網絡化制造技術應用與發展趨勢

吳鵬程

摘要：本文對我國現有網絡化制造技術進行了闡述,并通過實例分析了網絡化制造技術的應情況，并對其發展趨勢進行了分析。

關鍵詞：網絡化制造；網格制造；工作流管理；虛擬企業；網絡化數控

所謂網絡化制造是指通過采用先進的網絡技術、制造技術及其它相關技術, 構建面向企業特定需求的基于網絡的制造系統, 并在系統支持下, 突破空間對企業生產經營范圍和方式的約束, 開展覆蓋產品整個生命周期全部或部分環節的企業業務活動, 實現企業間的協同和各種社會資源的共享與集成, 高速度、高質量、低成本地為市場提供所需的產品和服務。

1網絡化制造技術

虛擬企業技術：所謂虛擬企業（VE）又稱動態聯盟、虛擬組織（VO）、擴展企業（EE）、網絡企業（NE），是當市場出現新機遇時，具有不同資源與優勢的企業為了共同開拓市場，共同對付其他的競爭者組織的、建立在信息網絡基礎之上的共享技術與信息，分擔費用，聯合開發、互利的企業聯盟體。

工作流管理技術：工作流是能夠完全或者部分自動執行的經營過程，它根據一系列過程規則，文檔、信息或任務能夠在不同的執行者間進行傳遞與執行。其技術用于企業業務過程建模和業務過程分析；幫助企業管理者更清楚了解其業務過程，并發現業務過程中存在的問題和性能瓶頸；支持企業管理信息系統的規范化設計和項目管理；支持企業知識獲取和知識重用；支持企業業務過程的自動執行和監控。工作流管理系統是支持企業經營過程高效執行并監控其執行過程的計算機軟件系統。在工作流管理系統支撐下，通過集成具體的業務應用軟件和操作人員的界面操作，才能夠良好地完成對企業經營過程運行的支持。所以，工作流管理系統在企業或部門經營應用過程中，起到業務應用軟件系統集成與實施的作用。

虛擬車間技術：虛擬車間是面向動態多變的市場需求，根據企業生產規劃目標，由企業內部同一車間或不同車間的部分資源，在計算機信息與控制網絡的支持下，組織形成的一種相對穩定具有某種獨立加工功能的邏輯實體，它是虛擬企業的基本構成成分。它不僅對加工任務進行優化計劃和分解，而且對加工設備進行優化組合，動態形成敏捷化制造單元。它強調加工設備的協調與合作，采用虛擬制造單元的形式，也就是加工設備在物理位置上不變，而在生產組織和管理邏輯上則隨著加工任務的變化而改變。通過對加工設備進行優化組合，實現資源的動態柔性配置，對變化的任務做出及時響應。

虛擬車間的管理和控制應服從于虛擬企業的組織和管理模式，采用動態的聯邦組織結構，按照以下原則建立虛擬車間：保證硬件、數據庫、操作系統和應用系統的異構互容機制，滿足分布式信息處理能力，維護虛擬車間中的企業邏輯，支持車間之間、車間層與企業層的訪問協商，保證信息訪問的安全性，提供訪問系統信息資源的能力。

Ａgent 技術：在分布計算領域，人們通常把在分布式系統中持續自主發揮作用的活著的計算實體稱為Agent。具有以下特征：

自主性：Agent具有屬于其自身計算資源和局部于自身的行為控制機制,能夠在沒有外界直接操縱的情況下,根據其內部狀態和感知到的環境信息,決定和控制自身的行為。例如,SNMP中的agent就是獨立運行在被管理單元上的自主進程。

交互性 ：Agent能夠與其他Agent(包括人),用Agent通信語言實施靈活多樣的交互,能夠有效與其他Agent協同工作。例如,一個Internet上的用戶需要使用Agent通信語言向主動服務Agent陳述信息需求。

反應性 ：Agent能夠感知所處的環境(可能是物理世界,操縱圖形界面的用戶,或其他Agent等) ,并對相關事件作出適時反應。例如,一個模擬飛機的Agent能夠對用戶的操縱作出適時反應。

主動性：Agent能夠遵循承諾采取主動行動,表現出面向目標的行為。例如,一個Internet上的主動服務Agent,在獲得新的信息之后能夠按照約定主動將其提交給需要的用戶;一個工作流管理Agent,能夠按照約定將最新的工作進展情況主動通報給有關的工作站。

網格制造（Grid Manufacture）：網格是構筑在Internet 上的新興技術，通過調整共享的網絡連接地理上廣泛分布的異構資源（包括高速連接的異構計算機、數據庫、科學儀器、文件和超級計算系統等），用它們協同工作解決那些需要多CPU和存儲器來處理、訪問的單個問題。網格可分為計算型網格和訪問型網格。通過計算型網格用戶可以使用到無限制的計算和數據資源；訪問型網格提供一組協同環境，向用戶提供資源和服務，用戶可以通過瀏覽器等訪問網格。網格具有統一的軟件標準和實現互操作的環境，它的服務層能提供無縫的基礎設施，以形成用戶希望的問題求解環境。網格由網格結構、核心網格中間件、用戶級網格中間件、網格用戶及入口等組成。網格制造又稱制造網格（MG），在不占用超級計算機的情況下，收集分散各地的空閑計算能力，組成“一臺”虛擬計算機，使每個企業都有可能低成本地獲得超級計算能力用于產品的設計。制造網絡為解決我國電子產品制造業中產品開發創新能力不足、產品技術含量低的問題帶來了機遇并提供了很好的共享平臺。

開放式、網絡化數控（ONCNC）技術：開放式數控系統的本質是數控系統的開發可在統一運行平臺上，面向機床廠家和最終用戶，形成系列化，并可將用戶特殊應用集成到控制系統中，實現不同品種、不同檔次的開放式數控系統。 IEEE關于開放式系統的定義是：開放式系統能有效地運行于不同的平臺之上，可與其他應用系統相互操作，并提供與用戶交互的統一風格，即所謂互操作性、可移植性、可伸縮性和可互換性。

網絡數控通過網絡、 Internet/Intranet將制造單元和控制部件相連，或將制造過程所需資源(如加工程序、機床、工具、檢測監控儀器等)共享。網絡化包括兩個方面：內部網絡(現場總線網絡)和外部網絡。

內部網絡：是數控系統內CNC單元與伺服驅動及I/O邏輯控制等單元以現場總線網絡連接。對于數控系統硬件，開放性主要是指其計算機、網絡、伺服系統及I/O邏輯控制等單元，應該具有統一的互聯標準，以實現互換性。

外部網絡：是數控系統與系統外的其他控制系統或外部上位計算機以網絡連接。通過網絡實現對設備的遠程控制和無人化操作、遠程加工程序傳輸、遠程診斷和遠程維修服務、技術服務，并提高機床生產率。

2 網絡化制造技術應用

2．1 數控機床廠的基于PDM的DNC系統：企業內部采用SQL數據庫存儲數據.建設完善的網絡,并配有ERP和PDM系統。DNC與PDM連接，以便采用PDM對NC程序進行流程管理。基于PDM的數控機床網絡管理DNC，它負責在機床上傳程序時將其保存到數據庫表中，此數據庫表通過ODBC連接到PDM中的相關庫表，機床所請求的NC程序內容也是通過數據庫來存取的，以DNC為核心建立DNC通信平臺主要完成全功能的NC程序的雙向傳輸、DNC網絡在線加工、設備加工信息采集。基于PDM型式的NC程序的管理，以NC程序為驅動的管理系統，主要是對NC程序進行刀具軌跡仿真，NC程序內部信息的提取，NC程序的流程管理，特別是采用SQL數據庫的管理方式對NC程序進行嚴格地管理。

2.2 區域柔性加工中心系統：我國電子行業在全國建立了五個區域柔性加工中心，五個中心通過區電網絡實現中國電子科技集團公司與下屬研究所之間的網絡連接，并通過此網絡將需要加工的產品零件的設計數據傳遞到五個區域柔性加工中心進行設計加工處理實現網絡化加工設計。

3 網絡化制造技術發展趨勢

網絡化制造作為一種全新的制造模式，集數字化、柔性化、敏捷化為基本特征。柔性化與敏捷化是快速響應客戶化需求的前提，表現為結構上的快重組、性能上的快響應、過程中的并行性與分布式決策。其優勢在于：由金字塔式的多層次管理結構向扁平式的網絡管理結構轉變,減少層次和中間環節，加快信息的傳遞速度。并行工作方式將逐漸替代系統的順序方式，縮短工作周期，提高工作效率。企業將向規模小型化和組織分子化方向發展，即在大型企業中，企業內部的單元對市場需求信息也將擁有快速自主的反應權力和能力。企業將通過網絡組織、虛擬企業等形式建立靈活多樣的企業間聯盟，實現企業內外資源的靈活有效配置。網絡化制造的組成單元由一個個的企業變成由一個個具有一定功能的制造網絡組成，逐漸轉變成網絡制造。數控設備和具有自診斷、標準網絡接口的智能化的數控系統轉變。

參考文獻

[1]程明輝等著：《先進電子制造技術技術》, 國防工業出版社 ,2008年

[2] 顧寄南：《網絡化制造技術》，化學工業出版社，2004年

[3]王宛山等著：《網絡化制造》，東北大學出版社，2003年