面向零件制造过程的协同制造链构建研究_田雪莹

面向零件制造过程的协同制造链构建研究田雪莹1吉锋2（1同济大学，上海200092）（2上海交通大学，上海200030）Research on configuration of the collaborative manufacturing chain oriented themanufacturing process of complex partsTIAN Xue-ying 1，JI Feng 2（1Tongji University ，Shanghai 200092，China ）（2Shanghai Jiaotong University ，Shanghai 200030，China ）文章编号：1001-3997（2009）07-0115-03【摘要】为了有效的实现网络制造环境下资源共享与优化配置，提出了协同制造链的概念，重点分析了协同制造链构建与运行过程，将这一过程划分为制造任务分解与描述、制造服务发现与匹配、协同制造链生成与优化、合同签订与项目执行、协同制造链解体等五个阶段，并对协同制造链构建过程进行了建模与形式化描述。

关键词：协同制造链；网络化制造；工艺规划【Abstract 】To optimize the configuration of distributed manufacturing resources in the networked manufacturing environment effectively ，a concept of the collaborative manufacturing chain is introduced ，the different phase such as the decomposition and description of manufacturing task ，the discovery and matching of manufacturing service ，the construction and optimization of the collaborative manufacturing chain ，the project execution and the disassembly of the collaborative manufacturing chain in the evolution process of the collaborative manufacturing chain is analyzed in detail ，the formalized models about some important concepts in the evolution process are established too.Key words ：Collaborative manufacturing chain ；Network manufacturing ；Process planning＊来稿日期：2008-09-11中图分类号：TH16文献标识码：A1协同制造链概念协同制造链的目标是围绕零件的制造过程，利用计算机网络，将分散在各地的生产设备资源、智力资源和技术资源等，迅速地整合在一起，以便降低生产成本，缩短生产周期，提高产品质量。

围绕零件的制造过程，协同制造链的各成员之间存在一种时序关系，即前一企业的产品是后一企业的原料或加工对象，不同企业完成零件制造过程中的不同工序，所有成员均是协同制造链上的一个环节。

协同制造链的总目标可以基于零件的整个制造过程进行分解，各分子目标任务即为其中可执行的独立加工任务，候选成员应该是在相应工作环节上具有竞争优势的企业。

2协同制造链的构建与运行过程2.1协同制造链全生命周期总体分析网络化制造动态联盟充分利用网络技术，将各伙伴企业的核心能力和资源集成在一起，形成一个临时的经营实体—基于网络的动态联盟，以共同完成某项任务。

网络化制造动态联盟具有一个完整的生命周期，以项目（市场需求）为起止，以项目的运营过程为依归，可以将其分为四个阶段：市场机遇的识别和决策、联盟组建、项目实施与联盟运作、联盟解体。

协同制造链是基于零件制造过程的网络化制造动态联盟，直接围绕具体的零件对象生成。

一般情况下，零件作为最终产品的组成部分而存在，因而其全生命周期与网络化制造动态联盟的生命周期稍有不同，无需经历市场机遇的识别和决策阶段。

从协同制造链的构建和运行过程来看，将协同制造链的全生命周期分为：制造任务分解与描述、制造服务发现与匹配、协同制造链生成与优化、合同签订与项目执行、协同制造链解体等五个阶段，各阶段的核心问题，如图1所示。

图1协同制造链全生命周期各阶段及其核心问题协同制造链的构建与运行过程可以使用UML 顺序图[4]来描述。

说明了协同制造链构建与运行过程中各对象之间的交互过程（图略）。

协同制造链的构建与运行主要涉及到协同制造链发起企业、协作企业、网络化敏捷制造平台等三个对象，图中带箭头的实线描述了上述对象间的交互活动，提供了一个关于此交互的简单描述。

Machinery Design ＆Manufacture机械设计与制造第7期2009年7月1152.2协同制造链构建与运行过程详细分析2.2.1制造任务分解与描述工艺路线是连接产品设计与产品制造的桥梁[5]。

工艺路线分析的主要任务是为被加工零件选择合理的加工方法和加工顺序，以便能按设计要求生产出合格的成品零件。

协同制造链构建过程可以看作是网络环境下面向异地协同制造的零件工艺规划过程，工艺路线分析是制造任务分解与描述的基础，因此首先要进行零件工艺路线的分析。

进行工艺分析时，一个零件通常被若干具有加工意义的制造特征[6]所描述，例如某关键零件就可通过前端面、后端面、结合面、前槽、后槽、外型面、前、后安装边孔等制造特征进行描述。

完成零件制造特征划分后，协同制造链发起企业即可寻找所有能够得到制造特征属性（形状、尺寸、公差和表面粗糙度）的加工方法。

与企业内部的传统工艺路线分析不同，网络化制造环境下，企业选择加工方法时不仅要考虑企业自身所具备的制造资源，而且还应基于广泛的网络化资源去进行加工方法的选择。

加工方法选择完成后，企业还需要进一步对加工方法进行排序以确定加工方法之间的优先关系，排序主要以精度区段作为排序标准，按“先基准后其它、先粗后精、先主后次、先面后孔”等规则进行。

在零件工艺路线分析过程中，协同制造链发起企业还应根据零件的制造要求（包括数量、精度、质量、成本、交货时间等）确定每道加工任务的工期与成本，评估本企业制造资源能否满足要求，判断哪些加工任务在企业内部是不能加工或不适合加工的，并将其确定为外协加工任务，评估的结果将作为制造服务发现的依据。

完成零件工艺路线分析后，协同制造链发起企业将获得一个面向协同制造的零件工艺规划（Collaborative-Oriented Process Plan，COPP），某型号航空发动机关键零件的COPP，如图2所示。

图2某型号航空发动机关键零件的COPPCOPP有别于传统的企业内部工艺规程。

传统工艺规程中，工序之间具有严格的顺序关系并且完成了每道工序的设备、工装以及刀具的选择，而COPP只给出了任务（称之为协同制造任务）划分及其相关加工要求（主要包括加工基准、工序尺寸、加工余量以及时间定额等），并没有与具体的资源相关联；各任务之间仅按“先基准后其它、先粗后精、先主后次、先面后孔”等规则进行了初步排序，尚未为每一个任务建立严格的顺序关系。

图3中AND节点之间的加工任务表示其加工先后顺序关系尚未确定，而非指加工时间上的并行，为便于描述，称之为并行制造任务集合。

获得零件的COPP后，协同制造链发起企业就可以基于网络协同制造本体对协同制造链中的任务进行语义化描述，以准确反映任务的制造能力需求。

2.2.2制造服务发现与匹配制造服务发现与匹配是一个将协同制造任务的能力需求特征和制造服务的制造能力特征进行匹配，以制造能力为基础搜索出所有满足任务加工要求的制造服务的过程。

针对零件制造过程中本企业所无法满足的资源能力，协同制造链发起企业从制造服务注册中心搜索能够满足协同制造任务加工能力要求的制造服务，并将协同制造任务外包给相应的制造服务提供商进行委托加工。

对每一个协同制造任务，制造服务注册中心可能会返回多个满足能力需求的制造服务，称之为候选制造服务集合。

协同制造链发起企业完成制造服务发现与匹配后，将获得一个依赖于制造服务的零件工艺规划（Service-dependent Process Plan，SDPP）。

SDPP通过将制造服务注册中心返回的制造服务与COPP中对应的协同制造任务进行关联后生成，SDPP中的每一个制造服务都具有完成COPP中对应协同制造任务的能力。

2.2.3协同制造链生成与优化协同制造链生成与优化包括两个步骤：制造服务优化选择与制造服务排序。

经过制造服务发现与匹配后，所得到的候选制造服务集合仅仅是以制造服务的制造能力为唯一指标来衡量制造服务是否能够满足协同制造任务要求的。

为了进一步选出最佳制造服务，还需要利用其它指标，诸如加工质量高低、交货及时性、加工成本高低、服务的优劣等，对第一次匹配出的制造服务进行评价和排序。

在具体实现过程中，协同制造链发起企业可以把各个协同制造任务的时间要求、质量要求、成本要求等动态信息以标书的形式发给候选制造服务提供商，提出各种要求的最底线，各候选制造服务提供商根据自己的具体情况回复标书，说明自己实际可以完成的时间、质量、成本等信息，然后协同制造链发起企业使用网络化敏捷制造平台的协同制造链优化配置工具对所有指标进行优化，找到最佳制造服务。

此时协同制造链发起企业将获得一个优选后的SDPP。

在优选后的SDPP中，OR节点已被消除，协同制造任务与制造服务一一对应，即为一个协同制造任务———制造服务对。

某型号航空发动机关键零件优选后的SDPP，如图3所示。

图3某型号航空发动机关键零件优选后的SDPP在协同制造链构建过程中，为了完成零件的加工，协同制造链发起企业还需要对优选后的SDPP进行排序，消除SDPP中的AND节点，最终生成协同制造链。

与传统工艺规程编制过程中的工艺排序问题不同，协同制造链的构建是建立在零件工艺分析基础之上的，在其从COPP到SDPP再到CMC的演化过程中，已经第7期田雪莹等：面向零件制造过程的协同制造链构建研究116充分考虑了制造工艺、加工成本以及加工时间等问题，因而其排序问题简化为主要从降低协同制造链的物流成本方面考虑。

最终生成的某型号航空发动机关键零件的协同制造链，如图4所示。

图4某型号航空发动机关键零件的CMC2.2.4合同签订与项目执行协同制造链构建成功后，协同制造链发起企业与链中的相关制造服务提供商签订商务合同，协同制造链正式进入运行阶段。