復(fù)雜重型裝備網(wǎng)絡(luò)協(xié)同平臺服務(wù)模式研究

紀(jì) 妍，吳 鋒

(1. 西安交通大學(xué) 管理學(xué)院，陜西 西安 710049；2. 效率工程與過程控制教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，陜西 西安 710049)

0 前言

隨著國民經(jīng)濟(jì)與科學(xué)技術(shù)的日新月異，重型裝備已在核電、造船、化工、國防等眾多領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用[1]。盡管我國近年來重型裝備制造業(yè)發(fā)展迅速，已經(jīng)在航天探月、重型火箭、航空母艦等領(lǐng)域取得一定成就，但與世界先進(jìn)國家相比，我國的工業(yè)基礎(chǔ)依然十分薄弱，尤其在應(yīng)用于航空航天、軍事、核電等領(lǐng)域的核心裝備產(chǎn)品的生產(chǎn)制造工藝、產(chǎn)品自主開發(fā)理論和方法以及產(chǎn)品結(jié)構(gòu)方面差距較大，這些核心裝備多是大型復(fù)雜的重型裝備[2]。在“中國制造2025”國家戰(zhàn)略背景下，實(shí)現(xiàn)重型裝備行業(yè)的轉(zhuǎn)型升級，提升中國制造業(yè)的整體競爭力尤為重要[3]。

當(dāng)前，市場對復(fù)雜重型裝備產(chǎn)品的大型化、智能化、可靠性和生產(chǎn)能力極限化要求越來越高[4]。面對客戶多品種小批量、交貨周期縮短等需求的變化，為了降低成本，縮短交付時(shí)間，始終如一地重新配置生產(chǎn)過程變得更加重要，此時(shí)制造工廠和價(jià)值鏈網(wǎng)絡(luò)需要足夠靈活，以更快地向市場提供響應(yīng)消費(fèi)者定制需求的產(chǎn)品，此外生產(chǎn)過程也需要足夠透明，能夠?qū)φ麄€(gè)價(jià)值鏈中發(fā)生的變化或意外事件做出反應(yīng)，這種生產(chǎn)模式是以現(xiàn)代信息技術(shù)、云計(jì)算、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、制造技術(shù)和智能科學(xué)技術(shù)為基礎(chǔ)的[5-6]?；谠朴?jì)算與物聯(lián)網(wǎng)的協(xié)同從根本上改變了產(chǎn)品的設(shè)計(jì)、制造、運(yùn)輸和銷售方式，實(shí)現(xiàn)一個(gè)相互關(guān)聯(lián)、高效的制造生態(tài)系統(tǒng)，它允許制造組織通過跨多個(gè)數(shù)據(jù)流實(shí)時(shí)關(guān)聯(lián)和分析事件，無需人工輸入就能自動(dòng)即時(shí)響應(yīng)業(yè)務(wù)活動(dòng)，此外，它能夠根據(jù)歷史數(shù)據(jù)預(yù)測異常變化并做出相關(guān)操作[7]。

中國的重型裝備制造企業(yè)正在向在云制造服務(wù)支撐平臺上為客戶提供包括生產(chǎn)研發(fā)、制造、銷售和安裝維護(hù)在內(nèi)的全生命周期解決方案方面升級和轉(zhuǎn)型，而重型裝備制造企業(yè)轉(zhuǎn)型的關(guān)鍵問題之一是構(gòu)建柔性管理系統(tǒng)和制造資源之間的分工協(xié)作，以促進(jìn)重型裝備項(xiàng)目任務(wù)的調(diào)度、協(xié)同、效率、質(zhì)量和數(shù)量[8]。因此，需要研究云制造模式下復(fù)雜重型裝備核心企業(yè)之間的協(xié)作問題和服務(wù)制造資源的參與問題。然而，對于云制造模式下制造資源協(xié)調(diào)機(jī)制的研究有限。可以說，研究動(dòng)態(tài)快速響應(yīng)的復(fù)雜重型裝備網(wǎng)絡(luò)化協(xié)同制造的發(fā)展模式和運(yùn)作機(jī)制，提高產(chǎn)品創(chuàng)新速度和質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)[9]，對我國重型裝備制造產(chǎn)業(yè)的發(fā)展具有戰(zhàn)略意義。

復(fù)雜重型裝備類產(chǎn)品研制的過程是一種知識密集型工作，需要綜合多個(gè)學(xué)科專業(yè)和領(lǐng)域的知識，為了實(shí)現(xiàn)復(fù)雜重型裝備的高效、快速、精確制造，在產(chǎn)品生命周期的各個(gè)階段需要調(diào)用許多設(shè)計(jì)單位長期在工作習(xí)慣、設(shè)計(jì)流程和管理手段等方面積累的資源和經(jīng)驗(yàn)，這些是大多數(shù)中小企業(yè)一般不具備又短期內(nèi)接觸不到的[10]。通常情況下，復(fù)雜重型裝備的終端客戶和產(chǎn)品(或服務(wù))提供商分布于不同地區(qū)，為用戶提供各類按需制造服務(wù)要多個(gè)異地企業(yè)在跨領(lǐng)域和跨地域的合作下完成，并且隨著多項(xiàng)目并行協(xié)同和項(xiàng)目協(xié)同管理的工作模式的推行，復(fù)雜重型裝備產(chǎn)品研發(fā)已經(jīng)由原來的單一制造過程發(fā)展到在協(xié)同的平臺下共同進(jìn)行，利用網(wǎng)絡(luò)和云制造服務(wù)平臺實(shí)現(xiàn)異地、跨組織多專業(yè)協(xié)同制造[11]。隨著網(wǎng)絡(luò)信息技術(shù)、產(chǎn)品設(shè)計(jì)技術(shù)和現(xiàn)代管理技術(shù)的發(fā)展，基于網(wǎng)絡(luò)的多專業(yè)、多部門、多業(yè)務(wù)智能并行協(xié)同模式在不斷縮短制造周期和提高資源利用率的同時(shí)，強(qiáng)調(diào)對復(fù)雜產(chǎn)品全生命周期信息、數(shù)據(jù)的高效管理，提升設(shè)計(jì)、工藝與制造過程以及整個(gè)供應(yīng)鏈的協(xié)同運(yùn)轉(zhuǎn)效率[12]。

本文所關(guān)注的網(wǎng)絡(luò)協(xié)同服務(wù)模式的主要目標(biāo)是在一個(gè)大型復(fù)雜項(xiàng)目實(shí)現(xiàn)過程中，產(chǎn)品生命周期中分布的、異構(gòu)的制造資源和能力能夠基于云制造平臺進(jìn)行系統(tǒng)集成，通過全面的知識共享與協(xié)作提高制造資源利用率，減少時(shí)間、成本或資源消耗，并對突發(fā)事件、消費(fèi)者需求波動(dòng)、大規(guī)模定制產(chǎn)品和全球競爭做出反應(yīng)。該過程為客戶提供產(chǎn)品全生命周期服務(wù)，主要服務(wù)內(nèi)容包括整體設(shè)計(jì)、工程設(shè)計(jì)、加工設(shè)計(jì)、設(shè)備設(shè)計(jì)、設(shè)備組裝與交付、售后服務(wù)等。

1 復(fù)雜重型裝備制造的共性特征和特殊需求

復(fù)雜重型裝備為高度定制型產(chǎn)品，產(chǎn)品結(jié)構(gòu)通常大而復(fù)雜，具有需求量小、加工周期長、質(zhì)量要求高、工程造價(jià)高、幾何結(jié)構(gòu)復(fù)雜、涉及學(xué)科和信息多、制造加工工藝復(fù)雜等特點(diǎn)[13-14]。由于客戶訂單、產(chǎn)品規(guī)格、訂單流程等的不確定性，這類產(chǎn)品非常獨(dú)特，不能在大規(guī)模生產(chǎn)系統(tǒng)中生產(chǎn)，因此訂單量少且交貨周期長，通常采用按訂單設(shè)計(jì)(Engineer To Order，ETO)和按訂單生產(chǎn)(Make To Order，MTO)的生產(chǎn)策略，具體特征是在ETO設(shè)計(jì)中，每個(gè)型號產(chǎn)品都需不斷按客戶合同及制造現(xiàn)場具體情況等的變化來重新設(shè)計(jì)或改型設(shè)計(jì)產(chǎn)品，在這種生產(chǎn)類型中，產(chǎn)品的生產(chǎn)批量較小，但是設(shè)計(jì)工作和最終產(chǎn)品往往非常復(fù)雜，在MTO生產(chǎn)中，絕大多數(shù)產(chǎn)品都是按照某一特定客戶的要求來設(shè)計(jì)的，而生產(chǎn)每種特定產(chǎn)品所必需的零部件和材料采購以及生產(chǎn)排程規(guī)劃只有在收到客戶訂單后才能完成[12]。研發(fā)設(shè)計(jì)新的復(fù)雜重型裝備的過程相較于一般裝備更加復(fù)雜，且產(chǎn)品生產(chǎn)過程可重復(fù)性低，研制周期和制造流程較長，為了縮短復(fù)雜重型裝備的設(shè)計(jì)周期和制造周期，按照“邊設(shè)計(jì)邊制造”的原則并行開展項(xiàng)目，即先設(shè)計(jì)好一個(gè)部件就開工制造，同時(shí)并行設(shè)計(jì)下一個(gè)部件。

以中國重型院和中國第二重型機(jī)械集團(tuán)為代表的復(fù)雜重型裝備企業(yè)，具有重型裝備設(shè)計(jì)、制造、安裝、工程設(shè)計(jì)、售后服務(wù)等完整的產(chǎn)品核心能力，每個(gè)生產(chǎn)服務(wù)項(xiàng)目的時(shí)限一般為一至兩年。公司正從產(chǎn)品制造型企業(yè)向全服務(wù)型企業(yè)、從制造型企業(yè)向高新技術(shù)企業(yè)轉(zhuǎn)型[4]。但由于大型服務(wù)項(xiàng)目中包括工程設(shè)計(jì)、設(shè)備制造、采購、供應(yīng)、物流運(yùn)輸、安裝等的經(jīng)營活動(dòng)在實(shí)際運(yùn)行中存在著復(fù)雜的關(guān)系、不確定性因素和新的管理問題，這些問題包括運(yùn)行中的協(xié)同效應(yīng)問題、服務(wù)資源利益平衡問題和規(guī)劃控制難等，由于缺乏有針對性的、有效的指導(dǎo)理論體系，保證工程質(zhì)量、進(jìn)度和成本具有挑戰(zhàn)性[15]。這些困難影響了企業(yè)的質(zhì)量目標(biāo)、時(shí)間進(jìn)度和成本指標(biāo)，制約了企業(yè)的發(fā)展。因此，建立網(wǎng)絡(luò)化協(xié)同服務(wù)平臺，整合社會(huì)資源，提供包括項(xiàng)目規(guī)劃設(shè)計(jì)、產(chǎn)品開發(fā)、制造、施工、安裝、維護(hù)等全生命周期解決方案，成為企業(yè)向產(chǎn)業(yè)高價(jià)值鏈轉(zhuǎn)型升級的有效手段。

2 動(dòng)態(tài)快速響應(yīng)的復(fù)雜重型裝備網(wǎng)絡(luò)協(xié)同服務(wù)模式

動(dòng)態(tài)快速響應(yīng)的復(fù)雜重型裝備網(wǎng)絡(luò)協(xié)同服務(wù)模式是指通過將傳統(tǒng)制造模式的銷售職能前置，采用以客戶為中心、訂單驅(qū)動(dòng)的制造理念，借助平臺和云，構(gòu)建以協(xié)同研發(fā)和協(xié)同制造為主要環(huán)節(jié)，協(xié)同管理和協(xié)同服務(wù)為支撐，覆蓋全生命周期的協(xié)同發(fā)展總體模式，實(shí)現(xiàn)制造過程的轉(zhuǎn)型升級。在網(wǎng)絡(luò)協(xié)同服務(wù)中，各制造資源通過服務(wù)平臺交換信息，感知資源之間的關(guān)系，從而促進(jìn)協(xié)同交互，完成復(fù)雜的項(xiàng)目任務(wù)。

2.1 動(dòng)態(tài)快速響應(yīng)的復(fù)雜重型裝備網(wǎng)絡(luò)協(xié)作邏輯框架

基于云制造服務(wù)平臺的復(fù)雜重型裝備網(wǎng)絡(luò)協(xié)作邏輯框架如圖1所示，具體步驟為

圖1 復(fù)雜重型裝備網(wǎng)絡(luò)協(xié)作邏輯框架

(1)平臺資源身份認(rèn)證。各訂單任務(wù)參與方在平臺申請注冊，提交自身具備的知識、技術(shù)等制造資源信息和在過去申請的服務(wù)項(xiàng)目供應(yīng)鏈/價(jià)值鏈/數(shù)據(jù)鏈網(wǎng)絡(luò)中承擔(dān)的角色、任務(wù)，并確認(rèn)服從平臺設(shè)定的行為規(guī)范。

(2)服務(wù)需求引入。用戶通過云制造服務(wù)平臺從核心企業(yè)獲取服務(wù)需求。經(jīng)雙方信息交流、協(xié)商一致，簽訂服務(wù)合同，用戶可以根據(jù)自身需求隨時(shí)參與并調(diào)整服務(wù)流程。

(3)服務(wù)任務(wù)分解。核心企業(yè)基于云制造服務(wù)平臺進(jìn)行服務(wù)知識與資源共享，并將服務(wù)任務(wù)分解為較低的子任務(wù)，提出項(xiàng)目的資源需求規(guī)劃、采購排產(chǎn)計(jì)劃和總體規(guī)劃，包括設(shè)計(jì)、制造、施工和安裝計(jì)劃，同時(shí)對產(chǎn)品結(jié)構(gòu)與文檔進(jìn)行跟蹤評估審核項(xiàng)目實(shí)施進(jìn)度和效果。

(4)優(yōu)化資源配置。核心企業(yè)一方面通過競價(jià)選擇資源，識別不可控的外部制造資源，中標(biāo)人根據(jù)資源規(guī)劃的要求，以合同或協(xié)議的形式分配合作任務(wù)，規(guī)范合作行為；另一方面，核心企業(yè)實(shí)施計(jì)劃控制機(jī)制，對內(nèi)部制造資源進(jìn)行控制。每個(gè)制造資源可以執(zhí)行任務(wù)分解和派發(fā)，以實(shí)現(xiàn)資源的最優(yōu)匹配。

(5)綜合協(xié)同優(yōu)化管理。核心企業(yè)對選定的外部制造資源(設(shè)計(jì)方、制造方、原材料供應(yīng)商等)和內(nèi)部制造資源(人力資源、軟件資源、硬件資源等)實(shí)施集中協(xié)同優(yōu)化管理。根據(jù)任務(wù)結(jié)構(gòu)建立局部任務(wù)視圖和全局任務(wù)視圖來檢測協(xié)作關(guān)系。如果存在協(xié)作關(guān)系，則應(yīng)用適當(dāng)?shù)男袨橐?guī)范管理機(jī)制控制各參與方實(shí)現(xiàn)承諾；否則，將采用下一步。項(xiàng)目計(jì)劃和調(diào)度是基于協(xié)同理論和精益生產(chǎn)來制定的，以確保協(xié)同項(xiàng)目的全局優(yōu)化。

(6)制造資源綜合評價(jià)。核心企業(yè)和用戶跟蹤項(xiàng)目的實(shí)施情況和實(shí)施結(jié)果，包括服務(wù)質(zhì)量、產(chǎn)品交付情況和生產(chǎn)成本。同時(shí)組織專家評估每一個(gè)制造資源的服務(wù)水平、服務(wù)質(zhì)量、客戶滿意度和信用評級，并將結(jié)果存儲(chǔ)在制造資源數(shù)據(jù)庫中，作為下一次選擇資源的基礎(chǔ)。

(7)協(xié)同運(yùn)維服務(wù)。包括在線監(jiān)控使用培訓(xùn)、遠(yuǎn)程故障診斷、以及備件的維護(hù)和翻新，將運(yùn)行狀態(tài)反饋到制造和設(shè)計(jì)過程中，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品設(shè)計(jì)和制造的優(yōu)化，此外銷售人員也可將客戶歷史數(shù)據(jù)與產(chǎn)品營銷相融合，深入挖掘市場潛在需求，最大化開拓客戶價(jià)值。

2.2 動(dòng)態(tài)快速響應(yīng)的復(fù)雜重型裝備網(wǎng)絡(luò)協(xié)同平臺功能架構(gòu)

復(fù)雜重型裝備制造的主制造商、零部件生產(chǎn)單位和供應(yīng)商空間分布廣，要優(yōu)化各種制造資源，提升制造能力，必須實(shí)現(xiàn)主設(shè)計(jì)商、主制造商、供應(yīng)商和專業(yè)化生產(chǎn)單位之間的高度協(xié)同以及制造知識、技術(shù)等資源的共享。在制造中，通過協(xié)同開發(fā)與云制造平臺，實(shí)現(xiàn)異地、跨組織、多專業(yè)之間的協(xié)同非常必要。如圖2所示，將平臺功能劃分為協(xié)同設(shè)計(jì)、協(xié)同制造、協(xié)同管理與協(xié)同運(yùn)維四大模塊。每個(gè)功能模塊具體描述為

圖2 動(dòng)態(tài)快速響應(yīng)的網(wǎng)絡(luò)協(xié)同平臺功能架構(gòu)

(1)協(xié)同設(shè)計(jì)。通過協(xié)同開發(fā)與云制造平臺，在設(shè)計(jì)過程中，首先需要對非結(jié)構(gòu)化、非規(guī)范化的用戶需求進(jìn)行模板描述、確認(rèn)及可行性分析，將可行的設(shè)計(jì)任務(wù)分解并分派給現(xiàn)有的設(shè)計(jì)資源供應(yīng)商，針對用戶需求的每一個(gè)調(diào)整，設(shè)計(jì)商要及時(shí)跟進(jìn)，并與制造廠和零部件供應(yīng)商溝通方案調(diào)整的可操作性。此外，為了提升工程師設(shè)計(jì)效率，挖掘歷史設(shè)計(jì)方案數(shù)據(jù)，對已建設(shè)的研發(fā)類知識數(shù)據(jù)庫(如設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)、技術(shù)規(guī)范、三維/二維圖紙等)進(jìn)行內(nèi)容擴(kuò)容、設(shè)計(jì)模板推送及易用性提升。

(2)協(xié)同制造。復(fù)雜重型裝備制造的主制造商、零部件生產(chǎn)單位和供應(yīng)商空間分布廣，構(gòu)建基于網(wǎng)絡(luò)的多專業(yè)、跨地域協(xié)同制造體系，將整機(jī)組裝、零部件制造商等資源集成，生產(chǎn)任務(wù)下達(dá)后，能夠針對不同型號的制造需求，制定個(gè)性化且具備可行性的組裝方案，而零部件廠商則根據(jù)實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)信息，及時(shí)提供配套供應(yīng)，實(shí)現(xiàn)對生產(chǎn)資源的優(yōu)化配置。異地協(xié)同制造的基礎(chǔ)在于研發(fā)階段的數(shù)字設(shè)計(jì)，整個(gè)制造過程依據(jù)研發(fā)環(huán)節(jié)的三維唯一數(shù)據(jù)源構(gòu)建制造信息模型，廣泛采用數(shù)字化工藝知識庫和柔性制造系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)制造進(jìn)度的可預(yù)測、可調(diào)整、可追溯。

(3)協(xié)同管理。為了實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品全生命周期設(shè)計(jì)、制造、服務(wù)環(huán)節(jié)的高度協(xié)同，需要對各環(huán)節(jié)的任務(wù)執(zhí)行進(jìn)度、效果、關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)、成本等進(jìn)行監(jiān)控評價(jià)，對備件質(zhì)量、訂單采購、材料倉儲(chǔ)、物流配送等進(jìn)行管理，同時(shí)為了約束各組織條塊分割嚴(yán)重、利益趨動(dòng)的短視化行為，平臺需要制定行為規(guī)范確保各方統(tǒng)一整體利益最大化的目標(biāo)。此外，平臺上注冊有產(chǎn)品基本信息、人力資源、軟件資源、硬件資源，需要對這些虛擬資源的應(yīng)用情況實(shí)時(shí)跟蹤。

(4)協(xié)同運(yùn)維。整機(jī)安裝交付時(shí)，跟蹤安裝調(diào)試任務(wù)進(jìn)度并對裝備質(zhì)量、產(chǎn)品備件進(jìn)行過程監(jiān)控。售后服務(wù)時(shí)，人工故障檢測診斷會(huì)出現(xiàn)誤判、信息傳遞缺失等情況，影響服務(wù)滿意度，而通過建立設(shè)備故障原因數(shù)據(jù)庫和歷史維修方案數(shù)據(jù)庫，構(gòu)建多專業(yè)協(xié)同的遠(yuǎn)程診斷系統(tǒng)和動(dòng)態(tài)服務(wù)機(jī)制，能夠及時(shí)響應(yīng)客戶維修服務(wù)需求，同時(shí)采用無線通信專線實(shí)現(xiàn)對裝備使用性能、功耗、能耗等的遠(yuǎn)程監(jiān)控，通過分析歷史運(yùn)行數(shù)據(jù)構(gòu)建典型故障預(yù)測模型，預(yù)先制定裝備維護(hù)維修方案并及時(shí)更換老化零部件，降低不必要的維修維護(hù)成本。市場營銷活動(dòng)中，通過對客戶(分銷商或消費(fèi)者)歷史合同進(jìn)行分類存儲(chǔ)，構(gòu)建客戶檔案，挖掘客戶潛在需求，將應(yīng)用數(shù)據(jù)反饋到產(chǎn)品研發(fā)改進(jìn)、原料采購、計(jì)劃排產(chǎn)等活動(dòng)，為企業(yè)創(chuàng)造價(jià)值。

3 動(dòng)態(tài)快速響應(yīng)的復(fù)雜重型裝備網(wǎng)絡(luò)協(xié)同服務(wù)的基礎(chǔ)和技術(shù)支撐

基于云制造的復(fù)雜重型裝備異地多廠所網(wǎng)絡(luò)協(xié)同服務(wù)平臺是實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)快速響應(yīng)協(xié)作性能的基礎(chǔ)，該平臺是需求和資源之間的橋梁，支持研制過程中的協(xié)同工作、數(shù)據(jù)發(fā)放接收、問題協(xié)調(diào)，可以提供應(yīng)用服務(wù)管理、制造資源管理和訪問控制等功能，平臺應(yīng)用層包括產(chǎn)品全生命周期動(dòng)態(tài)管理模塊，如發(fā)布服務(wù)、服務(wù)應(yīng)用程序、任務(wù)分解、資源管理、招標(biāo)管理、合同管理、項(xiàng)目管理、售后服務(wù)和在線交流模塊，且所有參研單位和成品供應(yīng)商在建立設(shè)計(jì)、制造、試驗(yàn)、材料等數(shù)據(jù)庫時(shí)需形成統(tǒng)一的組織架構(gòu)和標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，以實(shí)現(xiàn)在全網(wǎng)的資源共享。

平臺的主要功能是為用戶提供并發(fā)布服務(wù)需求信息，為制造技術(shù)和資源提供資源集成平臺，建立虛擬組織的項(xiàng)目管理與調(diào)度中心進(jìn)行任務(wù)分配、計(jì)劃和控制。用戶必須通過平臺與企業(yè)和其他制造資源進(jìn)行交互，并對生產(chǎn)流程進(jìn)行動(dòng)態(tài)參與、實(shí)時(shí)監(jiān)控和管理，平臺通過以射頻識別技術(shù)、嵌入式系統(tǒng)、無線傳感網(wǎng)絡(luò)等為核心的制造物聯(lián)技術(shù)向用戶展示重點(diǎn)項(xiàng)目的實(shí)施過程。核心企業(yè)和用戶可以輕松掌握、指揮和協(xié)調(diào)關(guān)鍵技術(shù)路線、項(xiàng)目質(zhì)量和進(jìn)度，并通過控制工程質(zhì)量、進(jìn)度、成本等因素實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控和故障診斷服務(wù)。

如圖3所示為支持復(fù)雜重型裝備定制生產(chǎn)的網(wǎng)絡(luò)協(xié)同制造平臺開發(fā)技術(shù)包括基礎(chǔ)能力系統(tǒng)、知識工程平臺系統(tǒng)、數(shù)字化研發(fā)系統(tǒng)、智能制造系統(tǒng)、綜合管控系統(tǒng)以及智能運(yùn)維系統(tǒng)等企業(yè)信息化建設(shè)基礎(chǔ)。

圖3 動(dòng)態(tài)快速響應(yīng)的網(wǎng)絡(luò)協(xié)同平臺技術(shù)支撐

(1)基礎(chǔ)能力系統(tǒng)。基礎(chǔ)能力系統(tǒng)包括數(shù)據(jù)中心、云計(jì)算中心、企業(yè)信息門戶、自動(dòng)化辦公系統(tǒng)。復(fù)雜重型裝備的設(shè)計(jì)、仿真、試驗(yàn)及企業(yè)的生產(chǎn)制造各環(huán)節(jié)中產(chǎn)生海量數(shù)據(jù)，由于缺乏統(tǒng)一的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)源，各應(yīng)用系統(tǒng)相互獨(dú)立且各接口集成技術(shù)不統(tǒng)一，使得數(shù)據(jù)信息孤立存儲(chǔ)，數(shù)據(jù)集成缺乏規(guī)范化、標(biāo)準(zhǔn)化管理，需要構(gòu)建復(fù)雜重型裝備研制數(shù)據(jù)中心系統(tǒng)和云計(jì)算中心對數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、數(shù)據(jù)應(yīng)用及數(shù)據(jù)管理進(jìn)行總體規(guī)劃，實(shí)現(xiàn)全生命周期數(shù)據(jù)管理，挖掘利用業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)對決策支持系統(tǒng)的數(shù)據(jù)支撐。企業(yè)信息門戶和自動(dòng)化辦公系統(tǒng)能夠在技術(shù)層面實(shí)現(xiàn)統(tǒng)一用戶管理、單點(diǎn)登錄、多渠道接入、應(yīng)用集成等多方面價(jià)值，在功能層面提供統(tǒng)一信息發(fā)布與內(nèi)容管理、流程協(xié)同、多種協(xié)作溝通工具、報(bào)表中心等多方面的功能，在企業(yè)戰(zhàn)略的有效貫徹執(zhí)行、組織的統(tǒng)一管理、業(yè)務(wù)流程的核心管控、預(yù)算與績效管理的展示、品牌宣傳與企業(yè)文化建設(shè)、知識管理落地等多方面實(shí)現(xiàn)管理價(jià)值。

(2)知識工程平臺系統(tǒng)。復(fù)雜重型裝備領(lǐng)域知識繁多，更新變化快，導(dǎo)致知識積累困難、知識創(chuàng)新力度不夠，企業(yè)在企業(yè)管理、產(chǎn)品研制、試驗(yàn)等領(lǐng)域積累與應(yīng)用的知識和經(jīng)驗(yàn)具有零散、非結(jié)構(gòu)化、不系統(tǒng)、不規(guī)范、共享程度低、利用率低、流失嚴(yán)重的特點(diǎn)，企業(yè)在知識與各業(yè)務(wù)系統(tǒng)、工具軟件、信息化系統(tǒng)的資源整合等方面存在問題和困難，嚴(yán)重制約裝備研制周期和技術(shù)創(chuàng)新。因此，需要建立全面的、體系化的復(fù)雜重型裝備知識工程，應(yīng)用網(wǎng)絡(luò)爬蟲與大數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)、語義分析技術(shù)、自適應(yīng)學(xué)習(xí)技術(shù)等實(shí)現(xiàn)知識獲取、知識更新與維護(hù)、知識主動(dòng)推送、知識創(chuàng)新與共享，提高工作人員的業(yè)務(wù)水平與效率，從而提高產(chǎn)品研制質(zhì)量并縮短研制周期。

(3)數(shù)字化研發(fā)系統(tǒng)。復(fù)雜重型裝備具有性能要求嚴(yán)格、設(shè)計(jì)更改頻繁、產(chǎn)品構(gòu)型眾多、零件材料及形狀各異、內(nèi)部結(jié)構(gòu)復(fù)雜、空間十分緊湊、各類系統(tǒng)布置緊密以及零組件巨大等特點(diǎn)，其研制過程是一項(xiàng)多專業(yè)協(xié)同設(shè)計(jì)仿真的工作，極其復(fù)雜。復(fù)雜重型裝備的研制過程執(zhí)行和監(jiān)控主要依賴大量協(xié)調(diào)會(huì)議和碰頭會(huì)，項(xiàng)目決策相對于項(xiàng)目狀態(tài)滯后，執(zhí)行效率低，研制業(yè)務(wù)流程不夠清晰和規(guī)范，也沒有被整合到管理平臺中，管理人員不能對業(yè)務(wù)活動(dòng)的相關(guān)狀態(tài)和工作進(jìn)度實(shí)時(shí)監(jiān)控。因此，為了使管理人員能夠根據(jù)研制項(xiàng)目執(zhí)行的狀態(tài)和條件的變化及時(shí)對項(xiàng)目計(jì)劃做調(diào)整，通過數(shù)字化手段構(gòu)建以任務(wù)為核心的設(shè)計(jì)仿真流程管理系統(tǒng)、工程師統(tǒng)一工作平臺、知識驅(qū)動(dòng)的模塊化設(shè)計(jì)軟件、統(tǒng)一的研發(fā)數(shù)據(jù)中心，形成復(fù)雜重型裝備數(shù)字化過程研發(fā)體系，全面監(jiān)控研發(fā)過程中資源使用、任務(wù)進(jìn)度、數(shù)據(jù)狀態(tài)、基礎(chǔ)技術(shù)應(yīng)用，全面提高企業(yè)的研制管理效率、資源利用效率、專業(yè)設(shè)計(jì)效率，進(jìn)而加強(qiáng)工作規(guī)范性和質(zhì)量。

(4)智能制造系統(tǒng)。企業(yè)的生產(chǎn)方式逐步從大批量生產(chǎn)向多品種、小批量客戶化生產(chǎn)的生產(chǎn)方式轉(zhuǎn)變，訂單不斷調(diào)整，從而導(dǎo)致企業(yè)運(yùn)營效率低下和發(fā)展速度過快的之間矛盾不斷升級、生產(chǎn)組織越來越困難，企業(yè)隨時(shí)要應(yīng)對緊急插單、生產(chǎn)計(jì)劃排程臨時(shí)改變、工藝復(fù)雜等狀況的發(fā)生，此時(shí)要求企業(yè)對生產(chǎn)過程的管理和監(jiān)控更加趨于準(zhǔn)時(shí)化、柔性化和實(shí)時(shí)化。物聯(lián)網(wǎng)制造過程管控系統(tǒng)將物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)融合MES系統(tǒng)應(yīng)用于企業(yè)的生產(chǎn)過程中，實(shí)現(xiàn)對作業(yè)計(jì)劃和工廠、人員、設(shè)備等生產(chǎn)主體的實(shí)時(shí)跟蹤，從根本上消除“信息斷層”和“信息孤島”，并實(shí)現(xiàn)對企業(yè)全方位的監(jiān)控管理，達(dá)到快速響應(yīng)市場和顧客的要求，從而從整體上提升企業(yè)的執(zhí)行力，增強(qiáng)企業(yè)的影響力。

(5)綜合管控系統(tǒng)。綜合管控系統(tǒng)包括多項(xiàng)目管理系統(tǒng)、智能供應(yīng)鏈管理系統(tǒng)、基于物聯(lián)網(wǎng)的車間配送系統(tǒng)以及企業(yè)資源管理系統(tǒng)。多項(xiàng)目管理系統(tǒng)是基于企業(yè)內(nèi)部打造的數(shù)字化項(xiàng)目管理協(xié)同平臺將研發(fā)過程鏈中的每一個(gè)程序所產(chǎn)生的數(shù)據(jù)、文檔在不同的步驟間無縫傳遞，使得系統(tǒng)研制不同階段需要的工具、資源、人員、數(shù)據(jù)形成一個(gè)有效地整體，打通研制過程中管理與工程之間的各個(gè)環(huán)節(jié)，統(tǒng)一安排資源、人員和進(jìn)度，跟蹤任務(wù)進(jìn)度和狀態(tài)，準(zhǔn)確評估設(shè)計(jì)人員的工作量，控制設(shè)計(jì)進(jìn)度和質(zhì)量，實(shí)現(xiàn)跨部門、跨專業(yè)的分布式、協(xié)同化設(shè)計(jì)過程。采用智能供應(yīng)鏈管理系統(tǒng)，可以幫助企業(yè)在最短時(shí)間里尋找到最好的合作伙伴，有效協(xié)調(diào)控制供應(yīng)鏈上各節(jié)點(diǎn)企業(yè)內(nèi)外部協(xié)作過程中條塊分割嚴(yán)重、利益趨動(dòng)的短視化行為，將供應(yīng)商、分銷商、零售商等聯(lián)系在一起進(jìn)行宏觀調(diào)控，以明確的績效評估體系為整體利益最大化共同合作，實(shí)現(xiàn)多贏的結(jié)果。通過構(gòu)建物聯(lián)網(wǎng)環(huán)境下的機(jī)械產(chǎn)品裝配過程物料監(jiān)控體系，對生產(chǎn)過程中的多源異構(gòu)資源及其狀態(tài)數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)感知與分析，在此基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)復(fù)雜重型裝備裝配車間物料配送的透明性、準(zhǔn)時(shí)性，能夠基于車間的實(shí)時(shí)感知信息對物料配送方案進(jìn)行實(shí)時(shí)修正，達(dá)到物料配送與生產(chǎn)運(yùn)作的一體化，提高了車間物料配送的準(zhǔn)時(shí)性與精確性，降低車間庫存，保障生產(chǎn)計(jì)劃的分解、排程與執(zhí)行。企業(yè)資源管理系統(tǒng)的重點(diǎn)在于解決財(cái)務(wù)管理、銷售管理、采購計(jì)劃管理、庫存和物流管理、生產(chǎn)計(jì)劃與控制管理、品質(zhì)管理、商務(wù)智能、全面預(yù)算管理、人力資源成本管理問題，進(jìn)一步提高公司目前已有業(yè)務(wù)流程的執(zhí)行效率及管理能力。

(6)智能運(yùn)維系統(tǒng)。智能運(yùn)維系統(tǒng)是基于故障預(yù)測與健康管理技術(shù)，對生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的各項(xiàng)數(shù)據(jù)分析預(yù)測設(shè)備健康狀態(tài)與部件剩余使用壽命，實(shí)現(xiàn)定期檢修、預(yù)測性維護(hù)、故障報(bào)警及自適應(yīng)處理，提前發(fā)現(xiàn)設(shè)備和生產(chǎn)的安全問題，消除安全隱患，降低運(yùn)維成本，優(yōu)化設(shè)備管理。

4 結(jié)論

當(dāng)前對新一代復(fù)雜重型裝備網(wǎng)絡(luò)協(xié)同服務(wù)模式的研究有限，為解決傳統(tǒng)復(fù)雜重型裝備生產(chǎn)模式中主設(shè)計(jì)商、主制造商、供應(yīng)商和專業(yè)化生產(chǎn)單位之間協(xié)同調(diào)度難、效率低的問題，本文系統(tǒng)研究了基于云制造服務(wù)平臺的復(fù)雜重型裝備網(wǎng)絡(luò)協(xié)同服務(wù)模式，從云平臺的協(xié)同邏輯框架、功能架構(gòu)和基礎(chǔ)技術(shù)支撐進(jìn)行了研究，得出三方面的結(jié)論。

(1)基于云平臺的網(wǎng)絡(luò)協(xié)同服務(wù)模式能夠針對客戶訂單及時(shí)制定個(gè)性化服務(wù)方案，實(shí)現(xiàn)服務(wù)資源選擇與配置、服務(wù)流程計(jì)劃與控制和服務(wù)信息反饋的聯(lián)動(dòng)協(xié)同，有效提高產(chǎn)品的研制效率和質(zhì)量。

(2)通過各專業(yè)化生產(chǎn)單位之間的制造知識、技術(shù)等資源的共享，構(gòu)建異地、跨組織、多專業(yè)的網(wǎng)絡(luò)協(xié)同服務(wù)平臺，可以有效實(shí)現(xiàn)對裝備全生命周期的協(xié)同設(shè)計(jì)、協(xié)同制造、協(xié)同管理與協(xié)同運(yùn)維，實(shí)現(xiàn)各生產(chǎn)單位之間的互利共贏。

(3)基于云制造的復(fù)雜重型裝備異地多廠所網(wǎng)絡(luò)協(xié)同服務(wù)平臺及平臺開發(fā)技術(shù)是實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)快速響應(yīng)協(xié)作性能的基礎(chǔ)，信息化建設(shè)可以幫助企業(yè)更好、更快地研發(fā)出高質(zhì)量、高可靠性的復(fù)雜重型裝備。