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复杂产品制造信息化的重要技术
2006年8月2日 9:20  来源:中国制造业信息化  作者:李伯虎
   21世纪,制造业面临着新的挑战,主要体现在:知识-技术-产品的更新周期越来越短;客 户对产品性能和质量的要求越来越高;产品T/Q/C/S竞争加剧;全球化的协同制造与竞争;产品知识含量不断增高;实现绿色制造的呼声越来越高;先进制造技术与应用发展迅速等。纵观近年来各国的战略报告,对未来制造企业面临的挑战可概括为:“精良、高效;以客户为中心;内部、外部无缝互连;有效知识管理;绿色制造;善于应用新技术”等。由于制造业全球化进程加快及信息技术、管理技术、材料技术等高新技术的迅猛发展,给制造技术的发展带来新的变化:以信息化为核心的“集成化、数字化、虚拟化、网络化、智能化”;高技术化;绿色制造;极端制造技术成为重要领域。

    复杂产品制造信息化的重要技术

    ——复杂产品集成制造系统

    ■ 中国工程院院士 李伯虎

     众所周知,复杂产品制造业是国民经济和国家安全的重要基础,它的竞争将直接关系到国力的兴衰。目前,复杂产品制造企业竞争的具体表现是:新产品(P) 及其T(开发时间)、Q(质量)、C(成本)S(服务)、E(环境清洁)和K(知识含量)。“复杂产品集成制造系统技术”正是为适应这种竞争背景,在相关新技术推动下提出并发展中的一门新兴技术。

    复杂产品制造信息化的重要技术——复杂产品集成制造系统中,“复杂产品”定义为“客户需求复杂、产品组成复杂、产品技术复杂、制造流程复杂、试验维护复杂、项目管理复杂、工作环境复杂的一类产品”,如航天器、飞机、汽车、船舶、复杂机电产品等。

    必须指出,“制造”是“大制造”,它包括产品从规划到报废全生命周期的全部活动。这些活动不仅局限在企业内部,往往涉及多个企业之间,甚至可扩展到全球化企业动态联盟。

    经过50多年的努力,我国制造业已成为国民经济的重要组成部分,其工业增加值占GDP的35%,工业增加值居世界第四位,约为美国的1/4、日本的1/2,与德国接近。中国已成为制造大国,但还不是强国。与国际先进国家相比,我国制造业总体上仍存在15~20年左右的阶段性差距。我国制造业面临严峻形势,不跨越发展没有出路,必须在“产品创新、管理创新、技术创新”上有重大突破,其中“用信息化带动工业化”是跨越发展的一个重要措施——“制造业信息化”。

    应当深刻理解我国“制造企业信息化”内涵,它是一项具有深远战略意义的复杂系统工程。它以贯彻党的十六大报告中指出的“信息化是加快实现工业化和现代化的必然选择。坚持以信息化带动工业化,以工业化促进信息化,走出一条科技含量高、经济效益好、资源消耗低、环境污染少、人力资源优势得到充分发挥的新型工业化路子。”为指导思想,以信息(采集、传递、加工、处理、应用)技术为核心,将信息技术、建模与仿真技术、现代管理技术、设计与生产技术、系统工程技术及产品有关的专业技术综合运用于产品研制的全系统、全生命周期,通过实施企业(或集团)的产品设计/生产/管理/试验领域及其全企业集成的信息化,使企业(或集团)产品研制全系统、全生命周期活动中的人/组织、经营管理、技术(三要素)及信息流、物流、价值流、知识流(四流)集成优化,进而改善企业(或集团)产品(P)及其开发时间( T )、质量( Q )、成本( C )、服务( S )、环境清洁( E )和知识含量( K ),提高企业(或集团)的敏捷性、柔性及健壮性,以达到增强企业(或集团)的市场竞争能力,为企业(或集团)实现跨越式发展作出重要贡献的目标。

    我国近20年的实践表明:“集成制造系统”是实现制造业信息化的一种有效手段”。

    体系结构、技术体系

    体系结构

    复杂产品集成制造系统是一个复杂的系统,应当采用系统的观点,从经营理念、运行模式和全生命周期的制造要素与活动等多个方面综合分析、研究它。复杂产品集成制造系统体系由项目主管企业、协作企业、供应商和客户的企业集成制造系统(EIMS)的集群组成。其中,企业集成制造系统由四个应用分系统和一个支撑分系统组成。

    技术体系

    “复杂产品集成制造系统技术体系”是对“现代集成制造系统技术体系”的进一步扩展:

    总体技术:包括系统总体运营模式;系统集成方法论;系统集成技术;标准化技术;企业建模和仿真技术及系统开发与实施等技术。

    产品设计技术:包括CAX/DFX技术,如CAD、CAE、DFA(面向装配的设计)、DFM(面向制造的设计)等技术;SBD(基于仿真的设计);多学科虚拟样机设计;逆向工程;绿色设计;网络设计;智能设计及面向大规模定制生产模式的设计等技术。

    经营管理与决策系统技术:包括项目管理;MIS;OA;MRPⅡ(制造资源规划)、SCM(供应链管理),CRM(客户关系管理),ERP(企业资源规划), DEM(动态企业建模),及电子商务等技术。

    试验技术:包括单件例行试验;整机组件试验;系统综合/匹配试验;靶场合练/飞行试验技术等。

    加工生产与装备技术:包括数控机床;数控加工中心;工业机器人;FMC(柔性制造单元);FMS(柔性制造系统);VM(虚拟制造);可重组机器/装备;MES(制造执行系统)及RPM(快速成形制造)等技术。

    系统支撑环境技术:包括网络、数据库、集成平台/框架,计算机辅助软件工程,PDM (产品数据管理),计算机支持协同工作,人/机接口及网格等技术。
 
    值得关注的几项技术

    系统总体运营模式

    集成制造系统理念、经营模式规定了集成制造系统运行的整体战略、技术路线和模式。目前,较成功的能用于集成制造理念、经营模式包括并行工程/并行企业、精益生产、基于仿真的采办、敏捷制造和我国提出的现代集成制造系统等。其主要内涵可概括为:综合运用产品有关的专业领域技术、信息技术、建模/仿真技术、系统技术、设计/工艺/加工生产技术、管理技术;建立以供应链为中心的企业动态联盟;运用产品设计工作及其相关过程(包括加工生产过程和管理过程)并行、一体化的系统化工作模式;建立精简、高效的业务流程和扁平化组织;通过使制造全系统、全生命周期活动中人/组织、经营管理、技术(三要素)及信息流、物流、价值流、知识流(四流)的集成优化,改善新产品(P) 及其T(开发时间)、Q(质量)、C(成本)S(服务)、E(环境清洁)和K(知识含量),提高联盟的敏捷性、协同性、精良性、健壮性,以达到提高联盟竞争能力的目标。复杂产品集成制造系统是基于上述理念构成的“数字化、网络化、智能化、绿色化、集成优化”的制造系统;复杂产品集成制造系统支持的企业是一个“精益型、敏捷型、协作型、学习型”的数字化企业。

    企业的复杂产品集成制造系统理念、经营模式应根据企业实际情况,综合、吸取和发展上述的理念、经营模式。

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