制造业信息化迈向集成与协同的三条主线旋转舞台

制造业信息化迈向集成与协同的三条主线

制造业信息化迈向集成与协同的三条主线 2011年12月04日 来源： 从20世纪80年代中期CIMS起步阶段强调的功能集成，设计、制造和管理的集成，到90年代的基于并行工程和业务重组的业务流集成，乃至发展到21世纪的基于制造网络的企业间集成，"集成"和"协同"一直是 制造业信息化发展的主旋律。随着信息技术的发展与其在制造领域的广泛应用以及经济全球的一体化，在未来相当长的一段时间内"集成"与"协同"将仍然是制造业信息化技术发展的主旋律。集成与协同的3条路线围绕企业核心竞争力的提升，制造业信息化将沿着产品开发、企业管理和制造生产等3条主线向集成与协同方向发展。在产品设计开发方面，完整的产品定义信息在横跨整个企业和供应链范围内产生、管理、分发、传递和使用，产品信息覆盖了从产品概念到回收的全生命周期，对产品信息的管理把人、过程和信息有效地集成起来，实现多功能、多部门、多学科、多外协供应商之间的紧密协同。产品开发过程已经从基于CAD/CAM/CAPP（C3P）的功能集成，经过基于产品数据管理（PDM）的信息集成向，面向产品全生命周期管理（PLM）的支持协同的人、信息、过程的全面集成的方向发展。在企业管理方面，为了在激烈的市场竞争中达到"提供最好的产品与服务、获得最大利润"的目标，企业采用全局角度对经营与生产计划方式等现代管理技术，实现从企业内部生产的信息流、物流、资金流、价值流、工作流过程的集成优化管理，到支持企业间联盟的管理组织以及客户关系管理和供应链管理，有效地集成并管理企业内部包括供应商、客户、动态联盟等在内的人、财、物、产、供、销等信息，实现企业的整个经营过程的高度优化。企业资源管理（ERP）从企业订单管理、生产计划到车间层的管理与控制，沿着纵向实现企业内的人、财、物的集成管理；通过供应链管理系统（SCM）和客户关系管理系统（CRM），实现横向的供应商和客户间的集成管理，供应链的集成、协调与控制正在由简单的供应链联系发展到基于网络和供应链技术的多层次集成、协调与控制。在企业生产制造方面，制造系统从过去多层次的制造工厂向快速响应制造的制造执行单元方向发展。专业化、单元化的制造系统以扁平式的单元直接连到供应链上，参与企业间的协作。制造单元一方面集成了车间包括生产计划、调度、数控加工工艺规划等在内的软件系统和机床、测控设备等硬件系统；另一方面利用网络手段与供应商及客户形成全面的集成。基于制造执行系统（MES）的制造单元，通过对制造资源的封装和集成，实现制造单元的可重构性、开放性和容错性，并在全社会范围内实现制造资源的优化配置和集成共享。制造业信息化将以集成和协同为基本特征，以产品开发的全生命周期管理、ERP和MES的纵向垂直管理、SCM和CRM的横向集成管理及制造执行单位等为发展主线。制造业信息化的关键在于，针对产品开发、企业管理以及制造过程3条主线，攻克集成和协同关键技术，开发数字化产品开发平台、数字化制造平台和数字化企业管理的集成平台，并广泛在企业内、企业间和各行业内建设、推广和应用这3个企业信息化的关键平台。路线一：产品开发平台产品开发平台涵盖了从产品概念设计、详细设计、分析优化、制造、市场直至使用、维护、报废等产品全生命周期，涉及一切围绕产品而进行的活动和过程以及活动的执行部门和人员，融合了并行工程、工作流管理、知识管理等先进设计制造管理理念，以集成产品模型技术、多学科综合优化技术、建模与仿真技术为技术核心，支持产品持续创新的、由一系列软件工具和软件子系统组成的软件套件和解决方案集成合体，在数据、过程、应用三个层面实现集成与协同。1．数据层面：集成产品模型以产品为核心的制造业信息化，其首要任务是要实现产品的数字化。产品的数字化，就是通过适当的产品模型对产品的几何和非几何属性进行描述，产品模型必须是多维和全面的，能够支持产品生命周期的各个阶段和各个部门。集成产品模型通过统一的数据表达形式（如STEP标准），将产品定义信息、配置控制信息、生产过程控制信息、制造信息、分析优化信息等统一描述和存放，具有信息完备、语意一致、定义灵活、操作方便、表达集成和应用独立的特性，反映产品的信息本质，从概念上和逻辑上对产品的数据和数据流进行合理的规划、设计，成为产品全生命周期过程集成的桥梁。在集成产品模型的基础上，发展工程数据库，在数据的传输、共享和操作的基础上进行数据的重复提取和使用，并且可以变成系统知识进行使用。产品开发平台通过建立统一的数据标准、便捷的共享机制、分布环境下的多库集成子系统、以集成产品模型为主的中央数据库和以融合历史数据和经验为主的知识库，支持产品研制的持续创新，从而实现数据层面的集成。2．过程层面：统一过程管理产品从初始的概念形成，通过设计、分析、制造、装配、测试而形成最终的产品，要经历一系列既相互独立又相互联系的活动和过程。对过程的管理，在过程序列、过程链管理的基础上，发展成为过程流的管理。产品开发平台应用工作流管理思想，以集成产品模型为信息处理的枢纽，沿产品逐渐物化成型的过程，设计一致的工作流模型，统一协调人员、组织在各个节点的执行活动。在协作分工的基础上，支持分布式应用和并行工作，为所有的产品开发人员提供协同工作环境。产品开发平台突破了原有企业的边界，成为一种可以跨越地域、文化、组织的时间上并行产品开发环境，从而实现了面向过程的集成和协同。3．应用层面：软组件热插拔在应用层面，产品开发平台将CAD、CAM、CAPP、CAE等软件系统作为软组件，为每个功能模块提供了组件集成规范，凡是符合规范的产品都可以作为平台的一部分，并支持软件的热插拨。产品开发平台对产品生命周期各个阶段的单元技术和单元软件的集成不是简单的组合和数量上的堆积，而是在统一标准、总体框架的基础上有机的集成，这些单元软件系统作为平台的一部分发挥作用，软件系统之间可以在集成产品模型的基础上方便的进行数据的共享和交互，以及建构在工作流上的协作互动，彻底解决困扰企业的"信息化孤岛"问题。产品开发平台在应用层面的集成和协同，还体现在为管理平台和制造执行平台提供了互操作的接口，并且为其建立统一的数据源头，从而保证了三大平台之间在底层的可集成性，为数字企业的构建奠定了基础。路线二：数字化管理平台数字化管理平台基于面向供应链的扩展企业管理模式，以提升企业的整体运营和管理能力为目标，按照市场需求和企业经营目标，涵盖企业物流、生产、财务、质量、运输、分销、服务、人力、项目、设备等经营活动的方方面面，围绕企业管理中的关系（客户关系、供应商关系、行政组织关系等）两大课题，提供企业的人、财、物、产、供、销等方面从理念到技术多层面的一体化解决方案。数字化管理在顺畅物流、信息流、价值流、资金流的基础上实现了横纵两个方向的集成和协同。1．垂直集成：从思想到行动数字化管理平台是企业管理在信息空间的映射。数字化管理沿着从决策到执行的垂直方向可以分为三个层次：企业级战略决策层、工厂级战术层和车间单元级执行层，层次越高对企业的影响因子就越大，在不同的层次可以按照管理的职能不同，划分为资金管理、生产管理、物流管理、资源管理和人力管理等不同方面，这样就可以形象的构造出企业的管理矩阵。相应的，数字化管理平台也存在一个功能矩阵。各个不同的管理层系统充当矩阵的一个或多个节点，通过这些节点将企业运营和管理中的人员、事务、数据、资源等各个要素绑定，节点与节点之间纵横互联，资金流、信息流、物流通畅无阻，知识和经验转变为企业的智力资源在节点间流动、改造、升值，整个企业在平台的支持下，纳入不断优化的良性循环之中，从而实现了跨越企业管理层次的垂直集成。2．横向协同：从供应商到客户当前企业之间的竞争已不再是一个企业对一个企业的竞争，而是发展成为一个企业的供应链和产业链之间的竞争。针对这个趋势，美国在《下一代制造技术》明确提出了扩展企业模型，认为只有将客户、销售商、供应商、协作伙伴等纳入企业而形成的供应链和产业链式企业才最有可能赢得竞争获得生存。数字化管理平台在扩展企业模型的基础上，以满足用户的需求为系统优化和重组的目标，通过对供应链所涉及组织的集成和对物流、信息流、资金流的协同，从而提高供应链整体竞争能力。供应链管理业务的实质是深入供应商和价值链的增值环节，以最短的时间、最经济的成本，将最恰当的货物供给需要的客户。在一个供应商、制造商、流通商和客户组成的链式结构中，通常有一个核心企业，作为整个系统的"原子核"，它通过对市场供需环境变化的迅速响应，柔性地建立新的供应链，通过统一的决策协调机制，实现面向供应者和需求者的物流和资金流双向互动互通。数字化管理通常提供管理决策中心，对整体的物流、资金流、物流进行计划和调度，根据需求的变化，柔性、动态地形成扩展企业，实现企业级的动态集成和协同。数字化管理还提供企业接口，集成企业间的管理平台，在信息共享和交换、物流互通的基础上，实现产业链级的集成和协同。路线三：制造执行平台 制造执行平台以制造单元为核心要素，围绕产品制造过程，提供实时信息管理、现场资源管理、智能计划调度、动态过程监控、实时质量控制、快速检测统计、制造过程规划等功能实体，通过集中的协调和调度，实现网络化环境下的制造资源共享、制造能力集成、制造过程协同，以提升制造行业整体的快速响应制造能力。1．集成桥梁：四通集成器制造执行平台是数字化管理和产品开发平台的交叉点，沿着产品开发平台的产品生命周期，制造执行平台连接上游CAD/CAM、下游维护和销售；沿着企业垂直管理体系，制造执行平台连接上层决策计划与下层设备操作，是制造业信息化的桥梁和枢纽。2．协同节点：网络化制造基于MES的制造单元可以作为制造网络中的节点，是实现企业和社会资源共享和集成以及支持企业群体协同制造的有力手段。企业或者经营个体能够以请求服务的方式方便地获得制造资源服务，能够便捷地使用封装在制造网络中的制造单元，实现制造资源的集成和优化运行。制造集成平台为构建面向企业协同制造特定需求的制造网络应用系统提供协同工作支持环境，实现企业间制造协同，使基于制造网络支撑环境运行的制造企业群体能够以低的成本和短的开发周期，制造出符合市场需求的高质量产品。为了顺应世界制造业发展的潮流和趋势，根据国家"走新型工业化道路"总体战略部署，制造业信息化工程通过关键技术攻关、软件产品研发，打造现代集成制造系统的产品开发平台、数字化管理和制造执行平台，并通过在重点行业、企业和区域工展重大集成应用和典型示范，促进具有自主知识产权的制造业信息化软件的产业化，促使我国的制造业信息化工程沿着集成与协同、变革与创新、自主与应用的道路持续、健康、稳步的向前发展。

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