全球化的竞争已经迫切要求企业快速、有效地生产出质量高，价格合理的产品。在这种环境下，能够有效地缩短从产品设计、原型制作、生产加工到产品上市的周期己成为企业成功的关键。对于企业来说快速响应市场变化，把握市场机遇的一种有效的途径是组织企业之间的动态联盟。联盟的范围可以从产品的开发一直到整个产品的生产制造。这种联盟的主要特征是它的虚拟性，即，它不是地理上固定的物理实体，而是由通讯手段动态联系起来的企业集团(虚拟企业)。虚拟企业的最大优势是它的敏捷性，即对一个特定的市场需求，通过综合不同企业的优势，快速形成一个虚拟的企业来生产出满足这一市场需求的产品，从而把握市场机遇。虚拟企业的建立依赖于有效的通讯设施和相关的信息技术，这些设施和技术是保证企业之间相互交换有关产品、工艺和商业等信息的重要基础，也是实现敏捷制造的前提。
本文将对敏捷制造环境下所需的信息技术，包括产品数据模型，工艺数据模型，工厂数据模型进行讨论，同时还将提出基于这些信息模型的敏捷制造产品设计方法。
1 敏捷制造中的信息需求
敏捷制造中用于产品设计、评价以及用于合作企业联合制造所需要的信息主要有3类：产品数据信息，加工工艺信息和制造工厂信息。图l表明的是一个通过计算机联系起来的敏捷制造信息网络环境，其中分布于各合作企业的信息资源通过网络可以共享。
在这一环境中，有两类重要的产品数据，即标准化产品数据模型(如，STEP标准)和简明的产品描述(如，成组技术GT代码)。其中，标准化产品数据模型允许企业之间表达和相互交换有关产品的所有数据。而简明的产品描述，则允许企业能有效地检索和调用相似零件的设计图纸和工艺规程。此外，有关加工工艺信息以及工厂生产能力和经营状况的信息对于产品、工艺设计，产品可制造性评价以及合作企业优化选择来说也是至关重要的。下面将对3类信息进行讨论。
1.1 产品数据信息
从产品设计、工程分析、生产制造、技术支持、维护到销售的整个产品生命周期中，产品数据是一个重要的资源。产品数据的交换是集成产品生命周期内各种活动、实现并行工程的基础。也就是说，全面的制造集成需要标准化的有关产品的知识和知识模型以实现不同种类计算机系统之间的信息交流。目前正在发展的国际STEP标准旨在提出一个严格和完整的产品数据表示。然而，用于编码、查询和检索这些产品数据的标准化的方法至今还没有提出。成组技术(GT)可能是解决这一问题的有效方法。
(1)STEP标准STEP是一个国际性的标准(1SO10303)，它提供了一个包含整个产品生命周期的、完整的产品数据定义。这些定义允许制造商们和供应商们自由地交换有关零件、部件和原材料的各种信息。STEP标准的完整性使它不仅适用于中性文件的交换，而且也使产品数据库的共享成为可能。STEP标准的进一步开发和完善将使得企业之间的信息共享和交换更加容易。
STEP信息模型在ISO10303中包括许多用于产品数据表示和交换的模型。这些模型都是用一种称之为EXPRESS的数据描述语言来表达的。每个模型中包含许多实体，实体的属性和关系被用于表达和描述产品的不同部分。
STEP参考模型几何模型、拓扑模型、形状特征模型、公差模型以及材料模型都被称为集成通用资源。几何模型主要是用基本的几何实体，如点、矢量、曲线、曲面和局部坐标系等来概括性地描述产品。拓扑模型则用顶、边、环、面等实体提供了可用于几何推理的必要信息。形状特征模型主要用于描述一些具有一定语义的形状表面信息。公差模型用于表达产品的几何公差。材料模型描述了用来构成产品的零件的材料信息。
STEP应用协议是ISO10303标准的一部分，它主要是针对特定的产品种类和针对特定的生命周期，用集成通用资源来构造相应的应用数据模型。应用协议的范围、内容和要求是由具体的工业应用领域决定的。
(2)成组代码成组技术是利用产品在设计与制造过程中的相似性的一种制造哲理。其目的是通过把零件分类成组，并按零件组将机床划分成相应的单元来提高生产效率。成组技术可以应用于敏捷制造中的许多设计与制造活动，如设计检索、派生式工艺设计以及设计的评价等。特别是，成组技术使设计人员在设计新零件的过程中，能够很方便地查询到具有相似工艺和相似制造成本的相似零件。
成组技术的实现依赖于成组代码(GT代码)，GT代码是用一系列的数字来描述零件重要属性的。比较典型的用于机械类零件的成组编码系统有Opitz和MIClASS等。这些系统描述了零件的一些主要特征，如主要形状、加工表面属性、加工表面方向、尺寸、尺寸精度、材料以及生产批量、毛坯形状等。
1.2 加工工艺数据
敏捷制造中许多生产活动是由加工工艺数据来驱动的。其中，工艺规程设计除了需要确定能够将最初毛坯转换成最终产品的工艺方法外，还要在合作工厂的生产设备中确定能够完成这些加工方法、达到产品质量要求的机床设备。因此，工艺数据的重要作用除了将产品中的制造信息映射为加工方法外，还要描述各种制造工艺方法和合作工厂相关的设备加工能力。
工艺数据有两种形式。一种是通用工艺数据，常见于制造工艺手册中用来描述各种工艺方法的适用范围和能力。另一种是与工厂相关的专用工艺数据，这些数据将加工方法与工厂中特定的机床设备联系起来。
通用工艺数据用于工艺规程的设计，其中零件的每一个加工特征都与一个或几个加工方法相对应。加工工艺方法可粗略地分为一级、二级和三级方法。一级方法是指生成零件主要形状的加工方法，例如铸造和锻造。第二级是指可用于形成零件主要形状和零件加工特征的加工方法，例如材料去除加工中的铣和钻。第三级加工方法是指那些不影响零件几何形状的工艺方法，如抛光、退火和电镀等。nextpage
可以用下面的数据来描述工艺方法的适用范围和能力：
A．术语
加工名称
加工类型(一级，二级，三级)
B．经济生产批量
C.适用的材料
D.特点
形状(例如，雕塑面)
材料加工状况(去除，增加，变形)
材料性能(包括强度，粗糙度)
E.典型的应用
F.限制条件
精度和重复精度
工件的重量和大小
工件的形状
如上所述，在敏捷制造中，为了确定加工方法和确定可行的零件工艺规程，这些通用的工艺数据是需要的。此外，与合作工厂相关的专用工艺数据对于确定产品设计的可制造性也是非常重要的。
1.3 制造工厂数据
敏捷制造中对合作工厂生产能力的评估价需要大量有关工厂的数据。虽然产品数据模型和加工工艺模型在过去得到了较多的研究，但有关制造工厂数据模型却没有引起足够的重视。这里，我们提出的工厂数据模型包括以下两个方面：
经营管理信息综合描述企业经济效益、稳定性，企业管理水平、质量保证情况(如，是否通过国际ISO-9000标准)、平均生产准备周期、准时交货情况、交通通信条件以及企业信誉等信息，主要用于支持合作企业的优化选择。
企业能力信息对于给定产品，必须知道哪一个合作工厂能够进行加工以及加工的实施情况。加工的实施依赖于生产设备的加工能力。与加工设备相关的信息主要包括设备的类型、制造厂商、设备可以进行的加工方法以及使用这些加工方法的局限和成本。设备的局限包括加工精度、重复精度，零件轮廓尺寸，设备的功率，转速，进给量，切深限制等。设备的费用包括装夹时间，加工成本，工具成本，劳动力成本以及其他成本。
2 敏捷制造中的产品设计方法
保证在产品设计全过程，特别是早期，有效利用合作企业的设计、制造资源是敏捷制造产品设计技术的关键。图2是作者提出的基于上述信息模型的敏捷制造产品设计系统总体框架。它把设计过程分为三个阶段。
概念设计阶段包括用户设计要求描述、产品功能概念设计和建模，最终得到包含产品功能表面的原理方案。
初步设计阶段确定产品的总体结构，包括结构布局，零件主要形状和装配关系。这一阶段是由原理方案向形状结构转变的关键阶段，它决定了产品的零件数量、结构形状、材料以及重要的精度要求，对产品的可制造性、可装配性以及对合作企业设计、制造资源的利用都至关重要。这一阶段包括产品装配单元(零件)划分、结构方案GT查询和产品可制造装配性分析三个部分。
产品装配单元(零件)划分是在原理方案基础上，根据便于制造和便于装配的原则，对产品功能表面进行分解和重组，将产品划分为装配单元(零件)，并确定它们之间的装配关系，不同的划分将形成不同的结构方案。
结构方案GT查询完成产品结构方案与合作企业设计、制造能力的匹配查询，通过对产品结构方案GT编码，再与反映合作企业设计、制造综合能力的，零件族复合零件／标准工艺过程进行匹配查询，如果匹配，则表明该设计方案与合作企业的设计、制造能力相一致，合作企业的零件产品．(包括设计图纸、工艺文件等资料)可以直接利用，并作为详细设计的基础。如果不匹配，则需要重新设计产品结构方案或扩充新的合作企业。
产品可制造装配性分析对产品结构方案所确定的零件数量、种类、标准化程度等可装配性指标以及产品制造时间(t)、成本(c)和材料的可加工性等可制造性指标进行分析和估算(由于有相似产品的标准工艺过程作参考，这些指标容易得到)。如果产品的时间和成本符合用户要求，则可进一步进行详细设计。否则需要更改设计方案或增添新的合作企业。
详细设计阶段包括零件详细设计、工艺详细设计和可制造装配性详细分析。这些是在复合零件／标准工艺过程上进行的。
3 结论
对敏捷制造来说，产品数据信息、加工工艺信息和制造工厂信息是关键。这些信息被用来实现有关产品数据的交换、相似零件的检索、可制造装配性评价以及合作企业的优化选择。本文中，我们描述了敏捷制造中的信息需求以及这些信息在敏捷制造产品设计中的应用。
