HOLONIC生產(chǎn)系統(tǒng)的產(chǎn)品設(shè)計(jì)-中文翻譯

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HOLONIC 生產(chǎn)系統(tǒng)的產(chǎn)品設(shè)計(jì)摘要：Holonic 生產(chǎn)是一種達(dá)到分散化、自動(dòng)化及合作化生產(chǎn)系統(tǒng)機(jī)構(gòu)的方法。那樣的系統(tǒng)導(dǎo)致了對(duì)產(chǎn)品模型的新的需要，這些由當(dāng)前的產(chǎn)品設(shè)計(jì)技術(shù)還無(wú)法完全實(shí)現(xiàn)。本篇文章講述了對(duì)產(chǎn)品設(shè)計(jì)的新需要，并基于特征技術(shù)的應(yīng)用提出了一種解決方法。關(guān)鍵詞：Holonic 生產(chǎn)系統(tǒng)，產(chǎn)品設(shè)計(jì)介紹：目前，在生產(chǎn)廠商中有一種主流趨勢(shì)，即從龐大的，等級(jí)分明的組織轉(zhuǎn)向到小規(guī)模的，分散的并局部自動(dòng)化生產(chǎn)的組織。生產(chǎn)廠商正逐漸從于 20 世紀(jì)20 年代泰勒發(fā)明的大批量生產(chǎn)技術(shù)轉(zhuǎn)向“工廠中的小工廠” ，它能對(duì)顧客主導(dǎo)的市場(chǎng)需求迅速作出反應(yīng)。盡管越來(lái)越多的公司正試圖將注意力集中到已經(jīng)被證實(shí)是靈活的生產(chǎn)廠商上，但卻沒(méi)有作出多少在為自動(dòng)化，分散化生產(chǎn)組織確立一個(gè)理論原則。Holonic 生產(chǎn)系統(tǒng)就是達(dá)到那樣原則的一種方法。Holonic 生產(chǎn)的一部分是產(chǎn)品模型與產(chǎn)品數(shù)據(jù)交換編排格式的定義。在對(duì) holonic 生產(chǎn)的概念進(jìn)行一個(gè)簡(jiǎn)短介紹之后，我們將分析一下 holonic 生產(chǎn)對(duì)產(chǎn)品設(shè)計(jì)的需要，一種通過(guò) HMS 進(jìn)行產(chǎn)品設(shè)計(jì)方法將從這些需要中推理出來(lái)。HMS 的含義 Holonic 生產(chǎn)被看作是一種很有前景的方法，滿(mǎn)足了很多有關(guān)產(chǎn)品和生產(chǎn)的需要，它的最終目的是追求高度分散化生產(chǎn)系統(tǒng)的建筑設(shè)計(jì)的發(fā)展，這些被建造是基于一種由標(biāo)準(zhǔn)化、自動(dòng)化、合作化、智能化元素的獨(dú)立化單元的混合，例如： ．新的或是已被采用的生產(chǎn)系統(tǒng)的更快，更可靠的設(shè)計(jì)和實(shí)施，這些設(shè)計(jì)以大規(guī)模范圍和伸展性為特征/HAYA93/．區(qū)域自動(dòng)化．生產(chǎn)系統(tǒng)有效的重復(fù)使用．更迅速，對(duì)產(chǎn)品設(shè)計(jì)和需求產(chǎn)品數(shù)量改變的自主適應(yīng)．更短的控制時(shí)間．更可靠的管理，由于內(nèi)在監(jiān)控，分析和質(zhì)量保證的能力．從目前生產(chǎn)系統(tǒng)向全面的 holonic 系統(tǒng)的可觀的，逐步的轉(zhuǎn)變HMS 的作用性和結(jié)構(gòu)性方面的概念是從諸如生物學(xué)，心理學(xué)和社會(huì)學(xué)等幾種科學(xué)領(lǐng)域的普遍概念中得出的，新的樣式包含等級(jí)系統(tǒng)的本身概念和分配系統(tǒng)中自動(dòng)化元素的結(jié)合。HMS 概念是基于 Koestler 于 20 世紀(jì) 60 年代末期在生物和科學(xué)系統(tǒng)設(shè)計(jì)方面的先驅(qū)貢獻(xiàn)，這些系統(tǒng)由獨(dú)立的單元構(gòu)成，能夠獨(dú)自工作，然而不能依賴(lài)其它單元，這些系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)以這些單元的等級(jí)制度表現(xiàn)特征的，而這些單元就被稱(chēng)為 holons。Holon 這個(gè)詞是古希臘語(yǔ)中意味著完整的‘holos’和后綴‘on’的結(jié)合，象征著粒子，中子，質(zhì)子等等。然而普遍的生產(chǎn)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)都是以命令與服從的關(guān)系按等級(jí)層次設(shè)計(jì)的，holonic 結(jié)構(gòu)是以整體與局部的關(guān)系設(shè)計(jì)的。 （圖 1）它不同在以下幾個(gè)方面：．HMS 是由 holons 構(gòu)成的，每一個(gè) holon 都是一個(gè)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)群，充滿(mǎn)自主性與合作性。一個(gè)生產(chǎn) holon 可以轉(zhuǎn)變、傳輸、儲(chǔ)存或者刪除信息和實(shí)體。holon 包含一部分信息編寫(xiě)過(guò)程，并且往往是實(shí)體編寫(xiě)過(guò)程，也可能是另一 holon 的一部分。．HMS 被組織作為 holarchy，它為 holons 的合作定義基本的原則，因此限定了它們的獨(dú)立。它天生是一種沒(méi)有等級(jí)制度的少見(jiàn)的組織。．盡管如此，HMS 不是以固定方式組織的，而是隨時(shí)自我組織以滿(mǎn)足需要，使自身適應(yīng)于其環(huán)境的變化或是自身。因此，它也能按短暫的等級(jí)制度組織自身。對(duì)于發(fā)展那樣一種個(gè)別的，分散的作出決定的機(jī)構(gòu)來(lái)說(shuō)，單個(gè)元素的自主與合作能力是最重要的特點(diǎn)。在 HMS 中，具有自主與合作能力的系統(tǒng)元素就被稱(chēng)為 holons。相比于人類(lèi)常常是 holon 的一部分，他們并不總是被需要。如果他們是holon 的一部分，那他們最可能被認(rèn)為是信息處理過(guò)程的部分，有時(shí)也被認(rèn)為是實(shí)體處理部分。Holarchy 是這樣一種機(jī)構(gòu)，holons 在其中被組織并彼此合作。它被定義作為 holons 系統(tǒng)，這個(gè)系統(tǒng)能通過(guò)合作達(dá)成目標(biāo)或者客觀實(shí)體。在 holarchy 中，為了使自身適應(yīng)既定的客觀實(shí)體和環(huán)境，holons 能夠隨時(shí)彼此融合。正常來(lái)說(shuō)，holon 是其自身的產(chǎn)物。因此，holarchy 可以被看作是某種等級(jí)制度，holarchy 和普遍的等級(jí)制度的不同之處在于 holarchy 的隨時(shí)重復(fù)布局性和holons 的合作機(jī)制。Holons 通過(guò)直接地合作實(shí)現(xiàn)信息和實(shí)體成分的交換。通過(guò)彼此間的聯(lián)系，每一 holon 都持續(xù)地主宰著自身的角色和位置，如果 Holons 熟悉的系統(tǒng)目標(biāo)能因此更容易，更有效地達(dá)到，那么 holon 就會(huì)進(jìn)入到暫時(shí)的命令機(jī)構(gòu)中，這種合作和布局過(guò)程發(fā)生的方式主要依賴(lài)于 holarchy 所給定的一般規(guī)則，例如，當(dāng)其被設(shè)計(jì)時(shí)，這種方式就會(huì)被具體化為 holarchy，這個(gè)可以和交通系統(tǒng)相比較。車(chē)輛移動(dòng)的方式依賴(lài)于交通規(guī)則，當(dāng)其自主作出決定時(shí)，他們必須遵守這個(gè)交通規(guī)則。在那樣一種暫時(shí)的等級(jí)制度中，holons 是自主調(diào)節(jié)規(guī)定的部分，他們的作用：．作為自主的整體，級(jí)別高于部分．作為獨(dú)立的部分，級(jí)別低于更高層次的目標(biāo)．與其所屬的環(huán)境同級(jí)（圖 2）因此，holonic 系統(tǒng)可以被視為自動(dòng)化生產(chǎn)變革中的一種直接進(jìn)步，在這其中靜止的命令等級(jí)系統(tǒng)被自主性單元和 holons 的彈性化合作機(jī)制所取代。在 HMS 中產(chǎn)品設(shè)計(jì)的需要由于 holonic 生產(chǎn)系統(tǒng)中的產(chǎn)品模型必須滿(mǎn)足分散化，自主化和自我組織的holons 的需要。那事先并不被知道是 holon，例如，設(shè)計(jì) holon、過(guò)程計(jì)劃holon，或是編程 holon，將利用到產(chǎn)品模型。而且，一種 holon 的不同的實(shí)施方法是可能的。一個(gè)例子就是過(guò)程計(jì)劃 holon，它可能是自主過(guò)程計(jì)劃設(shè)計(jì)系統(tǒng)，或是一個(gè)工人，他完全人工地設(shè)計(jì)過(guò)程計(jì)劃。 （圖 3）不同的 holons 將應(yīng)用到不同的產(chǎn)品模型，本身由于一個(gè)能應(yīng)用于所有不同類(lèi)型的 holons 的普遍的模型對(duì)于計(jì)劃的應(yīng)用將變得過(guò)于龐大，不可轉(zhuǎn)變。而且，普遍模型的應(yīng)用將逐步實(shí)現(xiàn)最優(yōu)化，它將被開(kāi)展通過(guò)每個(gè)自身的 holon。因此，有證據(jù)證實(shí)用于產(chǎn)品數(shù)據(jù)交換的富有彈性的工具和標(biāo)準(zhǔn)化的編排格式對(duì)于發(fā)揮 holonic 生產(chǎn)系統(tǒng)的作用是必要的先前準(zhǔn)備。這些產(chǎn)品數(shù)據(jù)交換有著高度不同的需要，這些需要從詳細(xì) CAD 數(shù)據(jù)，包括一件產(chǎn)品的幾何性的，技術(shù)性的，作用性的特點(diǎn)向一部分為編程系統(tǒng)所需要的列表延伸。不可否認(rèn)，一個(gè)純粹的幾何學(xué)產(chǎn)品描述，如被用以今天的標(biāo)準(zhǔn)，例如 IGES或 VDA-FS，將是不充足的。Holonic 生產(chǎn)將需要能傳送有關(guān)產(chǎn)品的不同種類(lèi)的信息，這些產(chǎn)品根據(jù)即將實(shí)行的 ISO10303 標(biāo)準(zhǔn)而設(shè)計(jì)。盡管如此，交換產(chǎn)品數(shù)據(jù)的彈性甚至比目前根據(jù) ISO10303 所預(yù)測(cè)的還要高。一個(gè)這方面的例子就是用不同的數(shù)據(jù)模式實(shí)現(xiàn)同一信息實(shí)體的交換，這依賴(lài)于參與數(shù)據(jù)交換的 holons。簡(jiǎn)要地說(shuō)，在 HMS 中產(chǎn)品設(shè)計(jì)的需要是：．每一個(gè)系統(tǒng)都可以應(yīng)用自身內(nèi)部的產(chǎn)品代表模式．HMS 必須為產(chǎn)品數(shù)據(jù)交換提供靈活的方法．holons 必須被允許自主選擇一種合適的產(chǎn)品數(shù)據(jù)交換模式．holons 必須被允許最終重新配置一種產(chǎn)品數(shù)據(jù)交換模式在 HMS 中產(chǎn)品設(shè)計(jì)方法的綜合以下部分首先描述了一種常見(jiàn)的用以 holonic 生產(chǎn)系統(tǒng)交流的方法，其次，特別關(guān)注產(chǎn)品設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)的例子也會(huì)被提到。展望 HMS 中產(chǎn)品設(shè)計(jì)的方法支持不同水平的數(shù)據(jù)抽象概念，從普遍的觀點(diǎn)來(lái)看，這意味著對(duì)于同樣的實(shí)體存在著不同的交換信息的模式。根據(jù)系統(tǒng)所含有的能力和需要，一個(gè)具體的代表就被選好了。圖 4 說(shuō)明了一種基于具體實(shí)施代表的交流，箭頭的線(xiàn)型描繪了相應(yīng)單元所對(duì)應(yīng)的代表，這個(gè)圖說(shuō)明了所有的單元都對(duì)應(yīng)一種普遍的代表，這種代表允許在一個(gè)相對(duì)一般的水平上傳輸產(chǎn)品數(shù)據(jù)。那也說(shuō)明了，例如編程和交易系統(tǒng)，共享一種額外的代表（箭頭 C） ，它包含了具體到兩個(gè)單元之間任務(wù)的擴(kuò)展信息。同樣，適合于單元‘CAD’和‘CAPP’ ，例如，它們不得不交換細(xì)致的產(chǎn)品設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)（箭頭 D） 。一個(gè)具體到交流雙方的實(shí)體代表的概念在 HMS 中可以適合于所有類(lèi)型的holons，所有具體 holon 功用的一一實(shí)施都可以被支持。這個(gè)概念允許 HMS 的逐步實(shí)施，就如同逐步優(yōu)化一樣。在計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)，過(guò)程計(jì)劃和編程領(lǐng)域，已經(jīng)存在有部分支持 holonic生產(chǎn)的產(chǎn)品數(shù)據(jù)交換需要的概念。這些概念是根據(jù)特種技術(shù)的應(yīng)用而產(chǎn)生的。相對(duì)于特種技術(shù)已經(jīng)基本上在 CAD/CAPP 系統(tǒng)的內(nèi)在應(yīng)用上發(fā)展，它也可以作為產(chǎn)品數(shù)據(jù)交換的工具而應(yīng)用。大量的特征描述已經(jīng)被給出，以下的描述全部來(lái)自于/SHAH91/。從生產(chǎn)的觀點(diǎn)來(lái)看，特征代表了與生產(chǎn)管理和工具相關(guān)的形狀和技術(shù)屬性。在設(shè)計(jì)概念中，特征是應(yīng)用于生產(chǎn)，分析或者計(jì)算設(shè)計(jì)中的元素。更為常見(jiàn)的，可以說(shuō)特征代表了部分或是整個(gè)工程學(xué)的意思。特征基準(zhǔn)的產(chǎn)品設(shè)計(jì)的一個(gè)重要方面就是有可能描述幾何性設(shè)計(jì)系統(tǒng)/TONS94a/的部分或者全部。由幾種特征所組成的一部分就是完全通過(guò)其特征和幾何性，技術(shù)性及功能性參數(shù)來(lái)描述。因此，特征基準(zhǔn)數(shù)據(jù)交換可以在不同的應(yīng)用中避免很多產(chǎn)品數(shù)據(jù)交換的問(wèn)題。特征應(yīng)用于不同的公司或者要求這些包括很多不同的特征。事實(shí)上，事先了解到一個(gè)系統(tǒng)需要的所有特征是不可能的。因此，對(duì)于可以被裝配的設(shè)計(jì)系統(tǒng)使用特征圖書(shū)室，并使其自身適應(yīng)于不同的環(huán)境和任務(wù)，這是必需的。這種可以通過(guò)一些當(dāng)今的特征基準(zhǔn)設(shè)計(jì)和過(guò)程計(jì)劃系統(tǒng)而達(dá)到的行為是非常接近于holonic 生產(chǎn)系統(tǒng)所需要的行為。在裝配系統(tǒng)中，為實(shí)現(xiàn)裝配和特征數(shù)據(jù)交換而做的必要準(zhǔn)備是一種關(guān)于特征與特征圖書(shū)室的正規(guī)描述語(yǔ)言。如果所有系統(tǒng)正使用著同樣的正規(guī)描述語(yǔ)言的話(huà)，他們就可以?xún)?yōu)先使用成為交換數(shù)據(jù)一部分的特征圖書(shū)室對(duì)于他們不知道的特征交換特征數(shù)據(jù)。對(duì)于那樣一種描述語(yǔ)言來(lái)說(shuō)，一個(gè)好的出發(fā)點(diǎn)是 EXPRESS 語(yǔ)言，它已經(jīng)在ISO10303 的基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)了。正式的特征語(yǔ)言可能已經(jīng)在EXPRESS/KRAU91，TONS93/的基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)。圖 5 說(shuō)明了特征如何可以被用作數(shù)據(jù)交換的一種方法，傳遞的信息作為回答如何能依賴(lài)系統(tǒng)。如果 CAD、CAPP 及編程系統(tǒng)熟悉具體的特征的話(huà)，甚至軸承座，它們都可以通過(guò)使用一種簡(jiǎn)單的文本格式來(lái)交換信息，并不需要表述幾何模型，因此，幾何學(xué)可以從特征信息中重新得出。當(dāng) CAD 和 CAPP 系統(tǒng)正在進(jìn)行交流時(shí)，特征的完全的幾何性不得不從正式的描述中被改造。因此，特征信息必須包括所有必要的數(shù)據(jù)，例如空間中的位置和方面。例如表面粗糙度的技術(shù)屬性也必須被描述。編程系統(tǒng)又需要有關(guān)特征及其尺寸類(lèi)型的粗略信息。產(chǎn)品中的實(shí)際位置在編程系統(tǒng)中不被需要。因此，這些特征參量并非從 CAPP 傳達(dá)到編程。另一方面，由 CAPP 系統(tǒng)產(chǎn)生的信息，例如，描述編程時(shí)間的因素和特征的花費(fèi)，是額外的，并被傳送到編程系統(tǒng)，也反饋到 CAD 系統(tǒng)。實(shí)際上，特征內(nèi)容已經(jīng)改變很多了，以致于不同的數(shù)據(jù)交換格式都依照參與數(shù)據(jù)交換及其方向的元素被使用。結(jié)語(yǔ)目前朝著自動(dòng)化、分散化和自主生產(chǎn)系統(tǒng)方向發(fā)展的趨勢(shì)為產(chǎn)品設(shè)計(jì)帶來(lái)了新的細(xì)節(jié)和需要。Holons 將使用其自身內(nèi)部合適的產(chǎn)品數(shù)據(jù)代表。對(duì)于holon 交流來(lái)說(shuō)，彈性的、可改變的產(chǎn)品數(shù)據(jù)交換格式將是必需的。目前達(dá)到彈性的、可改變的產(chǎn)品數(shù)據(jù)交換格式的方法是更進(jìn)一步發(fā)展特征技術(shù)，如同其已經(jīng)為設(shè)計(jì)和過(guò)程計(jì)劃系統(tǒng)發(fā)展的一樣，并使其適應(yīng) HMS 的需要。特征可以為不同系統(tǒng)和領(lǐng)域之間的產(chǎn)品數(shù)據(jù)交換提供一種彈性的、全面的方法。通過(guò)為特征描述而使用的正式的語(yǔ)言，必要的基準(zhǔn)框架可以被達(dá)成。在未來(lái)生產(chǎn)系統(tǒng)中，特征不但可以提供一種實(shí)現(xiàn) CAD 和 CAPP 系統(tǒng)之間產(chǎn)品數(shù)據(jù)交換的方法，而且還會(huì)為編程，甚至是銷(xiāo)售系統(tǒng)提供便利。