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中小型模具企业网络化平台的现状与发展

来源:国际模具网 时间:2009/7/20 9:41:20

1 引言

    进入21世纪,计算机技术和通讯技术的迅猛发展极大地拓展了制造业的深度和广度,Internet的出现及其日益广泛的应用,不仅改变了信息传递的方式,同时也改变着企业组织管理方式。这些由Internet所带来的巨大变革,对当今的制造业产生极为深远地影响,使以满足全球化市场用户需求为核心的快速响应制造活动成为可能。以此为代表的网络化制造已经成为制造业中的一个新的分支,正在得到快速的发展。

    作为以单件、小批量生产为主的模具企业,特别是占绝大部分的中小型模具企业,在人力、物力、资金方面都不如跨国集团和大型企业有优势,市场竞争处于劣势地位。网络化制造这种新的制造模式能使企业在不做大量投资的情况下,更好地参与竞争,为企业创造更多的效益。在国家以信息化带动工业化的大背景下,基于现阶段中小型模具企业的信息化水平,选择恰当的网络化合作模式,搭建实用性好的网络制造平台,是我国模具行业发展的必由之路。

2 网络化制造

    网络化制造,是随着计算机技术和通信技术等的迅猛发展,结合于传统制造业,又区别于传统制造、世的一门新的制造技术。一般而言,广义上指的是企业跨地域的协同设计、制造、信息共享、远程监控及企业与社会间物流供应、销售、服务等。狭义上指的是企业内部网络化,包括:管理部门(产、供、销、人力等)、设计部门(CAD、CAE、CAPP、CAM等)、生产部门(生产管理、生产监测、设备管理等),在企业内部通过实现信息流的共享,提升企业的制造能力。

    同时,国内外学者也对网络化制造给出了相关概念和定义。杨叔子院士指出:“面对网络经济时代制造环境的变化,传统的组织结构相对固定、制造资源相对集中、以区域性经济环境为主导、以面向产品为特征的制造模式已与之不相适应,需要建立一种市场驱动的、具有快速响应机制的网络化制造模式,这将是当前乃至今后若干长的时期内制造业所面临的最紧迫的任务之一,是制造企业摆脱困境、赢得市场、掌握竞争主动权的关键。”

    同济大学张曙教授提出了分散网络化制造的概念,指出“分散网络化制造的目标是利用不同地区的现有生产资源,把它们迅速组合成为一种没有围墙的、超越空间约束的、靠电子手段联系的、统一指挥的经营实体,以便快速推出高质量、低成本的新产品。”

    重庆大学刘飞教授在第27届国际计算机和工业工程大会上提出了l区域性网络制造系统”的概念如下:“区域性网络制造系统是指在一定区域(如省、市、地、县)范围内,采甩官产学研的组织模式,在计算机网络(包括英特网和区域局域网)和数据库的支撑下,动态集成区域内的企业、高校、研究院所及其制造资源和科技资源,所形成的一个包括网络化的区域性制造信息系统、区域性制造资源系统、区域性虚拟仓库及其网络化的销售系统、网络化的产品协同开发系统、虚拟供应链及其网络化的供应系统等分系统和网络化的区域性技术支持中心及服务中心的、一个开放性的现代集成制造系统。”

    国外关于“网络化制造”相关提法主要有“Networked Manufacturing、Extended Enterprise、e-manufacturing、e-factory”等,其中“e-manufacturing”是在相关文献中应用较多的提法,其定义为:“电子化制造是一个转换系统,它使能制造操作,以获得几乎零等待时问的性能,并通过基于Web和不受限制的电子信息技术(无线、Web等)实现与业务系统的协同。它在数据流(机床/过程层)、信息流(工厂与供应链系统层)、资金流(业务系统层)上集成信息与决策。”

    综上所述,网络化制造作为制造业一种新的“制造”形式,受到了广泛的关注。在我国大力推进国民经济和社会信息化的今天,提出了以信息化带动工业化,以工业化促进信息化,走新型工业化道路的目标。网络化制造作为企业信息化建设的“典型”代表,加快了信息化建设步伐。中小型模具企业网络化制造的实施,企业不仅能实现设计制造的一体化、无纸化以强企业信息流、物流、资金流与经营管理业务的集成,而且带动企业产品开发、制造、经营管理水平的提高和综合竞争能力的提升,将为企业带来巨大的经济效益。

3 模具行业与网络化制造

3.1 模具行业网络化制造的需求

    由于模具是一种工艺装备,不同于一般的机械产品,使得模具行业在制造业中具有特殊的地位。我国早期很多模具是依靠模具钳工用手工做出来的,20世纪80年代引入了数控加工机床、EDM等较先进的设备,大大提高了模具的生产水平,生产周期有了很大的缩短。同时,CAD/CAM/CAE等信息化工具在模具行业也得到了广泛的应用,模具的设计及数控加工水平有了很大的提高。

    目前模具行业的下游(客户)为了追求利益最欠化,提升自身的市场竞争力,借助全球化的网络,寻找对其更有利的供货商,客户对模具交付期要求越来越短,模具价格越来越低。如何保证按期交货、有效地管理和控制成本就显得越来越紧迫,这对我国传统模具企业形成新的压力。所以,现代管理技术和新型信息化技术支撑下的模具企业信息化,包括企业资源管理系统(ERP)、客户关系管理(CRM)、供应链管理(SCM)、项目管理(PM)、网络化制造以及基于互联网的电子商务等,已经成为我国传统模具产业发展和进步的必然选择和趋势。其中网络化制造方面的研究取得了一定的成果,在实际生产也有一些应用。

3.2 国内外研究现状

    网络化制造技术是在设计制造技术、计算机网络技术、数据库、信息技术上所有先进制造技术的总称,涉及制造业的产品生产周期和经营活动的全过程,其技术构成涉及设计、分析、工艺、制造、管瑚等流睁和相关单元工具,学科交叉大。国内外专家和学者对这方面做了相关研究,根据其总体目标和研究内容,可以细分为以合作模式、企业组织结构、管理模式为主的总体技术;标准化技术、计算机支持的协同工作(CSCW)技术为主的支撑和集成技术;协同设计(制造)、虚拟设计(制造)为主的协同技术;电子商务、物流、敏捷供应链为主的商务技术;分布式工作流管理、知识管理、成本控制为主的管理技术。由于网络化制造所涉及到的理论和技术很广泛,具体涉及到模具行业的研究,不同学者的研究内容有很大的不同。

    3.2.1 国外研究现状

    国外在网络化制造方面的研究起步很早。20世纪90年代初,美国政府提出了“先进制造技术”计划,将基于信息高速公路的敏捷制造作为美国21世纪的制造战略。1991年美国里海大学(Lehigh University)提出了“美国企业网”(FAN,Factory American Net)计划,该计划的目的是利用信息高速公路,将美国的制造企业集成在一起,增强美国制造业的竞争能力翻。由美国麻省理工学院负责实施的“下一代制造”研究项目(1995年),其主要目标是研究美国在21世纪赢得世界制造业领先地位的行动指南、方法与实现框架。同时,日本、韩国、欧盟等工业强国的政府都出台了关于网络化制造方面的研究计划。

除了上述研究计划之外,其他关于网络化制造及其在模具行业应用的研究也得到了迅速发展,并已取得了不少研究成果。

 

    在网络化制造必要性方面,新加坡国立大学的Minbo Li等结合模具和硬盘制造企业在信息化时代,更好地选择合作伙伴和原料供应商做了相关研究旧,指出中小型企业在信息、财政、技术方面都有欠缺,有必要建立基于网络的合作平台。印度NIFFT的M.Bachlaus等就基于网络的合作制造的代理平台做了研究,讨论了制造业的现状,为了更好地响应客户需求,阐述了网络环境下合作的必要性,代理平台的系统构造和相关软件技术。

    在网络化制造模式方面,韩国Yousei大学的C.H.Lee等就模具企业之间基于合作模式的服务框架做了研究。根据模具企业的现状,特别针对中小型模具企业在人力、物力、财力等方面欠缺的状况,把模具制造过程中的各个环节看成服务对象,对有需求的模具企业提供服务,诸如:CAE分析、零件结构分析、快速原型制造等。这样能使现有模具企业更加专注于自己的专长,把自己不擅长的提供给服务商,显著提高了模具设计水平,缩短了开发周期,取得双赢或多赢的局面。西班牙Jaume I大学的C.Vila等对网络化合作模式下的企业工作流程做了研究。通过对网络环境下的产品生产形式的重构,产品生命周期管理(PLM)软件的开发,加入设计和制造业务流程模块,使网络联盟企业的合作效率更高,同时对中小企业加入联盟供应链决策机制做了展望。

    协同是网络化制造研究的重要方面,葡萄牙新里斯本大学的L.M.CAMARINHA—MATOS和荷兰阿姆斯特丹大学的H.AFSARMANESH主要研究了协同网络的相关内容,包括虚拟组织、企业、供应链、专家区、协同图书资源等。为了能够更好地利用这些网络资源,提出需要建立“discipline”,并有机集成起来,更好地为网络化制造服务。加拿大国立研究中心的Lihui Wang对协同制造做了详细的分析和研究。提出了名为Wise-ShopFloor的协同制造系统,集中研究了该系统的功能模块,通过实例对系统进行了运作,取得了良好的效果。

    在网络化制造平台技术方面,新西兰Canterbury大学的S.Q.Xie等探讨了基于WEB的信息管理技术。该技术主要是针对单件小批量生产的产品(模具),在信息传递中的标准化技术;产品数据的表达、传递、异构系统中的重现,经验知识的获取和深加工等做了研究。实现了一个基于知识管理的模具设计和制造平台,其平台集成了合作交流工具、设计过程辅助工具、成本优化工具等,对模具企业信息管理和集成提供了很大的帮助。美国俄亥俄州立大学的L.D.Wang研究了尺寸设计、有限元分析(FEA)、数字控制(NC)等异地网络化制造中主要的信息处理环节的集成问题。为了统一尺寸表达模型,实现异构系统信息的无缝集成,异地实时信息交流和共享,使信息得到高效管理,采取了基于可扩展标记语言XML框架结构,讨论了支持基于XML的集成系统的关避问题(如DTDs、SAX、SOAP)。基于XML的集成是面向网络的,比传统的方法(基于IGES、STL、STEP)更能缩短产品开发周期和减少成本,提高了企业的行业竞争力,法国Paul Cezanne大学的F.Ounnar等对观往企业在客户需求多样化环境下,如何更好地响应客户的需求进行了研究。在高水平体系结构下,搭建一个集成了相关功能的平台,并在企业做了模拟。

    韩国工业技术研究所(KITECH)的Yongju Cho等对模具企业信息化水平进行了调研,针对模具企业的特点和现阶段模具企业合作的水平,考虑了市场经济等因素,提出了信息化水平的评估模型。该模型改变了传统的制造企业信息类别的划分模式,对有关子类别进行了集成,分为管理信息系统、工程信息系统、产品信息系统,能方便模具企业的信息管理。企业信息化水平是模具企业网络化制造实施的关键,对其进行相关的量化,提供评估标准,为网络化制造中的合作伙伴筛选的合理性提供了依据。

    3.2.2 国内研究现状

    我国在网络化制造方面的研究也做了大量的工作,特别针对中小型模具企业,各研究单位在理论和实现技术方面都取得了一定的成果。华中科技大学的杨叔子院士在《论先进制造技术及其发展趋势》提到,“网”是发展道路。“网”指的就是网络化制造技术,制造技术的网络化是先进制造技术发展的必由之路,使制造业走向整体化、有序化,这同人类社会发展是同步的。文中指出,网络化制造的出现,首先是生产组织变革的需要,再就是生产技术发展的可能。制造企业,特别是模具生产这样的单件小批量产品为主的企业,必须从传统的“小而全”与“大而全”这类“夕阳技术”转变为把力量集中在自己最有竞争力的核心业务上。

    同时华中科技大学的李德群、张宜生等人在模具企业网络化模式方面做了相关研究,如战略联盟、中小模具企业基于ASP模式的协同制造等。战略联盟是在动态联盟上提出来的一种新的网络环境下的企业组织形式。现代企业认识到集中优势资源,发挥核心技术的重要性,必须集中精力在自己擅长的领域和有利环境中进行生产,把不擅长的业务外包给其他企业,形成企业联盟。基于ASP模式的协同制造是一种公共服务平台,由于企业,特别是中小企业,没有足够的资金、技术和人力去对网络化所需要的软件、服务器等进行专门的维护。在政府和行业协会的带领下,组建专门的信息化服务平台,如网络化的三维CAD、CAE、PDM、ERP、SCM、CRM和电子商务支持平台等。以上应用系统按照一定的标准和规范封装后,综合基于ASP的行业性网络化制造服务平台上。

    重庆大学的刘飞等提出面向区域的网络化制造系统,重庆市政府组建了重庆模具工业信息网,为重庆地区的模具企业提供了不少商机。该校的制造工程研究所,开发了网络化协同开发支持系统,在重庆华洋集团成功实施。同时该所在数控加工设备的网络化方面也做了相关试验,利用试验室的CN设备和校园网络,搭建了局部网络化制造平台,共享制造资源,取得了很好的效果。同济大学齐从谦等对模具网络化制造中企业动态联盟的建模及关键技术做了相关研究。该校张曙和香港理工大学的李荣彬提出了分散网络化制造(DNPS)的模型。

    深圳市生产力促进中心组建了深圳市模具网络化制造示范系统,利用深圳市区域信息化好,有丰富的技术人才、模具设备等资源,提高深圳模具企业竞争力。深圳伟博思技术有限公司开发的IM-2、IM-3等软件属于企业内部网络化制造形式,在广州巨轮模具股份有限公司等企业都得到了成功的应用。eMan模具生产管理系统是华中科技大学模具技术国家重点实验室与武汉益模软件科技有限公司联合升发的,其是针对模具制造业的生产特点和生产过槎键曙定做的面向模具企业的信息化管理系统,获得了教育部科技进步二等奖,在宁波双林模具有限公司中得到了良好的应用。

    关于网络化制造平台开发和研究的具体技术,国内也有不少学者进行了研究。涉及到网络、数据库、软件体系结构、系统基本功能等方面。广东工业大学的张平、周军华等结合模具企业的现状,提出一个适合于华南地区模具制造企业特色的模具网络化制造协同平台体系框架,并在此基础上开发面向华南地区模具企业的协同制造系统的多种功能模块。以一个模具设计和制造过程为实例,验证了该网络化平台运行的正确性和有效性。

    华中科技大学的黄晓燕、李德群等分析了模具企业的特点和目前网络化制造存在的不足,对网络化制造模式进行了比较详细的探讨,构建了基于ASP模式的模具网络化协同制造平台。

    西安交通大学的兰红波、卢秉恒等提出并建立了快速模具网络制造服务平台,该平台以快速发展的计算机网络和信息技术为支撑工具,通过在远程用户、服务中心和协同制造企业问建立一个协同生产制造的环境,实现制造资源的共享和技术资源的优势互补,缩短了模具的生产制造周期。

    上海交通大学的王辉、周雄辉、阮雪榆等分析了目前模具行业利用网络的情况,进而提出了一种以集成信息中心为核心的网络化敏捷制造系统的实现框架构想,并分析了其管理系统。提出了一种切实可行的以模具行业敏捷制造研究机构为核心的系统框架。

    吉林大学的贺秋伟等就网络化制造平台的设计做了介绍,该平台是在计算机支持协同工作(CSCW)的基础上,在Windows2000 Professional的系统环境下,以产品数据库为构成框架,采用动态网页编程技术(ASP)和Java3D语言开发实现的。

    西安工程科技学院的贺辛亥、马柯等探讨了实现模具网络化制造要解决的一些关键技术问题,包括CAD/CAE/CAPP/'CAM一体化技术、产品数据管理(PDM)技术、C/S、B/S混合模式的数据共享、项目协同管理系统的建立、可视化协同交互平台的建立等。

    郑州大学的李海梅、李占伟等分析了橡塑模具企业的信息化现状及信息化需求,讨论了模具企业的生产特点和需求层次,阐述了基于Internet的橡塑模具企业信息化建设及如何从实际出发,切实满足企业的多层次需求。

    广东省机械研究所的钟燕锋、赖建康等就广东省东莞市、顺德市等模具企业的实际情况,分析了我国模具企业在经济全球化的大背景下,所面临的挑战和机遇,为我国模具企业的发展提供了新的思路和途径。

    综上所述,目前在国内外对模具网络化制造都有比较广泛的研究。不同的学者研究的出发点不一样,有进行宏观理论研究,如:从经济学、仿生学、博弈等角度研究各网络化制造理论的优劣等,有在微观技术领域研究,如:网络化数据标准化、异构系统的协同设计/制造、3D数据传输等。这些研究在生产方面做了相应的验证,取得了一定的成果,但在模具企业实际应用上还有差距。

4 结束语

    经过制造业相关学者的研究,网络化制造得到了迅速的发展。在世界范围内,从基本理论的提出,到企业现场的实施,取得了一定的成果。相关资料表明,获得应用的相关理论和商业软件,多是针对大型企业集团的,如GE、DELL、宝钢等。对于中小企业为主的模具行业,虽然市面上也有相关的软件,如前文介绍的eMan模具生产管理系统、IM-2、IM-3软件,还有国外的TopSolid Mold/Progress和TopSolid Cam/Wire软件,但其应用范围还有很大的局限性,各方面的功能和通用性有待提高。

    具体到中小型模具企业,有必要在前人研究的基础上,结合实际情况,对网络化合作模式进行优化,得到一种能在现在市场经济条件下应用,符台我国大多数中小型模具企业信息化水平的模式。对网络化制造平台,在借鉴前人已有的功能模块上,结合相关企业实际和模具设计制造流程,添加或优化模块,做到网络化平台的实用性。数值模拟在模具行业的应用日益广泛,而网络化环境下的数值模拟系统国内外文献中并未见详细的研究报道。在现在中小型模具企业中,由于没有专门的分析软件和分析人员,模拟方面比较欠缺。有必要结合有关模拟系统的形式、塑件的数值模拟流程、模拟结果分析和表达、网络制造环境下的特殊性等,设计出网络化制造平台下的注射模数值模拟系统,为企业提供相关服务,解决企业塑件模拟的问题。

    从模具企业的角度来说,网络化制造是一种全新的经营理念、模式,信息的流动是主要解决的问题,企业成员,无论是领导者,还是普通员工,都要从传统的工作方式中转变过来,去适应网络化后的组织结构形式,这对网络化制造有着关键的影响模具行业的网络化制造,作为新兴的制造模式,正在高速发展的信息科学带领下,有机结合传统制造形式,定会取得广泛的应用。

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