视图才能对网络化制造系统做出整体的描述。但究竟用几个视图才能既全面描述，又尽量

22、减少冗余呢？基于广义建模的分解-联合的建模方法，并参考国内外在这方面的研究状况，提出了上述五个视图的网络化制造系统体系结构，即将网络化制造系统放在一个五维空间中进行描述与分析：（1）从图5-1中可以看出，功能视图、信息视图、资源视图和组织视图分别从不同的侧重点描述网络化制造系统，从而突出网络化制造系统某一方面的体系结构，但他们之间的联系比较松散，难以得到完整的系统全貌。为保持描述的一致性和相关性，引入了过程视图。由于过程视图在描述过程中要同时涉及其他四个视图之间的关系，因此过程视图处于中心位置，将功能视图、信息视图、资源视图和组织视图结合成了一个有机整体。从广义建模的角度，图5-1可以作为是网

23、络化制造系统体系结构的一个全局视图。（2）五视图体系结构是一种通用结构，对于具体的网络化制造系统其描述的侧重点各有不同。（3）各视图均分为静态视图和动态视图两个部分，用来描述其静态结构和动态结构特性。基于上述考虑，图5-2给出了网络化制造系统体系结构的主要内容，即网络化制造系统结构由一组从五个角度描述网络化制造系统的动态视图、静态视图和一组建模、分析方法集所组成。其中具体的建模方法包括有IDEF0、IDEF1X、Petri网、GRAI等等。图5-2网络化制造系统体系结构的主要内容6 网络化制造的关键技术 1.制造系统的敏捷基础设施网络（AIMS Net， Agile Infrastructur

24、e for Manufacturing System） AIMS Net包括供应商信息、资源和伙伴选择、合同与协议服务、虚拟企业运作支持和工作小组合作支持等。AIMS Net是一个开放网络，任何企业都可在其上提供服务，而且这个网络是无缝隙的，因为通过它，企业从内部和外部获得服务没有任何区别。通过AIMS Net可以减少生产准备时间，使当前的生产更加流畅，并可开辟企业从事生产活动的新途径。利用AIMS Net可把能力互补的大、中、小企业连接起来，形成供应链网络。企业不再是“大而全”、“小而全”，而是更加强调自己的核心专长。通过相互合作，能有效地处理任何不可预测的市场变化。 2.CAM网络（CAM

25、 Net）CAM Net通过Internet提供多种制造支撑服务，如产品设计的可制造性、加工过程仿真及产品的试验等，使得集成企业的成员能够快速连接和共享制造信息。建立敏捷制造的支撑环境在网络上协调工作，将企业中各种以数据库文本图形和数据文件存储的分布信息通过使能器集成起来以供合作伙伴共享，为各合作企业的过程集成提供支持。 3.网络化制造模式下的CAPP技术 CAPP是联系设计和制造的桥梁和纽带，所以网络化制造系统的实施必须获得工艺设计理论及其应用系统的支持。因此，在继承传统的CAPP系统研究成果的基础上，进一步探索网络化制造模式下的集成化、工具化CAPP系统是当前网络化制造系统研究和开发的前沿

26、领域。它包括：基于Internet的工具化零件信息输入机制建立，基于Internet的派生式工艺设计方法，基于Internet的创成式工艺设计方法等。4.企业集成网络(Enterprise Integration Net) Enterprise Integration Net提供各种增值的服务，包括目录服务、安全性服务和电子汇款服务等。目录服务帮助用户在电子市场或企业内部寻找信息、服务和人员。安全性服务通过用户权限为网络安全提供保障。电子汇款服务支持在整个网络上进行商业往来。通过这些服务，用户能够快速地确定所需要的信息，安全地进行各种业务以及方便地处理财务事务。应用制造系统通过因特网联系起来，

27、在空间和功能上是分散的。可构建敏捷制造网络集成平台，利用企业内部局域网，负责企业的一切生产活动；利用互联网实现基于网络的信息资源共享和设计制造过程的集成，将有关企业和高校、研究所和研究中心等结合成一体，成立面向广大中小型企业的先进制造技术数据中心、虚拟服务中心和培训中心，开展网上商务。建立网络化制造工程的框架结构包括基于Intranet的制造环境内部网络化和基于Internet，制造业与外界联系的网络化。7 实施网络化制造的意义随着经济的全球化和信息化水平的快速提高，世界制造业正在进行着一场深刻的战略性变革。从制造业环境看，企业面临的不在是由生产拉动内需，而是需求拉动生产的市场。市场对产品的要

28、求是质量高、品种多及产品交货期短，这对制造企业突出了极大地挑战。从技术角度出发，制造业已不再局限于先进的制造加工技术，而应是集机械、电子、光学、信息科学、计算机科学、材料科学、激光、管理学等最新成就为一体的新兴技术。原有的传统制造理念已不能适应个性化需求日益增长的竞争市场，现代制造必须有效地结合先进的计算机软硬件技术、网络技术及相关的先进管理理念，才能谋求长足的发展。从制造模式的角度出发，制造业随着经济的全球化也开始步入全球的一体化。从采购、设计到制造加工，再到销售，已不再局限于某个企业、某个集团、或者是某个国家。地域的分散性，必将给企业的经营和管理带来诸多的不变，随之而来的事制造成本的增加。

29、如何有效地组织管理分散在各地的制造资源，是当代制造企业必须解决的问题。网络化制造概念和技术的提出，是对传统制造组织形式的全新变革。它借助有效地网络设施和计算机信息技术，根据各类客户的需求，动态选择组件基于项目的制造联盟组织。在该制造模式下，企业可以充分发挥自身的优势，利用合作伙伴的资源和技术，快速高效的响应市场。网络化制造实施的关键在于企业之间有效地信息交互和资源共享，先进的网络技术和信息传输手段为解决企业的“信息孤岛”问题提供了有效地途径。这些将加快各类信息在供应链上的传递，增强协作能力，最终降低企业的综合成本，实现了企业之间既竞争又合作的双赢。实施网络化制造最重要的意义是通过网络化带动信息

30、化，通过信息化带动工业化，实现用高薪技术改造和提升传统产业的目标，促进我国制造业走向世界，并为提高我国制造业在世界经济中的地位起到重要的推动作用，从而确保我国经济的繁荣与可持续发展。实施网络化制造可以从整体上提高我国制造业的水平、提高企业竞争力。具体来说，实施网络化制造具有以下意义。（1）实现区域/行业内资源优化配置。在我国传统制造企业密集的地区或行业，制造资源密集，技术力量比较雄厚，但由于长时期实行计划经济，各地区或各部门自成体系，重复投资，现有的制造资源不能充分发挥作用。解决资源重复浪费问题，是这些地区企业/行业利用存量资源、实现经济起飞的突破口。解决的方法是实施网络化制造技术，实现区域/

31、行业内跨越企业的合作，从而达到优化利用企业的各种资源的目的。（2）实现区域/行业内产业升级与结构调整。实施网络化制造，通过推进各地区/行业技术创新体系的建设，可以提高区域/行业内企业的产品创新能力，实现区域/行业内企业的合理专业分工与配套，并由此带动软件及中介等技术服务产业发展，形成新的产业优势，最终实现区域/行业内产品升级和产业升级，促进产业结构调整。（3）加强跨越地域的合作与交流，实施网络化制造技术，可以使企业跨越地域限制，以成为国际制造业供应链中重要一环，从而使企业走向全球，参与全球化的合作和竞争以适应21世纪制造业的发展趋势。对于中西部地区的企业来说，与沿海地区存在着地理位置的差距，不

32、像沿海地区有着与外界合作交流的便利条件。采用网络化制造技术，可以直接与外界进行合作与交流，从而跨越地理位置所带来的障碍。（4）建立网络化设计制造技术服务体系。通过在各地区建立网络化设计制造技术服务中心，通过网络化技术培训、网络化技术咨询，可以解决许多企业专业技术人才不足问题。另外，通过全国范围的网络化技术协作，可以实现专业配套，降低开展网络化设计制造技术应用的难度。（5）支持动态联盟的优化运行。动态联盟是现代生产组织模式，该模式强调信息的价值，强调企业要依靠快速及时地发布信息来让外界迅速了解自己。区域/行业内各个企业在统一协调管理下，通过供应链与知识链形成较灵活的动态联盟机制，通过全行业协同发展，提高整体竞争实力。总之，开展网络化制造对于加强企业与企业之间的协同与合作，实现区域/行业内的企业之间的信息资源、人力资源及设备资源的共享和互补，共同提高对市场需求的反应速度，提升制造企业的总体水平具有重要意义。8 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