基于产品生命周期的制造系统全员集成运行模式及其应用

，刘飞，鄢萍重庆大学机械工程学院，重庆（400030）E-mail:[e-mail]摘要：针对制造企业制造过程生产人员难于集成于信息化系统中和DFC、DBC及DWC等先进客户观难于实现等问题，分析了基于产品生命周期全过程的制造系统人员构成特点及相关特性，提出制造系统全员集成的两条主线，在此基础上建立了一种基于产品生命周期制造系统全员集成模式。该模式由信息化系统层、人员层、产品生命周期层及目标层四个层次构成。上述模式为当前企业信息化深入到底层和个性化定制中客户集成提供了一种参考解决方案，已成功应用于某制造企业中。关键词：产品生命周期；制造系统；信息化；全员集成；运行模式中图分类号：TH166文献标识码：A1.引言集成问题是制造系统研究的热点问题[1]，许多学者与研究机构从不同的角度对制造系统的集成问题进行了研究。BURBIDGEJL[1]研究了制造系统的功能集成方法，JIANBin[2]讨论了制造系统过程集成，WANGCG[3]对制造系统的信息集成进行了探讨，ZHENGHX[4]则研究了企业间集成问题。制造系统的这些集成问题都涉及到系统中的人员，需要依靠人员的集成来支撑。现有对制造系统集成问题的研究较少考虑到人员集成问题，致使不少应用系统在实际运行中遇到一定困难。例如，近年来我国一直在实施制造业信息化工程，已取得了突出成绩。但这些成绩主要集中在设计层信息化（3C/P、4C/P、PD等）和管理层信息化（ERP等）两个方面，实现了设计人员、管理人员的参与信息系统及其与信息系统的集成运行。但是车间制造过程的信息化相对很弱，而车间制造过程的人员主体——广大生产人员，一般还未集成于信息化系统中，致使企业从上到下的响应能力和由下到上的信息动态反馈能力都大受影响，影响了整个信息化系统的集成运行和效益。又如，21世纪企业的生产模式越来越体现出客户的个性化需求。事实上，在几乎所有的工业领域，企业都正在朝着以客户为中心的方向发展[5]。客户的参与对产品设计过程的改进有着重要作用[6]。为此，国际上提出了DFC（DesignForCustomer）、DBC（DesignByCustomer）、DWC（DesignWithCustomer）的设计理念[7~8]。但是，如何更有效地实施DFC，如何能够实施DBC和DWC都需要将客户集成在设计中来。然而，如何实现客户在产品设计过程的有效集成还缺乏足够的方法。制造系统人员集成所包涵的内容远不止对生产人员和客户集成两个问题，但这两个问题却是制造系统模式和制造系统信息化研究中相对不足，而又有着重要意义，急需解决的问题。由于人员在信息系统的成功中具有关键性的作用[9]，本文对制造系统的人员集成问题进行了较系统的研究，提出了一种制造系统全员集成模式，希望从系统的角度为上述问题探讨解决方案。1本课题得到国家863项目“基于语义网关的异构系统集成模式、体系结构及支撑技术研究”（2007AA04Z152）的资助。（构思）、产生、使用到消亡（报废）的全过程，称为产品生命周期过程，包括市场调查、产品订单获取、产品设计、资源准备、产品生产和制造、产品销售、产品维护服务提供、产品回收及处理等环节，如图1所示。制造系统是应用制造技术和管理方法，通过生产制造过程将原材料转化为符合人们需求的产品的系统[10]。现代制造系统必须考虑产品生命周期全过程，本文称为基于产品生命周期的制造系统。图1制造系统产品生命周期制造系统内部人员构成复杂，层次繁多，按照产品的生命周期为主线，可以将其人员构成分为以下类别：市场人员、管理人员、设计人员、供应人员、生产人员、销售人员、售后服务人员、回收处理人员、客户、供应商。2.2基于产品生命周期的制造系统人员信息交互基于产品生命周期的制造系统内各类人员之间发生着密切而复杂的信息交互，具体交互情况如表1所示。表1制造系统人员信息交互表市场人员客户销售人员设计人员供应人员供应商生产人员管理人员售后服务人员回收处理人员市场人员√√√√√设计人员√√﹡1√√√√√√供应人员√√√√√√生产人员√﹡2√√√管理人员√√√√√√√√售服人员√√√回处人员√客户√√√√√√供应商√√√打√处表示所对应的人员之间有信息交互，其中打﹡的几处信息交互不易理解，现对其解释如下：（1）在产品设计环节，设计人员与客户的交互显得越来越重要。客户通过清晰地表达对产品的需求使得设计人员更加准确地定位产品设计需求。客户与设计人员的协商也使得客户做出明智的决定，为客户提供最好的价值。这样，客户就进入到过去通常被认为是企业领域的活动和过程，被集成到企业的价值创造活动当中，成为融入企业价值链的创造者[5]。（2）当制造产品复杂度大，加工周期长的时候，客户通过与生产人员交流掌握最新的产品生产进度。在一些特殊情况下，生产人员在生产过程中发现产品存在需要改进的地方，也可以通过与客户的交流来获取更好的产品质量或节省材料。如在家具定制生产过程中，生，为企业节约原材料。此时生产人员与客户的交流就有可能为企业带来制作成本的降低。2.2制造系统全员集成的两条主线2.3.1产品开发人员集成主线在产品开发过程中，通过信息化平台，可将客户、设计人员、生产人员集成为一体，形成制造系统全员集成的产品开发人员集成主线。集成客户和生产人员是制造系统全员集成中的难点。在产品的设计制造过程中，对客户和生产人员的集成能够使产品的设计更加贴近客户的真实需求，为企业带来更大的市场空间，还能够增加生产活动的智能化和迅速化，并为企业管理层提供决策支持。具体的集成模式如图2所示。客户和设计人员通过DFC、DWC、DBC的模式和CAD等技术工具，共同完成产品的设计。产品设计完成后进行产品工艺路线的制定，通过CAPP工具将设计人员和工艺人员的工作结合起来。之后通过CAM方法、STEP、STEP-NC标准使所制定的工艺路线能直接应用到生产现场。图2制造系统产品开发过程人员集成主线2.3.2全员参与的空间集成主线以企业底层（车间制造过程和设备层）为空间坐标起点，以距离为坐标，制造系统全体人员由近到远可分为三个空间层面，即制造系统外部运作层、企业内部设计和管理层、车间制造过程和设备层。通过市场运作信息化系统、设计信息化系统、管理信息化系统以及制造过程信息化系统等信息化系统支持，可实现制造系统分布在不同空间地域的人员集成，形成全员参与的空间集成主线。如图3所示。在上述空间集成主线上，比较薄弱的环节是车间制造过程和设备层生产人员的集成问题。为此，我们开发了车间制造过程和设备层信息化系统。该系统中的装备网络化运行支持分系统通过连接在车间底层装备上的信息化终端和人机交互界面，可以实现生产人员与其他人员的信息交互与集成。管理人员将生产进度安排、加工任务等信息，设计人员将产品图纸、技术参数、加工工序、加工方法等信息，经由企业内部设计和管理层信息化系统与装备层网络化运行支持分系统的借口传递给生产人员。而车间设备层的操作人员基本情况、在岗班次、在制品数量、产品加工质量、产品完工率等各种数据则可通过信息化终端和网络传回至企业内部设计和管理层，甚至制造系统外部运作层，为相关人员提供信息支持。，本文提出了一种制造系统全员集成模式的框架体系为由目标层、产品生命周期层、人员层和信息化系统层四个层次构成，每一个层次都受到其下级层次的支撑。如图4所示。全员集成的目标是为了缩短产品开发和生产周期，节约产品制造成本，提高产品的质量水平和服务，减少对资源的消耗和浪费，减少环节污染，也就是要达到T（时间）、Q（质量）、C（成本）、S（服务）、E（环境）、R（资源）的综合最优。这些目标的实现涵盖了产品生命周期的各个阶段，从产品订单寻找和接受，到产品设计、制造资源的准备、产品制造、产品销售，到维护服务，再到回收处理，每一个阶段都需要综合考虑这些目标因素，使它们达到整体的最优化，从而为企业创造最大的效益。产品生命周期各个阶段的任务由不同的人员来完成，企业各类人员加上供应商和客户，形成了制造系统全员集成模式的人员层，为产品生命周期层提供支持。制造系统全员集成依靠的是现代的信息技术手段，依靠于各种信息化系统的运作，信息化系统是制造系统全员集成模式的最底层，也是实现制造系统全员集成的基础和必要条件。信息化系统层包括以网络化销售、客户关系管理为代表的市场运作信息化系统，以4C/P为代表的设计信息化系统，以ERP/SCM为代表的管理信息系统，以及客、制造过程信息化系统等。图4制造系统全员集成模式框架图上述模式具有三个突出的应用特性：（1）形成“全体员工参与”和“内外人员集成”的高效、协同制造系统运行模式制造系统全员集成模式以产品开发人员集成主线和全员参与的空间集成主线为基础，支持企业全体员工参与制造系统信息化运行。在“以客户为中心”的理念指导下，明确企业各类人员之间的信息交互情况，以及企业各类员工在产品生命周期不同阶段的参与情况，形成“全体员工参与”和“内外人员集成”的高效、协同制造系统信息化运行模式。（2）为企业信息化深入到底层和形成连天接地的有效系统提供了模式制造系统全员集成模式中，信息化系统层是整个模式的基础层。信息化系统层所提供的支持功能，使得信息化系统层能够通过制造过程信息化系统向下实现与企业车间制造和设备层之间的集成，通过internet网络向上实现与企业外部拓展和协作信息化系统层之间的信息。所有的交互信息都汇聚到信息化系统层进行筛选、整理、重组、分析、存储，并提供给企业各类人员在不同的产品生命周期使用，使得企业信息管理层、设备底层、外部协作层三个层级之间有效集成，从而形成“连天接地”的有效系统。（3）为个性化定制中客户集成提供了一种支持模式制造系统全员集成模式应用到个性化定制中，支持个性化定制中的客户集成。通过设计信息户系统、制造过程信息化系统、管理信息化系统为客户提供需求表达和优化、定制方案选择，记录客户的需求，加大客户参与产品生命周期全过程的范围，从而使企业与客户建立起动态的服务关系，提升客户的满意度。在整个个性化定制的过程中，遵循制造系统全员集成模式中目标的要求，使定制任务带来效益的最大化。4.应用案例重庆华洋电器有限公司在其企业信息化应用工程中对制造系统全员集成模式进行了运用，应用模式图如图5所示。客户通过网络化销售和定制系统及传统非网络形式向制造商发出订单。制造商获取订单后，一方面由ERP系统生成相应的生产计划、采购计划、装配计划，另一方面将客户需求转化为设计需求，利用网络化协同设计系统组织相关人员进行设计工作。参与设计工作的人员包括有客户、电力设计院、华洋集团设计人员、科研单位及专家，其中华洋集团设计人员包括产品原理、功能、结构及其它方面的人员。当在网络化协同设计系统上设计出虚拟产品后，要进行产品的评审工作，由所有参与了设计工作的人员进行。评审不合格的产品将重新进行设计工作，合格的虚拟产品将生成设计图纸和加工代码输入制造网络化集成运行系统。最后，按装配计划通过制造过程及设备层信息化系统，讲设备操作人员和产品装配人员等生产人员集成，形成最终产品。实施该模式后，华洋在开发能力、生产制造能力和市场运作能力等方面得到了明显提高，受到该企业董事长的高度评价。