【正文】 、柔性制造單元／系統(tǒng)、CAD／CAPP／CAM集成技術(shù)等技術(shù)工具；⑥全面質(zhì)量管理／控制技術(shù)類(lèi)，主要包括建立CE使用的質(zhì)量模型，質(zhì)量系統(tǒng)與其他過(guò)程子系統(tǒng)的集成與協(xié)助控制等；⑦決策支持技術(shù)類(lèi)，CE過(guò)程中存在大量半結(jié)構(gòu)／非結(jié)構(gòu)的決策、多目標(biāo)綜合平衡、突發(fā)事件決策和群決策等，其中，沖突處理是一個(gè)難點(diǎn)，組成以人為中心的智能輔助決策系統(tǒng)是一個(gè)重要的研究課題。這些性能通過(guò)下面的三個(gè)子框架協(xié)調(diào)完成?？蚣軐?shí)質(zhì)上是對(duì)CE實(shí)施過(guò)程中所涉及諸要素的一種結(jié)構(gòu)化描述?！　E實(shí)施過(guò)程可分為三個(gè)階段，即：①規(guī)劃階段，對(duì)集成CE的信息系統(tǒng)進(jìn)行自頂向下的分析；②開(kāi)發(fā)階段，采集和開(kāi)發(fā)由現(xiàn)有的設(shè)計(jì)、開(kāi)發(fā)和生產(chǎn)方法到CE方法所需的技術(shù)和手段；③實(shí)施階段，包括采購(gòu)和安裝所需的硬件，調(diào)整相應(yīng)業(yè)務(wù)系統(tǒng)以適應(yīng)新的設(shè)計(jì)方法和管理，訓(xùn)練人員以適應(yīng)新的崗位?！　≡贑E環(huán)境中，企業(yè)要采用計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)模擬生產(chǎn)過(guò)程，實(shí)現(xiàn)優(yōu)化設(shè)計(jì)，省去了傳統(tǒng)的從設(shè)計(jì)到制作樣品的過(guò)程，既縮短了時(shí)間，降低了成本，又保證了設(shè)計(jì)質(zhì)量。小組人員能在各自的工作站或微機(jī)上進(jìn)行仿真，或利用各自的CAD，CAM，CAPP系統(tǒng)。保證了產(chǎn)品信息的惟一性，并必須有統(tǒng)一的企業(yè)知識(shí)庫(kù)，使小組人員能以同一種“語(yǔ)言”進(jìn)行協(xié)同工作。實(shí)施CE必須要有合適的CE環(huán)境與條件、實(shí)施策略與步驟、實(shí)施框架及相應(yīng)的工具與技術(shù)。它不僅依靠各知識(shí)源之間有效的通信，同時(shí)要求有良好的決策支持結(jié)構(gòu)，其運(yùn)行機(jī)理的要點(diǎn)為：①突出人的作用、強(qiáng)調(diào)人的協(xié)同工作；②一體化、并行地進(jìn)行產(chǎn)品及其有關(guān)過(guò)程的設(shè)計(jì)，其中，尤其要注意早期概念設(shè)計(jì)階段的并行協(xié)調(diào)；③重視滿足客戶的要求；④持續(xù)地改善產(chǎn)品有關(guān)的過(guò)程，CE的工程模式中要注意持續(xù)、盡早地交換、協(xié)調(diào)、完善關(guān)于產(chǎn)品有關(guān)的制造／支持等各種過(guò)程的約定和定義，從而有助于CE三個(gè)目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)；⑤注意CE中信息與知識(shí)財(cái)富的開(kāi)發(fā)與管理；⑥注重目標(biāo)的不變性；⑦5個(gè)“不”：CE不是不費(fèi)力就能成功的“魔術(shù)方法”，CE不能省去產(chǎn)品串行工程中的任一環(huán)節(jié)，CE不是使設(shè)計(jì)與生產(chǎn)重疊或同時(shí)進(jìn)行，CE不同于“保守設(shè)計(jì)”，CE不需保守測(cè)試策略。為實(shí)現(xiàn)CE目標(biāo)，需遵循CE規(guī)則，即：有效的領(lǐng)導(dǎo)方法；不斷地進(jìn)行過(guò)程的改善；開(kāi)發(fā)并管理信息和知識(shí)財(cái)富；通過(guò)長(zhǎng)期計(jì)劃和決策來(lái)獲得效益。　　企業(yè)在CE環(huán)境中進(jìn)行產(chǎn)品開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)、分析、制造等一系列活動(dòng)，這些活動(dòng)的完成由CE目標(biāo)和CE原則來(lái)進(jìn)行控制。圖95“并行工程”產(chǎn)品開(kāi)發(fā)流程實(shí)例　　(2)CE的運(yùn)行機(jī)理　　CE不是某種現(xiàn)成的系統(tǒng)或結(jié)構(gòu)，不能像軟件或硬件產(chǎn)品一樣買(mǎi)來(lái)安裝即可運(yùn)行。因而可大大縮短產(chǎn)品開(kāi)發(fā)周期，提高產(chǎn)品質(zhì)量，降低成本，減少返工率及廢品率。產(chǎn)品生命周期中的所有因素在產(chǎn)品開(kāi)發(fā)過(guò)程中均加以考慮。圖94 “串行工程”的產(chǎn)品開(kāi)發(fā)流程實(shí)例　　“并行工程”法的特點(diǎn)在于其集成性、并行性和交互性。若開(kāi)發(fā)的產(chǎn)品不能滿足需求，必然要求再設(shè)計(jì)，使整個(gè)產(chǎn)品開(kāi)發(fā)過(guò)程變成設(shè)計(jì)、加工、測(cè)試、評(píng)價(jià)、修改的大循環(huán)，而且可能多次重復(fù)這一過(guò)程，從而使設(shè)計(jì)改動(dòng)量大，產(chǎn)品開(kāi)發(fā)周期長(zhǎng)、開(kāi)發(fā)成本高?！　?CE的運(yùn)行機(jī)理　　(1)“并行工程”法與“串行工程”法的比較　　“串行工程”法的特點(diǎn)是：方案設(shè)計(jì)與制造過(guò)程設(shè)計(jì)兩大進(jìn)程的集合性、序列性和反復(fù)性。三、并行工程(CE)的理論基礎(chǔ)與運(yùn)行機(jī)理　　1CE的理論基礎(chǔ)　　從本質(zhì)上講，CE是一種以空間換取時(shí)間、處理系統(tǒng)復(fù)雜的系統(tǒng)化方法(Systematic Approach)，它以信息論、控制論和系統(tǒng)論為理論基礎(chǔ)，在數(shù)據(jù)共享、人機(jī)交互等工具及集成上述工具的智能技術(shù)支持下，按多學(xué)科、多層次協(xié)同(Synergy)一致的組織方式工作。　　(5)建模與仿真技術(shù)。　　(3)面向并行工程的新設(shè)計(jì)學(xué)科。　　并行工程的基礎(chǔ)技術(shù)研究目前主要集中在以下6方面：　　(1)面向并行工程的組織機(jī)構(gòu)研究。這不僅體現(xiàn)在產(chǎn)品開(kāi)發(fā)的技術(shù)方面，也體現(xiàn)在管理方面?！　∫虼耍捎貌⑿械难兄七^(guò)程必須要求不同研制階段的所有成員都能了解所研制產(chǎn)品的總目標(biāo)和技術(shù)要求?！　?3)當(dāng)后續(xù)階段發(fā)現(xiàn)以前的階段存在問(wèn)題時(shí)，可及時(shí)反饋信息，以便對(duì)上一階段的設(shè)計(jì)進(jìn)行修改。圖93 并行研制過(guò)程　　其特點(diǎn)是：　　(1)在每一后續(xù)階段開(kāi)始時(shí)，前一階段尚未結(jié)束。這種方法使研制人員從一開(kāi)始就考慮從方案設(shè)計(jì)直到產(chǎn)品報(bào)廢整個(gè)周期的所有要素。據(jù)統(tǒng)計(jì)，產(chǎn)品成本的70%是在概念設(shè)計(jì)階段確定的，但概念設(shè)計(jì)的修改費(fèi)用占總費(fèi)用的比例很小，而產(chǎn)品序列化研制過(guò)程的設(shè)計(jì)修改費(fèi)用將大大增加，詳細(xì)設(shè)計(jì)修改的費(fèi)用是概念設(shè)計(jì)修改的10倍；生產(chǎn)工藝制造階段修改的費(fèi)用是詳細(xì)設(shè)計(jì)修改的10倍，所以序列化研制方法難以適應(yīng)激烈的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)。即使有所考慮(如很有經(jīng)驗(yàn)的設(shè)計(jì)人員)，也不可能把下一個(gè)后續(xù)過(guò)程的要求詳盡地反映出來(lái)。圖92 傳統(tǒng)序列化研制過(guò)程　　傳統(tǒng)的工程設(shè)計(jì)是按階段順序進(jìn)行的，對(duì)一個(gè)新產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)大多采用所謂“拋過(guò)墻式”的序列化設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)過(guò)程，見(jiàn)圖92。二、并行工程的特點(diǎn)　　與傳統(tǒng)設(shè)計(jì)方法相比，并行工程主要特點(diǎn)為：設(shè)計(jì)的出發(fā)點(diǎn)是產(chǎn)品的整個(gè)生命周期的技術(shù)要求；并行設(shè)計(jì)組織是一個(gè)包括設(shè)計(jì)、制造、裝配、市場(chǎng)銷(xiāo)售、安裝及維修等各方面專業(yè)人員在內(nèi)的多功能設(shè)計(jì)組，其設(shè)計(jì)手段是一套具有CAD，CAM，仿真、測(cè)試功能的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，它既能實(shí)現(xiàn)信息集成，又能實(shí)現(xiàn)功能集成，可在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)內(nèi)建立一個(gè)統(tǒng)一的模型來(lái)實(shí)現(xiàn)以上功能?！　〔娜謨?yōu)化的角度出發(fā)，對(duì)集成過(guò)程進(jìn)行管理與控制，同時(shí)對(duì)已有產(chǎn)品開(kāi)發(fā)過(guò)程進(jìn)行不斷的改進(jìn)與提高，以克服傳統(tǒng)串行產(chǎn)品開(kāi)發(fā)過(guò)程大反饋造成的長(zhǎng)周期與高成本等缺點(diǎn)，增強(qiáng)企業(yè)產(chǎn)品的競(jìng)爭(zhēng)能力。這種工作模式力圖使開(kāi)發(fā)者們從一開(kāi)始就考慮到產(chǎn)品全生命周期(從概念形成到產(chǎn)品報(bào)廢)中的所有因素，包括質(zhì)量、成本、進(jìn)度與用戶要求。 并行工程 一、什么是“并行工程”　　并行工程CE(Concurrent Engineerimg)，是近年來(lái)國(guó)際制造業(yè)中興起的一種新型企業(yè)組織管理哲理，旨在提高產(chǎn)品質(zhì)量，降低產(chǎn)品成本和縮短開(kāi)發(fā)周期。　　(17)動(dòng)態(tài)合作子系統(tǒng)。　　(15)零故障方法學(xué)子系統(tǒng)。　　(13)仿真與建模子系統(tǒng)。　　(11)教育培訓(xùn)子系統(tǒng)?！　?9)用戶交互子系統(tǒng)。　　(7)工廠網(wǎng)絡(luò)子系統(tǒng)?！　?5)基于知識(shí)的人工智能研究?！　?3)智能控制子系統(tǒng)。三、敏捷制造研究的內(nèi)容　　敏捷制造被認(rèn)為是21世紀(jì)的先進(jìn)制造策略，目前研究的主要內(nèi)容為：　　(1)分布式數(shù)據(jù)庫(kù)子系統(tǒng)。大量生產(chǎn)方式通常只關(guān)心企業(yè)本身效益，不關(guān)心對(duì)社會(huì)的影響，所以通常會(huì)帶來(lái)不同程度的環(huán)境污染、能源浪費(fèi)及失業(yè)等社會(huì)問(wèn)題。敏捷制造企業(yè)的基層單位是“多學(xué)科群體”(MultiDiscipline Team)的項(xiàng)目組，是以任務(wù)為中心的一種動(dòng)態(tài)組合，敏捷企業(yè)強(qiáng)調(diào)權(quán)力分散，把職權(quán)下放到項(xiàng)目，提倡“基于統(tǒng)觀全局的管理”模式，要求各個(gè)項(xiàng)目組都能了解全局的遠(yuǎn)景，胸懷企業(yè)全局，明確工作的目標(biāo)和任務(wù)的時(shí)間要求，而完成任務(wù)的中間過(guò)程則完全可以自主。雇員與雇主之間將建立一種新型的“社會(huì)合同”的關(guān)系，大家能意識(shí)到為了長(zhǎng)遠(yuǎn)利益而和睦相處。在敏捷企業(yè)中，認(rèn)為解決問(wèn)題靠的是人，不是單純的技術(shù)，敏捷制造系統(tǒng)的能力將不是受限制于設(shè)備，而只受限于勞動(dòng)者的想像力、創(chuàng)造性和技能。敏捷制造的質(zhì)量觀念已變成整個(gè)產(chǎn)品生命周期內(nèi)的用戶滿意，企業(yè)的這種質(zhì)量跟蹤將持續(xù)到產(chǎn)品報(bào)廢為止?！　?5)柔性化、模塊化的產(chǎn)品設(shè)計(jì)方法?！　?4)高度柔性的、模塊化的、可伸縮的生產(chǎn)制造系統(tǒng)。在信息交換和通訊聯(lián)系方面，必須有一個(gè)能將正確的信息在正確的時(shí)間送給正確的人“準(zhǔn)時(shí)信息系統(tǒng)”(JustInTimeInformation System)，作為靈活的管理系統(tǒng)的基礎(chǔ)，通過(guò)信息高速公路與國(guó)際互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)將全球范圍的企業(yè)相聯(lián)?！　?)地域的虛擬化　運(yùn)用信息高速公路和全國(guó)工廠網(wǎng)絡(luò)，把綜合性工業(yè)數(shù)據(jù)庫(kù)與提供服務(wù)結(jié)合起來(lái)，還能夠創(chuàng)建地域上相距萬(wàn)里的虛擬企業(yè)集團(tuán)，運(yùn)作控股虛擬公司，排除傳統(tǒng)的多企業(yè)合作和建立集團(tuán)公司的各種障礙。企業(yè)的結(jié)構(gòu)不再是固定不變的，已經(jīng)逐步傾向于分布化，講究輕薄和柔性，呈扁平網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)?！　?)組織的虛擬化　虛擬企業(yè)的另一特點(diǎn)是組織的虛擬化。在這種情況下，企業(yè)僅具有實(shí)現(xiàn)其市場(chǎng)目標(biāo)的最關(guān)鍵的功能，其他的功能，在有限的資源下，無(wú)法達(dá)到足以競(jìng)爭(zhēng)的要求，因此將它虛擬化，以各種方式借助外力來(lái)進(jìn)行組合和集成，以形成足夠的競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)。推出高質(zhì)量、低成本的新產(chǎn)品的最快的辦法是利用不同地區(qū)的現(xiàn)有資源，把它們迅速組合成為一種沒(méi)有圍墻的、超越空間約束的、靠電子手段聯(lián)系的、統(tǒng)一指揮的經(jīng)營(yíng)實(shí)體——虛擬企業(yè)。二、敏捷制造的特征　　與傳統(tǒng)的大量生產(chǎn)方式相比，敏捷制造主要具有以下特征：　　(1)全新的企業(yè)合作關(guān)系——虛擬企業(yè)(Virtual Enterprise)或動(dòng)態(tài)聯(lián)盟。這是未來(lái)企業(yè)組織的最高形式，它完全是由市場(chǎng)機(jī)遇驅(qū)動(dòng)而組織起來(lái)的。所以，基于開(kāi)放式計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的信息集成框架是敏捷制造的重要研究?jī)?nèi)容。　　敏捷制造企業(yè)的特點(diǎn)就是多企業(yè)在信息集成的基礎(chǔ)上的合作與競(jìng)爭(zhēng)。對(duì)于一種產(chǎn)品，生產(chǎn)10萬(wàn)件同一型號(hào)產(chǎn)品和生產(chǎn)10萬(wàn)件不同型號(hào)的產(chǎn)品，其成本應(yīng)無(wú)明顯差異，敏捷制造企業(yè)不是采用以固定的專業(yè)部門(mén)為基礎(chǔ)的靜態(tài)結(jié)構(gòu)，而是采用動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)。在這種系統(tǒng)中，競(jìng)爭(zhēng)的優(yōu)勢(shì)取決于產(chǎn)品投放市場(chǎng)的速度，滿足各個(gè)用戶需要的能力以及對(duì)公眾給予制造業(yè)的社會(huì)和環(huán)境關(guān)心的響應(yīng)能力。每一個(gè)企業(yè)都將對(duì)新的生產(chǎn)能力做出部分貢獻(xiàn)。企業(yè)間的競(jìng)爭(zhēng)促使各企業(yè)不得不進(jìn)行規(guī)模綜合生產(chǎn)?！　≡诿艚葜圃炱髽I(yè)中，可以迅速改變生產(chǎn)設(shè)備和程序，生產(chǎn)多品種的新型產(chǎn)品。于是美國(guó)于1991年提出敏捷制造的設(shè)想。 敏捷制造一、敏捷制造企業(yè)的產(chǎn)生及其特點(diǎn)　　目前，各方面的發(fā)展都在驅(qū)使制造業(yè)中大規(guī)模生產(chǎn)系統(tǒng)的轉(zhuǎn)變?！　∥覈?guó)對(duì)智能制造的研究業(yè)已展開(kāi)。1989年10月，由日本當(dāng)時(shí)的國(guó)際貿(mào)易和工業(yè)大臣，現(xiàn)任東京大學(xué)校長(zhǎng)的Hiroyuki yoshikawa教授提出了智能制造國(guó)際合作計(jì)劃?！　∪毡緞t憑借其雄厚的技術(shù)力量涉足智能制造領(lǐng)域。自1987年以來(lái)，每?jī)赡暾匍_(kāi)一屆智能制造研討會(huì)，并將論文匯編成書(shū)出版?！爸悄苤圃臁钡难芯空诿绹?guó)多所大學(xué)蓬勃開(kāi)展。目前已開(kāi)發(fā)出40多個(gè)機(jī)械制造方面的制造智能化單元系統(tǒng)?！　∶绹?guó)是“智能制造”的發(fā)祥地。這樣，整個(gè)加工過(guò)程，通過(guò)任務(wù)廣播、投標(biāo)、仲裁、中標(biāo)，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)結(jié)構(gòu)的自組織。如果同時(shí)有多個(gè)施主投出“標(biāo)書(shū)”，那么，控制系統(tǒng)將對(duì)各個(gè)投標(biāo)者從加工效率、加工質(zhì)量等方面加以仲裁，以決定“中標(biāo)”施主。若某個(gè)施主具有完成此子任務(wù)的能力，而且當(dāng)前空閑，則該施主通過(guò)網(wǎng)絡(luò)向控制系統(tǒng)投出一份“標(biāo)書(shū)”。無(wú)論哪一級(jí)別的施主，它與上層控制系統(tǒng)之間通過(guò)網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)信息的聯(lián)接，各智能加工設(shè)備之間通過(guò)自動(dòng)引導(dǎo)小車(chē)(AGV)實(shí)現(xiàn)物質(zhì)傳遞。根據(jù)生產(chǎn)任務(wù)細(xì)化層次的不同，智能施主可以分為不同的級(jí)別?！　闹悄苤圃斓南到y(tǒng)結(jié)構(gòu)方面來(lái)考慮，未來(lái)智能制造系統(tǒng)應(yīng)為分布式自主制造系統(tǒng)(Distributed Autonomous Manufacturing Sytem)?！　IS是智能系統(tǒng)的基本框架，各種具體的智能系統(tǒng)是在此MIS基礎(chǔ)之上，對(duì)其擴(kuò)充。在IMS中的每個(gè)MIS的行為都是上層MIS的規(guī)劃調(diào)度與自身自律共同作用的結(jié)果，上層MIS的規(guī)劃調(diào)度是為了確保整個(gè)系統(tǒng)能有機(jī)協(xié)同地工作，而MIS自身的自律控制則是為了根據(jù)自身狀況和復(fù)雜多變的環(huán)境，尋求最佳途徑完成工作任務(wù)。其結(jié)構(gòu)如圖所示，大致分為三級(jí)：學(xué)習(xí)維護(hù)級(jí)、決策組織級(jí)和調(diào)度執(zhí)行級(jí)?！　闹悄芙M成方面考慮，IMS是一個(gè)復(fù)雜的智能系統(tǒng)，它是由各種智能子系統(tǒng)按層次遞階組圖91MIS結(jié)構(gòu)圖成，構(gòu)成智能遞階層次模型。IMS常用的智能機(jī)器包括智能機(jī)器人、智能加工中心、智能數(shù)控機(jī)床和自動(dòng)引導(dǎo)小車(chē)AGV(Automated Guided Vehicle)等。　　3智能機(jī)器的設(shè)計(jì)　　智能機(jī)器是IMS中模擬人類(lèi)專家智能活動(dòng)的工具之一?！　?6)智能質(zhì)量控制?！　?4)智能監(jiān)測(cè)、診斷和補(bǔ)償。在現(xiàn)有的檢索式、半創(chuàng)成式CAPP系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，研究和開(kāi)發(fā)創(chuàng)成式C