復(fù)雜重型裝備網(wǎng)絡(luò)協(xié)同制造平臺(tái)功能架構(gòu)

閆紅翔,鄢 萍,吳鵬飛,趙 斌,劉 穎

(1.重慶大學(xué)制造工程研究所，重慶 400044；2．重慶市經(jīng)濟(jì)和信息化委員會(huì)，重慶 401121；3.中國(guó)重型機(jī)械研究院股份公司，陜西 西安 710032)

0 前言

近年來(lái)，中國(guó)裝備制造發(fā)展迅速，逐漸擺脫勞動(dòng)密集型制造，轉(zhuǎn)向高端重型裝備制造領(lǐng)域。“中國(guó)制造2025”規(guī)劃也明確提出了要加快推動(dòng)新一代信息技術(shù)與制造業(yè)的深度融合發(fā)展[1]。重型裝備與工業(yè)機(jī)械等復(fù)雜重型裝備作為制造產(chǎn)業(yè)鏈中的關(guān)鍵基礎(chǔ)裝備，具有種類多、復(fù)雜度高、客戶定制等顯著特點(diǎn)[2]，其生產(chǎn)制造流程為需求-設(shè)計(jì)-制造的低效率串行模型，普遍存在著諸如信息化水平低，生產(chǎn)數(shù)據(jù)多源異構(gòu)，成本控制難等問(wèn)題。網(wǎng)絡(luò)化協(xié)同制造模式作為五種智能制造模式之一，為復(fù)雜重型裝備制造業(yè)帶來(lái)新的轉(zhuǎn)機(jī)，其充分利用新一代網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、信息技術(shù)，將串行工作變?yōu)椴⑿泄こ蹋瑢?shí)現(xiàn)供應(yīng)鏈內(nèi)及跨供應(yīng)鏈間的企業(yè)產(chǎn)品設(shè)計(jì)、制造、管理和商務(wù)等的合作的生產(chǎn)模式，最終通過(guò)改變業(yè)務(wù)經(jīng)營(yíng)模式與方式達(dá)到資源最充分利用的目的。

關(guān)于網(wǎng)絡(luò)化協(xié)同制造的理念、相關(guān)平臺(tái)及具體技術(shù)，國(guó)內(nèi)外已經(jīng)開(kāi)展了大量研究。我國(guó)科技部關(guān)于網(wǎng)絡(luò)化制造的定義為：按照敏捷制造的思想，采用Internet技術(shù)，建立靈活有效、互惠互利的動(dòng)態(tài)企業(yè)聯(lián)盟，有效地實(shí)現(xiàn)研究、設(shè)計(jì)、生產(chǎn)和銷售各種資源的重組，從而提高企業(yè)的市場(chǎng)快速反應(yīng)和競(jìng)爭(zhēng)能力的新模式[3]。華中科技大學(xué)的楊叔子院士通過(guò)分析現(xiàn)代制造業(yè)市場(chǎng)特征、制造企業(yè)的特征和機(jī)械制造業(yè)的特征，指出網(wǎng)絡(luò)化制造是先進(jìn)制造技術(shù)發(fā)展的必由之路[4]。重慶大學(xué)的劉飛教授對(duì)網(wǎng)絡(luò)化制造的定義、內(nèi)涵特征進(jìn)行了描述，總結(jié)了網(wǎng)絡(luò)化制造的內(nèi)涵特征體系、基礎(chǔ)支持技術(shù)以及基于網(wǎng)絡(luò)的系統(tǒng)集成技術(shù)[5]。在航空工業(yè)方面，針對(duì)行業(yè)對(duì)多廠聯(lián)合協(xié)同研制的需求，建立了異地多廠所聯(lián)合研制協(xié)同平臺(tái)體系架構(gòu)。中航工業(yè)西安飛機(jī)工業(yè)有限責(zé)任公司以國(guó)家工信部智能制造試點(diǎn)示范項(xiàng)目為載體，在網(wǎng)絡(luò)化協(xié)同制造領(lǐng)域積極探索通過(guò)協(xié)同研發(fā)、制造、管理和服務(wù)，實(shí)現(xiàn)資源、信息、物料和人的高度互聯(lián)，確保工藝流程的靈活性和資源的高效利用，成功將整機(jī)制造周期壓縮到15個(gè)月左右，實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)、制造、服務(wù)的聯(lián)動(dòng)協(xié)同[6]。面對(duì)區(qū)域性經(jīng)濟(jì)發(fā)展的需求，天津大學(xué)袁國(guó)強(qiáng)分析了區(qū)域經(jīng)濟(jì)發(fā)展中存在的問(wèn)題，就如何把網(wǎng)絡(luò)化協(xié)同設(shè)計(jì)制造技術(shù)應(yīng)用與區(qū)域經(jīng)濟(jì)發(fā)展進(jìn)行了探索，提出了一種區(qū)域性網(wǎng)絡(luò)協(xié)同設(shè)計(jì)制造平臺(tái)的功能體系結(jié)構(gòu)，設(shè)計(jì)了面向天津地區(qū)的網(wǎng)絡(luò)化協(xié)同制造平臺(tái)的方案和功能系統(tǒng)[7]。國(guó)外關(guān)于網(wǎng)絡(luò)化協(xié)同制造已經(jīng)有很多成功的應(yīng)用案例。GE公司的GE Global Research通過(guò)將各種先進(jìn)技術(shù)集成起來(lái)，形成一個(gè)協(xié)同的工作環(huán)境，利用各種Web技術(shù)、PDM、并行分布計(jì)算等實(shí)現(xiàn)新產(chǎn)品的優(yōu)化協(xié)同設(shè)計(jì)，并利用這種方式設(shè)計(jì)和優(yōu)化整個(gè)發(fā)電廠、飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)和醫(yī)療設(shè)備的設(shè)計(jì)制造過(guò)程[8]。

國(guó)內(nèi)外已經(jīng)開(kāi)展了大量關(guān)于網(wǎng)絡(luò)協(xié)同制造的理念、相關(guān)平臺(tái)、具體技術(shù)以及企業(yè)應(yīng)用方面的研究。但由于高度離散型的復(fù)雜重型裝備制造行業(yè)產(chǎn)品特點(diǎn)和在生產(chǎn)流程特性，如何構(gòu)建基于數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化、知識(shí)化的網(wǎng)絡(luò)化協(xié)同制造模式，統(tǒng)一設(shè)計(jì)制造數(shù)據(jù)源、數(shù)據(jù)反饋協(xié)同改善、信息系統(tǒng)集成、設(shè)計(jì)與制造知識(shí)交互以及知識(shí)匹配等，實(shí)現(xiàn)復(fù)雜重型裝備制造的提質(zhì)、降本和增效，仍然是一個(gè)值得討論的問(wèn)題。因此，本文結(jié)合復(fù)雜重型裝備生產(chǎn)制造特點(diǎn)，對(duì)復(fù)雜重型裝備網(wǎng)絡(luò)化協(xié)同制造模式及其關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行梳理。首先針對(duì)復(fù)雜重型裝備特點(diǎn)和其現(xiàn)有生產(chǎn)制造流程中存在的問(wèn)題，設(shè)計(jì)了復(fù)雜重型裝備網(wǎng)絡(luò)化協(xié)同制造業(yè)務(wù)流程。然后對(duì)復(fù)雜重型裝備網(wǎng)絡(luò)化協(xié)同制造平臺(tái)的功能結(jié)構(gòu)及其業(yè)務(wù)模式進(jìn)行研究，并對(duì)平臺(tái)構(gòu)建關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行了討論。最后對(duì)復(fù)雜重型裝備網(wǎng)絡(luò)化協(xié)同制造未來(lái)發(fā)展和研究進(jìn)行展望。

1 復(fù)雜重型裝備網(wǎng)絡(luò)化協(xié)同制造需求分析

1.1 復(fù)雜重型裝備生產(chǎn)制造特點(diǎn)及缺陷

復(fù)雜重型裝備屬于產(chǎn)品結(jié)構(gòu)復(fù)雜、設(shè)計(jì)周期長(zhǎng)、制造環(huán)節(jié)多、高度客戶定制的大型裝備產(chǎn)品，其生產(chǎn)制造流程主要存在①產(chǎn)品設(shè)計(jì)與制造過(guò)程相分離，業(yè)務(wù)流程屬于串行模式效率低;②傳統(tǒng)基于二維圖紙、文檔和三維設(shè)計(jì)模型的工程信息傳達(dá)方式具有數(shù)據(jù)源不統(tǒng)一、溝通效率低下;③產(chǎn)品設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)和工藝數(shù)據(jù)、制造過(guò)程數(shù)據(jù)等相互分離，設(shè)計(jì)與制造問(wèn)題不能被及時(shí)反饋?lái)憫?yīng);④生產(chǎn)制造活動(dòng)中各信息系統(tǒng)數(shù)據(jù)流未打通,企業(yè)信息化水平有待提高等問(wèn)題。基于新一代信息技術(shù)、敏捷制造、虛擬制造等制造技術(shù)的網(wǎng)絡(luò)化協(xié)同制造模式為實(shí)現(xiàn)復(fù)雜重型裝備個(gè)性化定制和智能制造帶來(lái)了新的轉(zhuǎn)機(jī)，通過(guò)構(gòu)建客戶需求推動(dòng)的基于網(wǎng)絡(luò)的制造系統(tǒng)(平臺(tái))，覆蓋產(chǎn)品生產(chǎn)周期的所有(部分)環(huán)節(jié)(設(shè)計(jì)、制造、采購(gòu)、運(yùn)維等)的企業(yè)業(yè)務(wù)活動(dòng)形成動(dòng)態(tài)企業(yè)聯(lián)盟。在網(wǎng)絡(luò)化協(xié)同制造平臺(tái)的支持下，使整個(gè)生產(chǎn)制造活動(dòng)突破時(shí)間、空間約束，從傳統(tǒng)的串行模式轉(zhuǎn)變?yōu)椴⑿心Ｊ剑s短產(chǎn)品生產(chǎn)制造周期，快速響應(yīng)客戶的定制化需求，實(shí)現(xiàn)面向工藝、生產(chǎn)、成本的設(shè)計(jì)和產(chǎn)品高質(zhì)量、低成本制造。

1.2 復(fù)雜重型裝備網(wǎng)絡(luò)化協(xié)同制造業(yè)務(wù)流程

復(fù)雜重型裝備網(wǎng)絡(luò)化協(xié)同制造涉及的業(yè)務(wù)主體為平臺(tái)運(yùn)營(yíng)方、需求方和資源提供者。平臺(tái)運(yùn)營(yíng)方作為平臺(tái)的管理者，負(fù)責(zé)協(xié)同制造業(yè)務(wù)的綜合管理。需求方作為平臺(tái)的用戶，在平臺(tái)上注冊(cè)并發(fā)布復(fù)雜重型裝備制造需求。資源提供方包括設(shè)計(jì)資源提供方和制造資源提供方，在相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范下將其軟件、硬件、人力、知識(shí)等資源在平臺(tái)上注冊(cè)。平臺(tái)運(yùn)營(yíng)方、需求方和設(shè)計(jì)資源提供方、制造資源提供方四方的業(yè)務(wù)交互過(guò)程為

(1)用戶在平臺(tái)注冊(cè)后，按照平臺(tái)定義的用戶需求模板，形成初始需求描述。

(2)平臺(tái)通過(guò)對(duì)客戶初始需求的可行性分析、一致性檢查、缺失信息不全等手段形成滿足要求的復(fù)雜重型裝備客戶需求信息并在平臺(tái)發(fā)布。

(3)將客戶需求轉(zhuǎn)化為設(shè)計(jì)任務(wù)，并利用頂層任務(wù)柔性分解方法、粗糙集識(shí)別和耦合任務(wù)集等方法，通過(guò)研究用戶需求任務(wù)的多層級(jí)耦合關(guān)系，將頂層設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)化為最佳粒度的子任務(wù)集。

(4)基于設(shè)計(jì)資源動(dòng)態(tài)信息進(jìn)行設(shè)計(jì)任務(wù)匹配，并對(duì)設(shè)計(jì)任務(wù)執(zhí)行的關(guān)鍵時(shí)間節(jié)點(diǎn)進(jìn)行預(yù)估、進(jìn)度跟蹤和時(shí)間預(yù)警。

(5)依據(jù)產(chǎn)品的設(shè)計(jì)方案，利用語(yǔ)義Web、OWL本體建模技術(shù)構(gòu)建產(chǎn)品制造任務(wù)的設(shè)計(jì)制造信息集成模型，實(shí)現(xiàn)復(fù)雜重型裝備上游設(shè)計(jì)和下游制造的集成。

(6)利用規(guī)則導(dǎo)向的多項(xiàng)目網(wǎng)絡(luò)化協(xié)同的復(fù)雜重型裝備制造資源動(dòng)態(tài)調(diào)度模型，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和動(dòng)態(tài)規(guī)劃等方法，基于制造資源實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)對(duì)制造任務(wù)匹配和多目標(biāo)調(diào)度優(yōu)化，指導(dǎo)復(fù)雜重型裝備定制任務(wù)的生產(chǎn)加工。

(7)復(fù)雜重型裝備的安裝調(diào)試管理，由于復(fù)雜重型裝備環(huán)境配套條件要求、工作服役環(huán)境復(fù)雜[2]的特點(diǎn)，裝備制造企業(yè)需要對(duì)產(chǎn)品的安裝調(diào)試進(jìn)行跟蹤管理，包括裝備的齊套性檢查、安裝進(jìn)度跟蹤、整機(jī)質(zhì)量管理，數(shù)字交付等。

(8)產(chǎn)品協(xié)同運(yùn)維，包括產(chǎn)品運(yùn)行狀態(tài)的檢測(cè)和預(yù)警、故障預(yù)測(cè)、備件管理、產(chǎn)品維修和維保等。

2 復(fù)雜重型裝備制造網(wǎng)絡(luò)化協(xié)同模式與功能結(jié)構(gòu)

為實(shí)現(xiàn)復(fù)雜重型裝備產(chǎn)品的設(shè)計(jì)、制造、管理和運(yùn)維等環(huán)節(jié)的協(xié)同合作資源共享、優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)，如圖1所示，構(gòu)建包括平臺(tái)綜合管理、協(xié)同設(shè)計(jì)、協(xié)同制造、產(chǎn)品交付和協(xié)同運(yùn)維等功能的復(fù)雜重型裝備網(wǎng)絡(luò)化協(xié)同模式。

圖1 復(fù)雜重型裝備制造網(wǎng)絡(luò)化協(xié)同模式與功能結(jié)構(gòu)

2.1 平臺(tái)綜合管理

平臺(tái)綜合管理包括基礎(chǔ)業(yè)務(wù)模塊、制造項(xiàng)目管理和平臺(tái)管理。基礎(chǔ)業(yè)務(wù)包括用戶注冊(cè)、需求發(fā)布、用戶注冊(cè)、能力評(píng)估(設(shè)計(jì)、制造能力)和資源推薦等功能。基于復(fù)雜重型裝備制造周期長(zhǎng)、規(guī)格大、零件種類繁多的特點(diǎn)，形成以需求方的每一個(gè)制造任務(wù)項(xiàng)目為基礎(chǔ)的項(xiàng)目管理模塊，對(duì)項(xiàng)目總體情況、進(jìn)度管理、項(xiàng)目執(zhí)行過(guò)程中的相關(guān)文檔(技術(shù)類、法律法規(guī)類等)管理、項(xiàng)目總體情況評(píng)價(jià)等功能。平臺(tái)管理包括對(duì)平臺(tái)注冊(cè)用戶管理、平臺(tái)的日常運(yùn)營(yíng)維護(hù)、復(fù)雜重型裝備生產(chǎn)制造過(guò)程中的結(jié)構(gòu)、半結(jié)構(gòu)、非結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)管理，以及包括設(shè)計(jì)、制造工藝等相關(guān)知識(shí)的管理。

2.2 協(xié)同設(shè)計(jì)模式與功能結(jié)構(gòu)

通過(guò)規(guī)范網(wǎng)絡(luò)化協(xié)同制造模式下的復(fù)雜重型裝備協(xié)同設(shè)計(jì)流程，并設(shè)計(jì)用戶需求管理、設(shè)計(jì)任務(wù)分解、設(shè)計(jì)任務(wù)匹配、設(shè)計(jì)任務(wù)執(zhí)行管理和協(xié)同設(shè)計(jì)知識(shí)管理5個(gè)功能模塊實(shí)現(xiàn)復(fù)雜重型裝備協(xié)同設(shè)計(jì)，如圖2所示。其中，用戶需求管理包括：用戶需求描述的創(chuàng)建、用戶需求可行性分析與需求確認(rèn)、基于模版的用戶需求描述維護(hù)(包括用戶和設(shè)計(jì)工程師的交互維護(hù))。設(shè)計(jì)任務(wù)分解包括：知識(shí)驅(qū)動(dòng)的用戶需求設(shè)計(jì)任務(wù)映射與任務(wù)時(shí)間預(yù)估，設(shè)計(jì)元任務(wù)集的構(gòu)建和管理、設(shè)計(jì)任務(wù)分解的確認(rèn)。設(shè)計(jì)任務(wù)匹配包括：基于動(dòng)態(tài)信息和任務(wù)分解的設(shè)計(jì)任務(wù)匹配、匹配規(guī)則和匹配算法的維護(hù)、設(shè)計(jì)任務(wù)關(guān)鍵時(shí)間節(jié)點(diǎn)的預(yù)估、匹配可行性分析和確認(rèn)。設(shè)計(jì)任務(wù)執(zhí)行管理包括：設(shè)計(jì)任務(wù)進(jìn)度跟蹤和關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)預(yù)警，多專業(yè)協(xié)同設(shè)計(jì)(機(jī)械、電氣、液壓等)的接口管理、設(shè)計(jì)方案的審核和發(fā)布、設(shè)計(jì)變更管理。協(xié)同設(shè)計(jì)知識(shí)管理包括：協(xié)同設(shè)計(jì)知識(shí)的分類(設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)、技術(shù)規(guī)范、歷史設(shè)計(jì)存檔)、設(shè)計(jì)知識(shí)之間的關(guān)聯(lián)關(guān)系構(gòu)建、基于任務(wù)和知識(shí)圖譜的設(shè)計(jì)知識(shí)推送和可視化表達(dá)。

圖2 復(fù)雜重型裝備網(wǎng)絡(luò)化設(shè)計(jì)協(xié)同

2.3 協(xié)同制造模式與功能結(jié)構(gòu)

設(shè)計(jì)了產(chǎn)品數(shù)據(jù)模型構(gòu)建、制造任務(wù)轉(zhuǎn)化、制造資源匹配與動(dòng)態(tài)調(diào)度、制造任務(wù)監(jiān)控等模塊實(shí)現(xiàn)復(fù)雜重型裝備的制造協(xié)同，模塊劃分和流程如圖3所示。其中，產(chǎn)品數(shù)據(jù)模型構(gòu)建是基于上游設(shè)計(jì)輸出的設(shè)計(jì)方案，建立面向制造特征的產(chǎn)品制造數(shù)據(jù)模型作為下游制造的綜合產(chǎn)品數(shù)據(jù)源。制造任務(wù)轉(zhuǎn)化首先將產(chǎn)品數(shù)據(jù)模型轉(zhuǎn)化為產(chǎn)品、部件、零件級(jí)的制造任務(wù)。然后分析產(chǎn)品的可制造性并與上游設(shè)計(jì)企業(yè)交互修改設(shè)計(jì)方案，形成滿足用戶定制化需求和可制造性的設(shè)計(jì)方案。

圖3 復(fù)雜重型裝備網(wǎng)絡(luò)化協(xié)同制造

最后將可行的制造任務(wù)方案分解為制造元任務(wù)集，并預(yù)估產(chǎn)品的制造任務(wù)工期。制造資源匹配與動(dòng)態(tài)調(diào)度模塊利用相應(yīng)匹配、調(diào)度算法實(shí)現(xiàn)復(fù)雜動(dòng)態(tài)環(huán)境下，基于資源和工藝約束的制造任務(wù)集與虛擬化制造資源之間的匹配。制造任務(wù)監(jiān)控主要包括制造任務(wù)進(jìn)度跟蹤、產(chǎn)品的齊套性跟蹤、制造任務(wù)執(zhí)行情況評(píng)價(jià)、關(guān)鍵零部件的質(zhì)量監(jiān)控、追溯、分析，還包括對(duì)制造工藝參數(shù)的優(yōu)化。

2.4 產(chǎn)品交付與協(xié)同運(yùn)維

復(fù)雜重型裝備的安裝配套環(huán)境要求高，產(chǎn)品結(jié)構(gòu)復(fù)雜備件種類多，安裝調(diào)試和服役過(guò)程中需要產(chǎn)品制造方與用戶協(xié)同。設(shè)計(jì)產(chǎn)品交付與協(xié)同運(yùn)維模塊，以實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品交付過(guò)程的安裝調(diào)試監(jiān)控及服役過(guò)程制造、設(shè)計(jì)、用戶三方的遠(yuǎn)程協(xié)同運(yùn)維。主要包括設(shè)備安裝過(guò)程中的齊套性檢查、安裝進(jìn)度監(jiān)控、整機(jī)質(zhì)量管理數(shù)字化交付，設(shè)備服役過(guò)程中的典型故障預(yù)測(cè)、產(chǎn)品運(yùn)行狀態(tài)的監(jiān)測(cè)與預(yù)警、備件管理以及服務(wù)事件管理(維修、維保)等。

3 關(guān)鍵技術(shù)

3.1 資源虛擬化技術(shù)

如圖4所示為制造資源虛擬化模型。

圖4 制造資源虛擬化

制造資源的虛擬化和服務(wù)化是實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)協(xié)同制造的關(guān)鍵所在[9]，根據(jù)制造資源特點(diǎn)，建立資源虛擬化抽取模型，利用本體建模工具和Web本體描述語(yǔ)言O(shè)WL，建立制造資源及其虛擬資源描述本體模型。然后通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)實(shí)現(xiàn)軟制造資源的接入，利用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)和CPS(Cyber-Physical Systems)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)各類硬制造資源的智能感知。如利用數(shù)據(jù)采集技術(shù)、射頻識(shí)別技術(shù)以及5G網(wǎng)絡(luò)技術(shù)等實(shí)現(xiàn)各類硬制造資源的物聯(lián)感知。同時(shí)對(duì)復(fù)雜重型裝備制造生產(chǎn)中的各種制造資源，設(shè)計(jì)其虛擬制造資源的服務(wù)化封裝接口，通過(guò)制造資源服務(wù)化的方式實(shí)現(xiàn)制造需求對(duì)制造服務(wù)的發(fā)現(xiàn)的調(diào)用，然后根據(jù)歷史任務(wù)執(zhí)行情況的去對(duì)資源的動(dòng)態(tài)信息對(duì)象(設(shè)備精度等)進(jìn)行修正和調(diào)整。

3.2 客戶定制化需求信息規(guī)范化技術(shù)

復(fù)雜重型裝備制造需求的個(gè)性化，用戶提供的需求信息往往包含大量的不確定因素，復(fù)雜重型裝備產(chǎn)品設(shè)計(jì)首先應(yīng)當(dāng)解決對(duì)客戶的個(gè)性化需求進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理。構(gòu)建面向單件小批量的復(fù)雜重型裝備產(chǎn)品需求建模方法，規(guī)范需求表達(dá)的內(nèi)容與形式，利用一致性判別+粗糙集理論方法，引導(dǎo)客戶個(gè)性化需求的表達(dá)，獲取較為完備的需求信息，使需求表達(dá)規(guī)范化、形式化，以便下游產(chǎn)品設(shè)計(jì)和制造系統(tǒng)的準(zhǔn)確識(shí)別[10]。

3.3 任務(wù)分解技術(shù)

任務(wù)分解是網(wǎng)絡(luò)化協(xié)同制造模式中的關(guān)鍵環(huán)節(jié)之一，任務(wù)分解的質(zhì)量直接影響著協(xié)同制造的工作質(zhì)量和效率[11]。網(wǎng)絡(luò)化協(xié)同制造模式下的任務(wù)分解主要包括需求到任務(wù)的轉(zhuǎn)化、子任務(wù)間關(guān)系映射和任務(wù)分解方法等。需求到任務(wù)的轉(zhuǎn)化方面，利用QFD法(Quality Function Deployment，質(zhì)量功能展開(kāi))實(shí)現(xiàn)用戶需求到頂層任務(wù)之間的映射。任務(wù)間關(guān)系映射方面，利用Petei網(wǎng)[12]、有向無(wú)環(huán)圖(Directed Acyclic Graph，DAG)[13]、分層任務(wù)網(wǎng)絡(luò)等技術(shù)，完整表達(dá)任務(wù)流程描述，然后基于任務(wù)—資源的匹配性確定多層次任務(wù)之間的耦合關(guān)系。任務(wù)分解通過(guò)聚類優(yōu)化、模糊理論等方法確定最優(yōu)分解粒度，實(shí)現(xiàn)頂層任務(wù)從產(chǎn)品、部件、零件的多層次分解，獲得粒度合適的任務(wù)分解方案。

3.4 制造資源匹配與一體化動(dòng)態(tài)調(diào)度技術(shù)

復(fù)雜重型裝備制造缺乏有效的資源優(yōu)化管理方法技術(shù)[14]，為了將網(wǎng)絡(luò)化協(xié)同制造資源合理分配給不同制造任務(wù)，對(duì)制造資源、制造任務(wù)、優(yōu)化目標(biāo)和約束等進(jìn)行研究。使制造任務(wù)需求，與制造資源虛擬化模型中的能力信息、設(shè)計(jì)與制造信息相匹配，篩選出符合要求的制造資源類。利用規(guī)則導(dǎo)向的多任務(wù)制造資源調(diào)度方法，以及神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、動(dòng)態(tài)規(guī)劃優(yōu)化算法，基于制造資源和制造任務(wù)的動(dòng)態(tài)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，采用模糊層次評(píng)價(jià)方法，構(gòu)建復(fù)雜重型裝備制造資源和制造任務(wù)匹配和一體化動(dòng)態(tài)調(diào)度技術(shù)。

3.5 協(xié)同設(shè)計(jì)和制造知識(shí)管理和推薦技術(shù)

實(shí)現(xiàn)復(fù)雜重型裝備定制生產(chǎn)活動(dòng)中的大量設(shè)計(jì)、制造工藝等知識(shí)的重用和共享也是實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)化協(xié)同制造的關(guān)鍵技術(shù)之一[15]。協(xié)同設(shè)計(jì)過(guò)程中，將設(shè)計(jì)過(guò)程中的知識(shí)進(jìn)行分類，根據(jù)不同的知識(shí)類型確定設(shè)計(jì)知識(shí)表達(dá)模板，并依據(jù)這個(gè)模板對(duì)設(shè)計(jì)知識(shí)進(jìn)行挖掘和存儲(chǔ)。然后再依據(jù)不同模板之間屬性的關(guān)聯(lián)關(guān)系，構(gòu)建協(xié)同設(shè)計(jì)知識(shí)圖譜，實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)知識(shí)的可視化表達(dá)。最后基于規(guī)范的客戶需求表達(dá)，設(shè)構(gòu)建客戶需求-設(shè)計(jì)任務(wù)-設(shè)計(jì)知識(shí)之間的關(guān)系映射模型，實(shí)現(xiàn)基于知識(shí)圖譜的設(shè)計(jì)知識(shí)推理和推送。協(xié)同制造過(guò)程中，利用STEP-NC(Standard for the Exchange of Product model date)標(biāo)準(zhǔn)，構(gòu)建復(fù)雜重型裝備網(wǎng)絡(luò)化協(xié)同設(shè)計(jì)制造過(guò)程中設(shè)計(jì)知識(shí)圖譜和工藝知識(shí)圖譜，充分利用企業(yè)歷史積累下來(lái)的知識(shí)資源，并利用語(yǔ)義Web、OWL本體建模技術(shù)強(qiáng)大的語(yǔ)義規(guī)則定義和語(yǔ)義推理能力，對(duì)復(fù)雜重型裝備設(shè)計(jì)和制造行業(yè)豐富的知識(shí)資本進(jìn)行結(jié)構(gòu)化管理，實(shí)現(xiàn)復(fù)雜、多樣的設(shè)計(jì)、工藝知識(shí)重用和共享。

4 結(jié)束語(yǔ)

本文通過(guò)分析高度離散型的復(fù)雜重型裝備制造產(chǎn)品和其生產(chǎn)流程特點(diǎn)，設(shè)計(jì)了面向復(fù)雜重型裝備生產(chǎn)制造的網(wǎng)絡(luò)化協(xié)同制造模式的平臺(tái)功能架構(gòu)。首先從重型裝備產(chǎn)品特點(diǎn)和用戶個(gè)性化需求出發(fā)，重新設(shè)計(jì)了網(wǎng)絡(luò)化協(xié)同制造模式下復(fù)雜重型裝備生產(chǎn)制造業(yè)務(wù)流程。其次，構(gòu)建了包括平臺(tái)綜合管理、協(xié)同設(shè)計(jì)、協(xié)同制造、產(chǎn)品交付和協(xié)同運(yùn)維等功能的復(fù)雜重型裝備網(wǎng)絡(luò)化協(xié)同模式，最后對(duì)平臺(tái)構(gòu)建中的資源虛擬化、客戶定制化需求信息規(guī)范、任務(wù)分解、制造資源匹配與一體化動(dòng)態(tài)調(diào)度協(xié)同設(shè)計(jì)、制造知識(shí)管理和推薦技術(shù)等關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行了研究。指導(dǎo)復(fù)雜重型裝備制造行業(yè)構(gòu)建統(tǒng)一設(shè)計(jì)制造數(shù)據(jù)源、數(shù)據(jù)反饋協(xié)同、信息系統(tǒng)集成、設(shè)計(jì)與制造知識(shí)交互的數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化、知識(shí)化的網(wǎng)絡(luò)化協(xié)同制造模式，實(shí)現(xiàn)復(fù)雜重型裝備制造的提質(zhì)、降本和增效。今后將開(kāi)展對(duì)平臺(tái)與設(shè)計(jì)制造企業(yè)其他信息系統(tǒng)的之間的信息交互方式、平臺(tái)各參與方的信息共享機(jī)制、產(chǎn)品實(shí)際生產(chǎn)制造過(guò)程中對(duì)平臺(tái)的深層需求等方面進(jìn)一步研究。