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技术 | 10大成组技术与大规模定制生产

1、大成组技术与传统成组技术的关系

信息高速公路的迅速发展将对制造业产生深刻的影响,例如,将改变成组技术的应用模式。大成组技术就是一种跨企业跨地区的大范围成组技术应用的制造系统新模式[1]。成组技术是识别、开发和利用制造系统的相似性,以优化制造过程和取得高经济效益的技术[2]。大成组技术将传统的成组技术和最新的网络技术相结合,通过自组织和分布化的发展模式,在大范围内实施成组技术,显著扩大相似件的成组范围,使现有的信息资源和制造资源有序化并能被充分利用,支持企业高速度、高质量和低成本地制造出用户满意的产品。

大成组技术与传统的成组技术的不同点是:

(1) 应用范围不同。传统的成组技术应用是局限在企业内部,而大成组技术是跨企业大范围地实施成组技术。

(2) )系统实施的方法不同。传统的成组技术在企业内的应用是从上到下进行,采用的是集中式方法。而大成组技术所面对的是分散化的企业,采用的是一种自组织的和分布化的优化方式,是从下到上进行。

(3) 所采用的工具不同。传统的成组技术采用手工或不联网的计算机进行成组分析和应用。大成组技术利用因特网(Internet),将分散的信息链接集成。因此需要对大成组技术的理论和方法进行系统的研究。

大成组技术与当代学科前沿,如全球集成制造、敏捷制造、生物制造等密切相关。它为先进制造系统提供了产品信息有序化和企业结构模块化的实现途径。大成组技术具有广阔的应用前景,它将使传统的产品设计和制造模式发生很大的变化。

大成组技术的效益将是巨大的,它将使传统的产品设计和制造模式发生极大的变化。对提高我国制造业在国际市场上的竞争能力有极大的推进作用。如对零件数量的控制,其意义决不是少出几张零件图,而是可以节省在制造过程中所发生的一大笔费用(德国的估计是每个新零件导致增加的费用是500—1000德国马克)。新的零件往往要求新的工装。通过大成组技术可以有效地控制零件数量的增加。

2、一些工业发达国家的21世纪制造战略中的大成组技术思想

一些工业发达国家都把大成组技术中的主要内容作为实现21世纪制造战略的重要方法:

1991年日本提出智能制造系统(IMS)的国际合作研究开发计划中的一个主要内容是全球制造业集成技术,要把产品的开发和制造分散在全球范围内进行,其实现的途径是根据制造和生产环境将从产品设计开始的整个生产过程进行模块化处理[3]。这里的模块必定根据成组技术原理进行设计,即模块具有较大的通用性,而这通用性是通过对产品和过程的相似性的识别和分析得到的。

1993年美国提出了面向21世纪的敏捷制造的战略。敏捷制造中的虚拟企业是一种以竞争能力和信誉为依据选择合作伙伴组成动态公司,又被称为插头兼容式企业[4]。大成组技术的思想与敏捷制造技术中虚拟企业的概念是一致的。大成组技术的基本构件是一些各种专业化企业,它们各自对某一领域特别擅长。如有的企业对齿轮设计内行,有的企业加工某类齿轮特别有办法。当某一个新产品组织协同生产时,那些有竞争力的企业就承担了其中的任务。根据成组技术原理,我们知道一个产品中20%左右的零件是标准件,70%左右的零件是相似件,只有10%左右的零件是专用件。当制造系统的范围向全国、全球扩大时,相似件和标准件的比例还要增加,专用件的比例则进一步下降。采用成组技术,可将各种不同类型的产品的相似件归类成组,由相应的专业化企业承担设计或/和制造任务。所以某个全新产品的其绝大部分零部件对于各专业企业来讲却不是新的,只是某一类相似件中的一个而已。从而可以采用高效、成熟的技术,以大批量的成本制造单件的产品。

1995年德国开始的“制造2000”的研究计划。其研究重点之一是产品结构和方法模块化。德国人认为:不断增长的品种和零部件的多样化的问题应通过产品结构标准化和标准的大力推广应用以及参数化方法得到解决[5]。产品结构标准化也将通过成组技术得以实现。

3、大成组技术是实现大规模定制生产的有效途径

1997年底,美国乔治·华盛顿大学的一个专门小组对新兴技术发展作了预测,提出21世纪(2001-2030年)的85项技术,其中与制造领域相关的技术有:计算机集成制造、大批量定制、工厂作业锐减、绿色制造、工业生态学、高级机器人等 [8]。

大规模定制生产(Mass Customization,简称MC)是根据每个用户的特殊需求以大批量生产的成本提供定制产品的一种生产模式,它实现了用户的个性化和大批量生产的有机结合,以大批量的效益(成本和交货期)进行单件定制产品的生产。MC的概念是:一个企业以很大的批量生产某种产品,但又根据每个用户的各自的需要和兴趣进行产品的变型。

MC出现的背景是:当前市场竞争环境变得迅速而又不可预测,传统的通过经济规模而提高竞争力的方法不再有效;用户需要低价格的个性化的产品;产品生命周期缩短;大量生产中的刚性的高度自动化生产线不能适应用户对产品的多样化需求。

成组技术是通过充分利用产品和制造过程中的相似性,将不同产品中的相似的零部件,甚至零件中的部分结构信息归类处理,形成“成组批量”,从而取得较大效益。大规模定制生产将充分利用现代柔性制造技术、利用CAD和CAM技术,但是离开成组技术的思想,不充分利用以往的信息资源和知识资源,那么,大规模定制生产的目标是无法实现的。缺少成组技术思想支持的CAD系统只能快速地制造混乱。

大成组技术将充分利用最新的信息和通讯技术,尽可能多地利用已有的人类知识和资源,形成“成组大批量”,合理组织产品的生产协作,以最快的速度、最低的成本制造出用户满意的产品。这将使大规模定制生产的目标真正实现。

4、大成组技术中的关键问题和解决方法

大成组技术的关键问题和解决方法是:

(1)面向全国的、开放的产品信息分类编码系统的结构框架

该系统面向全国不同行业的产品、部件和零件。以往的成组技术中使用的大范围的零件分类编码系统,如我国机械部的分类编码系统(JLBM-1)、日本的kk-3分类编码系统等,主要是采取以码代形的方法。其特点是所描述的特征较细,码位较多,刚性结构。这些编码系统的建立和修改维护都很难。因此需要根据因特网的特点,设计出具有可扩展性和可维护性的、面向全国的、开放的产品信息分类编码系统的原理和实施方案。该系统可以覆盖产品、部件、零件和零件的部分结构等产品设计信息,能够适应全国各种企业的需要以及动态维护和扩充的需要。

可以利用因特网和Java、JavaScript等网络编程语言的特点,通过超级链接将分散的信息有机集成起来。通过关键词的组合搜索迅速将大量的相关信息收集在一起。

(2)大成组技术中的成组设计问题

在以往的成组技术的应用中,主要是在对企业中的零件频谱的分析的基础上,对零件及功能特征进行标准化,并作为以后的设计参考依据。在大成组技术中因涉及的企业数量非常之多,并且企业情况是在不断变化的,无法进行集中的零件频谱分析。需要有一种新的方法解决这一问题。

可以参照GB10091(国家标准)和DIN 4000(德国标准)建立产品参考模型,其特点是采用带参数的图表示产品参考模型,如零件族的典型(复合)零件,用参数表和编码表示具体(派生)零件。

可以采用记数器统计非标准件被检索的次数作为标准化的依据。在新产品设计中,通过因特网查询产品设计信息资源库,首先是充分利用现有的标准件信息,其次是充分利用企业的非标准件信息。经过一段时间后,利用因特网的特点,根据非标准件被检索的次数(由记数器记数),逐步地将一些被检索次数较多的非标准件及其它们的相似件进行标准化。标准化的工作可由有关企业进行,最后由标准化部门审定。

设计信息资源库将采用开放式分布化结构。由于供成组设计用的信息很多,并且这些信息在不断增加。因此设计信息资源库只能采用开放式分布化结构。所谓开放式是指设计信息资源库的内容可以不断地进行修改和增加。所谓分布化是因为如此之多的信息不可能只由很少几个人来建立,也不可能存储在同一服务器上。因此需要由不同行业,甚至一些大型企业分别建立自己的设计信息资源库,通过超级链接,将分散在各地的设计信息资源库连接为一体。

(3)大成组技术中的成组制造问题

在以往的成组技术的应用中,主要是通过流程分析法或聚类分析方法分析企业的所有零件信息,划分零件族和机床组,经过机床负荷平衡后,最后确定加工某些零件族的成组单元。这种自上而下的方法在大成组技术中是无法应用的。因为各企业是独立法人,只听从市场这一指挥棒。这也需要有一种新的方法解决这一问题。

可以采用具有柔性结构的语义编码方法进行成组分析、零件检索和加工单元检索和信息检索。编码的例子是:磨床-床头箱-主轴{圆柱体,长300,最大直径80}{阶梯轴,精度7,粗糙度1.6}{通孔,阶梯孔,精度7}。其中“-”表示部分和整体的关系,“{}”内给出事物特性。编码还可简化到只用一个或几个关键词表示,如:磨床-主轴。语义编码具有编码方便和容易理解的特点。语义编码又可看成是特性名称码,可自动转化为字符码(特性代码)。

特征语义(关键词)的定义采用开放式自组织模式。企业可以在语义库中增加原先没有的特征语义。定期根据对网上各产品信息主页的特征语义的出现频率的统计,对语义库中的语义词按出现频率的高低分类排序,删除很少被使用的特征语义。

可以采用类似于因特网的自组织发展模式实施大成组技术。关键是提供一个供系统启动的核心部分,即设计信息资源库,它能吸引各企业加入到大成组技术中来。设计信息资源库包含有产品参考模型、企业名录等信息。

(4)大成组技术的集成和协调

传统的成组单元的协调可通过上一级车间或企业进行。但大成组技术中各专业厂间的协调需通过相互协商的方法进行。在因特网上各企业无论在地理位置方面还是在信息存贮方面都是分散的。因特网上的活动是高度分散化的。因此,基于因特网的大成组技术也将具有分散化的特点。对这些分散信息的集成和分散企业的协调是大成组技术所要解决的关键问题。

可以通过建立动态数据库主页为大成组技术中的企业协同创造条件。在与设计信息资源库紧密相连的动态数据库主页上,各企业发布信息和收集信息,如产品推销和采购等,从而引导企业从分散走向集成,走向协作。

大成组技术将采用自组织化的成组制造模式。大成组技术中的成组单元可以是专业厂,也可以是面向因特网的企业中的单元。它们是通过动态数据库主页对市场进行分析调查后自发建立的。它们具有很好的灵活性和可转换性,具有较宽的加工零件谱,当缺少定货时,它们可以根据市场需求,通过添置设备或加强与其他单元的合作,改变自己的加工能力和加工范围。不同于传统的面向零件族的成组单元,它们是面向市场和面向零件族的。待加工零件和单元的匹配可通过待加工零件的编码和加工单元的特征编码的匹配来实现。另外还要考虑加工成本、距离远近、交货期和质量信誉等问题,进行综合平衡。


点击次数:  更新时间:2015-04-24 16:00:20  【打印此页】  【关闭