基于Web的異地并行設計與制造系統(tǒng)研究

1、基于Web的異地并行設計與制造系統(tǒng)研究         摘要本文研究了基于虛擬企業(yè)進行機電產品協(xié)同開發(fā)的過程，開發(fā)了一個支持虛擬企業(yè)組建、運行與解體的異地并行設計與制造系統(tǒng)，介紹了系統(tǒng)的基本框架與實現方法。     關鍵字  虛擬企業(yè) 并行設計 產品設計 合作伙伴選擇 PDM 多代理    中圖分類號：TH 122文獻標識碼：A     0 引言     目前國內很多企業(yè)均已引入CAD、CAM、C

2、AE及各種NC機床或加工中心、FMS，對這些“自動化孤島”的集成系統(tǒng)級集成已有很多的研究。而隨著信息技術和計算機網絡技術的發(fā)展，企業(yè)集成的重心已經由系統(tǒng)級集成轉向企業(yè)級集成1，異地協(xié)同設計與制造技術是企業(yè)級集成建立虛擬企業(yè)的支撐技術。因此本文開發(fā)了一個面向機電產品的異地并行設計與制造系統(tǒng)。系統(tǒng)能達到如下三個設計目標：     （1）支持虛擬企業(yè)的快速組建、優(yōu)化運行與平穩(wěn)解體。    （2）基于此系統(tǒng)能進行緊密耦合的異地并行設計，用戶間能無阻滯地交流信息和共享知識。    （3）有效地保護知識產權，系統(tǒng)安全

3、可靠。    1 基于虛擬企業(yè)的機電產品開發(fā)    本文根據機電產品開發(fā)的特點，將機電產品開發(fā)周期劃分為以下三個階段，如圖1所示。在這過程中先后兩次產生了虛擬企業(yè)：面向設計任務的虛擬企業(yè)與面向制造任務的虛擬企業(yè)。每次虛擬企業(yè)的生命周期都可分為市場機遇確認、虛擬企業(yè)組建、運行與解體四個階段2,3。    1.1 虛擬企業(yè)組建階段      盟主企業(yè)響應某一市場機遇，根據用戶需求確定產品功能并完成產品的概念設計4。然后對任務進行估計與初步分解，再通過招標/競標的方式挑選

4、合作伙伴組建虛擬企業(yè)。產品的概念設計與選擇合作伙伴這兩個關鍵任務必須是互相適應的。盟主企業(yè)根據概念設計的結果挑選合作伙伴，同時也要根據候選企業(yè)的實際情況及各種反饋意見來優(yōu)化概念設計，爭取合作伙伴對此市場機遇的最大認同，成功組建虛擬企業(yè)。這是一個不斷溝通，多次調整的過程。概念設計與合作伙伴的選擇必須同時考慮5，以得到最優(yōu)的產品概念設計方案和最佳的企業(yè)組合。    1.2 產品異地并行設計階段      完成虛擬企業(yè)組建后應當根據新情況對概念設計具體化與優(yōu)化，然后展開設計。對應產品的每一個零/部件都成立一個開發(fā)小組。本文認為機電

5、產品的設計過程實際上是產品結構樹的逐層展開與相應的開發(fā)小組同步成立的過程，如圖2所示。開發(fā)小組是人員組織的最小單位，由有不同專長的企業(yè)成員組成。開發(fā)小組成員在小組中承擔不同的角色，以完成不同的任務。一個成員可以在組內擔任多個角色，或參加多個開發(fā)小組。通常每個開發(fā)小組設置四種角色：小組領導、設計員、審核員與工具分析員（CAE、DFMA等工具的操作者）。如有特殊需要，也可以增減角色（如銷售代表或用戶代表等）。    典型的文檔流程如圖3所示。設計員將每一階段的設計成果提交給小組其它成員。審核合格后，設計成果可在系統(tǒng)的Web服務器上預發(fā)布。任務總負責人和相關任務的設計員

6、、負責人認可后正式發(fā)布。    1.3 網絡化制造階段                      圖1基于虛擬企業(yè)的機電產品開發(fā)過程      2 系統(tǒng)結構     相對于客戶機/服務器（C/S）模式而言，瀏覽器/服務器（B/S）模式有跨平臺、低成本、維護與升級方便、具有良好的開放性與可擴充性等優(yōu)點

7、6,7，因此本系統(tǒng)采用了三層B/S結構。第一層為Web瀏覽器；第二層（中間層）為各種ActiveX服務對象組件，為瀏覽器的請求服務；第三層為傳統(tǒng)的服務資源，如數據庫服務器等。該系統(tǒng)的工作過程如下：    首先，任務發(fā)布者或盟主企業(yè)通過瀏覽系統(tǒng)的Web頁面，登錄系統(tǒng)，在信息代理的幫助下，表達、發(fā)布其對產品性能、外觀、功能等的個性化需求信息。信息代理處理此需求信息后，訪問需求信息數據庫，生成設計任務列表。       潛在的合作伙伴通過瀏覽系統(tǒng)的Web頁面，登錄系統(tǒng)，在信息代理的幫助下收集、瀏覽協(xié)作需求信息。組建虛擬企

8、業(yè)后，在協(xié)同設計代理的支持下進行產品的協(xié)同設計。設計結果又由信息代理存到數據庫服務器中。                                          

9、0;  圖4 系統(tǒng)結構框圖    3 系統(tǒng)功能模塊     3.1 虛擬企業(yè)組建                             圖5 伙伴企業(yè)建模與伙伴選擇過程     3.2  PDM系統(tǒng) 

10、0;   PDM系統(tǒng)必須滿足虛擬企業(yè)的分布、異構環(huán)境與敏捷性的要求，因此我們將PDM系統(tǒng)構筑在DCOM與Web技術之上。PDM系統(tǒng)是異地并行設計與制造系統(tǒng)的最重要部分，它有以下子功能模塊：    ? 產品結構樹的生成  產品結構由產品結構樹來描述，產品結構樹是PDM的核心。其中根節(jié)點代表整個產品，各結點分別表示部件或組件，葉節(jié)點代表零件。系統(tǒng)提供兩種方法生成產品結構樹：自頂向下地新建產品結構樹；繼承原有的產品。     （1）自頂向下地新建產品結構樹  當用戶選擇新建產品時，系統(tǒng)彈出新建產品對話

11、框，在對話框中，用戶填入新建產品的屬性：項目名稱，產品名稱，產品代號等。然后在產品結構樹的根節(jié)點下用戶可以選擇新建裝配件或零件（或繼承原有的裝配件或零件），再輸入裝配件或零件的屬性，逐層展開產品結構樹。     （2）繼承原有的產品  有效利用合作企業(yè)已有的設計、制造資源是虛擬企業(yè)產品設計過程的核心5 。如果需要設計的產品與以前設計過的某種產品十分相似，則可以拷貝它的產品結構樹，在它基礎上修改。系統(tǒng)存儲的產品達到一定數量后，按系列與型號分類存放，以便于查詢。     在生成產品結構樹時，以上兩種方法可以同時使用。在產品結構樹

12、生成后，用戶可以對生成的產品結構樹進行編輯；     ? 工作流程設定  一份文檔從最初設計到最后入庫、歸檔，總是要經過一定的流程。為了適應設計過程的靈活性，系統(tǒng)提供文檔流程的定義功能。一旦為文檔指定了特定的流程，文檔將按此流程自動運轉，在特定的時候轉到特定人手中，進行特定的操作。系統(tǒng)提供缺省的文檔流程，如圖3所示。    ? 版本生成和更新  當一個對象經過出庫操作再進行入庫操作時，用戶可以選擇是形成新版還是替換舊版本。如果用戶選擇形成新版，那么系統(tǒng)自動將該對象的序號加1，從而形成新版。當有新版存在時，用戶不能對

13、舊版進行操作；如果用戶選擇替換舊版本，那么系統(tǒng)不產生新版，而是用當前對象替換舊版本；      在PDM系統(tǒng)的開發(fā)中采用了以下便捷方法：    （1）利用ADO技術實現應用與數據源的數據存?。?#160;   （2）利用FTP構件實現檢入和檢出（Check in/out）功能；    （3）利用MFC的樹形控件（類CtreeCtrl）實現產品結構樹。    3.3 協(xié)作模塊      如何實現異地協(xié)作是系統(tǒng)

14、的關鍵問題。協(xié)作的方式主要可分為異步和同步兩種。異步協(xié)同是指在不同時間下異地用戶可以通過服務器獲得的協(xié)作信息；同步協(xié)同是指異地用戶同時進行面對面的網絡協(xié)作。同步協(xié)同的信息交流可不經過系統(tǒng)的服務器，可以大大減輕系統(tǒng)的負擔，并能提高工作效率。    ? 協(xié)作論壇發(fā)布協(xié)作成員的問題及建議，討論解決問題的方案；    ? 最新進展發(fā)布成員提交的最新設計成果，提供異地異步共享；    ? 電子郵件  電子郵件是典型的異步協(xié)同工具。系統(tǒng)集成了電子郵件功能，使得系統(tǒng)可以自動地將特定的通知發(fā)送到特定的人手中。比

15、如用戶A希望每次自己設計的零件修改后都用電子郵件通知用戶B，系統(tǒng)可以自動完成這個工作。    ? 批注功能  使用OLE技術開發(fā)了一個審閱應用軟件。通過連接/嵌入的方法將圖形文件作為顯示背景顯示在審閱系統(tǒng)中，然后通過系統(tǒng)提供的圈閱工具進行批注，系統(tǒng)自動將評語內容與圖形文件名保存到同一對象中，使評語與對應的零部件聯(lián)系起來，實現批注功能。    ? 網絡會議為方便異地用戶之間的討論，提供召開網絡會議的功能，包括電子白板功能；本系統(tǒng)采用虛擬現實交互技術實現了網絡會議功能。    3.4 安全模塊 &#

16、160;   保證設計成果的安全和協(xié)作成員的知識產權是系統(tǒng)應用的前提。系統(tǒng)的安全由多項措施保證。    ? 訪問控制  為每一個資源對象建立一張訪問控制列表，表明其對各種角色賦予的權限。    ? 防火墻   系統(tǒng)與INTERNET的接口采用防火墻系統(tǒng)。本系統(tǒng)開發(fā)的信息代理是數據庫（信息）與外界進行通信的接口，也起到了防火墻的作用。    ? 加密   對路由信息與用戶數據都可以采用加密措施。文件在網絡上傳送之前用密鑰加密，使他人無法涂改和偽造數據文件。