重型裝備制造資源一體化組織管理模式研究

劉 穎，趙紫京鄖，楊 妮，王 燕，湯世沖,劉維鴿

(1.重慶大學(xué)機(jī)械與運(yùn)載工程學(xué)院，重慶 400044；2.中國(guó)重型機(jī)械研究院股份公司，陜西 西安 710018)

0 前言

裝備制造業(yè)是國(guó)民經(jīng)濟(jì)的脊梁，是關(guān)系國(guó)家戰(zhàn)略安全和國(guó)民經(jīng)濟(jì)命脈的基礎(chǔ)性、戰(zhàn)略性產(chǎn)業(yè)。近年來(lái)，我國(guó)裝備制造業(yè)總體規(guī)模穩(wěn)定增長(zhǎng)。2020年我國(guó)制造業(yè)工業(yè)增加值達(dá)到31.3萬(wàn)億元，已成為全球門類最完整、規(guī)模最大的工業(yè)體系。“十四五”期間，隨著數(shù)字經(jīng)濟(jì)、智能經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，新技術(shù)的溢出效應(yīng)、乘數(shù)效應(yīng)將與我國(guó)超大規(guī)模制造優(yōu)勢(shì)、網(wǎng)絡(luò)優(yōu)勢(shì)與市場(chǎng)優(yōu)勢(shì)疊加，為裝備制造業(yè)的持續(xù)向好發(fā)展提供了歷史性機(jī)遇[1]。

重型裝備作為國(guó)之重器，是制造產(chǎn)業(yè)鏈中重要的關(guān)鍵基礎(chǔ)裝備，是國(guó)民經(jīng)濟(jì)和國(guó)防安全的重要保障[2]。一般來(lái)說(shuō)，復(fù)雜重型裝備如擠壓機(jī)等具有結(jié)構(gòu)復(fù)雜、體量龐大、零部件系列多、研制周期長(zhǎng)、組織生產(chǎn)難度大、涉及資源眾多的特點(diǎn)。隨著科技的不斷進(jìn)步及市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)的不斷加劇，復(fù)雜裝備研制企業(yè)經(jīng)常面臨著制造資源分散、資源難以合理配置和有效利用、生產(chǎn)效率低等問(wèn)題，不利于復(fù)雜重型裝備制造業(yè)的長(zhǎng)期可持續(xù)發(fā)展，同時(shí)，隨著市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)的加劇，客戶對(duì)復(fù)雜重型裝備產(chǎn)品的成本、質(zhì)量和交貨期提出了更高的要求。

網(wǎng)絡(luò)化制造技術(shù)融合了新興的信息技術(shù)、制造技術(shù)和物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了快速、靈活的組織社會(huì)資源，按照優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)的原則將分散在世界各地的制造資源(人力、設(shè)備、知識(shí)等)迅速整合成一種跨區(qū)域、通過(guò)網(wǎng)絡(luò)統(tǒng)一組織管理的協(xié)同制造聯(lián)盟，以快速響應(yīng)市場(chǎng)需求。網(wǎng)絡(luò)化制造環(huán)境下，企業(yè)協(xié)同和資源管理是目前關(guān)注和研究的重點(diǎn)。由于裝備產(chǎn)業(yè)鏈中制造資源種類多、規(guī)模大，并且形態(tài)各異，如何實(shí)現(xiàn)企業(yè)間的制造資源相互調(diào)配和管理是一個(gè)急需解決的問(wèn)題。迫切需要一種新的裝備制造資源一體化組織管理模式及方法，以實(shí)現(xiàn)在網(wǎng)絡(luò)化協(xié)同制造平臺(tái)對(duì)復(fù)雜重型裝備制造資源的統(tǒng)一管理和優(yōu)化整合。

網(wǎng)絡(luò)化協(xié)同制造作為五種智能制造模式之一，近年來(lái)引起了制造領(lǐng)域的極大關(guān)注，諸多學(xué)者也已開(kāi)展了大量研究。范宏博等以節(jié)能環(huán)保空調(diào)壓縮機(jī)為對(duì)象，構(gòu)建了完整的空調(diào)壓縮機(jī)網(wǎng)絡(luò)化協(xié)同整體架構(gòu)，提出了網(wǎng)絡(luò)化協(xié)同制造的三層模式[3]。周新杰等針對(duì)工業(yè)產(chǎn)品在研發(fā)制造過(guò)程中對(duì)于過(guò)程協(xié)同、數(shù)據(jù)協(xié)同、知識(shí)協(xié)同的設(shè)計(jì)與制造協(xié)同需求，提出一種基于模型、數(shù)據(jù)、知識(shí)的設(shè)計(jì)與制造協(xié)同框架[4]。唐亮等針對(duì)網(wǎng)絡(luò)化制造模式下供應(yīng)鏈合作成員間的動(dòng)態(tài)調(diào)度策略問(wèn)題，構(gòu)建了一種由制造商、協(xié)同設(shè)計(jì)商以及客戶組成的三層動(dòng)態(tài)調(diào)度模型，使得供應(yīng)鏈客戶個(gè)性化需求服務(wù)、運(yùn)作時(shí)間、成本等綜合收益達(dá)到最優(yōu)[5]。韋韞等針對(duì)網(wǎng)絡(luò)化協(xié)同制造資源重組優(yōu)化調(diào)度所存在的問(wèn)題，提出了一種基于Pareto多目標(biāo)免疫遺傳算法的網(wǎng)絡(luò)化協(xié)同制造資源重組優(yōu)化調(diào)度方法，實(shí)現(xiàn)了資源的優(yōu)化調(diào)度[6]。王正成等針對(duì)網(wǎng)絡(luò)化制造資源集成共享與優(yōu)化配置過(guò)程展開(kāi)研究，對(duì)不同階段分別構(gòu)建了相應(yīng)的算法模型，實(shí)現(xiàn)了資源的優(yōu)化配置[7]。

與美、日、德、韓等工業(yè)強(qiáng)國(guó)相比，國(guó)內(nèi)制造業(yè)的優(yōu)勢(shì)主要體現(xiàn)在模塊化架構(gòu)產(chǎn)品和大型復(fù)雜裝備領(lǐng)域，而在產(chǎn)品架構(gòu)一體化領(lǐng)域、制造工藝一體化領(lǐng)域以及既具有一體化特征又需要前沿科技支撐的核心零部件領(lǐng)域相對(duì)缺乏優(yōu)勢(shì)[8]。基于上述現(xiàn)狀，國(guó)內(nèi)關(guān)于資源一體化組織管理的研究逐漸加深且進(jìn)一步細(xì)化。在資源優(yōu)選與配置方面，杜百崗等認(rèn)為制造資源配置過(guò)程具有復(fù)雜性和不確定性，針對(duì)企業(yè)訂單任務(wù)的資源指派問(wèn)題，設(shè)計(jì)了基于成本、工期和收益的兩階段多個(gè)制造任務(wù)資源配置模型，并運(yùn)用遺傳算法求得資源配置模型最優(yōu)Pareto解[9]。侯紹波針對(duì)云制造模式下資源優(yōu)選的問(wèn)題，綜合考慮資源配置過(guò)程中的成本、時(shí)間、質(zhì)量、服務(wù)、可靠度和信譽(yù)度等多方面因素，運(yùn)用灰色關(guān)聯(lián)度方法選擇出最優(yōu)的制造資源組合[10]。石勝友從時(shí)間、成本、質(zhì)量和服務(wù)質(zhì)量四個(gè)方面建立多目標(biāo)優(yōu)化模型，并用遺傳算法求解，以選擇資源配置過(guò)程中制造任務(wù)服務(wù)能力最優(yōu)的資源組合[11]。蘇凱凱等針對(duì)云制造環(huán)境下無(wú)需求偏好的制造資源優(yōu)化配置問(wèn)題，利用博弈論調(diào)和與解決沖突的特點(diǎn)，建立了云制造環(huán)境下的制造資源優(yōu)化配置非合作博弈決策模型，實(shí)現(xiàn)了資源的優(yōu)化配置[12]。在資源沖突消解方面，張忠革等提出了一種沖突檢測(cè)模型用以在工作流執(zhí)行過(guò)程中實(shí)現(xiàn)資源沖突最小化[13]。劉柏林提出了一種在戰(zhàn)略實(shí)施中多項(xiàng)目沖突消解的工作模型，將資源沖突分為可分享型資源和不可分享型資源沖突，并給出了相應(yīng)的沖突檢測(cè)模型[14]。屈正庚建立了集成化沖突消解模型，并利用模式匹配技術(shù)進(jìn)行沖突檢測(cè)和消解，可快速處理大批量的沖突問(wèn)題[15]。資源評(píng)價(jià)方面，楊伊眉提出了一種基于裝備制造服務(wù)鏈全過(guò)程的制造資源服務(wù)質(zhì)量評(píng)價(jià)方法，綜合考慮了客戶價(jià)值和裝備資源的服務(wù)質(zhì)量?jī)蓚€(gè)方面的評(píng)價(jià)指標(biāo)，其中基于客戶價(jià)值的評(píng)價(jià)指標(biāo)包括信用、購(gòu)買能力和發(fā)展?jié)摿Γb備資源的服務(wù)質(zhì)量評(píng)價(jià)指標(biāo)包括服務(wù)時(shí)間、服務(wù)成本、加工能力、信息反饋能力、交付準(zhǔn)確性和售后服務(wù)能力，并運(yùn)用VIKOR評(píng)價(jià)法構(gòu)建了相應(yīng)的評(píng)價(jià)模型[16]。張以文提出了一種在網(wǎng)絡(luò)化制造模式下制造資源評(píng)價(jià)、基于改進(jìn)蟻群算法的大規(guī)模制造資源選擇和階段式制造資源選擇算法的三段式資源選擇方法[17]。吳家貝等針對(duì)制造系統(tǒng)關(guān)鍵資源識(shí)別指標(biāo)評(píng)價(jià)的不足，提出一種基于病毒傳播模型的評(píng)價(jià)方法。基于典型關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)識(shí)別關(guān)鍵制造資源，得到基于病毒傳播模型的排序結(jié)果，評(píng)價(jià)了不同故障傳播概率下指標(biāo)的優(yōu)劣[18]。

綜上所述，目前國(guó)內(nèi)已開(kāi)展了大量關(guān)于網(wǎng)絡(luò)化協(xié)同制造模式以及該模式下資源組織一體化管理，包括資源優(yōu)化配置、資源沖突消解以及資源評(píng)價(jià)方面的研究。但由于高度離散型的復(fù)雜重型裝備產(chǎn)品特點(diǎn)及其定制化產(chǎn)品研制項(xiàng)目流程的復(fù)雜性，如何構(gòu)建支持復(fù)雜重型裝備制造資源集成共享、配置管理的復(fù)雜重型裝備網(wǎng)絡(luò)化協(xié)同制造平臺(tái)，從而促進(jìn)跨區(qū)域、跨企業(yè)的制造資源及制造能力的集成與共享，并推動(dòng)復(fù)雜重型裝備制造企業(yè)在網(wǎng)絡(luò)化協(xié)同制造平臺(tái)中實(shí)現(xiàn)裝備制造資源的一體化組織管理，仍是目前亟待研究的問(wèn)題。因此，本文擬基于復(fù)雜重型裝備生產(chǎn)制造的特點(diǎn)，結(jié)合網(wǎng)絡(luò)化協(xié)同制造平臺(tái)，對(duì)復(fù)雜重型裝備制造資源一體化組織管理模式進(jìn)行研究。

1 復(fù)雜重型裝備制造資源一體化組織管理內(nèi)涵分析

1.1 復(fù)雜重型裝備研制特點(diǎn)

復(fù)雜重型裝備如擠壓機(jī)等作為工業(yè)生產(chǎn)的重要裝備，大多具有以下特點(diǎn)：

(1)訂單驅(qū)動(dòng)的個(gè)性化定制。復(fù)雜重型裝備大多是專用設(shè)備，裝備需求方一般有自己的工藝要求，個(gè)性化定制特征顯著。同時(shí)，雖然大部分產(chǎn)品需要重新進(jìn)行設(shè)計(jì)，變型設(shè)計(jì)類型較多，但產(chǎn)品族特征明顯，不同對(duì)象間的設(shè)計(jì)和制造工藝相似度很高，所以設(shè)計(jì)企業(yè)可以利用自身?yè)碛械漠a(chǎn)品知識(shí)庫(kù)來(lái)提升設(shè)計(jì)效率。

(2)單個(gè)企業(yè)難以完成產(chǎn)品的完整制造鏈。由于復(fù)雜重型裝備研制過(guò)程涉及資源眾多，企業(yè)很難單獨(dú)完成整個(gè)復(fù)雜重型裝備的研制，通常需要其他企業(yè)協(xié)助完成。企業(yè)可以通過(guò)外包、外協(xié)等方式利用社會(huì)資源，將自身無(wú)法完成的一些技術(shù)難關(guān)和研制任務(wù)進(jìn)行分派。尤其是部分企業(yè)研發(fā)能力突出，但缺乏制造加工復(fù)雜重型裝備的能力，需要與其他企業(yè)協(xié)同完成復(fù)雜重型裝備的研發(fā)制造。

(3)高度重視協(xié)同設(shè)計(jì)制造。協(xié)同設(shè)計(jì)制造可以縮短復(fù)雜重型裝備產(chǎn)品研制的周期，以更快的速度響應(yīng)市場(chǎng)。通常，復(fù)雜重型裝備產(chǎn)品的設(shè)計(jì)研發(fā)、加工制造、組裝調(diào)試等過(guò)程需要多個(gè)企業(yè)協(xié)同完成，不同企業(yè)之間通過(guò)先進(jìn)的信息化平臺(tái)支持，可以實(shí)現(xiàn)不同企業(yè)、不同地域的工作人員并行工作，協(xié)同完成任務(wù)，克服了時(shí)間、空間的限制，同時(shí)縮短了復(fù)雜重型裝備的交貨期，降低了研制成本。

1.2 復(fù)雜重型裝備制造資源特點(diǎn)

復(fù)雜重型裝備作為專用的高端裝備，在很多行業(yè)都有廣泛的應(yīng)用，在其研制過(guò)程中涉及到的資源種類眾多。網(wǎng)絡(luò)化制造模式下復(fù)雜重型裝備的制造資源具有以下特點(diǎn)：

(1)分布性和異構(gòu)性。在網(wǎng)絡(luò)化協(xié)同制造平臺(tái)下，集中管理的復(fù)雜重型裝備制造資源來(lái)源于不同區(qū)域的企業(yè)和資源提供方，各資源提供方對(duì)于制造資源的組織、管理、規(guī)范和共享方式都不盡相同。網(wǎng)絡(luò)化協(xié)同制造平臺(tái)必須要為平臺(tái)用戶提供統(tǒng)一的接口，以解決制造資源的異構(gòu)性問(wèn)題。

(2)共享性。復(fù)雜重型裝備的研制過(guò)程需要用到一些專用的制造資源(如特種設(shè)備等)，這種專用資源一般掌握在少數(shù)大型裝備企業(yè)手中，這就造成了部分大型裝備企業(yè)的制造資源閑忙不均，其他裝備企業(yè)缺乏制造資源的問(wèn)題。網(wǎng)絡(luò)化協(xié)同制造模式下制造資源的共享性可以使得不同企業(yè)在使用制造資源時(shí)，不受時(shí)間、空間的限制。

(3)動(dòng)態(tài)性。復(fù)雜重型裝備制造資源不會(huì)一直處于忙碌狀態(tài)，企業(yè)可將自身富裕的制造能力提供給其他企業(yè)，同時(shí)企業(yè)也可能短缺某種制造資源，因此，復(fù)雜重型裝備制造資源的富裕與短缺隨時(shí)間動(dòng)態(tài)變化的。

(4)自治性與管理的多重性。復(fù)雜重型裝備制造資源在網(wǎng)絡(luò)化協(xié)同制造平臺(tái)上實(shí)現(xiàn)了基于網(wǎng)絡(luò)的集中管控和分散服務(wù)，但在物理層次上，制造資源仍然是歸屬于某一個(gè)企業(yè)或組織的，制造資源的歸屬企業(yè)或組織具有組織管理該制造資源的權(quán)利。

綜上所述，復(fù)雜重型裝備制造資源因其種類繁多、來(lái)源復(fù)雜，分散性的管理方式顯然不利于資源的管理和使用，即復(fù)雜重型裝備制造資源的一體化組織管理對(duì)于網(wǎng)絡(luò)化協(xié)同制造模式的順利實(shí)施具有重大意義。

1.3 復(fù)雜重型裝備資源一體化組織管理內(nèi)涵及特征

本文認(rèn)為復(fù)雜重型裝備網(wǎng)絡(luò)化制造資源一體化組織管理為：在具體復(fù)雜重型裝備制造項(xiàng)目的驅(qū)動(dòng)下，裝備制造虛擬企業(yè)利用網(wǎng)絡(luò)化協(xié)同制造平臺(tái)，對(duì)裝備制造資源進(jìn)行組織和配置管理以完成復(fù)雜重型裝備產(chǎn)品研制的過(guò)程。

網(wǎng)絡(luò)化協(xié)同制造環(huán)境下，制造企業(yè)不僅是實(shí)際存在的一個(gè)公司，還是制造資源的集合體，同時(shí)也是網(wǎng)絡(luò)化協(xié)同制造平臺(tái)上的一個(gè)個(gè)的資源節(jié)點(diǎn)。制造資源一體化組織管理分為兩步：第一，組織各類制造資源，即確定項(xiàng)目參與成員的過(guò)程，通過(guò)對(duì)多個(gè)企業(yè)主體所擁有的制造資源進(jìn)行匹配評(píng)估和組合優(yōu)選，從而確定最優(yōu)的合作企業(yè)。第二，虛擬企業(yè)對(duì)裝備研制過(guò)程中的多主體的制造資源進(jìn)行協(xié)調(diào)管理，涉及到多企業(yè)主體間的資源變更管理、資源沖突消解以及評(píng)估評(píng)價(jià)等。實(shí)際上，在網(wǎng)絡(luò)化制造模式下，各個(gè)企業(yè)都是獨(dú)立的協(xié)作主體，而復(fù)雜重型裝備制造資源一體化組織管理強(qiáng)調(diào)多主體的企業(yè)級(jí)制造資源之間組織協(xié)調(diào)，協(xié)同完成項(xiàng)目的過(guò)程。

復(fù)雜重型裝備一體化組織管理的特征如下：

(1)以完成項(xiàng)目為目標(biāo)。復(fù)雜重型裝備一體化組織管理的目的是為了整合來(lái)自不同企業(yè)的制造資源，實(shí)現(xiàn)復(fù)雜重型裝備制造資源的優(yōu)化配置，以低成本、高質(zhì)量、敏捷高效的服務(wù)水平完成項(xiàng)目目標(biāo)。

(2)以虛擬企業(yè)為實(shí)施主體。復(fù)雜重型裝備一體化組織管理的實(shí)施主體是以總包方企業(yè)為核心的虛擬協(xié)同企業(yè)聯(lián)盟，總包方企業(yè)選擇協(xié)作企業(yè)并組建協(xié)同企業(yè)聯(lián)盟，并對(duì)項(xiàng)目實(shí)施過(guò)程中的制造資源進(jìn)行協(xié)調(diào)管理。其過(guò)程即為制造資源一體化組織管理。

(3)以關(guān)鍵技術(shù)為支撐。制造資源的注冊(cè)、虛擬化是實(shí)現(xiàn)制造資源一體化組織管理的基礎(chǔ)，制造資源匹配和組合優(yōu)選是組織各類制造資源的過(guò)程，資源變更、沖突消解及資源評(píng)價(jià)等是實(shí)現(xiàn)復(fù)雜重型裝備研制過(guò)程中制造資源協(xié)調(diào)管理的關(guān)鍵方法。

(4)以網(wǎng)絡(luò)化協(xié)同制造平臺(tái)為依托。復(fù)雜重型裝備一體化組織管理是通過(guò)網(wǎng)絡(luò)化協(xié)同制造平臺(tái)來(lái)實(shí)現(xiàn)的，網(wǎng)絡(luò)化協(xié)同制造平臺(tái)采用大數(shù)據(jù)分析、物聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算等先進(jìn)信息技術(shù)，結(jié)合關(guān)鍵技術(shù)的方法模型形成平臺(tái)組件，為資源提供方和需求方提供資源注冊(cè)、智能匹配、動(dòng)態(tài)調(diào)度、組合優(yōu)選、資源變更、資源沖突消解、資源評(píng)價(jià)等服務(wù)。

2 復(fù)雜重型裝備制造資源一體化組織管理總體實(shí)現(xiàn)模式

2.1 復(fù)雜重型裝備制造資源一體化組織管理模式框架

本文研究的復(fù)雜重型裝備制造資源一體化組織管理模式是基于網(wǎng)絡(luò)化協(xié)同制造平臺(tái)實(shí)現(xiàn)的。結(jié)合網(wǎng)絡(luò)化制造模式的理念和復(fù)雜重型裝備行業(yè)的特點(diǎn)，提出一種基于虛擬企業(yè)聯(lián)盟的復(fù)雜重型裝備制造資源一體化組織管理模式，其框架如圖1所示。

圖1 復(fù)雜重型裝備制造資源一體化組織管理模式框架

復(fù)雜重型裝備制造資源一體化組織管理的總體實(shí)現(xiàn)模式可以分為外部企業(yè)系統(tǒng)層、用戶層、業(yè)務(wù)支撐層、業(yè)務(wù)平臺(tái)、底層平臺(tái)和硬件資源層。

(1)外部企業(yè)系統(tǒng)。為多個(gè)制造企業(yè)提供系統(tǒng)接口，實(shí)現(xiàn)各企業(yè) ERP、CAD、CAPP 等外部系統(tǒng)集成。

(2)用戶層。總包方企業(yè)、設(shè)計(jì)企業(yè)、制造企業(yè)、供應(yīng)商、運(yùn)營(yíng)商、中介服務(wù)商及客戶與網(wǎng)絡(luò)化制造服務(wù)平臺(tái)進(jìn)行交互的接口。

(3)業(yè)務(wù)平臺(tái)。在網(wǎng)絡(luò)化協(xié)同制造平臺(tái)主要功能軟件和其他輔助系統(tǒng)的支撐下，利用業(yè)務(wù)支撐層的主要方法功能，基于復(fù)雜重型裝備的資源需求，復(fù)雜重型裝備網(wǎng)絡(luò)化協(xié)同制造平臺(tái)實(shí)現(xiàn)制造資源的智能搜索匹配、組合優(yōu)選、資源變更、資源沖突消解、制造資源評(píng)價(jià)等業(yè)務(wù)服務(wù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)復(fù)雜重型裝備制造資源的一體化組織管理。

(4)業(yè)務(wù)支撐層。網(wǎng)絡(luò)化協(xié)同制造平臺(tái)中的資源庫(kù)、模型庫(kù)和方法庫(kù)中的模型、方法模塊化封裝處理后形成實(shí)現(xiàn)資源一體化組織管理的相關(guān)功能組件，各組件包含多種實(shí)現(xiàn)某種功能的方法。組件主要包括語(yǔ)義描述組件、資源注冊(cè)組件、資源發(fā)布組件、分類管理組件、知識(shí)管理組件等。資源一體化組織管理的相關(guān)功能組件組合后形成網(wǎng)絡(luò)化協(xié)同制造平臺(tái)中能夠支持客戶需求的引擎，包括資源集合與分類引擎、智能匹配引擎、資源組合優(yōu)選引擎、業(yè)務(wù)流程管理引擎、交易協(xié)同引擎和資源評(píng)估引擎等。可實(shí)現(xiàn)對(duì)產(chǎn)品的協(xié)同設(shè)計(jì)、協(xié)同制造和協(xié)同運(yùn)維。

(5)底層平臺(tái)。包括基于ICD-Cloud的云原生架構(gòu)平臺(tái)，ICD-BDA工業(yè)大數(shù)據(jù)平臺(tái)，ICP-IOT物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)以及ICP-IGT集成平臺(tái)，可實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)化協(xié)同平臺(tái)下知識(shí)庫(kù)的創(chuàng)建、數(shù)據(jù)分析、數(shù)據(jù)處理、數(shù)據(jù)可視化等功能。

(6)硬件資源層。通過(guò)將分散的服務(wù)器、數(shù)據(jù)庫(kù)及安全防護(hù)設(shè)備等接入到復(fù)雜重型裝備網(wǎng)絡(luò)化協(xié)同制造平臺(tái)中，構(gòu)建云端數(shù)據(jù)庫(kù)、云端服務(wù)器、云安全等網(wǎng)絡(luò)化協(xié)同制造平臺(tái)運(yùn)行支撐環(huán)境，為復(fù)雜重型裝備制造資源的集成共享與一體化組織管理過(guò)程提供安全、可靠的服務(wù)。

2.2 復(fù)雜重型裝備制造資源一體化組織管理模式功能架構(gòu)

復(fù)雜重型裝備制造資源一體化組織管理模式功能架構(gòu)如圖2所示。

圖2 資源一體化組織管理的功能結(jié)構(gòu)圖

各類制造資源在網(wǎng)絡(luò)化協(xié)同制造平臺(tái)中經(jīng)過(guò)資源注冊(cè)、資源虛擬化及服務(wù)化處理，實(shí)現(xiàn)了制造資源的集成和標(biāo)準(zhǔn)化。資源注冊(cè)包括資源差異化處理、資源復(fù)核及資源注冊(cè)流程管理等功能；資源虛擬化包括資源定義、資源聚類管理、資源體系維護(hù)及資源打包等功能；資源服務(wù)化包括資源服務(wù)流程定義、服務(wù)聚類管理、資源分類及服務(wù)評(píng)價(jià)等功能。

復(fù)雜重型裝備研制項(xiàng)目經(jīng)過(guò)任務(wù)分解之后，通過(guò)資源的組合優(yōu)選、動(dòng)態(tài)調(diào)度和動(dòng)態(tài)匹配確定了復(fù)雜重型裝備產(chǎn)品的虛擬企業(yè)聯(lián)盟成員。資源組合優(yōu)選包括參數(shù)定義、優(yōu)選規(guī)則和優(yōu)選方法定義等功能；資源動(dòng)態(tài)調(diào)度包括規(guī)則定義、資源分配和資源調(diào)整等功能；動(dòng)態(tài)匹配包括參數(shù)定義、匹配規(guī)則定義和狀態(tài)分析等功能。

在項(xiàng)目實(shí)施過(guò)程中，總包方企業(yè)通過(guò)資源沖突消解、資源變更、資源成本核算及控制、資源預(yù)測(cè)與決策等功能實(shí)現(xiàn)對(duì)制造資源的管理。資源沖突消解包括沖突檢測(cè)、沖突描述及分類、沖突消解規(guī)則定義、沖突分析、沖突解決和方案歸檔等功能；資源變更包括變更描述及分級(jí)管理、變更流程管理、變更處理及跟蹤、變更歸檔管理等功能；資源成本核算及控制包括資源成本核算、資源成本控制規(guī)則、資源成本控制流程管理、資源成本控制情況分析等功能；資源預(yù)測(cè)與決策包括資源投入預(yù)測(cè)與分析、資源成本預(yù)測(cè)與分析、資源狀態(tài)預(yù)測(cè)與分析等功能；實(shí)現(xiàn)對(duì)項(xiàng)目過(guò)程中的制造資源監(jiān)控。

項(xiàng)目完工之后通過(guò)網(wǎng)絡(luò)化協(xié)同制造平臺(tái)實(shí)現(xiàn)對(duì)制造資源的評(píng)價(jià)以及可視化呈現(xiàn)，實(shí)現(xiàn)經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)的總結(jié)與自我提升；資源評(píng)價(jià)包括評(píng)價(jià)方法定義、參數(shù)定義和評(píng)價(jià)結(jié)果分析等功能。資源可視化監(jiān)控管理包括可視化呈現(xiàn)、可視化預(yù)警和可視化預(yù)警規(guī)則定義等功能。

3 復(fù)雜重型裝備制造資源一體化組織管理的關(guān)鍵方法

復(fù)雜重型裝備制造資源一體化組織管理過(guò)程中涉及的關(guān)鍵技術(shù)方法能夠支撐網(wǎng)絡(luò)化協(xié)同制造平臺(tái)中制造資源業(yè)務(wù)功能的實(shí)現(xiàn)，是制造資源一體化組織管理模式的核心內(nèi)容，也是其實(shí)現(xiàn)的基礎(chǔ)。其中，資源優(yōu)化組合、資源沖突管理以及資源評(píng)價(jià)作為資源一體化組織管理的關(guān)鍵方法解決了項(xiàng)目實(shí)施過(guò)程中不同階段的問(wèn)題，此處分別對(duì)其進(jìn)行闡述。

3.1 復(fù)雜重型裝備制造資源組合優(yōu)選方法

制造資源組合優(yōu)選是對(duì)經(jīng)過(guò)匹配的制造資源按照一定模型方案選出最能滿足項(xiàng)目目標(biāo)的制造資源，形成一條制造任務(wù)鏈。基于工序的制造子任務(wù)之間存在前后約束關(guān)系，可以構(gòu)成制造任務(wù)鏈。復(fù)雜重型裝備的任務(wù)鏈錯(cuò)綜復(fù)雜，有多條制造任務(wù)鏈交錯(cuò)組成。以一條串行的制造任務(wù)鏈為例，對(duì)整個(gè)制造任務(wù)鏈而言，不能單單只考慮單個(gè)制造任務(wù)選擇的制造資源的最優(yōu)，而要考慮整個(gè)制造任務(wù)鏈最優(yōu)。子任務(wù)之間可以構(gòu)成制造任務(wù)鏈，相應(yīng)的候選制造資源間可以構(gòu)成多個(gè)制造資源組合，可以通過(guò)綜合考慮各個(gè)不同的制造資源組合的服務(wù)時(shí)間、服務(wù)成本、服務(wù)質(zhì)量、合作關(guān)系、可靠性、柔性、客戶滿意度和利益滿意度等因素及資源評(píng)價(jià)和沖突情況等約束條件選出最優(yōu)的制造資源組合。

由圖3可知，網(wǎng)絡(luò)化制造模式下，復(fù)雜重型裝備制造需求經(jīng)任務(wù)分解之后分為單個(gè)子任務(wù)和組合子任務(wù)，單個(gè)子任務(wù)直接通過(guò)資源匹配模型(綜合考慮技術(shù)要求和服務(wù)要求)選擇最優(yōu)的制造資源，而組合子任務(wù)需在匹配的基礎(chǔ)上，利用資源組合優(yōu)選模型進(jìn)行資源組合確定，最終得到最優(yōu)的資源方案。

圖3 資源組合優(yōu)化結(jié)構(gòu)圖

3.2 復(fù)雜重型裝備突發(fā)性資源沖突管理

復(fù)雜重型裝備網(wǎng)絡(luò)化協(xié)同制造項(xiàng)目的實(shí)施過(guò)程由多個(gè)企業(yè)參與，涉及的制造資源眾多，但資源的有限性或信息傳遞的不確定性等原因，可能導(dǎo)致多主體間制造資源沖突的發(fā)生。

復(fù)雜重型裝備項(xiàng)目中存在兩種資源沖突，分別為先天性資源沖突和突發(fā)性資源沖突。其中，先天性資源沖突是指由于各發(fā)生資源沖突的制造資源主體企業(yè)的空閑時(shí)間無(wú)法協(xié)調(diào)、資源相互排斥等造成的沖突，需在資源組合方案產(chǎn)生前采用尋找替代或備選資源的方式進(jìn)行消解；而突發(fā)性沖突則指制造資源間由于制造資源主體企業(yè)因發(fā)生突發(fā)情況不能按照計(jì)劃完成任務(wù)的沖突，具有隨機(jī)性和突發(fā)性的特點(diǎn)，這里重點(diǎn)討論突發(fā)性資源沖突的消解過(guò)程。

具體來(lái)看，突發(fā)性資源沖突的原因可能來(lái)自于以下幾個(gè)方面。

(1)資源被過(guò)度分配，不同的協(xié)作主體在資源占用時(shí)間上發(fā)生重疊或交叉。由于復(fù)雜重型裝備項(xiàng)目協(xié)同研制過(guò)程復(fù)雜，虛擬企業(yè)聯(lián)盟在制定生產(chǎn)進(jìn)度計(jì)劃時(shí)，難免有不合理之處，可能會(huì)給一個(gè)或幾個(gè)協(xié)作主體分配的資源過(guò)多，而資源具有有限性，必然會(huì)使得其他協(xié)作主體使用制造資源時(shí)出現(xiàn)時(shí)間上的沖突。

(2)任務(wù)之間存在前后約束關(guān)系，緊前任務(wù)出現(xiàn)延遲會(huì)影響緊后任務(wù)的資源計(jì)劃。在復(fù)雜重型裝備實(shí)際研制過(guò)程中，往往會(huì)有不確定因素的發(fā)生造成協(xié)作主體不能按照計(jì)劃進(jìn)度完成任務(wù)，從而導(dǎo)致任務(wù)或工序的延遲。一個(gè)任務(wù)或工序的延遲，直接影響了其后續(xù)任務(wù)或工序的進(jìn)度計(jì)劃，連鎖反應(yīng)甚至?xí)?dǎo)致后續(xù)工序與其他制造單元的協(xié)作主體間產(chǎn)生資源沖突。

(3)生產(chǎn)進(jìn)度計(jì)劃安排不合理，造成協(xié)作主體計(jì)劃完成任務(wù)的時(shí)間與資源實(shí)際使用時(shí)間出現(xiàn)偏差。當(dāng)偏差出現(xiàn)可能會(huì)造成協(xié)作企業(yè)在任務(wù)完成時(shí)間內(nèi)，相應(yīng)的資源被其他協(xié)作企業(yè)占用，導(dǎo)致該協(xié)作企業(yè)無(wú)資源可用的情況發(fā)生，從而產(chǎn)生資源沖突。

(4)一些間接因素如組織沖突(管理幅度過(guò)大，組織結(jié)構(gòu)層次過(guò)多，職能缺失或重疊、人的不可控性等)、信息沖突(信息傳遞不到位，信息的不確定性，信息系統(tǒng)的不科學(xué)性等)、決策沖突(決策分散、決策機(jī)制不完善等)、環(huán)境的不確定性等都可能引起資源的沖突。

為解決復(fù)雜重型裝備研制過(guò)程中，多協(xié)作主體間的資源沖突問(wèn)題，本文建立了資源沖突管理模型，如圖4所示。該沖突管理模型是在資源沖突從產(chǎn)生到解決全過(guò)程，對(duì)資源沖突進(jìn)行檢測(cè)、分析、消解和歸檔的過(guò)程。

圖4 資源沖突管理流程圖

(1)資源沖突檢測(cè)。資源沖突檢測(cè)是實(shí)現(xiàn)資源沖突管理的首要步驟。在一個(gè)復(fù)雜重型裝備研制項(xiàng)目中，若多個(gè)協(xié)作企業(yè)在某一時(shí)間段同時(shí)需要使用同一資源，即會(huì)產(chǎn)生對(duì)應(yīng)的資源沖突，對(duì)這一流程的識(shí)別過(guò)程即資源沖突檢測(cè)。沖突檢測(cè)常用的方法包括矩陣檢索、基于真值、基于Petri網(wǎng)、基于約束的沖突檢測(cè)等。

(2)資源沖突分析。資源沖突分析是針對(duì)已經(jīng)檢測(cè)到或已經(jīng)發(fā)生的沖突，對(duì)其進(jìn)行分析、存儲(chǔ)等處理，包括對(duì)沖突是否產(chǎn)生在關(guān)鍵工序，沖突發(fā)生原因如任務(wù)拖期、緊急插單或返工等內(nèi)容的分析，以便為后續(xù)的資源沖突消解提供信息基礎(chǔ)，也有助于項(xiàng)目實(shí)施計(jì)劃的優(yōu)化。若有多個(gè)沖突同時(shí)發(fā)生，此時(shí)需要對(duì)沖突間的關(guān)系進(jìn)行分析，按處理優(yōu)先級(jí)對(duì)其排序并逐個(gè)消解。沖突間的關(guān)系有三種，依賴、耦合和并行。依賴關(guān)系代表某一沖突是由其他沖突直接或者間接導(dǎo)致的；耦合關(guān)系代表沖突之間關(guān)系緊密，相互影響；并行關(guān)系代表資源沖突之間沒(méi)有關(guān)系，不會(huì)相互影響。

(3)資源沖突消解。資源沖突消解是在對(duì)沖突進(jìn)行分析過(guò)后，確定產(chǎn)生資源沖突的多個(gè)企業(yè)使用資源的順序的過(guò)程。通用的沖突消解策略有基于規(guī)則、基于約束、基于實(shí)例、協(xié)商和沖裁等方式。同樣的，若有多個(gè)沖突同時(shí)產(chǎn)生，由于組織資源、人力資源的有限性，需要根據(jù)沖突間關(guān)系來(lái)確定其消解順序。一般來(lái)說(shuō)，當(dāng)沖突間存在依賴關(guān)系時(shí)，優(yōu)先處理被依賴的沖突；當(dāng)沖突間屬于耦合或并行關(guān)系時(shí)，可按照沖突的發(fā)生順序進(jìn)行處理，即優(yōu)先處理先發(fā)生的沖突。以此對(duì)資源沖突進(jìn)行優(yōu)先級(jí)排序，進(jìn)而逐個(gè)消解。

(4)資源沖突歸檔。資源沖突歸檔是對(duì)已完成的沖突消解方案進(jìn)行歸檔處理，歸檔內(nèi)容需詳細(xì)說(shuō)明沖突的原因，發(fā)生時(shí)間，消解方案、策略等情況，便于為之后發(fā)生類似的沖突提供參考信息。

3.3 復(fù)雜重型裝備資源評(píng)價(jià)

復(fù)雜重型裝備資源評(píng)價(jià)是以一個(gè)統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)對(duì)復(fù)雜重型裝備網(wǎng)絡(luò)化協(xié)同制造項(xiàng)目實(shí)施過(guò)程中資源的技術(shù)能力、服務(wù)水平等因素進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)的過(guò)程。在網(wǎng)絡(luò)化協(xié)同制造模式下，當(dāng)需求企業(yè)有任務(wù)需要進(jìn)行資源匹配時(shí)，網(wǎng)絡(luò)化協(xié)同制造平臺(tái)可根據(jù)任務(wù)類型及歷史評(píng)價(jià)結(jié)果，為當(dāng)前任務(wù)篩選合適的資源企業(yè)進(jìn)行匹配；在任務(wù)完成后，需求企業(yè)可對(duì)資源企業(yè)進(jìn)行評(píng)價(jià)，評(píng)價(jià)結(jié)果會(huì)反饋給資源企業(yè)并存入平臺(tái)，以幫助資源企業(yè)完善自身，同時(shí)為其他的需求企業(yè)提供歷史數(shù)據(jù)支持，以不斷優(yōu)化平臺(tái)的資源匹配結(jié)果。復(fù)雜重型裝備網(wǎng)絡(luò)化協(xié)同制造資源評(píng)價(jià)模式如圖5所示。

圖5 資源評(píng)價(jià)模式

對(duì)復(fù)雜重型裝備網(wǎng)絡(luò)化協(xié)同制造模式而言，資源評(píng)價(jià)可以較為客觀地反映資源的服務(wù)能力水平，對(duì)于資源的提供企業(yè)有較好的激勵(lì)和監(jiān)督作用，優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)化協(xié)同平臺(tái)的資源環(huán)境，同時(shí)也能不斷提高平臺(tái)的整體服務(wù)水平。

4 結(jié)束語(yǔ)

本文基于復(fù)雜重型裝備產(chǎn)品以及研制過(guò)程的特點(diǎn)，提出并設(shè)計(jì)了一套復(fù)雜重型裝備制造資源一體化組織管理模式。首先從復(fù)雜重型裝備研制及其制造資源特點(diǎn)出發(fā)，分析了復(fù)雜重型裝備制造一體化組織管理的內(nèi)涵及特征。其次，構(gòu)建了復(fù)雜重型裝備制造資源一體化組織管理模式框架，從外部企業(yè)系統(tǒng)層、用戶層、業(yè)務(wù)支撐層、業(yè)務(wù)平臺(tái)、底層平臺(tái)和硬件資源層幾個(gè)方面進(jìn)行了框架的描述；對(duì)復(fù)雜重型裝備制造資源一體化組織管理模式的功能架構(gòu)進(jìn)行了設(shè)計(jì)，包括資源組合優(yōu)選、資源動(dòng)態(tài)調(diào)度等。最后針對(duì)組織管理模式中的資源組合優(yōu)選方法、突發(fā)性資源沖突管理以及資源評(píng)價(jià)等關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行了研究。為復(fù)雜重型裝備制造行業(yè)制造資源一體化組織管理方法提出了思路，為網(wǎng)絡(luò)化協(xié)同制造模式的實(shí)現(xiàn)提供了基礎(chǔ)，為復(fù)雜重型裝備制造的提質(zhì)、降本和增效賦予了方法。未來(lái)將繼續(xù)對(duì)復(fù)雜重型裝備網(wǎng)絡(luò)化協(xié)同制造過(guò)程中的制造資源匹配、資源變更、資源耦合等內(nèi)容進(jìn)行進(jìn)一步的研究，對(duì)制造資源管理的技術(shù)和方法進(jìn)行深入探索。