基于分散网络化的铸件快速柔性制造
摘要：在分析传统铸造业的铸件制造和交易模式的基础上，提出铸造企业间的动态联盟的分散网络化制造模式，设计了铸件分散网络化制造系统的运行结构和企业间的动态联盟组织形式。该技术增强了企业的国际竞争力和对市场的快速响应能力，可以促进企业间实施产品的柔性制造和合作，以更短的时间联合制造出高质量的产品，获得更大经济效益。
关键词：铸造；动态联盟；分散网络化制造；快速柔性制造
制造全球化将导致许多制造环节的国际转移和重新分配，给中国带来更多的承接国际定单的机会。从铸造行业看，这种国际转移更加明显，国外需要中国提供更多的铸件。中国有2万多家铸造企业，制造能力过剩、定单不足的现状以及国内企业间交易资金回笼等问题一直困扰着企业，造成企业迫切希望通过承接更多的国际定单、而得到改善。目前，需要有效地、紧密地、更快地、动态地连接这种需求和供给，以创造市场。
在铸件进出口业务中，已初步运用联盟式的运作机制，形成分散化联盟进行异地设计、异地制造和异地交货。但现有的联盟制造模式的特点是基于传统通讯和联系手段的，采取亲临现场进行技术服务、控制生产进度，其缺点是成本高、周期慢。
随着电子商务和网络技术的发展，出现了分散网络化制造技术。针对某一市场需要，利用以Internet为标志的信息高速公路，灵活而迅速地组织社会制造资源，把分散在不同地区的现有生产设备资源、智力资源和各种核心能力，迅速地组合成一种没有围墙的、超越空间约束的、靠电子手段联系的、统一指挥的经营实体——网络化联盟企业，以便快速推出高质量、低成本的新产品[1]。
这种联盟制造方式在生产成本和交货期方面具有很大的改善余地[2]。实施铸造分散网络化制造不仅仅是联盟联络手段的改进，更重要的是联盟组织效率的提高，迅速组织国内更多的制造资源，提高抓住定单的概率，加快市场反应速度，降低制造费用，缩短交货期限，有效地进行质量监控，促进企业同国际接轨。
分散网络化制造模式已在国内外许多企业的生产经营中得到不同程度的实际应用。据专家预测，该模式将成为21世纪提高企业竞争能力的关键因素[2]。
1 系统结构
传统的铸造企业产品的制造模式见图1a。分散网络化制造的铸件交易模式见图1b。传统模式需时长、费用高，风险大。在合同签定后，技术人员需要亲临现场，督促产品进度，现场解决技术难题，优点是可以更好地解决实际问题，可以锻炼、培养人才，但需要更多的技术人员和经费支持。实行分散网络化制造后，合同签定前的所有工作可以在网上实现，特别是合同签定后，3维CAD模型可以直接用于模具制造、铸造工艺设计，可进一步缩短交货时间，增加企业的竞争力。
分散网络化制造系统工程结构见图2。
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该制造系统主要由并行工程制造层和信息层构成：
(1)信息层 对内建立自己的各种数据库，如企业制造能力数据库、材料供应数据库等，通过服务器和浏览器获得技术性的资源或与并行工程小组的其他人员进行技术合作，拥有权限的合作伙伴或客户也可以获得有关的资源或参与交流。也就是说可以利用Internet技术建立一个企业网，即分散网络化系统，同时对外可以与用户建立联系、寻找市场和合作伙伴，以迅速作出决策。
(2)工程层 采用并行工程的方法，在动态联盟的基础上开展异地设计、异地制造。在这样的环境下，组织多功能小组，开展流程的并行化。在组织联系方面，实现虚拟集合，铸件分散网络化制造的工作流程见图3。
图3 铸件分散网络化制造工作流程图
2 企业间动态联盟的组织
在动态联盟中，铸件的承接单位应作为组织协调的核心(盟主)，按照并行工程的方式组织开发队伍。首先建立多功能开发小组，由熟悉市场并具有铸造技术和组织经验的人员负责组织实施，由经验丰富的模具设计人员进行模具结构整体设计，并负责不同软件的转换和数控编程。铸造技术人员对工艺、工装进行设计，同时进行采购与生产准备。在产品的报价阶段，尽可能地考虑产品开发和制造的全过程，作到准确报价。任务确定后，再根据不同的目标任务，以不同的标准优选和组织专业化协作的动态联盟。
对铸件的制造而言，主要是以质量、交货期、成本为标准。铸造分散网络化制造系统的动态联盟组织层次见图4。根据现实情况及条件，联盟分为3个层次：1紧密关系层，主要包括工艺设计、铸造、加工装配等，成员利益共享，风险共担，一旦确定，则在整个工程中不宜变更，而且必须对外宣传为一个整体的不同分部。2合作关系层，例如模具制造、工艺模拟、热处理等对外协作工序，在这一层，可按照长期的互惠及信任关系，争取优惠及工期。3松散关系层，如材料的采购、铸造设备生产厂家等，主要采取货比3家的简单比较原则。
图4 动态联盟组织层次
3 分散网络化制造系统应用模式
以铸铁电机飞轮的生产为例(见图5)。产品定单确定后，有盟主负责选择生产企业，确定生产技术路线。飞轮数据文件通过电子邮件从美国发来，在国内组织企业联合生产。通过利用山西煤炭、矿产资源，在山西完成铸件毛坯的制造，然后在山东完成飞轮的加工与装配。浙江企业因具有机加工和铸造的能力，因此提供成品直接从温州出口。整个飞轮的制造过程中，所有模具均有北京某企业提供。通过网上监控制造进度，在网上进行技术讨论，企业间进度协调等。这样可以充分利用各自企业的资源优势，动态、迅速地完成异地设计与异地制造。
图5 分散网络化制造运行图
4 结论
通过该技术，充分利用信息技术、并行工程、敏捷制造、CAD/CAM等先进制造技术，将小企业联成大企业，不仅可以充分发挥企业的资源优势，而且可以进一步提高企业的竞争力，在制造中可以真正地实现柔性制造和柔性组织制造。同时采用分散网络化制造后，可以以一个统一的数字模型，控制整个制造过程，很好地解决企业与企业间、企业内部之间的数据供应链问题。
实施网络化制造后，必将缩短产品的制造时间，降低产品的制造成本，有利于企业同国际接轨，必将扩大国家机电产品的出口额度，会产生很好经济效益和社会效益。
可以预测，分散网络化制造技术必将是21世纪的新制造模式。对于分散网络化制造中的交易模式、电子合同签定、网络安全以及相关的法律、法规需要进行研究和完善，以便更好地实施分散网络化制造技术。
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