摘要:根据敏捷制造的特点,提出了动态联盟环境下工艺规划系统的模式,分析了敏捷制造企业中工艺规划活动的特点,在此基础上提出了敏捷化计算机辅助工艺规划系统（ＡＣＡＰＰＳ）的特性,对开发ＡＣＡＰＰＳ的关键技术进行了探讨。
关键词:敏捷制造;ＣＡＰＰ;动态联盟
中图分类号:ＴＨ１６６;ＴＰ３９１ 文献标识码:Ａ
文章编号:１００９-０１３４（２０００）０６-００２９-０４
７０年代以来,随着信息技术的发展和全球化统一市场的形成,制造业市场竞争日趋激烈,产品需求朝着多元化发展,促使生产规模从少品种大批量朝着多品种变批量方向发展。制造企业要在竞争中立于不败,必须改变原有的组织和生产模式,迅速响应市场需求,适应连续改变不可预见的市场环境。在此背景下９０年代初产生了敏捷制造（ＡｇｉｌｅＭａｎｕ ｆａｃｔｕｒｉｎｇ）概念［１，３］。
敏捷制造是吸收了多种管理思想和制造哲理而发展起来的一套适应多变的市场竞争环境的先进制造哲理,它要求企业以信息技术为基础,在全球一体化的市场环境中,通过联合那些能够适应环境变化的企业组成动态联盟,发挥各自的核心优势,迅速开发适应市场需求的新产品,达到双赢（Ｗｉｎ-Ｗｉｎ）的目标。敏捷制造概念出现以来,获得了学术界和制造企业的高度重视,相关的研究和应用迅速发展。
敏捷制造被认为是２１世纪制造业的发展方向。按照敏捷制造思想建立的敏捷企业模式,将成为２１世纪制造企业的主要模式［２］。工艺规划是由企业工艺部门完成的重要的生产准备活动,是连接产品设计与制造的桥梁,是制造系统中信息流的重要枢纽和信息源。
在敏捷制造模式下,要求企业工艺部门采用敏捷的组织形式,根据不同的工艺规划需求快速制订出产品的制造工艺并参与和支持动态联盟（ＶｉｒｔｕａｌＥｎｔｅｒｐｒｉｓｅ／ＤｙｎａｍｉｃＡｌｌｉａｎｃｅ）的构建。这给支持工艺规划活动的ＣＡＰＰ系统提出了新的需求。为此,本文根据敏捷制造的特点,分析了动态联盟环境下ＣＡＰＰ系统的模式,在对敏捷企业工艺规划活动特点分析的基础上,给出了敏捷化计算机辅助工艺规划系统（ＡｇｉｌｅＣｏｍ ｐｕｔｅｒＡｉｄｅｄＰｒｏｃｅｓｓＰｌａｎｎｉｎｇＳｙｓｔｅｍ-ＡＣＡＰＰＳ）应具有的特性,探讨了开发ＡＣＡＰＰＳ的关键技术。
１动态联盟与联盟中的计算机辅助工艺
规划系统敏捷制造强调通过组建动态联盟来组织产品的制造生产。动态联盟是一种企业群体的重组行为,它的源动力是企业的重组效益大于投资效益。它强调若干个对市场具有敏捷响应能力的独立企业（敏捷企业ＡｇｉｌｅＥｎｔｅｒｐｒｉｓｅ-ＡＥ）针对某个市场机遇暂时联合起来,通过各自特有的“核心能力”（ＣｏｒｅＣｏｍｐｅｔｅｎｃｅ）来形成以产品为导向的具有竞争力的动态联盟。联盟的竞争优势源于各盟友之间的互补性和集成能力。从产品制造的角度看,一个完整的产品将通过联盟中多个敏捷伙伴企业分工协作生产。联盟中不同的企业根据不同的分工负责产品中不同组成部分（零／部件）的制造生产。这意味着产品的制造工艺将由各个伙伴企业中的工艺部门分工协作完成。因此,如果把动态联盟看作一个实体,那么这个实体中的计算机辅助工艺规划系统将是一个广域分布的集成的动态群组规划系统（ＧｒｏｕｐＰｒｏｃｅｓｓＰｌａｎｎｉｎｇＳｙｓｔｅｍｆｏｒＶＥ-ＧＰＰＳ-ＶＥ）,该系统将由处于不同敏捷伙伴企业内的ＣＡＰＰ系统所组成。ＧＰＰＳ-ＶＥ中每个ＣＡＰＰ系统既服务于自己所属的企业也服务于动态联盟,能够敏捷地适应不同的工艺规划任务,因此应为一个敏捷化计算机辅助工艺规划系统。图１给出了ＧＰＰＳ-ＶＥ的结构示意。面向动态联盟的ＧＰＰＳ-ＶＥ除了具有广域分布和集成的特点外,还具有群组规划和动态的特性。群组规划是指同一个产品的完整制造工艺规划由ＧＰＰＳ-ＶＥ中各ＡＣＡＰＰＳ系统协同完成,而动态特性是由动态联盟的动态特性所决定的,ＧＰＰＳ-ＶＥ中的Ａ ＣＡＰＰＳ将随着企业加入动态联盟而成为ＧＰＰＳ-ＶＥ中的一个主体系统,当企业脱离动态联盟时,相应的ＡＣＡＰＰＳ也将从ＧＰＰＳ-ＶＥ中消失。ＧＰＰＳ-ＶＥ的组成结构将随动态联盟的生命周期而变化。我们认为,ＧＰＰＳ-ＶＥ中工艺规划任务将主要由它的各个主体ＡＣＡＰＰＳ来完成,是支持动态联盟组建与运行的关键,因此本文将针对ＡＣＡＰＰＳ进行探讨。
２敏捷企业中的工艺规划活动特点
ＡＣＡＰＰＳ作为一种应用软件系统是用来支持敏捷制造企业中工艺规划活动的,因此要明确Ａ ＣＡＰＰＳ的需求、功能和特点,有必要首先分析一下敏捷制造企业工艺规划的特点。在敏捷制造模式下［２，３］,企业的工艺规划活动有以下一些新的特点:（１）工艺规划的任务不再仅限于制订产品的加工制造工艺,支持组建动态联盟成为一项新的任务。对动态联盟组建的支持,主要体现为两个方面:一是对本企业制造能力的评估;二是对侯选合作伙伴的工艺能力的评估。对本企业的制造能力评估,是根据产品的制造要求（包括数量、精度、质量、交货时间等）评估本企业的制造资源能否满足要求,确定缺少的工艺能力。如果企业要参与动态联盟,则要制定竞标工艺,提供必要的工艺能力数据（包括与目标产品相似的原有产品的加工工艺,核心制造资源等）,这些数据将作为企业决策层作为是否参加联盟的决策依据,也将作为联盟伙伴寻求者选择伙伴的决策依据。如果要寻求合作伙伴组建动态联盟,工艺规划活动还将包括对候选合作伙伴的工艺能力评估的任务,即根据本企业缺少的工艺能力,评价候选伙伴提交的竞标工艺和工艺能力数据,评价的结果作为企业决策部门进行伙伴选择决策的依据。（２）产品变化周期快、品种多是敏捷企业重要的生产特点。这导致工艺规划活动具有任务多元、变化频繁的特点。（３）在工艺规划活动的组织上,要求企业工艺部门的组织结构具有可重构（Ｒｅｃｏｎｆｉｇｕｒａｂｌｅ）、规模可变（Ｓｃａｌａｂｌｅ）的能力。能够根据不同的任务,快速组织项目组,进行任务的分解与分派,同时根据任务完成的进程适时调整项目组的规模。（４）敏捷制造强调通过组织动态联盟,利用联盟伙伴各自的核心竞争优势赢得市场。这就要求联盟伙伴中的各企业间能够协同工作,因此企业中的工艺活动不仅与本企业内的设计、加工制造、生产管理等活动相关,而且与合作企业间的相关活动也有关联,这要求企业中的工艺部门具有从伙伴企业获取相关信息和提供信息服务的能力,具有和伙伴企业相关组织具有协同工作的能力。
３ＡＣＡＰＰＳ的特性
根据以上对动态联盟中工艺规划系统的分析和敏捷企业工艺活动的特点,ＡＣＡＰＰＳ应具有以下特性:（１）能够支持动态联盟的组建,具体表现为具有根据目标产品的制造要求能够快速评估本企业的工艺能力并提供竞标工艺和工艺能力评价数据的能力以及对候选伙伴企业提供的工艺能力数据进行评价的能力。（２）支持广义工艺规划,即不仅能够支持机械加工工艺的制订,而且能够支持目标产品要求的其它加工工艺的制订,如装配、热处理、铸造等。（３）能够支持工艺设计活动的项目组织和工作流管理。即具有根据产品的配置和设计要求进行项目分解,任务分派和工艺规划活动的流程管理的功能。（４）在系统结构上具有可重构（Ｒｅｃｏｎｆｌｇｕｒａｂｌｅ）、规模可变（Ｓｃａｌａｂｌｅ）的能力,在功能上具有可扩充（Ｅｘｔｅｎｄｉｂｌｅ）的能力。这是Ａ ＣＡＰＰＳ能够适应不同工艺规划任务的关键。（５）具有和本企业和伙伴企业的相关应用系统（如ＣＡＤ、ＣＡＭ、ＣＡＦＤ、ＤＳＳ、ＥＲＰ等）进行集成并协同运行的能力。（６）能够支持详细工艺的制订,以便指导产品的生产。
４开发ＡＣＡＰＰＳ的关键技术
通过以上分析不难看出,要实现敏捷制造对Ａ ＣＡＰＰＳ提出的功能要求,必须解决一些新的技术问题。根据目前ＣＡＰＰ技术的发展状况和能够提供的技术基础［４］,开发ＡＣＡＰＰＳ需要解决的关键技术问题概括起来有以下几个方面:
４ １ＡＣＡＰＰＳ的体系结构
一个软件的体系结构决定着它的性能的优劣以及各种功能能否得以实现。以上的分析已经指出,ＡＣＡＰＰＳ应具有可重构、规模可变和功能可扩充的能力,只有这样才能适应不同的工艺规划任务。因此,研究ＡＣＡＰＰＳ的合理的实用的结构,是开发Ａ ＣＡＰＰＳ应解决的关键技术问题之一。从目前软件技术的发展来看,要实现这种结构,采用基于３层模式的系统结构是一种必然的选择。所谓３层结构模式,如图２所示,是将用户交互（表达逻辑）、应用业务处理（业务处理逻辑）和数据管理（数据管理逻辑）在逻辑上进行分离,功能上各自独立,各自完成其擅长的和应该完成的任务［５］。采用这种结构,客户端程序仅负责与用户及与应用程序服务器之间的交互,系统的处理逻辑和对客户端的服务以及与数据库的交互完全由应用服务器层来完成,而数据库服务器则负责应用系统的数据访问服务和数据维护。
这种３层模式中,由于客户端不需要执行复杂的处理逻辑和对数据库进行直接访问,因此成为真正意义上的“瘦”客户,这就便于客户端的配置,易于根据不同的任务灵活地配置不同数量的客户。采用这种３层模式,不仅能够使系统具有更高的安全性、更易于维护、开发成本低,而且更重要的是能够使系统具有更大的灵活性,易于进行重新配置和功能扩充。目前,基于这种３层模式的应用系统已在其它应用领域（如财务管理、票务管理等）得到成功应用,并越来越引起软件界的重视。研究基于Ｂｒｏｗｓｅｒ／Ｓｅｖｅｒ（Ｂ／Ｓ）或Ｃｌｉｅｎｔ／Ｓｅｖｅｒ（Ｃ／Ｓ）多层结构模式建立ＣＡＰＰ系统的方法和技术,是ＣＡＰＰ发展的重要方向,也是开发ＡＣＡＰＰＳ面临的关键技术问题之一。在３层结构模式中,核心是中间层的应用程序服务器层。因此,建立基于３层结构模式的Ａ ＣＡＰＰＳ的关键是如何根据工艺规划领域的特点和需求采用面向对象技术建立应用程序服务器层的组件对象和功能模块。
４ ２工艺规划项目的管理
与工作流管理的支持技术前已述及,ＡＣＡＰＰＳ应能够支持工艺规划项目的管理与工作流管理,要实现这些功能,需要建立面向动态联盟构建和运行的工艺规划项目模型和工艺规划活动过程模型,研究根据目标产品的配置和规划目标进行项目子任务的分解、子任务的规划排序、子任务的运行调度等方法。在此基础上,研究工艺规划项目管理与工作流管理的软件实现方法。４ ３工艺能力的评价技术工艺能力的评价是组建动态联盟中进行伙伴选择决策的重要评价内容。前已述及,工艺能力的评价含两个方面,对本企业工艺能力的评价和对候选合作伙伴的评价。
前者用于支持本企业进行是否加入联盟的决策,后者用于支持伙伴选择决策。对于前者,需要研究根据产品设计要求、生产要求和伙伴寻求者的工艺格式要求等约束,快速生成竞标工艺、提供评价数据（相似产品的加工工艺数据,核心资源数据等）和确定不足的工艺能力的方法。后者则要求研究对候选合作伙伴提供的工艺能力数据进行评价的方法。
４ ４产品与制造资源的建模技术
工艺规划项目管理与工艺能力评价都需要在产品模型和制造资源模型的支持下进行,传统ＣＡＰＰ由于不需要支持项目管理与工艺能力的评价,因此在建立面向工艺规划的产品和资源模型时,不需要考虑对这些功能的支持。ＡＣＡＰＰＳ要求的产品与制造资源模型要求更广泛的信息和服务于项目管理和工艺能力评价的相关属性信息,因此需要在传统ＣＡＰＰ产品与制造资源建模的基础上,研究适宜的产品和制造资源的建模方法和描述模型。
４ ５跨企业的信息集成技术
在动态联盟环境下,制造企业的信息集成不再限于一个企业内部,而要求联盟伙伴企业间的信息能够集成。与ＡＣＡＰＰＳ相关联的外部应用系统不再限于一个企业内部,如何实现ＡＣＡＰＰＳ与联盟伙伴企业中的相关应用系统（包括伙伴企业中的Ａ ＣＡＰＰＳ、ＣＡＤ、ＤＳＳ等）的集成成为ＡＣＡＰＰＳ研究与开发中所面临的一个重要的技术问题。
５结束语
按照敏捷制造思想提高企业的敏捷性,根据敏捷竞争市场环境的特点进行企业重构,以供贷链合作、转包加工、合作设计等形式组建企业联盟是当前制造业的发展方向。因此,研究和开发适应敏捷制造需求的计算机辅助工艺规划系统是ＣＡＰＰ研究与开发的重要方向。为此,本文根据敏捷制造的特点,提出了动态联盟环境下工艺规划系统的模式,分析了敏捷制造企业中工艺规划活动的特点,在此基础上给出了敏捷化计算机辅助工艺规划系统（ＡＣＡＰＰＳ）的特性,探讨了ＡＣＡＰＰＳ的关键技术。ＡＣＡＰＰＳ将是ＣＡＰＰ系统开发的重要方向。
