面向产品生命周期的网络化制造

1、引言

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。网络化制造具有敏捷性、协同性、多样性、虚拟性、动态性以及多维差异性（时域、空间及参与者等）等特点，其技术上以网络技术与信息技术为支撑、体现了多种技术和理论的统一与集成。

2、网络化制造模式下的产品生命周期

管理的需求

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。

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，其中协作、调整服务于联盟运作阶段；产品全生命周期包括市场需求、计划、设计、采购、生产、销售及服务等过程，网络联盟企业源于市场、由需求驱动，产品生命周期同样始于市场需求，并随着产品的回收而结束，如图1所示。在产品交付市场后，各企业间的协作控制机制会相对缩弱，由于网络联盟企业的解体涉及到很多社会科学，诸如法律、知识产权及雇佣体系等问题，从而影响产品生命周期中末期阶段的运作，这些都有赖于相关社会科学、法律机制的进一步健全与完善。

图1 网络联盟生存周期与产品全生命周期

3、面向产品生命周期管理的网络化制造平台

（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一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。

a. 支持产品数据的异地、动态共享。

b. 支持盟员企业的动态组合与参与。参与网络联盟的企业其核心业务不同，同时，其信息化程度也不尽相同，在将其纳入联盟之后必须为其提供必要的信息技术支持，以保证整个系统以及组织行为的顺利运作，所以要求系统必须具有良好的柔性与自适应能力。

c. 独特的敏捷性。

d. 异构兼容性。

e. 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。

f. 完善的服务机制与技术支持。由于网络化制造系统是一个大系统，单纯依靠企业的参与是不够的，还应该依托大专院校、科研院所以及其它社会资源，PLM系统可以与其它外部系统进行互访问甚至操作，为各制造企业提供强大的技术支持与援助对于不同地域的企业，特别是跨国企业操作，有时还需要考虑文化差异以及法律机制的支持。

面向产品生命周期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。面向产品生命周期的网络化平台的功能框架如图2所示，平台综合了网络联盟管理与产品生命周期管理的需求。包括2个层面上的管理，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。

图2 面向产品生命周期的网络化制造平台

（2）网络化制造环境的管理功能需求

a. 市场与客户管理。网络联盟的构建起源于市场机遇与客户需求，好的机遇可能稍纵即逝。所以平台需要提供市场与客户管理功能，通过该功能来捕获市场信息和客户需求，从而为联盟的构建提供信息支持与功能指导。

b. 联盟管理。包括联盟企业的管理以及联盟企业的信息管理，其中盟员企业管理包括盟员企业寻求、伙伴选择、伙伴精选、合同签订及后期跟踪等；联盟企业的信息管理包括盟员企业的技术信息管理、盟员产品开发资源管理及业务能力的确定等。

c.项目管理。联盟的成立是项目驱动型的，当一个市场机遇成为一个联盟的业务核心时，项目管理就启动运行。联盟组织的项目管理不同于一般意义上的项目管理，由于联盟涉及到不同的资源，每个联盟企业有其自己的核心业务，所以需要结合联盟企业的核心业务能力来进行项目的配置与管理。包括项目的范围管理、时间管理、成本管理、计划与进度管理、质量管理、风险管理以及协调管理等。

d. 产品协作开发管理。其反映了企业、客户、供应商及合作伙伴在产品开发阶段的参与所体现的协同。包括组织管理、设计数据管理、设计流程管理及协同管理等。实现对产品设计图、应用工程图、文件及数据等设计制造资源的远程访问、查询、修改、认证与传送。鉴于协同产品开发的异地性，通过电子白板、在线交谈、视频会议和电子邮件等形式，方便产品开发人员的交流与协作。

e. 产品异地制造管理。制造资源是网络联盟制造中的重要资源。通过异地制造管理，根据联盟企业提供的细化至车间层、甚至设备层的信息，对异地制造资源（包括人员、车间及设备等）进行规划，从而实现制造资源的快速配置，保证产品正常交货。

（3）网络联盟企业内部的业务管理

a. 项目驱动的产品开发。参与产品开发的联盟企业，在加入网络联盟后，应根据联盟制造的要求，成立企业内部的项目团队，通过项目团队的协作开展项目。同时，项目开发团队还需要与联盟中的其他企业的项目团队或项目开发人员进行协作和交流。

b. 协作关系与协作过程管理。协作的有效性和冲突处理的效果直接影响到协同产品开发过程的时间和质量。通过系统所提供的协同管理模块，改善并解决企业间及企业内部的冲突，提高产品开发人员的协作效率，促进开发过程的快速收敛。

c. 其它。网络联盟制造最终需要各联盟企业内部的人力、资源的支持，在联盟制造进行过程中，要充分发挥企业已有的资源和系统的作用，尽可能通过已有系统的集成、支持完成整个联盟的运作。

（4）系统实现的关键技术

a. 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。

b. 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。

c. 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。

d. 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。

e. 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。

f. 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。

利用Internet将2个或多个相互独立的盟员企业间的数据库连接在一起，每个当地的数据库都是独立的，拥有自己的数据模型及规则和权限定义；同时，各企业针对异地用户，对网络化制造平台中业务对象和数据对象的异构处理作出明确规定。当用户访问异地企业并对数据进行存取操作时，该用户可以将访问对象复制到本地应用系统中，建立原始对象的本地副本，在本地对该副本进行修改，而无需考虑原始对象，然后把被更改的副本作为原始对象的新版本存放在本地数据库中。将位于异地系统中的原始对象与存放在本地的、新的或被更改的副本之间建立起一种网络式联系，其它地点用户可以通过网络来浏览该对象的各种版本。这样，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。

g. 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。如网络联盟的组建过程中，盟主企业需要根据各盟员企业的实际能力进行评判，从而选择盟员企业，可以参考文献[6]中提出的应用聚类方法对网络联盟企业进行甄选的算法。对于在产品协同设计的约束消解问题，文献[7]中提出了基于遗传算法的约束满足问题求解。针对异地制造过程中的制造资源管理，文献[8]采用模糊层次分析对其进行了评价和选择。

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是其中的思路之一。网络化制造模式下的产品生命周期管理必须针对网络化制造模式所提出的问题，通过与网络联盟企业的势力与资源相结合来组织和实施。

来源：《机械与电子》