安 波 廖文和 郭 宇 劉驕劍

南京航空航天大學(xué),南京,210016

擴(kuò)散制造聯(lián)盟構(gòu)建過程研究

安 波 廖文和 郭 宇 劉驕劍

南京航空航天大學(xué),南京,210016

針對(duì)擴(kuò)散制造這種面向武器裝備等復(fù)雜產(chǎn)品網(wǎng)絡(luò)化制造模式,提出了擴(kuò)散制造聯(lián)盟構(gòu)建方法,給出了網(wǎng)絡(luò)化制造耦合性等相關(guān)概念,并提出了基于降耦及升耦的擴(kuò)散聯(lián)盟構(gòu)建策略;分析擴(kuò)散任務(wù)相關(guān)性,建立擴(kuò)散任務(wù)相關(guān)性矩陣;分析擴(kuò)散資源相關(guān)性,確定資源配置優(yōu)化目標(biāo),實(shí)現(xiàn)了擴(kuò)散資源升耦優(yōu)化配置,完成了擴(kuò)散聯(lián)盟的構(gòu)建;描述了某型號(hào)擴(kuò)散制造在擴(kuò)散聯(lián)盟構(gòu)建平臺(tái)上的應(yīng)用,驗(yàn)證了擴(kuò)散聯(lián)盟構(gòu)建過程的可行性和實(shí)用性。

擴(kuò)散制造聯(lián)盟;耦合性;相關(guān)性;升耦;降耦

0 引言

網(wǎng)絡(luò)化制造是現(xiàn)代制造業(yè)發(fā)展趨勢(shì)之一,并針對(duì)特定需求衍生出多種網(wǎng)絡(luò)化制造組織形式,如虛擬企業(yè)[1]、基于ASP的網(wǎng)絡(luò)化制造模式[2]、協(xié)同制造鏈[3]等。但上述制造模式多為“松耦合”管理,強(qiáng)調(diào)合作企業(yè)的自主性和自治性,往往存在生產(chǎn)過程安全保密措施不到位、進(jìn)度無法及時(shí)了解、質(zhì)量問題無法跟蹤等問題,不能滿足戰(zhàn)時(shí)大型復(fù)雜武器裝備快速響應(yīng)、制造過程可控、可測(cè)、可靠的要求。擴(kuò)散制造[4]聯(lián)盟正是基于解決上述問題而建立的新型網(wǎng)絡(luò)化制造模式。本文從資源配置的角度提出一種全過程可控的擴(kuò)散聯(lián)盟方法,將耦合性概念引入擴(kuò)散制造模式,分析了擴(kuò)散制造節(jié)點(diǎn)間的耦合特征,提出了基于降耦策略和升耦策略的資源配置解決方案,亦即相關(guān)關(guān)系緊密的制造任務(wù)由相關(guān)關(guān)系緊密的資源進(jìn)行制造,最終建立擴(kuò)散制造聯(lián)盟。

1 基于耦合性的擴(kuò)散制造聯(lián)盟

1.1 相關(guān)概念

目前國內(nèi)外研究基于耦合性的復(fù)雜產(chǎn)品設(shè)計(jì)任務(wù)規(guī)劃的人員較多[5-7],而涉足制造耦合性研究的人員則較少,為了更清晰、明確地論述擴(kuò)散制造耦合特性及擴(kuò)散制造聯(lián)盟結(jié)盟過程,本文首先定義以下相關(guān)概念:

定義1 網(wǎng)絡(luò)化制造耦合性 網(wǎng)絡(luò)化制造的生產(chǎn)任務(wù)由異地制造資源協(xié)同完成,由于各企業(yè)的組織結(jié)構(gòu)、生產(chǎn)習(xí)慣、信息化平臺(tái)以及地域上的差異,使得原本在單獨(dú)企業(yè)內(nèi)的連續(xù)制造過程,移植到網(wǎng)絡(luò)上后被拆分為若干離散的制造節(jié)點(diǎn)。兩個(gè)(或兩個(gè)以上的)制造節(jié)點(diǎn)間相互作用,而彼此影響整個(gè)制造系統(tǒng)的現(xiàn)象即為網(wǎng)絡(luò)化制造耦合性。

定義2 擴(kuò)散資源 分布在擴(kuò)散企業(yè),能夠承擔(dān)某項(xiàng)擴(kuò)散制造任務(wù)的生產(chǎn)組織和生產(chǎn)要素,按照任務(wù)粒度大小的不同,擴(kuò)散資源分為企業(yè)級(jí)、單元級(jí)、設(shè)備級(jí)等不同層次。

定義3 擴(kuò)散節(jié)點(diǎn) 實(shí)施擴(kuò)散制造過程中,復(fù)雜產(chǎn)品的制造被分解為若干制造任務(wù),并分配到具有加工能力的外部企業(yè)進(jìn)行生產(chǎn),外部資源與其制造任務(wù)相互匹配的稱為制造節(jié)點(diǎn)。由定義可知,制造節(jié)點(diǎn)由制造任務(wù)、制造資源兩部分組成,可形式化定義為

式中,MNi為制造節(jié)點(diǎn);MTi為制造任務(wù);MRi為制造資源。

1.2 擴(kuò)散制造耦合性分析

網(wǎng)絡(luò)化制造耦合性的產(chǎn)生是由制造任務(wù)的離散分布導(dǎo)致的,擴(kuò)散制造作為面向大型復(fù)雜武器裝備的網(wǎng)絡(luò)化制造模式,制造節(jié)點(diǎn)間的相互影響程度更強(qiáng),耦合特性表現(xiàn)得更為突出,其原因有以下兩點(diǎn):

(1)制造過程復(fù)雜。由于軍方對(duì)保密、產(chǎn)品質(zhì)量、生產(chǎn)進(jìn)度方面的要求,各級(jí)供應(yīng)商都應(yīng)納入擴(kuò)散制造體系,構(gòu)建全過程可控的擴(kuò)散聯(lián)盟。各擴(kuò)散資源承擔(dān)不同粒度的擴(kuò)散任務(wù),原材料、半成品、成品在制造節(jié)點(diǎn)間流動(dòng),層層交付,相互交織,形成龐大而復(fù)雜的擴(kuò)散制造網(wǎng)絡(luò)。

(2)制造任務(wù)復(fù)雜。大型復(fù)雜產(chǎn)品的研制是一個(gè)巨大、復(fù)雜且技術(shù)密集的系統(tǒng)工程。如構(gòu)成飛機(jī)的零件數(shù)目多達(dá)數(shù)百萬,零件的制造不僅要保證自身質(zhì)量達(dá)到要求,而且還要滿足不同粒度制造任務(wù)間的相互協(xié)調(diào)關(guān)系,如同一零件不同加工工序的加工協(xié)調(diào)關(guān)系、零部件間的裝配協(xié)調(diào)關(guān)系。

復(fù)雜的制造過程和任務(wù)使得復(fù)雜產(chǎn)品在擴(kuò)散制造過程中的物料、信息交互量要遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于一般的網(wǎng)絡(luò)化制造模式,如圖1所示。

圖1 擴(kuò)散節(jié)點(diǎn)物料、信息傳遞示意圖

首先主企業(yè)向制造資源發(fā)布任務(wù)數(shù)據(jù)包,包括生產(chǎn)起止時(shí)間、工藝數(shù)據(jù)、質(zhì)量要求等;資源在生產(chǎn)過程中實(shí)時(shí)向主企業(yè)反饋生產(chǎn)進(jìn)度、質(zhì)量檢測(cè)數(shù)據(jù);主企業(yè)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析,并迅速發(fā)出調(diào)整指令,以保證整個(gè)擴(kuò)散系統(tǒng)的正常、順利運(yùn)行。再者,在擴(kuò)散制造實(shí)施過程中,為保證物料、信息及時(shí)準(zhǔn)確地在節(jié)點(diǎn)間傳遞,擴(kuò)散節(jié)點(diǎn)間需要相互溝通協(xié)調(diào),確保生產(chǎn)進(jìn)度協(xié)調(diào)一致及產(chǎn)品質(zhì)量滿足要求。龐大的信息、物料傳輸對(duì)主企業(yè)的制造過程控制以及節(jié)點(diǎn)間的配合造成了諸多困難。倘若某一中間環(huán)節(jié)出現(xiàn)擾動(dòng),必定會(huì)影響其他節(jié)點(diǎn)的任務(wù)進(jìn)度及完成質(zhì)量,甚至影響整個(gè)擴(kuò)散制造的正常實(shí)施。

因此,關(guān)系緊密的擴(kuò)散任務(wù)有必要匹配關(guān)系緊密的制造資源形成擴(kuò)散制造節(jié)點(diǎn),使節(jié)點(diǎn)間的耦合性更強(qiáng)。信息溝通、物料流轉(zhuǎn)更加順暢,有利于產(chǎn)品的制造、裝配、功能調(diào)試以及后續(xù)的維修工作,也有利于降低不確定擾動(dòng)對(duì)制造過程的影響,保證擴(kuò)散制造在運(yùn)行過程中的穩(wěn)定狀態(tài)和持續(xù)生產(chǎn)能力,提升擴(kuò)散制造過程的可靠及可控性。

然而,擴(kuò)散任務(wù)間相關(guān)關(guān)系復(fù)雜,相關(guān)強(qiáng)度也參差不齊,如何合理處理任務(wù)間的復(fù)雜關(guān)系,以及如何進(jìn)行相關(guān)資源配置則是構(gòu)建擴(kuò)散聯(lián)盟的兩個(gè)關(guān)鍵問題。擴(kuò)散降耦策略亦即對(duì)制造任務(wù)弱相關(guān)關(guān)系進(jìn)行分析,對(duì)相對(duì)弱的關(guān)系進(jìn)行撕裂,形成“內(nèi)緊密、外松散”的任務(wù)集,以降低制造節(jié)點(diǎn)間的耦合度,降低控制策略復(fù)雜性,提高任務(wù)執(zhí)行的獨(dú)立性和并行性。擴(kuò)散資源升耦配置則是在降耦完成的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)基于資源相關(guān)性的擴(kuò)散資源配置,為同一任務(wù)集的擴(kuò)散任務(wù)選擇關(guān)系緊密的制造資源,構(gòu)建緊耦合的擴(kuò)散制造聯(lián)盟。

2 擴(kuò)散制造結(jié)盟過程

2.1 任務(wù)-資源匹配

零部件種類繁多、制造過程復(fù)雜,使得一個(gè)制造企業(yè)沒有能力單獨(dú)承擔(dān)一個(gè)零件或部件的加工,這也決定了擴(kuò)散制造任務(wù)呈現(xiàn)多粒度(部件、組件、零件、工序級(jí)任務(wù))的特點(diǎn),如圖2所示。本文用MTi(i=1,2,…,nT)表示擴(kuò)散任務(wù),nT為擴(kuò)散任務(wù)的總數(shù)。根據(jù)擴(kuò)散任務(wù)的具體加工需求,通過擴(kuò)散制造系統(tǒng)檢索相應(yīng)的制造資源,具備該任務(wù)加工能力的資源可能有若干個(gè),分布在不同的擴(kuò)散企業(yè)內(nèi),任務(wù)-資源形成1對(duì)多的匹配關(guān)系,如圖2中的 ①所示。本文用MRi_p(p=1,2,…,n R)表示第p個(gè)具備MTi制造能力的擴(kuò)散資源,n R為擴(kuò)散資源的總數(shù)。

2.2 擴(kuò)散降耦策略

降耦策略包括兩個(gè)步驟,分別為擴(kuò)散任務(wù)相關(guān)性分析和擴(kuò)散任務(wù)分解,如圖2中的 ②所示。

2.2.1 任務(wù)相關(guān)性分析

擴(kuò)散任務(wù)間的復(fù)雜相關(guān)關(guān)系是使擴(kuò)散系統(tǒng)產(chǎn)生耦合性的原因,為了明確說明任務(wù)相關(guān)性,本文將相關(guān)關(guān)系分為兩類進(jìn)行說明。

圖2 擴(kuò)散制造聯(lián)盟構(gòu)建過程示意圖

第I類為物料傳遞關(guān)系。即不同粒度任務(wù)完成后在擴(kuò)散企業(yè)間傳遞以進(jìn)行下一步零件加工、部件裝配任務(wù)。fij∈{0,1}表示物料間的傳遞關(guān)系,fij=0,表示任務(wù)i、j無流動(dòng)關(guān)系;fij=1,表示任務(wù)i完成后轉(zhuǎn)向下一任務(wù)j。

第II類為除物料傳遞關(guān)系外的任務(wù)相關(guān)關(guān)系。

協(xié)調(diào)配合關(guān)系 各種產(chǎn)品或部件都是許多零件有條件地裝配在一起的,需考慮定位、連接、尺寸大小和裝配順序等,有裝配關(guān)系的零部件間相關(guān)關(guān)系緊密。

加工工序關(guān)系 由于復(fù)雜零件的加工復(fù)雜性,在很多情況下需要異地轉(zhuǎn)包加工,同一零件的各工序級(jí)加工任務(wù)間存在緊密的相關(guān)關(guān)系。

功能實(shí)現(xiàn)關(guān)系 共同實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品某一子功能的零部件生產(chǎn)任務(wù)間相互協(xié)調(diào)配合,以完成能量轉(zhuǎn)換、信號(hào)轉(zhuǎn)化、力的傳播,以及其他功能干涉,關(guān)系緊密。

I T mij表示擴(kuò)散任務(wù)i、j第II類相關(guān)度評(píng)價(jià)標(biāo)值,m=1,2,3,分別為協(xié)調(diào)配合關(guān)系、加工工序關(guān)系和功能關(guān)系,視其重要或密切程度,并參考文獻(xiàn)[8]中的6分劃分標(biāo)準(zhǔn),設(shè)為I T mij∈{無關(guān)系,弱,較弱 ,中 ,較強(qiáng),強(qiáng)}={0,0.2,0.4,0.6,0.8,1},其中,第 Ⅱ類相關(guān)值可表示為

式中,rTij為擴(kuò)散任務(wù)i、j間第 Ⅱ 相關(guān)度值;ωTm為相關(guān)關(guān)系權(quán)重,m=1,2,3。

由第 Ⅰ維及第 Ⅱ維相關(guān)關(guān)系共同建立擴(kuò)散任務(wù)i、j間的相關(guān)性模型,第一象限內(nèi)是 fij,表示物料在任務(wù)間的流向;第二象限內(nèi)是I T ij,表示協(xié)調(diào)配合、加工工序以及功能相關(guān)關(guān)系的強(qiáng)度值,如圖3所示。

圖3 擴(kuò)散任務(wù)相關(guān)模型

例如有7個(gè)任務(wù),0為主企業(yè)總裝任務(wù);1為部件級(jí)任務(wù),2、3為該部件的零件,受交貨期限或加工能力限制需繼續(xù)擴(kuò)散到下一級(jí)擴(kuò)散資源進(jìn)行生產(chǎn),完成后轉(zhuǎn)移到部件生產(chǎn)企業(yè),以完成部件的裝配;4為零件級(jí)任務(wù),5、6為零件4擴(kuò)散出去的工序級(jí)任務(wù),交由外部擴(kuò)散資源進(jìn)行加工。

擴(kuò)散過程可由有向圖表達(dá),如圖4所示。圖4中,實(shí)線箭頭方向表示任務(wù)完成后的物料傳遞流向,而具有第 Ⅱ類相關(guān)關(guān)系的任務(wù)間則用虛線連接。相關(guān)性模型矩陣如圖5所示。

圖4 擴(kuò)散任務(wù)相關(guān)有向圖

2.2.2 擴(kuò)散任務(wù)分解

本節(jié)對(duì)任務(wù)耦合模型中第 Ⅱ類相關(guān)關(guān)系進(jìn)行模糊聚類[9],即關(guān)系較強(qiáng)的任務(wù)劃為一類,而關(guān)系較弱或沒有關(guān)系的任務(wù)則作為獨(dú)立任務(wù)進(jìn)行處理,形成“內(nèi)聚集、外松散”的任務(wù)集,實(shí)現(xiàn)了基于任務(wù)相關(guān)性的擴(kuò)散任務(wù)分解。第 Ⅱ類相關(guān)值也由數(shù)字型轉(zhuǎn)化為布爾型,即r′T ij∈{0,1},任務(wù)間關(guān)系緊密,r′T ij=1;關(guān)系松散,則 r′T ij=0 。

圖5 擴(kuò)散任務(wù)矩陣模型

如圖4a所示的7個(gè)擴(kuò)散任務(wù)經(jīng)過降耦優(yōu)化后,撕裂了2-4,4-7,1-7之間的相關(guān)關(guān)系,而任務(wù)7則為獨(dú)立任務(wù),最終完成擴(kuò)散任務(wù)的分解,形成3個(gè)任務(wù)集{1,2,3},{4,5,6},{7}。其矩陣分解過程如圖6所示。

圖6 第Ⅱ類相關(guān)性矩陣分解過程示意圖

2.3 擴(kuò)散升耦策略

擴(kuò)散升耦策略是在降耦完成的基礎(chǔ)上,考慮任務(wù)相關(guān)性及制造資源相關(guān)性因素,設(shè)定優(yōu)化目標(biāo),實(shí)現(xiàn)擴(kuò)散資源配置,完成擴(kuò)散聯(lián)盟的構(gòu)建。升耦策略也分為兩個(gè)步驟,即資源相關(guān)性分析及資源優(yōu)化配置,如圖2中的 ③所示。

2.3.1 制造資源相關(guān)性分析

主企業(yè)選擇相關(guān)性強(qiáng)的制造資源組成聯(lián)盟,將其納入主企業(yè)的制造體系,這是提高制造節(jié)點(diǎn)間耦合性、增強(qiáng)制造過程可控性和可靠性的有效手段之一。本文從行業(yè)、隸屬、歷史合作、地理位置及自身制造能力描述資源相關(guān)性。

行業(yè)關(guān)系 行業(yè)相近的企業(yè)間的專業(yè)人員、設(shè)備、數(shù)字化平臺(tái)等資源類型和生產(chǎn)習(xí)慣會(huì)有較大的相似性。接到任務(wù)后,在對(duì)原有條件不做太大改動(dòng)的情況下,能迅速實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)產(chǎn),達(dá)到快速響應(yīng)的目的。根據(jù)國家質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)檢疫總局發(fā)布的《國民經(jīng)濟(jì)行業(yè)分類》(GB/T4754-2002)建立行業(yè)結(jié)構(gòu)樹,如圖7所示。

圖7 行業(yè)分類結(jié)構(gòu)樹

隸屬關(guān)系 存在隸屬關(guān)系的資源間有相同的上級(jí)主管,便于在實(shí)施擴(kuò)散制造的過程中溝通協(xié)調(diào),有利于問題的快速查找、解決,保證擴(kuò)散過程的順暢,圖8所示為隸屬關(guān)系結(jié)構(gòu)樹。

圖8 隸屬關(guān)系結(jié)構(gòu)樹

參照行業(yè)相關(guān)性值的求解方法,求得MRi_p與MR j_q隸屬相關(guān)值r S(i_p,j_q)。

歷史合作關(guān)系 主企業(yè)對(duì)以往合作過的擴(kuò)散企業(yè)完成的歷史任務(wù)從交付時(shí)間、完成質(zhì)量及價(jià)格等方面進(jìn)行評(píng)價(jià),歷史合作相關(guān)性反映了擴(kuò)散企業(yè)間合作關(guān)系的良好程度及潛在的再次合作的可能性,按照專家打分的方法,MR i_p與MR j_q歷史合作關(guān)系的評(píng)價(jià)值rC(i_p,j_q)由低到高依次為{0,0.2,0.4,0.6,0.8,1};

地理位置關(guān)系 地理位置也是影響企業(yè)間合作的因素,兩個(gè)擴(kuò)散企業(yè)間的地理位置越近,在一定程度上越能縮短運(yùn)輸時(shí)間,節(jié)約運(yùn)輸成本;反之,越增加運(yùn)輸時(shí)間和運(yùn)輸成本。制造資源MRi_p到MRj_q的運(yùn)輸時(shí)間和運(yùn)輸成本分別為t Tr(i_p,j_q)、c Tr(i_p,j_q)。

制造資源自身能力是確定合作意愿強(qiáng)弱的關(guān)鍵因素之一,能力越強(qiáng),主企業(yè)選擇其進(jìn)行合作的機(jī)會(huì)越大;反之,合作機(jī)會(huì)越小。本文給出3個(gè)評(píng)價(jià)企業(yè)自身能力的指標(biāo):IC={tM(i_p),cM(i_p),q M(i_p)},其中,t M(i-p)、c M(i_p)、q M(i_p)分別為承擔(dān)擴(kuò)散任務(wù)i的制造資源MRi_p的加工時(shí)間、加工成本和加工產(chǎn)品合格率。

2.3.2 資源升耦配置

傳統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)化制造資源配置過程多考慮地理位置{tTr(i_p,j_q)、cTr(i_p,j_q)}、企業(yè)制造能力{tM(i_p),c M(i_p),q M(i_p)}等因素,在本文中將這些因素也列為制造資源的相關(guān)特性,并在此基礎(chǔ)上增加了資源行業(yè)、隸屬以及歷史合作相關(guān)性的指標(biāo),使得升耦優(yōu)化配置成為一個(gè)更為復(fù)雜的多目標(biāo)優(yōu)化問題。

主企業(yè)選擇擴(kuò)散企業(yè)時(shí),需要考慮擴(kuò)散制造資源的產(chǎn)品加工質(zhì)量、時(shí)間和成本等指標(biāo);此外,主企業(yè)與制造資源的橫向相關(guān)程度也是需考慮的重要因素。承擔(dān)所有任務(wù)MTi的擴(kuò)散資源MRi_p與主企業(yè)的橫向相關(guān)程度可表示為

經(jīng)過降耦優(yōu)化后,形成多個(gè)內(nèi)耦合、外松散的擴(kuò)散任務(wù)集,對(duì)于集內(nèi)任務(wù)(r′Tij=1)進(jìn)行升耦優(yōu)化,提高制造節(jié)點(diǎn)間的耦合程度。承擔(dān)相關(guān)任務(wù)的資源間需有較強(qiáng)的相關(guān)性,便于資源間相互協(xié)調(diào),保證產(chǎn)品的質(zhì)量和進(jìn)度,所有相關(guān)任務(wù)選擇的擴(kuò)散資源MRi_p、MRj_q的橫向相關(guān)性可表示為式中,ωm(m=1,2,3,4)分別為主企業(yè)選擇指標(biāo)、制造資源相關(guān)性指標(biāo)、運(yùn)輸時(shí)間和運(yùn)輸成本的權(quán)重;ω1m分別為制造資源與主企業(yè)的相關(guān)性評(píng)價(jià)、加工時(shí)間、加工成本和質(zhì)量的權(quán)重;λ1m為標(biāo)準(zhǔn)化系數(shù)。時(shí)間約束為

擴(kuò)散資源p承擔(dān)任務(wù)i的時(shí)間ti應(yīng)小于任務(wù)的計(jì)劃最早開始時(shí)間Si和最晚交付時(shí)間Ei。成本約束可表達(dá)為

擴(kuò)散任務(wù)加工成本cMi_p和運(yùn)輸成本cTr(i_p,j_q)的總和應(yīng)小于項(xiàng)目計(jì)劃成本總和C。

3 擴(kuò)散聯(lián)盟構(gòu)建平臺(tái)應(yīng)用

利用VB.Net進(jìn)行了系統(tǒng)實(shí)現(xiàn),開發(fā)了擴(kuò)散制造資源配置系統(tǒng),包括主企業(yè)對(duì)任務(wù)的錄入、擴(kuò)散企業(yè)錄入資源信息、擴(kuò)散任務(wù)分解以及升耦配置功能?，F(xiàn)以某型號(hào)飛機(jī)零部件實(shí)施擴(kuò)散制造生產(chǎn)說明資源配置系統(tǒng)運(yùn)行過程。如圖9所示,某型號(hào)機(jī)翼擴(kuò)散生產(chǎn)的部分零部件有蒙皮、機(jī)翼、搖臂、彈簧、副翼、伺服補(bǔ)償器、拉桿、發(fā)動(dòng)機(jī)、發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)架、襟翼、發(fā)動(dòng)機(jī)葉片。

圖9 某型號(hào)機(jī)翼結(jié)構(gòu)圖

首先,對(duì)待擴(kuò)散制造任務(wù)的相關(guān)性進(jìn)行分析,根據(jù)任務(wù)相關(guān)性準(zhǔn)則建立相關(guān)性矩陣,如圖10所示;然后利用降耦分解方法,消除弱耦合關(guān)系,解耦后的擴(kuò)散任務(wù)聚集為{1,2,5,10},{3,4,6},{8,11},{7},{9}。

圖10 擴(kuò)散任務(wù)相關(guān)性矩陣

擴(kuò)散資源配置過程包括兩個(gè)部分:①錄入已注冊(cè)資源的相關(guān)信息,除基本T、C、Q之外,還有行業(yè)、隸屬、合作及地理位置等,以確定資源間的相關(guān)度值,表1為承擔(dān)任務(wù)1、2的2個(gè)資源間的相關(guān)關(guān)系;②通過在配置平臺(tái)上進(jìn)行擴(kuò)散制造資源的升耦配置,實(shí)現(xiàn)擴(kuò)散任務(wù)與制造資源的緊耦合匹配,建立了面向某飛機(jī)型號(hào)的擴(kuò)散制造聯(lián)盟。擴(kuò)散聯(lián)盟構(gòu)建成功后,各參與資源可使用平臺(tái)所提供的項(xiàng)目協(xié)作管理工具,進(jìn)行進(jìn)度監(jiān)控、工藝協(xié)同,完成整個(gè)擴(kuò)散聯(lián)盟的正常運(yùn)行。

表1 MR1_1與 MR 2_1相關(guān)關(guān)系

4 結(jié)束語

本文研究了現(xiàn)有的網(wǎng)絡(luò)化制造模式后,針對(duì)武器裝備等復(fù)雜產(chǎn)品的異地協(xié)同制造特征,給出了網(wǎng)絡(luò)化制造耦合性概念,分析了擴(kuò)散制造耦合性的特征;通過擴(kuò)散制造降耦分解、升耦配置策略,完成了基于耦合性的擴(kuò)散制造聯(lián)盟構(gòu)建,并開發(fā)了資源優(yōu)化配置系統(tǒng),本項(xiàng)目已在上海某航天所進(jìn)行了驗(yàn)證,實(shí)現(xiàn)了13類零部件的快速擴(kuò)散制造。擴(kuò)散制造耦合模型的建立及其演化,為復(fù)雜產(chǎn)品網(wǎng)絡(luò)化制造過程分析提供了更為豐富的途徑,可以指導(dǎo)擴(kuò)散制造資源優(yōu)化配置,提高其合理性和科學(xué)性。

[1] MartinezM T,Fou letier P,Park K H,et a l.Virtual Enterp rise-organisation,Evolution and Control[J].Int.J.Production Econom ics,2001,74:225-238.

[2] Su Yan,Liao Wenhe,Guo Yu,et al.An ASP-based Produc t Custom ization Service System for SMEs:a Case Study in Construction Machinery[J].International Journal of Enterprise Information Systems,2008,4(1):1125-1130.

[3] 吉鋒,何衛(wèi)平,王東城,等.網(wǎng)絡(luò)化制造環(huán)境下面向復(fù)雜零件的協(xié)同制造鏈研究[J].計(jì)算機(jī)集成制造,2006,12(1):72-77.

[4] 俞烽,廖文和,郭宇.工藝快速擴(kuò)散系統(tǒng)的研究[J].中國機(jī)械工程,2007,18(19):2322-2325.

[5] 郭峰.機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計(jì)過程的建模、評(píng)價(jià)與優(yōu)化方法研究[D].杭州:浙江大學(xué),2007.

[6] Chen Shijie,Lin Li.Decomposition of Interdependent Task G roup for Concurrent Engineering[J].Computer&Industrial Engineering,2003,44:435-459.

[7] Sun Chungyu,Chen Shijie,Lin L.A Structured Approach to Measuring Functional Dependency and Sequencing of Coup led Tasks in Engineering Design[J].Com puter&Industrial Engineering,2003,45:195-214.

[8] 朱劍英.智能系統(tǒng)非經(jīng)典數(shù)學(xué)方法[M].武漢:華中科技大學(xué)出版社,2004.

[9] 王海軍,魏小鵬.面向規(guī)?；a(chǎn)品族的數(shù)值規(guī)劃方法[J].計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)與圖形學(xué)學(xué)報(bào),2005,17(3):473-478.

[10] 宗鳴鏑,蔡穎,劉旭東,等.產(chǎn)品模塊化設(shè)計(jì)中的多角度、分級(jí)模塊劃分方法[J].北京理工大學(xué)學(xué)報(bào),2003,23(5):552-556.

Research on Construction Processof Extended Manufacturing Alliance

An Bo Liao Wenhe Guo Yu Liu Jiaojian
Nanjing University of Aeronautics&A stronautics,Nanjing,210016

According to ex tendedm anu facturing was a new netw orkedm anu facturingm odel,which was oriented to armam ent and another comp lex products,a construction method of extended manufacturing alliance w as proposed.The concept of networked manufacturing coup ling was presented,and the construction process of extended alliance based on rising coup ling and dropping coup ling strategies was proposed;The correlation of extended tasks was analyzed,and dropping coup ling decomposition was realized.The correlation o f ex tended resources was analyzed,the op timization objective of resource allocation was determ ined,and extended resources rising coup ling allocation w as realized.A t last,the app lication ofaircraft on theextended manufacturing p latform was described,and feasibility and applicability of the method of the extended alliance construction were verified.

extended manu facturing alliance;coupling;correlation;rising coupling;d ropping coup ling

TP391

1004—132X(2011)12—1434—07

2010—08—03

“十一五”國防基礎(chǔ)科研項(xiàng)目

(編輯 何成根)

安 波,男,1981年生。南京航空航天大學(xué)機(jī)電學(xué)院博士研究生。主要研究方向?yàn)镃AD/CAPP/CAM、制造業(yè)信息化。發(fā)表論文5篇。廖文和,男,1965年生。南京航空航天大學(xué)機(jī)電學(xué)院教授、博士研究生導(dǎo)師。郭 宇,男,1972年生。南京航空航天大學(xué)機(jī)電學(xué)院副教授。劉驕劍,男,1985年生。南京航空航天大學(xué)機(jī)電學(xué)院博士研究生。