快速扩散制造

快速扩散制造（精选四篇）

快速扩散制造 篇1

现代战争具有突发性、立体性、快节奏、高消耗等特点, 临时时间紧迫, 战役和战斗间隙大大缩短, 这就需要军工企业能够实现生产批量的快速转移。

随着各种网络技术的发展, 现代制造技术也向柔性化、敏捷化和智能化发展。网络作为先进的信息工具, 用于管理和制造, 将促进更先进的生产模式形成。网络化制造、虚拟企业等制造模式正是其中的典型代表。但是军工产品有其特殊性, 具有相对严格的生产组织、计划进度、品质控制、以及保密安全等全方位要求。传统的生产模式无法综合军品的特点, 使得现有的网络化制造模式无法满足军品制造的需求。这种情况下就需要一种新的制造模式来保证这种生产方式的顺利进行。在此基础上, 提出了快速扩散制造 (rapid extended manufacturing, REM) [1]模式。这种“动员型”的生产模式作为一种技术储备, 使外部生产过程能够完全受控, 为我国的军工研制型企业提供了一种新的快速生产模式。本文研究了基于Agent技术开发的快速扩散系统的体系结构与功能。

1 基于Agent的REM模式

定义1:主生产单位 (primary manufacturing unit) , 军工研制型制造企业, 主要从事产品的设计, 工艺的研制等。

定义2:扩散企业 (extended enterprise) , 从主生产单位获取制造任务, 参与生产的若干制造企业。

REM是指针对当前主生产单位应对大批量产品生产能力不足的现状, 在不需要增加或改造企业自身生产情况下, 通过制造资源建模, 从扩散企业库中选择满足制造需要的扩散企业, 将制约企业生产的瓶颈任务通过网络向扩散企业分发、同时建立基于网络的工艺快速扩散、品质控制和进度管理机制, 实现全过程受控的零部件外部生产模式, 从而达到迅速提高主生产单位大批量生产的目的。REM具有外部加工任务分解的科学性、企业选择的合理性、制造工艺的可复制性, 以及制造全过程的可控性的特点, 加上军工企业自身信息化的建设, 为研制型制造企业实施快速响应制造提供一种新的制造模式。保证了产品制造的进度、品质、工艺等实时受控。

Agent是一个具有能实现某一功能的计算机程序单元的模型及其相关的物理实体[2], 它的目标是为其功能实体获取最大的利益。MAS (multi-agent system) 是一个有组织、有序的Agent群体, 共同工作在特定的环境中, 通过各Agent间的通讯、合作、协调、调度、管理及控制来表达系统的结构、功能和行为特性, 因而具有很强的鲁棒性、可靠性和较高的问题求解效率。将Agent技术引用到REM系统中, 使系统具有分布式体系、模块化、自组织、开放性、可扩展性和容错性。

2 基于Agent的REM系统模型

2.1 系统体系结构

REM系统采用如图1所示的体系。

至下而上, 最底层是网络、通讯协议和数据库, 构成了REM平台的信息存储和通讯基础;第二层是信息集成标准和应用协议层;第三层是Agent框架, 主要提供Agent之间的通讯、安全等服务的基础组织;第四层是系统业务层。该层由任务管理、工艺扩散、品质控制、数据管理四个模块组成。它们相互作用, 共同构建了快速扩散系统框架。任务管理包括任务建模Agent, 进度管理Agent, 资源管理Agent。工艺扩散包括工艺标准化Agent, 扩散工艺管理Agent, 扩散工艺调整Agent。品质控制包括品质控制Agent, 品质反馈Agent, 品质管理Agent。数据管理包括用户管理Agent, 工作流管理Agent, 数据提取Agent。最上层是系统应用层。主生产单位通过扩散网络平台向扩散企业进行数据的发放, 达到生产能力的扩大。扩散企业通过网络平台向主生产单位反馈扩散件的生产状况。

2.2 扩散制造工作过程

系统采用B/S架构, 扩散企业首先通过网络登陆REM系统平台, 在资源管理模块登记生产资源, 进入主生产企业任务扩散的目标域。

a) 主生产单位在接到大批量生产任务时, 通过构建制造能力模型和仿真技术分析所需要的制造资源数量, 并与自身生产条件相对比找出完成该任务的企业制造瓶颈;

b) 在确定制造瓶颈的基础上, 根据约束条件 (批量、批次、进度、品质、成本等) , 利用优化算法分解出需要扩散到外部进行加工的任务 (包括零部件或部分工序) 及相对应的扩散企业;

c) 主生产单位与扩散企业之间通过专用数据接口在已有网络的基础上构建扩散制造网络, 主生产单位将b) 生成的扩散数据 (包括:子任务、零部件数据、子任务进度、关键工艺品质及品质控制数据、加工工艺、物料供应等) 通过扩散制造网络发放给各扩散企业和本企业相关部门;

c) 各扩散企业通过扩散制造协同工作平台反馈主生产单位关注的品质信息、进度信息, 实现对外部扩散制造的全过程控制;

d) 在扩散任务完成之后, 主生产单位关闭相关数据库及各类数据通道。

3 基于Agent的快速扩散制造系统模块设计

REM是以任务管理模块驱动的扩散模式。任务管理模块在整个系统中占有极其重要的地位。需要进行扩散的任务列表、零部件数据、工艺数据、进度计划等扩散数据都是从任务管理产生。下面着重介绍Agent技术在任务管理模块的应用。

3.1 扩散制造任务管理模块

在REM协同平台中, 任务管理的目的是实现制造任务的分类决策, 形成自制、外购、扩散 (外协) 3种类型[3]的任务。对扩散任务进行动态调度和分配, 管理任务的执行状况, 实现扩散企业或资源的优化选择。本文结合Agent技术设计了如图2所示的任务管理系统, 包括任务分解、任务分配、任务调度等部分。

a) 任务分解Agent:REM系统提醒用户根据知识库将制造任务分解成若干子任务, 形成任务列表。然后根据子任务进行分配、调度, 再依据制造资源选择扩散企业。任务分解的粒度要求尽量减少扩散任务在扩散企业之间的流通以减少系统在各个扩散企业间通信的开销, 提高系统的响应速度。

b) 任务分配Agent:负责监督与管理任务执行的全过程, 针对任务列表中每一个子任务与资源Agent进行协商, 确定各个任务的资源集合, 实现任务的分配, 并形成任务队列。当有紧急任务插入或资源提供方出现问题时, 任务分配Agent找出所受影响的任务, 并和资源Agent进行协商, 进行再调度与分配。

c) 任务调度Agent:通过任务队列的输入数据结合算法库进行调度问题优化。当面对复杂任务调度问题时, 将任务队列中的开始、截止时间和约束关系作为条件, 结合算法库, 选择合适的优化算法, 进行调度优化, 并将结果输出。

d) 资源Agent:直接与制造资源管理相连接, 根据自身的运行状态和任务状态, 与任务分配Agent进行任务协商来分配各个任务的调度。

3.2 制造资源管理

制造资源是REM的核心和必要条件, 而REM中的资源根据任务需要由多个扩散企业中部分资源组合而成。制造资源是REM的核心和必要条件, 而REM中的资源根据任务需要由多个扩散企业中部分资源组合而成的部分[4], 并且资源体现扩散企业的制造能力, 所以对制造资源进行建模是十分重要的。

a) 资源登记和维护Agent:扩散企业根据主企业定义好的资源模型向系统登记制造服务和制造资源信息, 并对资源信息进行维护。

b) 资源信息服务Agent:主生产企业通过资源信息服务Agent查询和监测扩散企业的资源和服务的当前状况。

c) 资源匹配Agent:对扩散任务, 资源匹配Agent通过对比制造任务中的资源要求和扩散企业登记的资源及服务信息, 基于一定的算法动态的寻找满足条件的扩散企业。

3.3 制造进度管理

REM是一个动态的过程, 其执行过程分布在由异构自主企业形成的分布式境中, 主企业需要监控和协调扩散制造过程, 保证制造任务按时提交。进度管理负责任务进度的把握以及接受来自扩散企业的生产反馈, 了解扩散件的生产状况, 并就异常状况进行调整。

a) 进度计划Agent:与任务调度Agent交互, 存储整体项目扩散任务的任务列表、任务的数量、期限等相关信息。

b) 监控反馈Agent:主要负责监控扩散件的生产状况, 接受扩散企业的反馈, 并将反馈信息与任务计划Agent交互比较, 形成实时的动态的任务生产计划。

c) 调整Agent:当实际生产出现问题, 不能按时完成

计划时, 调整Agent将与任务调度Agent交互, 对出现问题的任务进行重新分配, 根据资源Agent提供的扩散企业情况选择合适的企业扩散以保证扩散任务的按时完成。

4 平台的开发

本文采用Agent构建快速扩散制造平台。采用Agent的优点在于Agent的基础组织能够提供网络中间件类似的通用功能和服务组件 (如消息路由、信息服务、通讯协议等) , 并且采用了独立于应用的通讯语言 (如FIPA, ACL) 和交互协议实现消息通讯, 能够采取主动行为并根据环境状态做出反应, 即具有柔性行为能力。

系统具有如下特点:1) 系统面向扩散制造过程集成问题, 以扩散制造任务驱动企业间制造资源、制造服务和制造能力集成;2) 在方法上采用基于Agent的柔性工作流;3) 采用面向Agent的软件工程方法学 (AOSE) 并基于多Agent框架实现系统开发, 系统遵从FIPA (foundation for intelligent physical agents) 的体系和应用标准;4) 系统具有分布式体系、模块化、自组织、开放性、可扩展性和容错性, 能够适应环境动态的变化。

本文基于Agent技术进行开发, 构建了B/S架构的快速扩散制造平台。其部分系统模型如图3所示。

5 结语

REM是在网络化制造基础上发展的一种新型的制造技术。现运用Agent技术构建了REM平台, 下一步工作是进一步对系统进行完善。当主生产企业由于缺乏足够的资源无法完成制造任务时, 可以通过REM平台寻找满足条件的扩散企业进行任务的扩散, 实现企业制造能力的扩展和固化工艺制造任务的扩散, 以满足其短时间内变批量生产的需求。

参考文献

[1]王海龙.武器装备快速扩散制造单元的理论模型与关键技术研究[D].西安:西北工业大学, 2005.

[2]秦斌, 王欣, 吴敏, 等.基于多智能体系统的分布式智能控制系统框架与原型系统开发[J].计算机集成制造系统, 2006 (10) .

[3]胡业发, 陶飞, 丁毓峰, 等.支持协同制造的制造网格平台研究[J].中国机械工程, 2006 (18) .

[4]林爱梅, 郭宇, 刘骄剑.快速扩散制造模式下制造资源模型研究[J].中国制造业信息化, 2008 (8) .

快速原型先进制造技术 篇2

摘 要：本课程主要学习了几种先进制造技术（包括超高速加工、超精密加工、微细加工、高能束加工及快速原型制造技术）、制造自动化技术以及现代管理模式。针对先进制造技术的发展方向，并结合课题研究，本文简要介绍快速原型制造技术（RP）的基本原理、特点、加工制造过程、6种主要的PR技术及其应用与发展趋势。

关键词：先进制造；快速原型制造；课题研究；基本原理；发展趋势

1.什么是快速原型（Rapid Prototyping）

借助电脑辅助设计或由实体逆向方法取得原型或零件几何形状、结构，并以此建立数位化模型，再利用电脑控制的机电集成制造系统，通过逐点、逐面进行材料“三维堆砌”成型，再经过必要处理，使其在外观、強度和性能等方面达到设计要求，达到快速、准确地制造原型或实际零件的方法。根据零件的复杂程度，这个过程一般需要1～7天的时间。换句话说，RP技术是一项快速直接地制造单件零件的技术，如下图1所示。

图1 快速原型示意图

2.RP技术的基本工作原理：

RP技术是在现代CAD/CAM技术、激光技术、计算机数控技术、精密伺服驱动技术以及新材料技术的基础上集成发展起来的。快速原型技术的原理是：将计算机内的三维数据模型进行分层切片得到各层截面的轮廓数据，计算机据此信息控制激光器（或喷嘴）有选择性地烧结一层接一层的粉末材料（或固化一层又一层的液态光敏树脂，或切割一层又一层的片状材料，或喷射一层又一层的热熔材料或粘合剂）形成一系列具有一个微小厚度的的片状实体，再采用熔结、聚合、粘结等手段使其逐层堆积成一体，便可以制造出所设计的新产品样件、模型或模具。

比如要做一个小圆球，电脑将圆球的实体数据，通过专用的软件，转化成一个一个薄片的数据。第一个薄片是一个点，第二个薄片是一个小圆片，第三个薄片是一个稍大一点的圆片……，一片一片粘在一起，就成了一个圆球。

不同公司制造的RP系统所用的成形材料不同，系统的工作原理也有所不同，但其基本原理都是“分层制造、逐层叠加”。这种工艺可以形象地叫做“增长法”或“加法”。RP系统可以根据零件的形状，每次制做一个具有一定微小厚度和特定形状的截面，每个截面数据相当于医学上的一张CT像片；然后再把它们逐层粘结起来，就得到了所需制造的立体的零件。整个制造过程可以比喻为一个“积分”的过程。当然，整个过程是在计算机的控制下，由快速成形系统自动完成的。基本原理都是一样的，那就是“分层制造、逐层叠加”。这种工艺可以形象地叫做“增长法”或“加法”。

3.快速原型制造技术的加工制造过程

目前进入应用领域的各种快速原型制造技术采用的成型机理有所不同，但它们的加工制造过程类似，均大致包括以下五个步骤：

图2 快速原型制造加工过程

1、生产CAD设计模型。首先利用计算机辅助设计（CAD）软件包生成制件的三维实体模型。目前常用的实体造型软件有：Pro/E、UG—Ⅱ、Power Shape等，也可通过反求工程来获得制件的三维描述信息。

2、将三维CAD设计模型转换成STL（STL为RP技术工业标准）格式，在转换过程中，要综合考虑加工精度、加工工作量和文件容量等因素。

3、用预加工软件将STL模型转换成加工文件，即根据制造工艺不同，将STL模型切割成0.01~0.7mm薄片层。在这一过程中，要根据性能要求和尽量减少加工时间的原则选择被加工工件的坐标和加工方向，同时考虑工件加工过程中的支撑。

4、实际加工过程，不同的RP技术，设备和加工原理有所不同，但大多是一层一层地制造。所用的材料有聚脂材料、纸、粉末陶瓷或金属等。加工过程自动化很高，不用人工干预。

5、后处理工序，包括从机器中取出工件，进行必要的清理和表面处理如：封蜡、涂漆等，以增加外观质量和耐用性，最新的后处理加工如：采用高温渗入环氧树脂和静电镀镍等技术可获得表面质量很高的制品。

4.主要的快速原型制造（RP&M）技术

RP&M的制造技术、原理和设备类型有多种，但较成熟的和具有影响的主要有以下六种。4.1.立体光造型（SLA）

立体光造型是研究最早和较为成熟的一项快速原型制造技术。它是利用液体光敏聚脂材料在紫外光照射下固化的特点而实现三维造型的。

首先将造型平台置于液体聚脂材料液面以下，在紫外光激光器照射下，要成型的部分液体固化在平台上，其余部分保持液体状态，然后将平台下移微小距离，刮平固化表面并涂上第二层液体，激光光源再对第二层实施加工，这种过程重复进行直至完成模型制造，最后完成取模、清理工作。

立体光造型技术可以顺利成型各种形状复杂零件，包括薄壁件、透明件、异形件以及传统方法不可能加工的各种零件。该技术具有制造精度高，生产零件强度和硬度好等特点。由于使用透明材料，模型可用于光弹应力分析和可视化研究，生产的模型柔性化好，可随意拆装，是间接制模的理想方法，缺点是清洗和养护等后处理工序较费时。如下图3所示。

图3 立体光造型（SLA）原理图

4.2.分层实体制造技术LOM(Laminated Object Manufacturing)工作时，先放置成型基底，工作台下降一层高度，送纸辊送纸，收纸辊同步回收废料，在工作台上铺一层簿型材料，热压辊筒加热后，碾压材料表面，使它与已成型层牢牢粘合在一起，再使用激光扫描，切割出当前层的轮廓，这样逐层加工，直到制件完成。激光扫描时，首先在材料表面切割出截面的轮廓线，然后在废料部分切割出X—Y方向交叉网格。生成网格的主要目的是为了方便废料的剥离。最后从连续的材料带上切下整个平面扫描部分，为下一层加工作好准备。激光扫描是分层实体制造中的关键工序，它直接影响着制件的成型精度。如下图4：

图4 LOM成型原理

4.3.选择性激光烧结SLS（Selecting Lazet Sintering）

择性激光烧结，是使用粉状固体材料（如：石蜡、聚碳酸脂、石英砂、合金粉等）进行加工的一种快速成型方法。它在储料缸中放入加工原料，在工作缸中完成原型加工。选择性激光烧结加工时，原料缸上升一个层厚，成型缸下降一个层厚，铺粉机构把粉料从原料缸快速铺向成型缸，然后，激光在工作台面上作选择性扫描，扫描过的部分连接成一个整体,没有扫描过的部分仍然保持粉状结构.截面完成后,再进行下一个工作周期,层层烧结形成制件。

图5 SLS成型原理图 4.4.熔丝沉积成型FDM(Fuse Deposition Modeling)在加热室下连接着制作喷头和支撑喷头。制作支撑时，支撑丝连续地送进，支撑喷头在基底或已成型层上逐线扫描，形成辅助支撑。

制件加工时，制件丝连续送进，制作喷头在已成型层上逐线扫描，制作丝送入喷头，在喷头中熔化，喷出，在已成型层上固化，形成制件的二维截面。每加工一层，工作台下降一次，新层添加在已加工层上，固化在一起。多次重复，就可以形成具有直接实用价值的塑料件。FDM成型原理

4.5.光面固化成形SGC（Solid Ground Curing）

SGC技术是由Cubital公司开发的，其原理有点像SLA技术，所不同的是SGC技术不是逐点成型，而是同时制造一层，因此也称为固化过程。其基本原理是：先在制造平台上撒一层液体感光树脂材料，然后利用类似复印机的静电过程在制造平台上方的透明玻璃板上打印出具有模型第一层形状的遮光膜。用紫外光源照射遮光膜，则光线只能穿过透明部分而选择固化这一层。接着，用真空吸除余下的液体树脂，而将这部分涂上蜡以支撑模型，这一层制好后，下降平台再制造第二层直至模型制成。模型制好后，要放入溶剂池中除蜡，该技术的特点是制造速度快，制件尺寸大，并可同时制造多件制品。

图6 SGC技术加工原理图

4.6.喷墨打印（Ink—Jet Printing）

喷墨打印指的是利用喷墨原理制造模型或零件的一类技术或设备。该技术的制造平台置于粉末材料中，喷墨打印头喷出熔结剂将第一层中模型实体部分和粉末熔结在一起，未熔结的粉末作为支撑，然后将平台下移，加入粉末，抹平，再制造第二层，制成后，零件烧结，然后从粉末中取出。

图7 喷墨打印技术原理图

年来，MIT（麻省理工学院）的研究人员对于3DP技术进行了更广泛和深入的研究，开发了用多种打印头的局部成份控制（Local Composition Control）技术，其原理如图所示。其过程和步骤类似其它喷墨打印技术，但它通过材料成份、性能分析程序结合造型CAD数据，复合生成LCC模型从而实现模型内部局部成份控制，不同的打印头控制不同的材料成份，使制成的零件或模型内部具有不同的成份和特性，如不同的折射系数、不同的导电率、不同的韧性和成形性能、不同的耐腐蚀性、不同的强度和硬度，以满足不同的要求。

图8 3DP的局部成份控制（LLC）技术 5.快速原型制造技术的特点

快速原型制造技术作为机械制造、激光、计算机、新材料和自动控制等技术综合应用的一项新的加工制造技术，是对传统制造方法的一项根本变革。与传统的制造技术相比，快速原型制造技术具有如下优点：

（1）减少制造成本，缩短制造周期。由于可以应用CAD数据直接制造原型、模具或零件，从而减少了生产准备和加工过程时间，同时也降低了生产成本。

（2）传统的模具、零件制造常常采用设计→试制→实验→修改设计→再制造这一过程，采用RP技术可进行前期实验，即在设计的同时进行性能实验，节约实验时间和费用。

（3）最新的RP技术与传统的有限元（FEM）相结合，根据几何设计和性能分析结果制造模具和零件。先进的3DP（Three Dimensional Printing)技术采用局部成份控制（LLC）原理，可控制RP制件内部的成份和各种性能。这些成就更扩大了RP技术的应用范围。

（4）RP技术可以生产任意几何形状包括空心、薄壁和具有复杂内部结构的零件或模型，尤其适合于生产批量较小而生产周期要求又短的制造领域。

6.快速原型制造技术的应用

一个新产品在开发过程中，总是要经过对初始设计的多次修改，才有可能真正推向市场。通常，产品到了经销商或客户的手中，很快就会有各种反馈的意见，认为这个产品如果能够再修改一下就会更好。于是厂家就会根据所搜集到的意见，对产品进行改型。“修改”，在制造业中，是个谈谈容易做起来难的事。哪怕是外观上的一点修改，往往就要重新制作模具。而模具的制作是一件非常费钱费时的事情，比如，一个制造普通电话机外壳的模具，就要花费好几万元才能做出来。更严重的是，当你在花钱制作新模具的时候，并不知道这一次是不是一定能够满意。万一再不满意，再花钱是小事，拖延了时间就可能意味着失去市场。虽然利用电脑的虚拟技术可以非常逼真地再屏幕上显示所设计的产品的外观，但是，视觉上再逼真，也无法与实物相比。只要想一想，单凭广告的精美图片，是没有多少人敢马上花钱去买一件贵重商品的，非要亲自到商场，亲手摸一摸，摆弄摆弄，才敢真的下决心。因此在市场上，眼见还不能为实，非要手摸才能为实。

买一件商品尚且如此，如果是商家成千上万地向厂家定货，就更不是单纯看看电脑屏幕就可以下决心的事了。

由于全球市场一体化的形成，制造业的竞争十分剧烈，产品开发周期的长短直接影响到一个企业的生死存亡。因此，客观上需要一种可以直接地将设计数据快速地转化为三维实体的技术。这样，不但可以快速直观地验证设计的正确性，而且可以向客户、甚至仅仅是有意向的潜在客户提供未来产品的实体模型，从而达到迅速占领市场的目的。

快速原型技术（Rapid Prototyping，简称RP）就是在这样的社会背景下于1988年诞生于美国，迅速扩展到欧洲和日本，并于九十年代初期引进我国。

快速原型技术综合应用各种现代技术，直接快速地将电脑设计数据转化为实物，形象地说，快速原型技术实现了所谓“心想事成”的梦想。快速原型技术已广泛应用于快速概念模型制造（比如检验所设计的产品样子好看不好看、新潮不新潮）、快速测试模型制造（比如检验所设计的产品好用不好用、性能怎么样）、快速模具制造（直接制造模具）和快速功能零件制造（直接制造零件）等领域。

近年来，国内外众多高等院校、科研机构、设备制造单位和商用服务机构的研究人员对快速原型制造技术进行着不断的研究和完善，新技术不断涌现，新设备、新材料层出不穷，制造周期大大缩短，制品质量不断提高，应用范围不断扩大。其应用范围大致可以分为以下几类：

1、制造原型（Prototyping）

快速原型制造技术最初是为了交换信息和实验的目的用来制造原型。用三维实体模型比用二维图纸更容易观察和理解。例如一个结构复杂制件若用传统设计方法，几十张或更多的蓝图也无法确切地表述，但用一个三维实体模型便能轻易地表示出来。因此，快速原型大大改善和加快了设计信息的表达和交流。这种有效的信息表达和交流对于当今的同步工程时代尤为重要。当设计人员设计原型时，制造人员准备生产，而艺术部门则开始进行包装设计，这些工作均可以在设计结束前完成快速原型制造技术还可以大大简化原型的实验过程，用RP技术可以很方便地在设计阶段同时完成实验分析工作，新的应用研究包括用功能材料和耐用合成橡胶等制造透明模型、实验用模型，柔性化模型和耐用性模型等。

2、快速制模（Rapid Tooling）

快速原型制造技术用于快速制造模具具有更重要的意义。因为模具的几何形状复杂、尺寸精度要求高，硬度、耐磨性和表面粗糙度都有很高的要求。传统的模具制造方法是使用CNC机床，电火花机床或手工加工，既费时，成本又高。采用快速原型制造技术能大大缩短模具制造周期、大大节省费用。

快速原型制造技术用于模具制造可分为间接制模和直接制模。（1）间接制模—将RP生产的原型用于各种模型或模具制造过程，如：真空铸造过程，可将RP原型用于制造铸模砂型铸造过程，用LOM制造的原型可用于制造砂型RP原型用于制造各种注塑模具。（2）直接制模—用RP&M技术直接制造模具或模型，如：用STL技术直接由粉末金属燃结制成注塑模等各种模具。美国MIT（麻省理工学院）用3DP技术和LCC原理制造不同内部成分和性能的模具。美国代顿大学用陶瓷沉积材料和LOM技术制造各种模具。

3、快速制造

这是RP技术的一个主要应用方向，即直接应用CAD数据快速制造成品零件。近年来，由于金属材料和其它材料的普遍应用，RP技术用于生产成品件的应用越来越广泛。应用材料：聚脂材料、橡胶、陶瓷、金属和复合材料等。应用领域：航空航天、汽车工业、日用品、医疗器械、电器、摩托车、海军舰艇、机械工程、重型设备的零部件制造。

7.快速原型制造技术的发展趋势

快速原型制造技术的出现，改变了企业传统的设计制造模式，十几年来RP&M技术从研究、设计、工艺、设备直到应用都有了长足发展，尤其是近年来，研究范围不断扩大，新技术不断涌现，应用领域不断增多，其研究方向和发展趋势主要有以下几方面：

1、提高制造速度，减少制造周期

随着快速计算机、更复杂的控制系统和高性能材料的应用，RP技术将大大减少制造时间。新技术的应用如SGC（光面固化成型）和多打印头的3DP技术的应用均可大大提高制造速度。

2、提高制品精度和表面质量

改进激光光源系统及马达控制系统将有助于提高制品精度。材料的稳定性研究和新材料的应用也将有助于提高制品精度。各种表面处理技术的研究将有助于提高制品表面质量。

3、新材料的研究与应用

除了上述提到的聚脂材料、金属、陶瓷、复合材料以外，各种功能材料、坚固材料的研究和应用将有助于RP技术的发展与应用。

4、增加制造能力

近年来，RP&M技术的制件尺寸不断增大，如SGC5600机型，其制品最大体积可达500x350x500mm； 而采用FDM Maxum机型，其制品最大体积可达600x500x600mm.5、发展桌面系统、实现远程控制

三维快速制造技术的开发与应用 篇3

关键词三维快速技术开发与应用发展前景

随着市场经济的发展，我国正从一个制造业大国走向制造业强国。三维快速制造技术是当今制造业的宠儿，它不仅能适应市场个性化的需要，而且能节约能源和节省人力。三维快速制造技术，主要有多轴联动加工技术、塑料模具和金属模具传统的快速削减加工技术以及快速堆积加工技术。多轴联动数控加工是实现阳面高难度、高精度和高效率加工的重要手段，是当今机械加工中的尖端技术。其关键技术包括：复杂形状零件的三维造型及定位、多轴联动刀位轨迹规划和计算、加工雕塑曲面体的刀轴控制技术、切削仿真及干涉检验、以及后处理技术，等等。这项系统技术在我国的应用正在迅速发展。塑料模具和金属模具快速堆积加工技术，包括快速软模制造技术、快速金属硬模制造技术。在快速金属硬模制造技术领域，包括铸造、粉末烧结、电铸、熔射等技术。从技术发展进程来看，快速金属硬模制造技术更符合快速、节能、低消耗的原则。上述这些快速加工技术，在原材料的开发、工艺与设备的改进等方面，都在不断创新。同时，在创新中也衍生出一些新的技术，诸如三维立体(实物)打印制造技术和三维电子粘土技术。

一、三维立体(实物)打印制造技术

据报道，美国加利福尼亚州的“创意实验室”公司生产的三维立体打印机，打印出来的模型从头到脚都是由一层层的薄膜叠加构成的，可以形成餐叉、牙刷、鞋子等多种物品。其原料主要是ABC塑料。其中还混合了铝和玻璃。一旦加热到适当程度，原料就能变成硬物。目前。这种小型设备的售价可望降到1000美元。

1、发展前景。笔者认为，这类设备是当今个性化设计和生产的典型，是三维快速制造设备家庭化的先导。目前，这种设备建立在二维叠加的基础上，产品由二维叠加形成的。因此，叠加的精度取决于特殊粉末材料制造技术、无溶剂喷粉技术、粉末材料熔融的控制技术以及计算机控制处理技术，等等。但这种设备还不是真正意义上的三维快速制造设备。三维快速制造设备是以削减加工形式存在的。譬如，目前的多轴联动数控铣削，而那种设备类似多层叠加激光削切技术。笔者认为，这种二维叠加加工法有着比多轴联动数控铣削这一类兰维快速制造设备突出的、不可取代的性能，它可以加工出凹面。因为，任何三维的立体都可以分解成一个个的平面，加工和叠加一个一个的平面，可以形成任何复杂的凹凸面。这也是快速加工成型时叠加法优于削减法的明显之处。然而，叠加法的缺点在于精度和材质的均匀性方面还无法和削减加工法相媲美，激光辅助削减使叠加法加工技术的精度得以修正或提高。此外，粉末制造技术和粉末材料局域熔融的控制技术，也可以大幅度提高精度。基于此，笔者以为，发展二维叠加快速制造技术是当今个性化设计和生产的需要，是三维快速制造设备小型化与家庭化的需要，是商品出售终端家庭化的需要，而对于目下职业教育中的制造专业尤为重要。这是因为：二维叠加快速技术可以同时快速制造出凹凸面，在制造业中是“全能”设备，可以快速制造各行业急需的大量中档模具；它特别适合新产品的快速试样生产，有助于加速新产品的研究与开发；它特别适应制造业的职业教育教学，诸如实物分解图、实物制造平面图、3D成像技术、数控加工技术。如果能结合二维叠加快速制造技术的诠释，学生就能更好地理解三维和平面(二维)的关系，就能直观地看到有凹凸实物的制造全过程。

2、技术要素：无溶剂粉末喷头设备；喷头二维移动装置；粉末熔融手段；粉末技术，材料选用，造粉，粉末表面处理，粉末加入技术；成型部分的自动光测量技术；成型部分的纠正技术。

二、三维电子粘土技术

“电子黏土”是一个研究项目的名称。2002年，这个项目由美国科学家塞特·格尔德斯坦(Seth Goldstein)和多德·莫里(Todd Mowry)酝酿而生。他们的目标是：创造出一种可以人工控制任意改变其形状、颜色、大小及其他任何特征的电子材料。这种听命于“程序”的“橡皮泥”由沙粒般大小的球体——电子黏土原子(Catoms)构成。这些电子黏土原子可以移动、互相黏连。还可以披上和所要模拟的物体一样的颜色。2007年。塞特·格尔德斯坦和多德·莫里研究成功3个直径为44毫米的可以移动、互相吸引和互相黏连的电子黏土原子。今后发展的趋势是：这些“原子”会变得更小更圆，每个“原子”的直径缩小到1毫米以下。

1、发展前景。目前，由电脑展示的3D图像，是一种由视觉差错而使人感觉到的三维图像，而电子粘土形成的实物是真正意义上的三维图像。笔者认为，电子粘土技术是一项顶尖的快速仿真技术，在空气动力学、流体力学、节能等诸多方面可以提供瞬时连续变化的新型实体模型，尤其在动力学研究方面将起着巨大的促进作用。结合职业教育的特点。电子粘土在机械加工的教学尤其在三维成像方面的教学效果更为直观。在民用方面，电子粘土是一种高端智能玩具的制作材料……可见，电子粘土一旦商业化和市场化，其经济效益是相当可观的。

2、技术要素。单个微小电子粘土相互结合的方式；单个微小电子粘土的储能器；无线储能方式的研究；单个微小电子粘土和计算机的无线联系技术；单个微小电子粘土可以看作是一个微小的自动化机械。必须解决它的机械化大规模生产技术；单个微小电子粘土的计算机识别和控制技术。

快速扩散制造 篇4

在目前的市场环境中, 制造企业时常由于关键资源所限无法满足市场需求的批量或交货期, 使得企业必须快速扩大生产能力, 保证按时交货。此时扩建厂房、购买先进设备和自动化设施等投资大、风险高、周期长的手段难以适用, 而通过快速扩散制造, 以转包方式组织利用分布在其他企业中的人力和设备等外部资源快速扩充生产能力、扩大产品产量或保证交货期成为最好选择[1,2,3]。尽管正常情况下企业同样会采用转包, 形成供应链或分布式生产网络, 但不同的是:转包主要是一种技术需求 (企业缺乏制造技术) , 目的是为了在战略上专注于核心竞争力和更重要、高回报的业务;而快速扩散制造是一种能力需求, 目的是为了增强企业生产能力的柔性, 快速扩大生产能力和批量, 保证按时交付产品。

对于简单产品, 扩散制造时盟主企业可以委托成员企业整体生产部分零部件, 盟主得到零部件并装配后向客户交付。但对于复杂产品, 复杂零部件通常是制约生产能力和生产进度的瓶颈, 并且难于在其他企业中独立完成加工, 因而无法利用零件整体转包或外购策略扩大批量。针对该问题, 本文的思路是向其他企业转包复杂零部件制造过程中的部分制造活动, 形成制造过程链。为此构建了基于网络的扩散制造执行平台, 通过企业间制造执行过程的协作来实现快速扩散生产。

1 相关研究工作

同制造过程转包和扩散制造相关的研究领域主要包括分布式制造执行系统 (MES) 、虚拟企业制造系统和网络化制造系统三个方面。面向虚拟企业和企业间协作的分布式制造执行系统逐渐得到重视[4,5]。针对虚拟企业环境下制造任务的转包活动, 文献[6]基于协同工作流协议构建了分布式制造执行系统, 将分布在不同企业中的制造活动 (及资源) 集成在一个跨企业的工作流模型中。多数虚拟企业制造系统项目 (如NIIIP、PRODNET等) 侧重于研究虚拟企业运行的执行基础组织及标准。文献[7]实现了虚拟企业分布式业务执行系统, 支持核心协作层、企业管理功能、虚拟企业管理功能三个层次的协调;虚拟企业运行管理框架[8]利用多Agent的协作实现跨企业分布式业务过程集成。文献[9]构建了支持虚拟企业层、企业层和车间层的分布式协同制造管理框架。这些研究侧重于构建通用的虚拟企业协同制造应用模式和框架模型, 以支持在虚拟企业形成后的通信和信息交换、应用集成及团队协作, 没有考虑制造批量及生产计划等问题。在网络化制造领域, 文献[10]构建了任务驱动的零件制造电子服务平台, 通过制造任务评价将零件级加工任务分配给制造商;文献[11]构建了虚拟计算机集成制造系统, 可动态配置分布于各中小企业的制造资源, 形成临时集成的生产系统以生产所需产品;文献[12]构建了协同制造集成框架, 通过伙伴提供的服务协同完成工作流过程;文献[13]提出的区域生产网络通过多个能力中心的协同实现整个制造价值链优化。这些研究主要考虑一个制造项目的过程转包和协作, 侧重于在单纯虚拟企业层讨论协同制造运作模式, 未能结合企业内部生产, 可操作性较差。

2 面向过程协同的复杂产品快速扩散制造系统模型及运作过程

为了实现系统的可重构和快速配置, 面向过程协同的复杂产品快速扩散制造系统采用基于Agent和工作流的框架。体系结构如图1所示。

(1) 共享领域知识模型。共享领域知识模型包括扩散制造过程、任务、资源、服务等Agent共同遵守的领域本体, 明确定义领域中的概念、属性、约束以及概念间关系, 保证Agent之间信息交互的一致性和正确性, 同时, Agent可以利用知识库进行推理。

(2) 制造资源与服务管理平台。制造资源与服务管理平台支持资源信息服务 (包括外部制造资源信息) 、制造资源/服务信息登记, 提供基于语义的资源查询、匹配、资源访问和资源评价, 以实现对外部资源的快速利用。

(3) 工作流执行服务平台。快速扩散制造过程是一组在多Agent环境中计划、排程、执行、通信和协调的并行的跨企业工作流过程实例。工作流执行服务平台主要实现制造过程定义、导航、派工、生产数据采集与过程监控功能。

(4) 多Agent环境。多Agent环境包括系统Agent、物理Agent和功能Agent三类:

①系统Agent包括目录服务 (directory facilitator, DF) Agent、Agent管理服务 (Agent management service, AMS) 、本体服务Agent等, 提供命名服务、消息路由服务、寻址服务、安全服务等通信和交互的基础组织, 其中DF用于管理和维护Agent能够提供的制造服务信息, 支持制造服务的查询定位, 本体服务Agent中定义扩散生产制造领域本体, 为信息交互提供一致的语义。

②物理Agent代表扩散制造系统中物理存在的实体, 将盟主内部设备资源封装为资源Agent, 将盟主企业、成员企业封装为企业Agent。资源Agent和成员企业Agent是资源和服务提供者。盟主企业Agent负责管理扩散生产, 是资源使用者。成员企业Agent都同盟主企业Agent进行通信, 成员企业Agent之间通常并不直接通信。

③功能Agent负责实现扩散制造中的业务功能。其中, 作业管理Agent (job manager Agent, JMA) 根据输入的零件制造订单, 将零件订单分解成一组相互独立的作业 (工作流实例) ;信息服务Agent (information service Agent, ISA) 用于存储和管理资源信息;资源发现Agent (resource discovery Agent, RDA) 提供资源匹配服务, 通过搜寻DF和ISA, 负责发现一组具有满足任务所需资源和能力的候选伙伴Agent;作业排程Agent (job scheduling Agent, JSA) 负责提供优化制造排程;任务监控Agent (task monitoring Agent, TMA) 负责监控各个批次作业的执行进度和状态;过程定义Agent (process definition Agent, PDA) 负责定义各类作业的过程模型;工作流引擎为工作流实例导航, 动态调用相应的Agent执行任务, 主要通过过程驱动Agent (process enactment Agent, PEA) , 任务分派Agent (task dispatching Agent, TDA) 实现;用户Agent (user Agent, UA) 为用户和资源提供操作界面, 实现资源Agent和企业Agent的封装。

在以上模块的基础上, 面向用户的主要功能包括制造任务建模管理、扩散制造排程与制造链预案管理、扩散生产准备管理、扩散制造执行、扩散制造过程管理、资源与服务管理等6个模块。扩散制造平台模型如图2所示。面对市场机会, 协同制造平台可以通过以下过程支持快速扩散制造:

(1) 成员企业运行扩散制造客户端, 通过Internet或VPN连到扩散制造服务器端, 注册为扩散生产系统中的企业Agent, 盟主及企业资源也封装为Agent加入系统。

(2) 成员企业Agent根据共享领域本体中定义的模版登记制造资源和制造服务信息, 这些信息存储在制造资源和服务平台及DF中。

(3) 盟主根据市场需求订单、产品库存信息, 提出零件的月度计划大纲, 确定每种零件的规格、交货期、数量等。

(4) 盟主建立各零件制造的抽象工作流模型, 定义制造任务、任务间的关系及任务的资源需求, 并制定作业排程, 通过排程分析扩散生产的必要性, 如果最优排程无法满足交货期, 则需要进行扩散制造排程并确定盟主内部加工任务日程及转包加工任务日程。

(5) 制定扩散制造预案, 选定执行转包加工任务的合作伙伴。进行扩散生产准备, 将工艺/工序文件、零件模型、操作规范及质量文件表示为中性格式 (刀位文件、VRML或XML格式) , 向伙伴企业进行技术扩散。伙伴针对转包加工任务进行生产准备。

(6) 启动项目后, 工作流引擎根据制造过程模型按顺序启动任务, 通过工作流终端向排程绑定的资源和成员企业派工, 实时更新终端的任务列表, 同时通过物流将在制品、工装、质量文件等运到伙伴企业。

(7) 资源Agent或成员企业Agent利用工作流终端得到任务列表, 根据生产预案日程, 接受并执行任务。当执行完毕后改变任务状态, 并提交任务执行结果。工作流引擎根据过程模型进行规则推理, 启动后续任务并通知相关资源, 直到整个工作流执行完毕。

(8) 通过工作流终端的信息反馈, 盟主能够追踪资源状态和各任务的执行状态, 汇总形成工作流的进度, 从而实时监控生产情况, 并及时处理各种意外情况。

通过以上过程, 盟主企业在内部生产任务的驱动下, 通过面向过程协同的快速扩散制造将外部生产资源作为企业资源进行生产计划和管理, 实现了企业内、跨企业两个层次间生产的集成。

3 基于抽象工作流的作业制造过程定义

抽象工作流用抽象资源 (提供同一种功能或具有相同特征的一类资源描述) 和抽象服务描述;可执行工作流采用资源和服务实例来描述业务功能的实现, 本文利用抽象工作流和可执行工作流的概念, 建立快速扩散制造与跨企业工作流的关系。

(1) 作业的制造工艺路线/制造过程定义了任务及任务之间的关系, 由于每个任务用抽象资源而不是资源实例来表示执行者, 因此用抽象工作流过程模型描述零件的加工过程。

(2) 在实际制造中同一批次作业作为一个整体流转, 因此可将每个作业视为相应的抽象工作流的一个实例, 快速扩散制造利用伙伴企业的资源执行工作流, 可以看作是企业间工作流组合问题。

(3) 负责执行工作流任务的资源实例 (盟主或合作伙伴的资源) 在作业执行前或执行过程中通过排程/再排程确定, 因此制造排程将任务映射到资源实例上, 即绑定作业中各任务的执行资源及起止时间, 将每个抽象工作流实例转化为可执行工作流实例 (预案) 。其中离线排程和预案是基于“编译”的方法, 在线实时排程是基于“解释”的方法。在运行时可动态建立或修改工作流任务和执行资源间的关联, 这反映了工作流的柔性。

(4) 扩散制造按照预案绑定的资源进行任务分派和过程执行, 即利用工作流引擎的活动导航机制实现可执行工作流的自动化过程。

作业加工过程在过程定义Agent中实现。利用工作流过程模型的机制实现了过程定义Agent。系统中, 针对每个零件图号建立一个过程模型, 过程定义中包括一组工序加工任务及工序间的关系。其中每个制造任务节点用抽象资源和抽象服务来表示, 系统在排程和预案构建中将绑定具体的资源实例, 工序间的关系采用事件-条件-活动 (ECA) 规则描述。对应作业的制造过程根据其生产的零件图号自动获得。

4 快速扩散制造的排程与预案管理技术

快速扩散制造排程问题涉及多个企业在制造链层次上通过协调达到制造资源的优化配置, 同时也是扩散制造虚拟企业的构建问题。

同传统车间制造排程不同, 快速扩散制造排程的交货期是刚性约束, 可用的资源并不限于盟主企业内部制造资源, 并且排程前使用的外部资源是不确定的, 通常在排程后才能确定。快速扩散制造排程要保证在没有拖期任务前提下转包加工成本最低, 即确定各工序的开工时间及每个工序的加工资源, 如果内部资源不足以保证交货期, 还需要将某些任务转包给伙伴企业, 在保证没有拖期任务的前提下, 使得所有转包任务的总转包加工成本最低。该问题可采用遗传算法解决, 详细流程见文献[14]。

5 复杂产品快速扩散制造执行管理

扩散制造预案是执行的依据。快速扩散制造过程是在多Agent环境中执行的一组工作流, 无论采用哪种排程和伙伴选择模式, 过程执行服务 (工作流引擎) 都会根据制造过程模型将任务向可执行工作流绑定的资源Agent和成员企业Agent上派工, 并根据执行过程中的实时信息进行协调与再排程, 修改可执行工作流。过程执行服务模型如图3所示, 主要机制如下。

(1) 资源用户和成员企业通过用户Agent界面获取和管理自己的工作列表, 同工作流引擎的PEA交互。因此用户Agent界面同时起到工作流终端的作用, 提供便捷地任务执行信息采集与执行结果反馈的手段。

(2) 利用Agent之间的通信和通知机制:系统在检测到用户响应事件发生时 (如一个任务完工结束、启动等事件) , 通过用户Agent界面创建一个事件 (Event) 消息, 实时通知PEA;而PEA在启动后续任务后, 也实时将任务状态通知资源和成员企业的用户Agent, 后者收到消息后刷新界面, 实现工作流终端任务列表的实时更新。

(3) 利用Agent的智能推理行为:工作流引擎的PEA是一个基于知识的专家系统, PEA中的事件监控器能够根据收到的消息判断发生的事件, 根据ECA规则触发后续任务, 实现任务执行控制与过程导航。

扩散制造执行过程中, Agent之间的交互如下:

(1) 在生产开始前, 所有任务处于“非活动” (INACTIVE) 状态。当资源和成员企业用户采用扩散制造系统客户端界面登录到系统时, 可以看到排程和预案中为其分配的任务及详细信息。这些任务在任务列表中根据开始时间先后排序。

(2) 当盟主管理员启动一个作业时, 该作业过程模型中的第一个加工任务启动, PEA将其状态变为“准备” (READY) 。

(3) 对于每个处于准备状态的任务, PEA向负责执行此任务的用户Agent发送一个通知消息, 通知后者更新Agent界面的工作列表信息。

(4) 用户Agent收到通知消息后, 重新从数据库读取任务状态, 刷新界面, 对应处于“READY”状态的任务将会用绿色显示, 提示用户可以开始执行此任务。

(5) 当用户Agent从上一任务的执行者那里得到在制品后, 可接受此任务, 开始加工时, 用户Agent将任务状态改为“运行” (RUNNING) , 此时TDA记录任务实际执行开始时间。

(6) 当任务执行完毕后, 用户通过用户Agent界面将该任务状态改为“完成” (COMPLETED) , 提交完工反馈信息, 并同时将完工事件和条件通知PEA。

(7) 当PEA收到反映任务完工事件和条件的消息后, 根据加工过程模型中ECA规则, 对比事件和转移条件, 然后触发启动该作业过程实例中的后续任务 (将其状态改为“READY”) 。

(8) 循环第 (3) 步到第 (7) 步, 直到整个作业执行完毕, 同时也形成了作业的实际执行日程。

制造状态监控是针对过程状态和任务状态两个层次的。通过工作流终端反馈的任务状态改变信息, 系统能够自动记录每个任务的执行情况, 追踪显示各任务执行状态、任务实际开始时间、结束时间、使用的资源、当前正在加工的任务及资源等信息。通过汇总各任务的状态可支持盟主监控各批次工作流执行进度。

在预案执行过程中可能会有大量意外情况 (如紧急任务、加工设备故障、质量问题) , 这些情况会导致实际生产之前作出的优化的、有效的排程变成非优化的, 甚至不能执行下去。利用Agent之间基于消息的交互机制, 用户Agent可通过工作流终端及时向盟主反馈可能引起系统混乱的生产信息和事件。盟主收到信息后将实时提示企业管理员注意这些事件, 分析事件对当前排程的影响并及时协调处理, 使得生产过程能够按照预定的计划正常运行, 尽量避免重新排程。多数情况下意外情况处理措施是:盟主Agent同成员企业交互, 发出警告、通知信息, 如资源Agent或成员企业Agent无法按时完成分配的任务, 盟主将催促成员企业按时完成工作;发现并采用可用的替代资源, 如当合作伙伴无法执行任务时, 盟主同其他候选伙伴企业进行协商, 将任务重新分配给其他伙伴企业Agent。

在意外情况引起的影响无法简单处理的情况下, 动态再排程是重要的协调手段, 此时系统将根据当前状态对现有排程进行修改或重新排程。修改排程是对已有排程和预案进行局部调整和修改, 资源替代的过程协调措施可以归为此类;而重新排程可以比照初始排程的构建方法。动态再排程修改可执行工作流中任务与资源实例的绑定关系, 在动态再排程时刻已经开始并正在加工的任务依然继续执行, 此后工作流按新绑定的资源或伙伴企业继续执行, PEA将通知所有受影响的Agent。

6 扩散制造执行系统的实现与应用

我们在前期研究开发的制造执行系统[15]和跨企业协同制造系统[16]的基础上构建了快速扩散制造执行平台。平台包括服务器端和客户端。在服务器端, Agent主容器中运行AMS、DF、本体服务Agent, 其中JADE本身提供了DF和AMS, 本体服务Agent采用Protégé构建, 本体中的概念通过Protégé转化为JADE环境中的Java组件, Agent的事件通知、投标等消息交互可以直接采用概念的实例 (使用内容管理器实现对象传输) 。

盟主企业管理员用户、盟主企业资源用户和成员企业管理员用户运行客户端, 用户登录后, 系统在客户端创建Agent容器并连接到服务器端的Agent主容器, 在客户端容器中根据用户角色创建不同类型的用户Agent并显示其GUI界面 (用户Agent与其GUI是相互依存的) 。如图4所示, 用户都通过用户Agent的界面操作系统, 分别将企业和资源封装为企业Agent和资源Agent加入系统。

创建用户Agent时, 系统在客户登录的主机上创建一个Agent容器, 并根据用户的角色实例化Agent类, 从而创建用户Agent并运行。采用多Agent系统分析和设计方法学, 在抽象出Agent角色和实例后, 最主要的问题是分析Agent之间的交互和会话。会话规定了协作中消息和行为顺序, 消息交换和行为操作会改变Agent的状态, 从而引起下一个行为。下面以成员企业用户Agent为例讨论Agent的实现方法, 它包括成员企业用户Agent类 (VEMemberAgent) 及成员企业用户Agent界面类 (VEMemberAgentGUI) 两部分。

成员企业用户Agent类的实现如图5所示, 它继承了Agent类, 其中定义了一个对VEMemberAgent GUI类的私有引用对象变量, 在Agent的运行函数中实例化一个VEMemberAgent GUI对象, 然后调用函数显示VEMemberAgent的用户界面。成员企业用户Agent的界面类的实现框架如图6所示, 其中定义了一个VEMemberAgent类的私有对象变量, 在初始化界面类时通过参数为该对象变量赋值, 并通过该对象调用VEMemberAgent的行为及方法。成员企业管理员同用户Agent的界面交互, 进一步操作用户Agent的行为, 如通过界面实现资源登记和管理、招投标、管理中标任务以及向系统反馈任务执行状态等业务。

系统针对某分厂实际生产进行了应用验证, 某分厂8月份月度生产任务, 单用分厂内部资源无法保证交货期。在快速扩散生产平台的支持下, 分厂进行扩散生产排程和转包生产的执行管理。图7为形成的作业扩散制造链预案。图8为成员企业用户Agent界面。通过扩散制造的应用顺利解决了瓶颈资源引起的生产拖期问题, 从而完成了某分厂无法独自完成的生产批量。

7 结束语

目前制造企业面临的市场需求时常超出自身的制造能力, 要求制造企业具备产品快速扩散制造能力。针对复杂零部件难于采用整体转包进行扩散制造的问题, 本文研究了面向过程协同的快速扩散制造执行平台, 支持企业通过制造任务转包将外部资源纳入到扩散生产的体系中, 迅速扩大生产能力或保证交货期, 同时在实际生产中验证了该应用模式和技术的有效性, 为快速扩散生产的深入应用提供了有益的参考。

摘要：快速扩散制造贯穿了企业内制造与跨企业协同制造两种制造模式, 针对复杂零部件扩散制造运行的需求, 构建了面向过程协同的复杂产品快速扩散制造执行平台, 该平台可支持盟主优化生产排程, 建立扩散生产预案及虚拟企业, 并在工作流执行服务的协调下由企业内部和外部的资源协同完成生产任务。针对某分厂具体生产任务对该平台进行了应用验证。