《制造业信息化导论》体系结构和教学特点

　　0.引言　　制造业信息化是将信息技术、自动化技术、现代管理技术与制造技术相结合，用以改善制造企业的全生命周期的各个环节，实现产品设计制造和企业管理信息化、生产过程控制智能化、制造装备数控化以及咨询服务网络化的集成创新过程。随着时间的推移，我国企业信息化的实施内容不断深入。例如，“十一五”制造业信息化的主要内容包括面向大型企业集团的数字化综合集成和面向企业的“两甩”（即甩图板和甩帐本）；到“十二五”期间，制造业信息化的重点任务则深化为制造业信息化关键技术攻关、集团企业集成与协同技术开发与应用、中小企业服务平台开发与应用等。　　近十几年来，随着制造业信息化理论、技术和应用的发展，制造业信息化的相关知识也得到不断的总结和提炼。但我国制造业信息化方面的人才非常短缺，这对机械、自动化、工业工程、管理和计算机等专业的研究生、本科生、工程技术及管理人员都提出了新的挑战，要求他们能够掌握和应用制造业信息化的相关知识，帮助企业解决在实施制造业信息化过程中遇到的各种问题。因此，交叉科学前沿课程《制造业信息化导论》　　应运而生。该课程从制造业信息化的发展概况、技术体系、人才培养、建模方法、集成技术、合理化方法等方面作了全面和系统的介绍和分析，培养学生对整个制造业信息化的现状和发展趋势的了解，对制造业信息化进行分析、建模、优化和实施方法和理论的掌握，从而培养学生在企业实施信息化的过程中能从系统和全局的角度分析和解决问题，保证企业信息化实施的成功。　　本文主要介绍在《制造业信息化导论》教学的过程中，吸纳了国内外制造业信息化领域着名企业及专家学者的先进理念、思想、管理模式以及应用的具体实例，结合我国制造业信息化“十一五”和“十二五”实施的主要内容以及已有的研究前沿技术，对可能涉及到的理论、方法、技术和应用等问题进行互动式的教学，取得了良好的教学效果。　　1《.制造业信息化导论》体系结构　　在教学过程中，随着制造业信息化定义的扩展及应用的深入，为了更好的向学生展示制造业信息化的主要内容，根据本人多年对制造业信息化的理解，结合《制造业信息化导论》、《先进制造技术》和《优化方法》的教科书的主要内容，给出如图1所示的《制造业信息化导论》体系结构。　　　　在图1中，制造业信息化导论由优化方法、先进制造技术、建模方法、单元信息系统平台、企业过程管理、企业知识管理、信息系统集成和合理化方法等内容组成。其中优化方法是制造业信息化过程中应用最早和用得最多的方法，它主要以企业产品全生命周期中存在的各种管理问题和生产经营活动为研究对象，为产品全生命周期的产品设计、制造及服务提供各种优化途径及方案（如产品结构、应力和热等有限元分析）。先进制造技术主要是以产品全生命周期的某个阶段为研究对象，利用各种先进设计技术、柔性制造系统和集成制造系统等来提高企业产品的设计水平和制造能力，从而提高企业的生产效率（如并行工程、快速原型技术的应用等）。而除了优化方法和先进制造技术之外的《制造业信息化导论》的其它信息化技术是在优化方法和先进制造技术基础之上发展起来的主要技术，这些技术近十多年来取得了长足进展，如企业资源计划系统（ERP）和客户关系管理系统（CRM）在全国大中小型企业中得到的普遍应用。但是，还有相关的技术还处在应用的初级阶段，还需要不断的深入研究和探讨，如企业知识管理系统的应用、企业集团内部的信息系统集成、企业间的信息系统集成、数字化企业、各种合理化方法等都有待企业和研究人员共同的研究和探讨。　　2《.制造业信息化导论》的教学特点　　在优化设计教学方面，根据学院现有的仿真实验平台，通过仿真软件进行优化方法的教学。如通过多学科建模与仿真软件AMESim进行具体的产品建模分析与仿真，让学生理解如何通过该软件帮助设计人员进行产品设计的优化，从而降低产品开发的成本和缩短开发的周期。通用有限元分析软件NX NASTRAN对产品虚拟样机的建立和测试的现场演示，向学生展示产品虚拟样机的建立和测试过程，实现在计算机上对复杂机械系统的运动学和动力学性能仿真分析，快速、方便地创建机械系统的几何模型，从而帮助学生加深对复杂机械系统的运动学和动力学相关知识的理解和应用。　　在先进制造技术方面，通过课堂讲授和企业的实际参观理解各种先进制造技术的应用。一方面，根据学院现有的数控系统、加工中心、快速成型设备等，结合教学内容给学生进行现场讲解、视频演示等，向学生展示这些设备的原理、结构、功能和作用，并指导学生进行具体的操作（如数控编程操作、数控系统加工操作），帮助学生理解先进制造技术的工作原理和特性，并将其与传统的机械加工方法区别开来。同时，让学生操作不同的加工设备，让学生了解不同加工设备和加工方法之间的区别与联系（如数控系统与快速成型设备的区别等）。另一方面，带领学生进入相关企业的生产车间，了解企业数控系统、加工中心、快速成型设备等先进制造技术的实际应用过程，增强学生对先进制造技术的理解和掌握。　　在其他教学内容方面，本人所选用的教材是顾新建教授编着的课本，其涉及除优化设计和先进制造技术之外的其它制造业信息化内容。这部分的内容除了课堂的教学之外，需要带领学生深入到企业中，通过与企业信息化管理人员、技术人员的交流、沟通和现场演示等，了解企业单元信息化平台、企业信息过程管理、企业信息系统集成的具体实施和应用的过程。如了解企业资源计划管理系统ERP的主要功能（包括财务管理、生产控制管理、物流管理、人力资源管理等）及其实施过程，了解客户关系管理系统CRM的主要功能（包括市场管理、销售管理、服务管理等）及其实施过程等。　　另外，本人所选用教材涉及到的基于产品全生命周期管理（PLM）的集成技术、制造服务信息化、知识管理信息化、基于Web2.0企业集成等大量制造业信息化前沿技术，这是本人及相关课题组（浙江大学先进制造技术研究所）十多年来所取得的研究成果。因此，在教学的过程中，本人结合具体科研项目的研究背景、研究内容、实施的可行性及具体应用等实际情况，通过具体的实例，向学生介绍这些制造业信息化前沿技术及应用情况。同时，结合国家“十二五”制造业信息化规划及各省“十二五”制造业信息化规划的主要内容及要求，向学生介绍了制造业信息化的全球化、精益化、专业化、服务化、绿色化和智能化特点，并指出目前制造业信息化的研究前沿技术主要包括：基于知识的云制造、制造服务、制造物联技术，基于产品全生命周期的创新、设计、制造及服务集成平台等，从而加深学生对整个《制造业信息化导论》课程教学体系的深入理解和掌握。　　3《.制造业信息化导论》的未来发展　　制造业信息化的实施是企业发展到一定阶段的必然选择，是企业提高集成创新能力的主要手段。同时，制造业信息化是一个不断发展和深化的过程。这就决定了《制造业信息化导论》课程教学内容也将处于不断的发展变化过程中。也就是说，需要在《制造业信息化导论》课程中不断加入新的教学内容，这些新的教学内容大体包括以下三个方面：　　（1）云计算及云制造技术及应用。云计算是一种按使用量付费的模式，通过该模式对可配置的软硬件资源（包括网络、服务器、存储、应用软件、知识、服务等）向企业及其用户提供可用的、便捷的、按需获取与共享服务，从而减少投入和管理工作。而云制造技术是在云计算研究及应用的基础上发展起来的先进制造模式，它将现有网络化制造和服务技术同云计算、云安全、高性能计算、物联网等技术融合，实现各类制造资源(制造硬设备、计算系统、软件、模型、数据、知识等)统一的、集中的智能化管理和经营，可为企业信息化过程中制造全生命周期提供可随时获取的、按需使用的、安全可靠的、优质廉价的各类制造活动服务。由此可见，云计算和云制造技术在未来的制造业信息化推进过程中将会起到越来越重要的作用。因此，在《制造业信息化导论》课程教学过程中，这是值得探讨的内容之一。　　（2）基于知识的管理系统及在PLM中的应用。在PLM过程中涉及到设计知识、制造知识和服务知识的具体应用，这些应用能提高产品的创新与开发能力、产品设计能力、加工制造能力、服务及管理能力等，从而提升企业的整体技术实力和竞争力。因此，在《制造业信息化导论》课程教学过程中增设基于知识的管理系统及在PLM中的应用的教学内容，可为以后企业在信息化进程中实施管理系统提供一定的基础理论和技术参考。　　（3）基于PLM的集成及应用。目前，研究人员已对基于PLM的集成（包括知识集成、单元系统集成、企业内集成和企业间的集成等）进行大量的理论及应用研究，为企业实施基于PLM的集成提供大量的理论和应用支撑技术。但是，目前我国制造企业在这方面的应用主要集成在一小部分大型集成企业和高新技术企业。因此，未来在我国制造企业中大力推广和实施PLM的集成技术具有很大的应用前景。所以，在《制造业信息化导论》课程教学过程中，结合已有的研究及应用成果，增加相应的教学内容，向学生介绍PLM的集成技术也是比较重要的教学内容之一。　　4.结束语　　随着制造业信息化研究和应用的深入，作为涉及到信息技术、自动化技术、制造技术和现代管理技术等的《制造业信息化导论》交叉科学前沿课程应运而生。本人在进行《制造业信息化导论》教学的过程，根据制造企业信息化发展的情况，结合现有的课程教学内容和研究前沿，对《制造业信息化导论》课程教学问题进行了深入的探讨。先是从整体上给出了《制造业信息化导论》的教学体系结构；接着根据该教学体系指出了该课程各部分教学内容的不同教学特点；最后，指明了随着制造业信息化研究和应用的深入，《制造业信息化导论》课程教学的新发展方向及可能增加的教学内容。　　参考文献　　［1］百度百科.制造业信息化［EB/OL］.　　［2］科技部《.“十二五”制造业信息化科技工程规划［EB/ OL］．　　［3］顾新建,纪杨建,祁国宁.制造业信息化导论［M］.杭州：浙江大学出版社,2010,8.　　［4］齐从谦.制造业信息化导论［M］.北京:中国宇航出版社,2003,1.　　［5］齐二石,宋立夫.工业工程与制造业信息化［M］.北京:机械工业出版社,2011,8.　　［6］盛晓敏,邓朝辉.先进制造技术［M］.北京:机械工业出版社,2011,7.　　［7］王隆太.先进制造技术［M］.北京:机械工业出版社,2012,1.　　［8］李春明.优化方法［M］.南京:东南大学出版社,2009,10.　　［9］汪定伟,王俊伟,王洪峰等.智能优化方法［M］.北京:高等教育出版社,2007,4.　　［10］陈康，郑纬民.云计算：系统实例与研究现状［J］．软件学报，2009，20(5)：1337-1348．　　［11］李伯虎，张霖，王时龙等.云制造——面向服务的网络化制造新模式［J］.计算机集成制造系统,2010,16(1):1-7,16.