网络化制造

简介
网络化制造是指通过采用先进的网络技术、制造技术及其其它相关技术, 构建面向企业特定需求的基于网络的制造系统, 并在系统的支持下, 突破空间对企业生产经营范围和方式的约束, 开展覆盖产品整个生命周期全部或部分环节的企业业务活动(如产品设计、制造、销售、采购、管理等) , 实现企业间的协同和各种社会资源的共享与集成, 高速度、高质量、低成本地为市场提供所需的产品和服务。
迄今为止, 国内外许多专家、学者、企业应用人员在网络化制造方面已经开展了大量的研究和应用实践工作, 德国Produktion2000 框架方案旨在建立一个全球化的产品设计与制造资源信息服务网; 欧洲联盟公布的“第五框架计划(1998- 2002 年) ”已将虚拟网络企业列入研究主体, 其目标是为联盟内各个国家的企业提供资源服务和共享的统一基础平台, 在此基础上公布的“第六框架计划(2002- 2006 年) ”的一个主要集成平台体系结构目标是进一步研究利用Internet 技术改善联盟内各个分散实体之间的集成和协作机制。国内方面, 华中科技大学的杨叔子院士阐述了网络经济时代制造环境的变化与特点, 指出了网络化制造模式的必然性, 研究基于Agent 的网络化制造模式及基于利益驱动的动态重组机制。重庆大学的刘飞教授对网络化制造的定义、内涵特征进行了描述, 并归纳出了支撑网络化制造的技术体系; 浙江大学的祁国宁和顾新建教授则分析了网络化制造的几种发展途径并指出了网络化制造模式在21 世纪制造业中的重要地位; 贵州工业大的谢庆生教授提出了基于ASP 模式的网络化制造系统结构, 并针对我国发展网络化制造的实际着重讨论了基于ASP 模式网络化制造的发展策略。

研究内容
企业信息涉及有关产品设计、计划、生产资源、组织等类型的数据，不仅数据量大，数据类型和结构复杂。而且数据间存在复杂的语义联系，数据载体也是多介质的。网络制造研究内容包括制造业内部的信息交流和共享，以及制造业的网络应用服务。
(1)制造信息共享。
制造业中需要共享的信息，可分为两部分：产品制造信息和企业服务信息。其中产品制造信息包括产品信息和工艺信息。
(2)网络服务。
对制造业企业来说，网络应用服务内容集中在以下几个方面：上网发布企业信息；跟踪行业技术信息，为企业开发适合市场需求的新产品；进行网上信息的交流；开展网上的商务活动；数字化产品模型共享，建立一个虚拟二维产品的"图书馆"。 网络化制造的实施技术涵盖了以下几方面：组织管理与运营管理技术；资源重组技术；网络与通讯技术；信息传输、处理与转换技术等，必须建立在以因特网为标志的信息高速公路的基础上，建立企业制造资源信息网，形成远程高速信息支持环境。
如果将制造工艺过程中的研究作为微观过程数字化的范畴，那么生产系统的布局设计与实际企业优化运作可作为宏观生产过程数字化的领域。数字化制造更重要、更困难的问题是在产品设计、制造活动中在互联中进行两个层次的虚拟过程，一是设计阶段用户能够自由地在任何地方都可以参与建立数字化产品模型，实现远程交互和沉浸式并行开发的虚拟环境，从而达到设计组人员、管理人员与用户预先体验产品性能的目的；二是在制造系统层次上，能够实现异地远程控制、远程仿真，对生产制造过程与性能进行有效而近乎实时的评价。数字化制造过程分析、评估、实时运作和全局控制是当今网络化制造科技发展和现代企业需求的必然结果。
QX_RIMS网络化远程信息协同管理系统，就是实现上述新概念、新思想，朝着网络化远程制造这个方向发展，与国际上刚开始发展的研究热点同步，必将对我国未来制造业发挥巨大的推动作用。
RIC通俗说三个概念：互联网Windows平台、互联网空间站、互联网远程联控。四个方向：远程通讯接口映射、远程视频界面映射、远程软件资源发布、远程双向交互协同。属于国际领先技术，已通过在美国、北京、天津、南京、厦门、广东的测试，并在港商、台商等企业应用，在汽车、机床、服装、珠宝、自行车行业进行应用性验证，真正实现信息高速、安全方便。

关键技术
在信息技术的条件下，将分布于世界各地的产品、设备、人员、资金、市场等企业资源有效地集成起来，采用各种类型的合作形式，建立以网络技术为基础的、高素质员工系统为核心的敏捷制造企业运作模式，其关键技术有：
(1)分布式网络通讯技术。Internet、Intranet、Web等网络技术的发展使异地的网络信息传输、数据访问成为可能。特别是Web技术的实现，可以提供一种支持成本低、用户界面友好的网络访问介质，解决制造过程中用户访问困难的问题。
(2)网络数据存取、交换技术。网络按集成分布框架体系存储数据信息，根据数据的地域分布，分别存储各地的数据备份信息，有关产品开发、设计、制造的集成信息存储在公共数据中心中，由数据中心协调统一管理，通过数据中心对各职能小组的授权实现对数据的存取。
(3)产品数据管理技术。制造环境中包含许多超越事务管理的复杂数据模型，需要进行特定的数据管理，包含设计、加工、装配、质量控制、销售等各方面的数据。
(4)协同工作技术。在一定的时间(如产品生命周期中一个阶段)、一定的空间(如产品设计师和制造工程师并行解决问题这一集合形成的空间)内，利用计算机网络，小组成员共享知识与信息，避免潜在的不相容性引起的矛盾。
(5)工作流管理。其主要特征是实现人与计算机交互时间结合过程中的自动化。

生产模式
1.制造系统的敏捷基础设施网络（AIMSNet,AgileInfrastructureforManufacturingSystem）AIMSNet包括预成员和预资格论证、供应商信息、资源和伙伴选择、合同与协议服务、虚拟企业运作支持和工作小组合作支持等。AIMSNet是一个开放网络，任何企业都可在其上提供服务，而且这个网络是无缝隙的，因为通过它，企业从内部和外部获得服务没有任何区别。通过AIMSNet可以减少生产准备时间，使当前的生产更加流畅，并可开辟企业从事生产活动的新途径。利用AIMSNet可把能力互补的大、中、小企业连接起来，形成供应链网络。企业不再是 “大而全”、“小而全”，而是更加强调自己的核心专长。通过相互合作，能有效地处理任何不可预测的市场变化。
2.CAM网络（CAMNet）
CAMNet通过Internet提供多种制造支撑服务，如产品设计的可制造性、加工过程仿真及产品的试验等，使得集成企业的成员能够快速连接和共享制造信息。建立敏捷制造的支撑环境在网络上协调工作，将企业中各种以数据库文本图形和数据文件存储的分布信息通过使能器集成起来以供合作伙伴共享，为各合作企业的过程集成提供支持。
3.网络化制造模式下的CAPP技术
CAPP是联系设计和制造的桥梁和纽带，所以网络化制造系统的实施必须获得工艺设计理论及其应用系统的支持。因此，在继承传统的CAPP系统研究成果的基础上，进一步探索网络化制造模式下的集成化、工具化CAPP系统是当前网络化制造系统研究和开发的前沿领域。它包括：基于Internet的工具化零件信息输入机制建立，基于Internet的派生式工艺设计方法，基于Internet的创成式工艺设计方法等。
4.企业集成网络(EnterpriseIntegrationNet)
EnterpriseIntegrationNet提供各种增值的服务，包括目录服务、安全性服务和电子汇款服务等。目录服务帮助用户在电子市场或企业内部寻找信息、服务和人员。安全性服务通过用户权限为网络安全提供保障。电子汇款服务支持在整个网络上进行商业往来。通过这些服务，用户能够快速地确定所需要的信息，安全地进行各种业务以及方便地处理财务事务。

应用
制造系统通过因特网联系起来，在空间和功能上是分散的。可构建敏捷制造网络集成平台，利用企业内部局域网，负责企业的一切生产活动；利用互联网实现基于网络的信息资源共享和设计制造过程的集成，将有关企业和高校、研究所和研究中心等结合成一体，成立面向广大中小型企业的先进制造技术数据中心、虚拟服务中心和培训中心，开展网上商务。建立网络化制造工程的框架结构包括基于Intranet的制造环境内部网络化和基于Internet，制造业与外界联系的网络化。

发展趋势
基于网络的制造系统将实现远程数据处理，远程资源调用和对远程设备的操作、控制、加工过程检测，网上信息交流、共享与服务等问题，未来的研究将面向全球制造的开放式系统及集成平台，开发协作式开放制造集成网络基础结构，研究基于信息高速公路的数据库技术、设备重组和资源重用，以及能自动进行产品建模的逆工程集成等技术，用面向对象的方法研究基于万维网的产品建模、生产管理和并行控制的方法和技术。
随着微电子技术的飞速发展，互联网络、计算机通信技术将在 21世纪得到广泛应用，必将对制造领域产生极其深刻的影响。未来的制造业将建立在数字化和网络化基础上，其总体目标是要达到快速设计、快速制造、快速检测、快速响应和快速重组。随着数字技术的进步，制造系统建模理论、方法和计算机仿真技术及虚拟现实的发展，虚拟制造技术将逐渐成熟；计算机网络通信和数据库技术将成为制造业研究的热点；基于Internet制造系统将在信息技术的支持下，建立起制造组织的动态联盟和制造系统中人机智能的柔性交互。这些将促使敏捷、全球制造体系的形成。数字化与网络化制造的内涵还将不断地丰富和发展。

优势
网络化制造是企业跨越地域差距的桥梁。因特网突破了地理和时空的限制，信息的全球共享性和网络化，使跨国公司的地位和作用更加强化。同时，也为后来者开辟了新大陆，降低了后来者进入竞争的成本。促进了封闭地区的开放，加速了落后地区与发达地区接轨的步伐。地域差距是西部省区落后的重要原因之一，重视企业经营与生产过程网络化，对于实现区域经济的腾飞，具有事半功倍的作用。目前，网络化营销、采购已经为西部地区包括机床、汽车、服装、电子等行业的许多企业，建立了与东部沿海和国际市场的联系，为企业的发展带来的活力。
网络化制造是企业实现制造资源优化配置与合理利用的主要途径。网络化制造模式致力于将分散的制造资源有效集成，形成核心优势，降低成本。提高企业的效率和效益。全球化制造形势下，“使用外部资源而不是拥有它们”的制造模式将成为重要的发展方向。在专业化产业群集中的区域，像沿海许多服装、电子产品、模具等专业城镇，已经在专业分工的基础上开展了较为充分的网络化协作，西部很多产业园区也开始了相关的应用。
网络化制造使企业成为新的产业和经济增长点。首先，技术作为最重要的制造资源的网络化将促进基于网络的制造业信息化技术咨询服务和中介机构的发展。在西部技术缺乏的地区，网络化的技术服务中心是未来区域制造业技术服务体系建设的主体，西部各省区均将此列为制造业信息化工程建设的重点，宁夏等欠发达地区还通过网络建立了其技术专家体系，在最近“非典”时期。通过网络进行了“制造业信息化”相关攻关项目招标，取得了满意效果。其次，网络将通过延伸企业的技术优势，给企业带来新的增长点。以宁夏小巨人机床有限公司为例，网络的应用，在方便了市场营销与技术服务的同时，也产生了用户对仅仅购买机床之外的需求：进行技术培训、委托小巨人进行复杂零件的加工程序编写和调试、以致干脆建立网络化生产车间，这些活动大部分都可以通过网络进行，企业预计三年内相关收入将占到总收入的15％。
近年来，在中央和地方科技部门的推动下，企业对制造业信息化的信心指数由两年前70％的疑虑，转变为76.6％的支持，可以说是深得人心，同时也提高了我们对网络化制造及其相关技术的认识，并且通过若干应用示范工程的实施取得了极为珍贵的实践经验。这些经验初步表明，推进制造业网络化，不失为我国制造企业进行产业升级，发挥后发优势，实现跨越式发展的低成本、高效率且切实可行的技术途径。
从技术条件来看，经过多年的引进吸收与摸索研究，网络化制造相关的支持技术已日趋完善，已经有了成熟的商品化软件系统，技术上的问题主要在相关标准的健全与应用方面。从基础条件看，随着国家公众信息网络的逐步完善，为推进制造业网络化奠定了物质基础。此外，网络化制造还可“借道上路”，如地处贫困山区的宁夏西、海、固的一些企业就在利用政府扶贫建立的教育网开展网络化制造应用，其实像“政府上网工程”、“三金网”等专业网络，都有可能为高效的制造网络应用提供条件。
目前影响网络化制造的主要问题，一是技术人才问题，二是观念问题。尤其是后者，一方面是企业经营者没有认识到网络可以利用，另一方面是网络化制造所涉及的电子商务问题的市场认同不够，影响了企业间开展充分的协作。解决这些问题除了加强宣传外，需要进一步重视加强相关法规的建设，同时建立规范的商业化运作的电子商务安全与信用机构十分必要。
面对二十一世纪信息时代的挑战，中央高屋建瓴地提出了“以信息化带动工业化，以高新技术改造传统产业，实现我国制造业的跨越式发展”的战略决策，为我国制造业的发展指明了方向。网络化制造作为重要的制造业信息化手段，必将为我国制造业全面提升，实现跨越发展，起到重要的推动作用。

系统构成
网络化制造涉及到协同、设计、服务、销售和装配等，由下述功能分系统构成：网络化企业动态联盟和虚拟企业组建的优化系统；网络化制造环境下项目管理系统；网络化协同产品开发支持系统；网络化制造环境下产品数据管理及设计制造集成支持系统；网络化制造环境下敏捷供应链管理系统；产品网络化销售与定制的开发与运行支持系统；相应的网络和数据库支撑分系统。这些功能分系统既能集成运行，也能单独应用。在系统层次由下往上依次为：基本的网络传输层（系统可以使用Internet连接、企业内外网连接以及区域宽带网络连接），数据库管理系统，搜索和分析的基础通信平台，项目管理和PDM（功能分系统），面向用户的应用系统和服务。

管理平台
随着信息技术和计算机网络技术的发展，特别是Internet技术的普及，世界经济正步入网络经济时代。在网络经济环境下，传统的制造模型已经不适应时代的要求。根据时代的要求，一种新的制造模型——网络化制造模型——应运而生。网络化制造模型的特点是以市场需求为驱动，结合现代计算机网络技术来实现信息和资源共享，并建立对市场的快速响应机制。网络化制造平台是网络化制造模式的实现系统，他是一个由多种、异构、分布式的制造资源，以一定互联方式，利用计算机网络组成的、开放式的、多平台的、相互协作的、能及时灵活地响应客户需求变化的制造系统。通过这些年的研究，网络化制造技术已日趋成熟。网络化制造技术研究的重点逐渐转向实现，同时网络化制造平台中的安全问题也逐渐地被提出来，特别是对数据传输安全的要求已经迫在眉捷。制造企业的所有数据都要在网络化制造平台中存储、发送、转发、接收、融合、再生，其中包括大量重要的产品、经济、商业数据，因此要求数据在传输过程中的必须具有机密性，完整性，同时还要求能够认证对方的身份。通用的解决办法是使用非对称密钥机制实现身份认证和数据完整性；使用对称密钥机制建立安全的通信信道，实现数据的机密性。
设计一个“好的”认证协议，即不仅能够实现设计目的——交换通信密钥和相互认证身份，还要能够抵御攻击者的各种攻击。但实际上设计出能够完全满足要求的“好的”认证协议是困难的，即使是在参与者只有2、3个，交换的消息只有3、5条的情况也是难以实现的。其原因主要表现在两个方面。一是来自认证协议本身，主要表现在：安全目标本身的微妙性；协议运行环境的复杂性和认证协议本身具有高并发性。二是来自攻击者模型的复杂性。首先攻击者的知识和能力不能够被低估，攻击者可以控制整个通信网络，即具有窃听、拦截、篡改和伪造消息的能力；另外还应假设攻击者熟悉密码学中的各种算法并具有密码分析的知识和能力，并熟悉各种攻击技术，例如重放攻击、中间人攻击等。因此必须要有成熟的设计方法和分析方法保证才能设计出符合应用要求的认证协议。本文采用一种设计和分析相结合的设计方法，即设计—分析—再设计—再分析的过程。通过设计和分析交替反复的过程逐步完善新设计的认证协议，使之达到设计目标并具有抵御攻击者攻击的能力。此方法不仅适合认证协议的设计，对其他安全协议的设计也同样有效。在此设计方法中，“分析”一般采用形式化分析方法来实现，对认证协议分析的常用方法有四种：基于通信状态机模型(Communicating State Machine Models)的研究方法；基于知识与信念推理的模态逻辑方法；基于知识推理的代数方法，以及基于顺序通信进程的CSP（Communicating Sequential Processes）方法。在实际应用中，设计系统的安全性会受到各种因素的制约，很难设计出绝对“好的”认证协议，一般实现的安全性只是“好的”安全特性的一个子集，通常要实现交换通信密钥和相互认证身份两个基本的安全特性。

网络化制造P2PSAP协议通过三个通信过程——握手过程，交换公钥过程和交换会话密钥过程——为点对点的通信提供安全信道。在此协议整个执行过程中并不依赖第三方系统支持，具有了方便灵活的特性。由于没有第三方系统的支持，在执行交换公钥过程中易受到中间人攻击。针对P2PSAP协议的不足又设计TTPSAP协议，该协议在P2PSAP协议的基础上增加了一个可信服务器，他可以为主体A和B建立一个用来交换公钥的安全通道，进而来增强抵御中间人攻击的能力，另外，基于对可信服务器的信任也可以增强实体认证的能力。在设计和分析过程中使用了两者相结合的设计方法，通过合理的假设来简化分析的复杂性，并采用BAN类逻辑中的SVO逻辑对两种新的认证协议进行分析。