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HOLONIC 生產(chǎn)系統(tǒng)的產(chǎn)品設計摘要：Holonic 生產(chǎn)是一種達到分散化、自動化及合作化生產(chǎn)系統(tǒng)機構(gòu)的方法。那樣的系統(tǒng)導致了對產(chǎn)品模型的新的需要，這些由當前的產(chǎn)品設計技術還無法完全實現(xiàn)。本篇文章講述了對產(chǎn)品設計的新需要，并基于特征技術的應用提出了一種解決方法。關鍵詞：Holonic 生產(chǎn)系統(tǒng)，產(chǎn)品設計介紹：目前，在生產(chǎn)廠商中有一種主流趨勢，即從龐大的，等級分明的組織轉(zhuǎn)向到小規(guī)模的，分散的并局部自動化生產(chǎn)的組織。生產(chǎn)廠商正逐漸從于 20 世紀20 年代泰勒發(fā)明的大批量生產(chǎn)技術轉(zhuǎn)向“工廠中的小工廠” ，它能對顧客主導的市場需求迅速作出反應。盡管越來越多的公司正試圖將注意力集中到已經(jīng)被證實是靈活的生產(chǎn)廠商上，但卻沒有作出多少在為自動化，分散化生產(chǎn)組織確立一個理論原則。Holonic 生產(chǎn)系統(tǒng)就是達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 holonic 生產(chǎn)的概念進行一個簡短介紹之后，我們將分析一下 holonic 生產(chǎn)對產(chǎn)品設計的需要，一種通過 HMS 進行產(chǎn)品設計方法將從這些需要中推理出來。HMS 的含義 Holonic 生產(chǎn)被看作是一種很有前景的方法，滿足了很多有關產(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)的建筑設計的發(fā)展，這些被建造是基于一種由標準化、自動化、合作化、智能化元素的獨立化單元的混合，例如： ．新的或是已被采用的生產(chǎn)系統(tǒng)的更快，更可靠的設計和實施，這些設計以大規(guī)模范圍和伸展性為特征/HAYA93/．區(qū)域自動化．生產(chǎn)系統(tǒng)有效的重復使用．更迅速，對產(chǎn)品設計和需求產(chǎn)品數(shù)量改變的自主適應．更短的控制時間．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，心理學和社會學等幾種科學領域的普遍概念中得出的，新的樣式包含等級系統(tǒng)的本身概念和分配系統(tǒng)中自動化元素的結(jié)合。HMS 概念是基于 Koestler 于 20 世紀 60 年代末期在生物和科學系統(tǒng)設計方面的先驅(qū)貢獻，這些系統(tǒng)由獨立的單元構(gòu)成，能夠獨自工作，然而不能依賴其它單元，這些系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)以這些單元的等級制度表現(xiàn)特征的，而這些單元就被稱為 holons。Holon 這個詞是古希臘語中意味著完整的‘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系按等級層次設計的，holonic 結(jié)構(gòu)是以整體與局部的關系設計的。 （圖 1）它不同在以下幾個方面：．HMS 是由 holons 構(gòu)成的，每一個 holon 都是一個系統(tǒng)結(jié)構(gòu)群，充滿自主性與合作性。一個生產(chǎn) holon 可以轉(zhuǎn)變、傳輸、儲存或者刪除信息和實體。holon 包含一部分信息編寫過程，并且往往是實體編寫過程，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立。它天生是一種沒有等級制度的少見的組織。．盡管如此，HMS 不是以固定方式組織的，而是隨時自我組織以滿足需要，使自身適應于其環(huán)境的變化或是自身。因此，它也能按短暫的等級制度組織自身。對于發(fā)展那樣一種個別的，分散的作出決定的機構(gòu)來說，單個元素的自主與合作能力是最重要的特點。在 HMS 中，具有自主與合作能力的系統(tǒng)元素就被稱為 holons。相比于人類常常是 holon 的一部分，他們并不總是被需要。如果他們是holon 的一部分，那他們最可能被認為是信息處理過程的部分，有時也被認為是實體處理部分。Holarchy 是這樣一種機構(gòu)，holons 在其中被組織并彼此合作。它被定義作為 holons 系統(tǒng)，這個系統(tǒng)能通過合作達成目標或者客觀實體。在 holarchy 中，為了使自身適應既定的客觀實體和環(huán)境，holons 能夠隨時彼此融合。正常來說，holon 是其自身的產(chǎn)物。因此，holarchy 可以被看作是某種等級制度，holarchy 和普遍的等級制度的不同之處在于 holarchy 的隨時重復布局性和holons 的合作機制。Holons 通過直接地合作實現(xiàn)信息和實體成分的交換。通過彼此間的聯(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)目標能因此更容易，更有效地達到，那么 holon 就會進入到暫時的命令機構(gòu)中，這種合作和布局過程發(fā)生的方式主要依賴于 holarchy 所給定的一般規(guī)則，例如，當其被設計時，這種方式就會被具體化為 holarchy，這個可以和交通系統(tǒng)相比較。車輛移動的方式依賴于交通規(guī)則，當其自主作出決定時，他們必須遵守這個交通規(guī)則。在那樣一種暫時的等級制度中，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，級別高于部分．作為獨立的部分，級別低于更高層次的目標．與其所屬的環(huán)境同級（圖 2）因此，holonic 系統(tǒng)可以被視為自動化生產(chǎn)變革中的一種直接進步，在這其中靜止的命令等級系統(tǒng)被自主性單元和 holons 的彈性化合作機制所取代。在 HMS 中產(chǎn)品設計的需要由于 holonic 生產(chǎn)系統(tǒng)中的產(chǎn)品模型必須滿足分散化，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，設計 holon、過程計劃holon，或是編程 holon，將利用到產(chǎn)品模型。而且，一種 holon 的不同的實施方法是可能的。一個例子就是過程計劃 holon，它可能是自主過程計劃設計系統(tǒng)，或是一個工人，他完全人工地設計過程計劃。 （圖 3）不同的 holons 將應用到不同的產(chǎn)品模型，本身由于一個能應用于所有不同類型的 holons 的普遍的模型對于計劃的應用將變得過于龐大，不可轉(zhuǎn)變。而且，普遍模型的應用將逐步實現(xiàn)最優(yōu)化，它將被開展通過每個自身的 holon。因此，有證據(jù)證實用于產(chǎn)品數(shù)據(jù)交換的富有彈性的工具和標準化的編排格式對于發(fā)揮 holonic 生產(chǎn)系統(tǒng)的作用是必要的先前準備。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 CAD 數(shù)據(jù)，包括一件產(chǎn)品的幾何性的，技術性的，作用性的特點向一部分為編程系統(tǒng)所需要的列表延伸。不可否認，一個純粹的幾何學產(chǎn)品描述，如被用以今天的標準，例如 IGES或 VDA-FS，將是不充足的。Holonic 生產(chǎn)將需要能傳送有關產(chǎn)品的不同種類的信息，這些產(chǎn)品根據(jù)即將實行的 ISO10303 標準而設計。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 所預測的還要高。一個這方面的例子就是用不同的數(shù)據(jù)模式實現(xiàn)同一信息實體的交換，這依賴于參與數(shù)據(jù)交換的 holons。簡要地說，在 HMS 中產(chǎn)品設計的需要是：．每一個系統(tǒng)都可以應用自身內(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)品設計方法的綜合以下部分首先描述了一種常見的用以 holonic 生產(chǎn)系統(tǒng)交流的方法，其次，特別關注產(chǎn)品設計實現(xiàn)的例子也會被提到。展望 HMS 中產(chǎn)品設計的方法支持不同水平的數(shù)據(jù)抽象概念，從普遍的觀點來看，這意味著對于同樣的實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，一個具體的代表就被選好了。圖 4 說明了一種基于具體實施代表的交流，箭頭的線型描繪了相應單元所對應的代表，這個圖說明了所有的單元都對應一種普遍的代表，這種代表允許在一個相對一般的水平上傳輸產(chǎn)品數(shù)據(jù)。那也說明了，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單元之間任務的擴展信息。同樣，適合于單元‘CAD’和‘CAPP’ ，例如，它們不得不交換細致的產(chǎn)品設計數(shù)據(jù)（箭頭 D） 。一個具體到交流雙方的實體代表的概念在 HMS 中可以適合于所有類型的holons，所有具體 holon 功用的一一實施都可以被支持。這個概念允許 HMS 的逐步實施，就如同逐步優(yōu)化一樣。在計算機輔助設計，過程計劃和編程領域，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)特種技術的應用而產(chǎn)生的。相對于特種技術已經(jīng)基本上在 CAD/CAPP 系統(tǒng)的內(nèi)在應用上發(fā)展，它也可以作為產(chǎn)品數(shù)據(jù)交換的工具而應用。大量的特征描述已經(jīng)被給出，以下的描述全部來自于/SHAH91/。從生產(chǎn)的觀點來看，特征代表了與生產(chǎn)管理和工具相關的形狀和技術屬性。在設計概念中，特征是應用于生產(chǎn)，分析或者計算設計中的元素。更為常見的，可以說特征代表了部分或是整個工程學的意思。特征基準的產(chǎn)品設計的一個重要方面就是有可能描述幾何性設計系統(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其特征和幾何性，技術性及功能性參數(shù)來描述。因此，特征基準數(shù)據(jù)交換可以在不同的應用中避免很多產(chǎn)品數(shù)據(jù)交換的問題。特征應用于不同的公司或者要求這些包括很多不同的特征。事實上，事先了解到一個系統(tǒng)需要的所有特征是不可能的。因此，對于可以被裝配的設計系統(tǒng)使用特征圖書室，并使其自身適應于不同的環(huán)境和任務，這是必需的。這種可以通過一些當今的特征基準設計和過程計劃系統(tǒng)而達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，為實現(xiàn)裝配和特征數(shù)據(jù)交換而做的必要準備是一種關于特征與特征圖書室的正規(guī)描述語言。如果所有系統(tǒng)正使用著同樣的正規(guī)描述語言的話，他們就可以優(yōu)先使用成為交換數(shù)據(jù)一部分的特征圖書室對于他們不知道的特征交換特征數(shù)據(jù)。對于那樣一種描述語言來說，一個好的出發(fā)點是 EXPRESS 語言，它已經(jīng)在ISO10303 的基礎上發(fā)展起來了。正式的特征語言可能已經(jīng)在EXPRESS/KRAU91，TONS93/的基礎上發(fā)展起來。圖 5 說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系統(tǒng)。如果 CAD、CAPP 及編程系統(tǒng)熟悉具體的特征的話，甚至軸承座，它們都可以通過使用一種簡單的文本格式來交換信息，并不需要表述幾何模型，因此，幾何學可以從特征信息中重新得出。當 CAD 和 CAPP 系統(tǒng)正在進行交流時，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屬性也必須被描述。編程系統(tǒng)又需要有關特征及其尺寸類型的粗略信息。產(chǎn)品中的實際位置在編程系統(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，描述編程時間的因素和特征的花費，是額外的，并被傳送到編程系統(tǒng)，也反饋到 CAD 系統(tǒng)。實際上，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)語目前朝著自動化、分散化和自主生產(chǎn)系統(tǒng)方向發(fā)展的趨勢為產(chǎn)品設計帶來了新的細節(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。對于holon 交流來說，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一步發(fā)展特征技術，如同其已經(jīng)為設計和過程計劃系統(tǒng)發(fā)展的一樣，并使其適應 HMS 的需要。特征可以為不同系統(tǒng)和領域之間的產(chǎn)品數(shù)據(jù)交換提供一種彈性的、全面的方法。通過為特征描述而使用的正式的語言，必要的基準框架可以被達成。在未來生產(chǎn)系統(tǒng)中，特征不但可以提供一種實現(xiàn) CAD 和 CAPP 系統(tǒng)之間產(chǎn)品數(shù)據(jù)交換的方法，而且還會為編程，甚至是銷售系統(tǒng)提供便利。