（管理科学与工程专业论文）基于Web服务的制造资源管理集成研究.pdf

摘要 摘要 面对日趋激烈的市场竞争和国民经济建设的要求，如何对制造资源进行智能 获取与集成，实现制造资源约束下的生产能力评估与调整是制造企业生存和发展 的关键因素。目前与企业制造相关的业务活动包括制造资源建模、资源库管理、 资源获取、面向生产线运行的资源配置等，对这些业务活动的集成化已成为现代 制造资源管理的主流，企业面向生产线运行的制造资源优化配置活动，是由大量 的应用业务功能系统支撑的。对制造信息、过程与相关应用系统的动态集成，成 为本论文所要做的主要工作。 对于制造企业的制造业务活动的集成应用的研究，目前流行的是采用面向服 务架构s o a ，把制造业务描述成标准的服务，在分布式的网络平台上进行发布管理， 本文采用基于w e b 服务的技术思想，按照把业务活动封装成标准服务，将制造资 源管理所涉及到的业务进行分类，并层级设计了所对应的制造资源管理业务服务。 基于w e b 服务，本文设计了制造资源管理集成的模式，对制造资源管理基础 业务的逻辑流程进行了组织。采用面向对象的标准描述语言u m l 及i d e f 建模工 具，对与制造活动相关的业务流程及其业务集成进行了模型分析，并在此基础上， 自顶向下的，从零散的制造资源的堆砌到可视化的与用户交互层的窗口界面，构 建了制造资源管理集成系统的逻辑架构。 宏观角度、系统层面的制造活动的集成架构构建之后，可以了解粗粒度的制 造业务的管理集成，另外，本文还从具体的制造管理相关业务出发，深层次的对 构成集成系统的子系统进行了设计分析，以u m l 活动图来描述该业务的活动流 程，并以基于w e b 服务的思想，设计相关业务的服务构成。微软的n e t 平台，是 实现w e b 服务系统的主要技术平台，本文在此平台上进行了相关实现。 关键词：w e b 服务制造资源管理集成业务模型分析服务设计n e t 平台 a b s t r a c t a b s t r a c t u n d e rt h ef i e r c em a r k e tc o m p e t i t i o na n dt h er e q u i r e m e n t so ft h ed e v e l o p m e n to f e c o n o m y , t h ek e yp o i n tf o rt h em a n u f a c t u r i n ge n t e r p r i s e s s u r v i v a la n dd e v e l o p m e n t t h n l so u tt ob eh o wt oo b t a i na n di n t e g r a t et h em a n u f a c t u r i n gr e s o u r c e sw h i c ha r et h e n u s e dt oe v a l u a t ea n da d j u s tt h ep r o d u c t i v ec a p a c i t y m a n u f a c t u r i n g - r e l a t e db u s i n e s s a c t i v i t i e si n c l u d em a n u f a c t u r i n gr e s o u r c em o d e l i n g ，r e s o u r c em a n a g e m e n t , i n t e l l i g e n c e a c q u i s i t i o na n dp r o d u c tl i n e - o r i e n t e da l l o c a t i o no fr e s o u r c e s ，a n dt h ei n t e g r a t i o no ft h e s e b u s i n e s sh a sb e c o m et h em a i n s t r e a mo fm o d e mm a n u f a c t u r i n gr e s o u r c em a n a g e m e n t a n di ti ss u p p o r t e db yal a r g en u m b e ro ff u n c t i o n a ls y s t e m s t h i sp a p e rc o n c e m so nt h e d y n a m i ci n t e g r a t i o no ft h ei n f o r m a t i o n ，p r o c e s sa n dr e a l a t e da p p l i c a t i o ns y s t e m s w i t hr e f e r e n c et oc u r r e n ti n t e g r a t e da p p l i c a t i o no ft h em a n u f a c t u r i n ga c t i v i t i e s ，t h e m e t h o d o l o g yo fs e r v i c eo r i e n t e da r c h i t e c t u r eh a sb e e nw i d e l yu s e d ，m a n u f a c t u r i n g b u s i n e s sa r ed e s c r i b e da ss t a n d a r ds e r v i c e sw h i c ha r et h e nr e l e a s e da n dm a n a g e do na d i s t r i b u t e dn e t w o r kp l a t f o r m an e wa p p r o a c hb a s e do nw e bs e r v i c e si sa d o p t e di nt h i s p a p e r , b ye n c a p s u l a t i n gt h eb u s i n e s sa c t i v i t i e si n t os t a n d a r ds e r v i c e s ，t h o s eb u s i n e s sa n d s e r b i c e sr e l a t e dt om a n u f a c t u r i n gr e s o u r c e sm a n a g e m e n tc a nb ec l a s s i f i e da n d d e s c r i b e d h i e r a r c h i c a l l y t h i sp a p e rd e v i s e sam o d eo fi n t e g r a t e dm a n u f a c t u r i n gr e s o u r c e sm a n a g e m e n t w h i c h i sb a s e do nw e bs e r v i c e s ，a n do r g a n i z e st h el g i c a lf l o wo ft h eb a s i cb u n i s e s s ，b y t a k i n ga d v a n t a g ef oo b j e c to r i e n t e dl a n g u a g eu m l a n dm o d e l i n gt o o li d e ft oa n a l y z e t h eb u s i n e s sp r o c e d u r ew h i c ha r er e l a t e dt om a n u f a c t u r i n ga c t i v i t i e s m o r e o v e r , i t c o n s t r u c t sal o g i c a la r c h i t e c t u r eo ft h ei n t e g r a t e dm a n u f a c t u r i n gr e s o u r c e sm a n a g e m e n t s y s t e mb yu s i n gt h em e t h o d o l o g yo f u s e ri n t e r a c t i o nf o r mt o pt ob o t t o m y o uc a ng e tau n d e r s t a n d i n go fm a n u f a c t u r i n gm a n a g e m e n ti n t e g r a t i o nr o u g h l y t h r o u g ht h ei n t e g r a t i o no fm a n u f a c t u r i n ga c t i v i t e sb a s e do nm a c r op e r s p e c t i v ea n d s y s t e m - l e v e l b e s i d e st h a t ，t h i sp a p e ra l s oa n a l y s e st h es u b s y s t e m st h o r o u g h l yf r o mt h e p e s p e c t i v eo fs p e c i f i cm a n u f a c t u r i n gm a n a g e m e n t - r e l a t e db u s i n e s s ，u s e su m l a c t i v e d i a g r a mt od e s c r i b es p e c i f i ca c t i v i t i e so fb u s i n e s sp r o c e s s e s ，a n da l s od e s i g n sr e l e v a n t b u s i n e s ss e r v i c e sc o m p o s i t i o nb a s e do nw e bs e r v i c e s t h i sp a p e ra l s oc a r r i e so u ts o m e r e l a t e di m p l e m e n t a t i o no nm i c r o s o f t s n e tp l a t f o r mw h i c hi sam a i nt e c h n o l o g y p l a t f o r mt oa a c h i e v ew e bs e r v i c e s 基于w e b 服务的制造资源管理集成研究 k e y w o r d ：w e bs e r v i c e s t h ei n t e g r a t i o no fm a n u f a c t u r i n gr e s o u r c e m a n a g e m e n t b u s i n e s sa n a l y s i ss e r v i c ed e s i g nn e tp l a t f o r m 西安电子科技大学 学位论文创新性声明 秉承学校严谨的学风和优良的科学道德，本人声明所呈交的论文是我个人在 导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标 注和致谢中所罗列的内容以外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成 果；也不包含为获得西安电子科技大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的 材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中做了明确的说 明并表示了谢意。 申请学位论文与资料若有不实之处，本人承担一切的法律责任。 本人签名：乳色 西安电子科技大学 关于论文使用授权的说明 本人完全了解西安电子科技大学有关保留和使用学位论文的规定，即：研究 生在校攻读学位期间论文工作的知识产权单位属西安电子科技大学。学校有权保 留送交论文的复印件，允许查阅和借阅论文；学校可以公布论文的全部或部分内 容，可以允许采用影印、缩印或其它复制手段保存论文。同时本人保证，毕业后 结合学位论文研究课题再撰写的文章一律署名单位为西安电子科技大学。 ( 保密的论文在解密后遵守此规定) 本学位论文属于保密，在年解密后适用本授权书。 本人签名： 导师签名：组 日期丝：丕! ! 支 第一章绪论 1 1 1 选题背景 第一章绪论帚一早三百y 匕 1 1 选题背景及研究意义 本论文选题来自国家8 6 3 高技术项目企业级可视化制造资源智能获取与 集成应用技术，及西安航空发动机( 集团) 有限公司的合作项目数字化工厂 与企业级制造系统仿真。 其中，8 6 3 项目研究制造资源可视化智能化建模问题，通过对制造资源的多维 多粒度知识描述，建立面向服务的可视化制造资源智能模型；研究制造资源智能 获取，构建面向服务的可视化制造资源管理模式；研究面向生产线运行的制造资 源配置与优化，实现企业生产能力评估、生产线布局优化设计与可视化动态调整； 最终，在理论和技术基础上，构建面向服务架构的企业级制造资源集成框架，按 照结构化、模块化的分析设计思想，采用统一建模语言u m l 工具和i d e f 模型对系 统进行软件总体的设计与详细的设计，采用基于s o a 的解决方案开发企业级可视 化制造资源智能管理系统。 数字化工厂与企业级制造系统仿真项目，通过对公司现有基础设施、制造资源、 生产工艺流程和资源配置等信息的调研与分析，为其建立公司级的数字化工厂模 型。该模型主要包括车间平面布局、三维布局，数字化生产线模型，生产线仿真 运行等几个方面。最后根据模型运行分析的结果，建立公司级的数字化生产线。 通过虚拟数字化工厂的建立，为全厂工艺流程规划、生产线布局调整、生产线整 合优化、工艺优化提供科学的决策支持，并为制造资源及相应制造能力的精确核 算提供平台。 本文，在结合两者项目的基础上，对建立面向服务架构的制造资源管理集成架 构及其实现模式，试图利用基于w e b 服务的技术思想，对该管理集成模式进行研 究。通过面向对象的统一建模语言u m l 和i d e f 模型对制造资源管理集成模式下 的业务流程、功能架构进行分析设计。采用s o a 的解决方案，试图在基于微软 的n e t 工具下实现该制造资源管理集成的架构。 1 1 2 研究意义 在我国，航空航天制造业渐渐成为响应中外备受关注的一个亮点，随之而来 的其他汽车、船舶制造企业也都在产品研制模式上越来越呈现出并行化、协同化、 数字化等特点，特别是对于制造环节来讲，提出了快速制造模式转换、快速响应 2基于w e b 服务的制造资源管理集成研究 制造、快速批量转换的需求，同时大量的先进制造资源，例如高精度数控机床、 机器人、快速工装等，被引入制造过程。企业制造资源在不断充实的同时，需要 采用数字化手段对其进行有效的管理与集成，才能不断挖掘制造资源的加工能力， 提高企业的生产能力和核心竞争力。因此，制造资源建模、管理和集成的研究也 越来越成为关注的重点，通过制造资源的数字化、可视化、智能化等管理手段和 工具，实现制造资源的优化配置、提高制造资源的利用率、充分发挥制造资源的 潜能。 本论文拟在建立工程化的制造资源智能获取与管理集成应用系统为目标，利 用基于w e b 服务的技术思想，将制造资源获取与管理集成所涉及到的业务进行快 速、准确、柔性的统筹。通过建立制造资源管理集成门户，方便企业内各个与企 业制造相关的系统，进行资源服务的共享与交互；通过门户电子地图宏观看板的 信息的控制，实现企业决策层直观的信息反映；通过对制造资源智能模型的结构 化管理，实现资源智能模型在面向生产线运行的快速获取、维护、配置；通过实 现在虚拟环境下制造资源的可视化，对制造资进行源可视化的访问、布局设计的 动态规划调整；通过实现制造资源的快速、准确、智能的定位，支持了面向服务 的制造资源智能获取，终可建立面向数字化生产线应用的制造资源共享和优化配 置的系统平台。 1 2 制造资源管理集成研究现状 制造资源种类繁多，功能各异，具有分布性、异构性、动态性等特点，制造 资源管理集成的目的就是要屏蔽底层物理资源的复杂特性，将整个制造企业资源 在逻辑层上连接成一个有机的整体，实现高效地资源查找和定位，协调资源的共 享使用，为后续进行资源的优化、配置、调度和评估工作奠定一个良好基础。 a d e m p i e r e 实现了制造资源的分类管理，并且对制造资源的状态和利用情况 实现了管理，实现了制造资源系统的人工添加和删除功能。制造资源的快速检索 能力是制造资源管理系统的关键技术，a d e m p i e r e 实现了基于制造资源的类别、生 产能力、利用率、等待时间和时间浪费等的搜索。波音公司的d c a c m r m ( d e f i n ea n d c o n t r o la i r p l a n ec o n f i g u r a t i o n m a n u f a c t u r i n gr e s o u r c em a n a g e m e n t ) 系统曙1 应用单一数据源和制造资源管理更新方案实现了商用飞机的快速研制。a v a k i 公司 的旗舰产品企业信息集成软件，通过单一数据层对整合的数据视图进行标准 化访问的同时，还对这些大量的分布式数据源进行无缝的数据集成b 1 。 在制造资源的集成化管理中，制造资源的检索是其中的关键技术。唐敏等n 1 提出 了一种基于x m l 的网络化制造资源检索技术。范黎林等畸1 对基于语义w e b 的网络化 第一章绪论 制造资源的检索进行了相应的算法研究。 黄海量哺3 对制造的搜索进行了研究，其研究的制造资源搜索引擎提供了制造行业 的企业制造资源信息在线搜索功能，由用户选择搜索方式并输入搜索关键字或搜 索要求进行在线搜索。曹锐等盯3 提出了基于本体的网络制造资源检索：提出了一个 基于本体的网络环境下的制造资源获取和智能检索系统结构( 如图3 所示) ，并 建立了多层次的信息智能检索模型，论述了语义检索的相关算法。 图1 1 基于本体的制造资源智能检索系统体系结构 随着网络化制造的发展和应用，基于a s p 的网络制造资源管理的研究成为网 络化制造研究的热点。贵州大学的谢庆生、李少波等在国家8 6 3 计划项目“面向 a s p 平台的产品创新设计与制造资源管理构件 、国家8 6 3 计划项目“面向机电行 业的a s p 应用服务平台开发与应用、国家自然科学基金项目“面向协同商务制 造资源管理的关键技术研究 等研究中，提出了基于a s p 的网络化制造资源管理 系统的建模方法，开展了关键技术研究及应用系统开发呻1 。 国秀丽鹏1 在分析总结虚拟制造企业的基础上，提出了基于a s p 的制造资源管理 系统的体系结构，建立了制造资源管理系统的业务模型和描述模型，并利用层次 分析法进行资源评价和优化配置。杨永智等n 伽提出了一种基于w e b 服务的敏捷制 造资源的集成解决方案框架，主要包括应用本体论的制造资源建模，企业端的制 造资源提供程序和在i n t e r n e t 上的敏捷制造资源的集成服务和制造资源搜索。 张英杰等n 1 1 针对网络信息技术的发展对企业制造资源管理提出的新要求，研 究了制造资源建模、智能化管理、数据安全与保密相关技术，运用j s p + j a v a s e r v l e t + j a v a b e a n 、可扩展标记语言x m l 和专家系统等解决方案，实现了一个网 络环境下的智能制造资源应用管理平台。并在此平台的基础之上，以制造设备的 网络化、智能化管理为主，通过权限管理机制，基于产生式规则的模糊匹配准则， 4基于w e b 服务的制造资源管理集成研究 实现了制造资源的智能搜索管理。 由北航海尔、西北工业大学承担的“十五”8 6 3 项目“基于制造资源优化配置 的制造过程管理系统”，对分布式、网络化资源库构建、制造单元设计、制造资 源的优化配置、基于有限能力的生产作业计划、制造过程的数据集成等方面进行 了系统研究。 综合来说，随着w e b 服务技术的发展，面向服务的架构( s e r v i c e s o r i e n t e d a r c h i t e c t u r e ，s o a ) 将成为网络化制造系统的主要架构。因此，如何基于面向服 务的方式实现异地资源的建模描述与有效组织，使各服务提供者通过网络化制造 平台快速地将自身核心能力资源以服务的形式发布到全球环境中将是未来网络化 制造研究的重要课题。 1 3 本文的研究内容及研究框架 本文以面向服务的组织架构来实现制造资源管理集成模式为主线，重点构建 了基于w e b 服务的制造资源管理集成模式；针对如何集成资源业务管理的问题， 用相关建模方法进行了相关分析；从总的宏观层次，对制造资源管理集成的实现 模式进行了总体设计分析；按照集成业务的不同，进行分类设计分析，描述其组 织层级服务的描述构成；最终以n e t 平台实现相应的部分业务服务功能。本文的 研究框架如图1 1 所示： 第一章重点介绍了本文的选题背景、研究意义、制造资源管理集成的研究现 状及本文研究的主要内容。 第二章重点介绍制造资源管理集成问题所涉及到的业务内容及基础理论，及 其相关的实现业务管理集成现有的技术研究方法、理论。为实现制造资源管理集 成提供理论基础和技术支撑。 第三章本章分析了制造资源管理集成涉及到的业务问题，同时，从其中挑选 出本文所要集成的业务对象，以实现面向服务的组织架构的w e b 服务技术，分析 设计了基于w e b 服务的制造资源管理集成模式，并以业务示例分析了在此模式下 的业务流程情况。 第四章针对第三章的制造资源管理集成模式、本文从如何实现该模式的角度 构建制造资源管理集成系统，设计了实现总管理集成系统的逻辑架构，同时， 在该架构模式下设计了系统的总体功能架构，结合构建系统过程中，不同阶段的 需要，以相应的建模方法，分析了实现该总系统过程中的各种问题点。 第五章承接上一章总系统的设计分析，本章从制造资源管理集成中所涉及到 的具体业务问题，用u m l 活动图等模型工具和分析方法，梳理了业务过程，并设 第一章绪论 5 计了各个业务管理的层级服务构成。 第六章应用m i c r o s o f t n e t 平台及其o r a c l e1 0 9 数据库，对制造资源管理 集成系统进行了相关系统实现。 第七章对全文进行总结，指出本文的主要工作和贡献，并对今后的研究方向 和趋势进行展望。 第一章 第二章 第三章 第四章 第五章 第六章 第七章 绪论 ii 制造资源管理集管理集成技术理 成理论论方法 il 基于w e b 服务的制造资源管理集成模式设 计 i 该模式下的总系j该模式下的总系j i 统逻辑架构设计l 统功能架构分析l 总系统建模分析 面向服务的各个子系统业务的分析及对 应业务服务的设计 制造资源管理集成系统的实现 总结与展望 图1 2 本文研究框架 本文的创新点在于： 1 结合w e b 服务技术和面向服务的架构s o a 思想，设计了制造资源管理集成 的模式，基于w e b 服务的s o a 思想是将制造资源管理活动中所涉及到的业务封装 成服务的格式，在统一的u d d i 注册中心进行统一规范化的发布，方便别的业务 单元进行数据的共享与发现。 2 以基于w e b 服务的制造资源管理集成模式为基础，设计制造资源管理集成 系统的逻辑实体架构，同时，在该逻辑架构下进行了总系统的功能分析。用相关 统一建模语言u m l 和i d e f 0 对系统构建中的不同阶段的需求，进行分析构建相 关模型分析。 3 从具体的制造资源管理相关的业务出发，深层次分析了构成集成系统的子 业务，以方便用户理解。用系统开发人员理解的u m l 活动图来描述该业务的活动 6 基于w e b 服务的制造资源管理集成研究 流程，并以基于w e b 服务的思想，设计了相关业务管理的服务构成。 4 基于微软的。n e t 平台，对本系统进行了相关实现。设计了相关数据库、分 析了业务数据共享的x m l 数据交互方式，以具体一个业务的实例进行举例说明。 第二章相关理论基础及技术工具 7 第二章相关理论基础及技术工具 2 1 制造资源管理相关理论基础 制造企业关于制造资源的管理涉及到的点和面非常众多和宽泛，一个单点的 制造资源模型的抽象描述，是实现制造资源共享的起点基础，由此而展开的制造 资源的管理，涉及到企业产品制造过程中一切活动的统筹，包括制造需求任务的 配置、资源库共享、基础数据库管理等方面。生产线是组织制造资源的主体所在， 面向生产线运行的制造资源配置是实现制造资源共享的关键。 2 1 1 制造资源建模 制造资源建模是一种制造能力的抽象描述，是实现制造资源共享的基础。其 研究主要从资源组织模式、柔性制造系统( f m s ) 、计算机集成制造系统( c l m s ) 、 设计制造过程自动化、制造能力、应用范围等不同的角度进行，这些研究拓展了 人们对制造过程的认识。而制造资源数据的知识建模涉及制造资源数据的知识描 述，以及建立支持资源决策的规则库。其规则库的通用性取决于制造资源知识表 达模型的通用性。 ( 1 ) 制造资源定义 按照不同的制造资源应用目的，对制造资源有不同的分类方法。按照资源的使 用范围，可分为狭义的制造资源和广义的制造资源n 2 | 。 狭义制造资源：指产品生产过程中所需要的物质资源，是面向计算机集成制造 系统( c i m s ) 、计算机辅助工艺设计( c a p p ) 、数字控制( n c ) 等系统所需的底层制造 资源。 广义制造资源：是指涉及到企业生产经营的一切活动和产品全生命周期的大 制造中的所有资源，包括生产场地、生产设备、原材料、工艺技术、加工数据、信 息、资金、人力资源和网络软硬件等。 ( 2 ) 制造资源的分类 本文对制造资源分类的是为了便于制造资源管理活动能够在一个大集成平台 中进行共享，同时为了便于制造活动的柔性、动态组织和管理，所以本文是从广义 的角度来分析制造资源的。按照基于网络的制造资源分类n 3 3 和基于企业的组织结 构的分类n 钔分别如下： 按照基于网络的制造资源分类，分为设计资源、加工资源、装配资源、仿 真资源、检测资源、仓储资源、物流资源、销售资源、服务资源、维修资源和信 息资源等形式，网络共享是制造资源集成管理主要的共享形式和最终目标，因此网 基于w e b 服务的制造资源管理集成研究 络资源是制造资源集成管理中的一类重要资源n 别。另外，仪器、设备旁边的操作人 员也是制造资源集成管理中的重要资源，很多资源的共享都需要人的参与。 基 于 网 络 的 制 造 资 源 视 图 软件资源 软件+ 硬件资源 硬件资源 设计资源 人力资源 在线资源 半在线资源 离线资源 基 于 网 络 的 制 造 资 源 视 图 图2 i 基于网络的制造资源分类 根据企业的组织结构分为5 个层次，即企业层、车间层、单元层、工作站 层和设备层，每个层次所代表的制造资源都具有一定的属性和功能。企业层完成 企业经营决策和生产管理：车间层执行生产任务调配和任务调配：单元层完成单元 任务调度和监控：工作站层完成设备控制与动作协调：设备层执行加工、传输和测 且 亘。 一 企业层 一一一 车间层 一 制造单元胃 一 工作站层 园 设备层 图2 2 基于企业的组织结构制造资源分类 一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一 第二章相关理论基础及技术工具 9 2 1 2 制造资源管理与获取 制造资源的管理包括开展企业产品制造过程中所涉及的一切活动的统筹，其中 涉及制造企业制造需求任务的配置、资源库共享、基础数据库管理方面，同时也 包括制造资源的分类、描述、评价、搜索等n6 1 。现今制造资源管理活动分布式的 在一个虚拟网络共享环境中进行。 ( 1 ) 制造资源的管理 对于制造资源的管理，本文按照如下的三个维度n 7 3 来描述制造资源管理活动 的整个统筹过程，如图所示： 模型应用 资源生 周期 图2 3 制造资源管理三维描述 资源管理层维度 资源管理层次维度包括资源战略与规划、资源支持与运作以及资源运行与反 馈3 个层次这3 个层次分别对应制造企业管理层次的计划层、制造层与反馈层。 资源战略与规划层主要是根据企业经营战略，制订符合企业发展模式的资源 管理模式，例如网络化制造、敏捷制造模式等；资源支持与运作层则是根据企业制 造订单需求，合理安排、布置企业资源，使之能够最大程度地为制造企业的生产制 造过程服务；资源的运行与反馈层则是对资源的运行过程进行有效地记录，对资源 的状态进行实时监控与管理，从而为资源的调度组合提供依据与参考。 资源生命周期维度 资源生命周期维度从资源本身的信息及其组成的角度出发，关注资源从需求、 设计、实现、运行维护到报废的整个生命周期内的所有信息，并通过资源的分类、 属性以及结构等方面进行制造资源的信息描述。 l o 基于w e b 服务的制造资源管理集成研究 模型应用实施维度 建立制造资源管理的平台，是基于网络的面向服务的信息技术来进行资源管 理活动的实现，因此为了使模型更好地适应服务建模的需求，模型应用实施维度从 服务接口、服务实现、服务部署等几个方面描述资源模型的服务化过程n 引。 ( 2 ) 制造资源的获取 制造资源准确、快速的发现是实现资源和资源请求者联系起来的重要环节。 制造资源的发现过程，可以分为资源获取和资源检索两个阶段n 训。其中，在网络虚拟 平台环境中，资源获取模式大致可分为集中式和分布式两类。 集中式制造资源的获取：采用统一的数据库结构进行信息描述与存储，资源信 息由用户人工录入和维护啪1 ，检索范围局限于己提交信息的企业，以及一些预定义 的信息。 分布式制造资源的获取：制造资源的信息分布在制造网络的不同企业、不同 应用系统中，通过需求推理机制、制造资源集成接口映射、搜索引擎乜实现企业 用户所需的制造资源信息。 2 1 3 面向生产线运行的制造资源配置 生产线是组织制造资源的主体所在，是整个企业制造活动的执行实体和效益 源泉，是企业物料流、控制流和信息流的交汇点，也是制造企业实现各项目标的 基础和根本所在乜引。面向生产线运行进行制造资源配置是实现制造资源共享的关 键，需要考虑资源使用者的资源需求和资源提供者的资源能力及状态属性之间的 多对多满足关系，涉及资源配置，布局优化，仿真优化等多方面的技术。 ( 1 ) 面向生产线运行的产能分析 制造资源作为企业的基础工艺能力，它随着生产计划、生产任务的下达，随 着生产的推进其物理状态也会发生变化。面向生产线运行的产能分析主要包括生 产线产能的核算、产能评估及其产能调整几个方面测，其中： 产能核算：在制定生产计划时，对所需的生产能力进行准确的核算，得出 工厂的基本生产能力概貌。根据企业实际需求要求核算实现，时间段的定义与维 护、人员班次的安排、核算标识的定义、基础数据库的调用以及快速计算功能雎劓。 然后通过生成的输出报告获知某时期内的具体生产能力。 产能评估：作为产能分析的核心部分，评估根据企业自身要求选择适当的 生产方式，明确生产线产能目标，分析生产线产能影响的因素，选择指标确定评 估准则及其评估模型对产能进行评估。 产能调整：通过某一阶段产能评估的结果，如果有现有产能不能满足生产 第二章相关理论基础及技术工具 需求的情况出现，可以通过调整现有的制造资源配置来调整已有的产能负荷现状， 从而到达更高的产能要求。 ( 2 ) 布局优化 制造系统中的布局设计是工业工程研究和实践中一个重要并且长期存在的领 域，是一个典型的工程问题口副。它是将加工设备、物料运输设备、工作单元和通 道走廊等制造资源合理放置在一个有限的生产空间里面的过程，可看作是制造系 统的组织过程。在一个制造系统中，布局不是一个孤立的问题，它与整个系统设 计的其他工作是紧密关联并且相互影响的，其相互关系可以用下图啪1 表示： 图2 4 布局设计与三个重要设计过程之间的关系 ( 3 ) 制造资源约束下的生产线运行仿真与优化 面向制造资源约束的生产线运行仿真与优化主要面向生产线，其主要包括，生 产线运行仿真，生产线运行状态评价与分析和生产线运行多目标优化。 生产线运行仿真：采用面向对象的建模技术，仿真模型从制造资源库中获 取制造资源的相关信息，并通过与p d m 和m e s 系统的集成获取产品信息和生产控 制信息，以数字化的生产线布局为基础建立生产线运行仿真模型汹1 。 生产线运行状态分析与评价：研究产品在生产过程中的物料运输、存储以 及加工等动态过程的各种统计性能。如设备能力是否均衡，生产线的生产能力是 否过剩，物料系统的流动周期是否过长等。对于众多的生产运行状态参数，通过 构建生产线运作状态分析评价模型心7 1 ，以量化的综合性能指标描述现有生产过程， 并与给定的目标指标进行比较判断是否需要进一步优化。 生产线运行多目标优化：生产线分析评价模型给出了综合性能指标与目标 指标之间的差距，目标优化是从优化算法库中选取合适的优化算法，如遗传算法、 模拟退火算法、蚁群算法等，对生产线进行参数优化和结构调整，以达到均衡 生产、低成本运营、高效产出等目标为综合体的多目标优化。 1 2 基于w e b 服务的制造资源管理集成研究 2 2 基于w e b 服务的系统集成应用技术 制造资源管理集成系统是面向服务的体系架构s o a ，基于s o a 的架构包括三类 操作者：服务提供者、服务请求者和服务代理豳1 ，它们通过三项基本操作：发布、 查找、绑定进行相互作用啪3 ：服务提供者向服务代理发布服务，服务请求者通过 服务代理查找所申请的服务，并绑定到这些服务上。 2 2 1 基于s o a 的w e b 服务 ( 1 ) s o a 理念 s o a 的思想呤最早由著名的i t 咨询公司g a r t n e r 于1 9 9 6 年提出，它为s o a 描述的远景目标是：让信息系统变得更有弹性，以更快地响应业务单位的需求， 实现实时企业( r e a l t i m ee n t e r p r is e ) 。 s o a 是一种i t 体系结构样式，支持将业务作为链接服务或可重复业务任 务进行集成，可在需要时通过网络访问这些服务和任务。这个网络可能完全 包含在公司总部内，也可能分散于各地且采用不同的技术，通过对来自纽约、 伦敦和香港的服务进行组合，可让最终用户感觉似乎这些服务就安装在本地 桌面上一样。需要时，这些服务可以将自己组装为按需应用程序即相互 连接的服务提供者和使用者集合，彼此结合以完成特定业务任务，使业务能 够适应不断变化的情况和需求( 在有些情况下，甚至不需要人工干预) 。 服务( s e r v i c e ) 是s o a 的核心。s o a 指定组有关服务的实体( 服务提供 者、服务消费者、服务代理、服务契约等) ，这些实体详细说明了如何提供和 消费服务。遵循s o a 的系统必须要有服务，这些服务是可互操作的、独立的、 模块化的、位置明确的、松耦合的，并且可以通过网络查找其地址。 ( 2 ) s o a 的实现技术- w e b 服务 g a r t n e r 公司提出s o a 的概念已经有相当长的时间，可很长时间以来并没 有受到大家的关注，究其原因，就是因为真正适合s o a 的技术没有出现1 。 而随着w e b 服务技术的发展和成熟，s o a 也进入了大家的视线，受到广泛的 关注和认可。 虽然w e b 服务技术并不是唯一能实现s o a 的技术，但却是最合适的技术， 从各大厂商推出的s o a 产品来看，w e b 服务已经成为事实上的s o a 实现技术。 s o a 的核心是服务，而w e b 服务在这方面和s o a 几乎相同。 第二章相关理论基础及技术工具 2 2 2 基于w e b 服务的系统集成相关技术理论 ( 1 ) w e b 服务的定义 现今，各个组织对w e b 服务的定义略有不同，i b m 对w e b 服务的定义3 1 是：w e b 服务是一种接口，它描述了一组操作，可以使用标准的x m l 消息传递技术，经由 网络访问这些操作。w e b 服务可完成指定的任务或任务组。w e b 服务采用标准的、 形式化的x m l 概念进行描述，称之为服务描述。服务描述提供了与该服务进行交 互所必须的所有细节，包括消息格式、传输协议和位置。 接口的实质是隐去了服务的实现，以便使它的使用可以独立于实现它的硬件 或软件平台，独立于用来编写它的编程语言口制。这就允许并促进了基于w e b 服务 的应用成为松耦合的、面向组件的、跨技术的实现。w e b 服务可以单独使用，也可 以与其他w e b 服务协作执行一个复杂的任务或商业事物 ( 2 ) w e b 服务的组成： w e b 服务的本质上就是以标准化的方式实现企业内外各个不同服务系统之间 的互调和集成。制造资源管理集成中的各个业务活动之间的相互交互，可以通过 w e b 服务的这三个组成m 1 来实现： i i 回 图2 4 w e b 服务的组成 w s d l ： w e b 服务描述语言( w e bs e r v i c ed e s c r i p t i o nl a n g u a g e ，w s d l ) 是一种基于 x m l 格式的w e b 服务描述语言，其主要目的在于服务的提供者将自己服务的相关内 容，如服务的传输方式、服务的方法接口、接口参数、服务路径等，生成相应的 文档，发送给使用者。使用者通过这个w s d l 文档，创建相应的请求消息给服务提 供者，而服务在完成以后，服务请求者会根据w s d l 文档把返回的服务结果消息解 析成自己能理解的内容。 s o a p ： s o a p ( 简单对象访问协议，s i m p l eo b j e c ta c c e s sp r o t o c 0 1 ) 是一种轻量的、 简单的、基于x m l 的协议，它被设计成可以在w e b 上交换结构化的信息，是w e b 由：回 1 4 基于w e b 服务的制造资源管理集成研究 服务的标准通信协议。s o a p 请求( r e q u e s t ) 消息将客户端的服务请求消息发给服务 器，如需要调用什么样的服务接口方法，以及接口参数值等等。s o a p 答复( r e s p o n s e ) 消息，是从服务器返回给客户端的消息，如服务实现后的结果返回值或者调用服 务时发生的错误信息等。 u d d i ： u d d i ( u n i v e r s a l 、d e s c r i p t i o n 、d i s c o v e r y 、i n t e g r a t i o n ) 是一种创建注 册表服务的规范，以便对w e b 服务进行注册发布供使用者查找。当服务提供者想 让自己的w e b 服务向外公布，以便外部能找到其服务时，服务提供者可以把自己 的w e b 服务注册到u d d i 注册中心。 随着u d d i 技术的发展，现在一般用户已经可以轻松的架设自己的u d d i 中心。 另外需要指出的是，u d d i 对于s o a 和w e b 服务来说并不是必须的。w s d l 文件中已 经给出了服务的u r l ，外部用户只要能获得w s d l 文件，就能利用里面的u r l 对服 务进行调用。 x m l ： x m l ( e x t e n s i b lm a r k u pl a n g u a g e ，可扩展标记语言) 是由w 3 c ( 互联网组织) 于1 9 9 8 年2 月发布的标准，是s g m l ( s t a n d a r dg e n e r a l i z e dm a k e u pl a n g u a g e ， 标准通用标记语言) 的一个简化子集，它将s g m l 的丰富功能与h t m l 的易用性结 合到w e b 应用总。 另外，x m l 描述了一类称为x m l 文件的数据对象，同时也部分地描述了处理这 些数据对象的计算机程序的动作。本质上x m l 是一门表达结构化数据的技术。大 部分相关w e b 服务都是用x m l 作为数据表达方式，因此业界一致认为它将为网络 信息交换的通用语言。 2 3 本章小结 本章为本文研究的理论内容章节，介绍了与本文研究相关的理论基础和实现 制造资源管理集成的技术支撑理论工具。在回顾各个理论研究现状和技术支撑的 同时，指出了本文研究工作的出发点，即基于实现s o a 架构主要技术w r e b 服 务技术思想，开展对制造资源管理集成的制造资源模型管理，制造资源管理集成、 面向生产线的制造资源优化配置。 第三章基于w e b 服务的制造资源管理集成模式 1 5 第三章基于w e b 服务的制造资源管理集成模式 3 1 基于w e b 服务的制造资源管理集成问题描述 按照第二章制造资源管理相关理论的介绍，制造资源管理从三个横向的维度 划分为制造资源的建模分析、制造资源管理与获取、面向生产线的制造资源优化 配置；但这些也只是从一个宏观的维度来描述制造资源管理所涉及到的粗问题， 从深层次基于网络构成和基于w e b 服务的系统集成角度来讲，这样的描述不能够 满足具体制造资源管理的需求，所以有必要有一个沿袭横向维度的纵向问题描述。 3 1 1 制造资源管理集成问题构成 ( 1 ) 针对制造资源建模问题，其中资源建模是制造能力的抽象描述，是实现制造 资源共享的基础。研究包含： 如何对制造资源进行知识表达和描述从资源组织模式、f m s 、c i m s 、设 计制造过程自动化、制造能力、应用范围等不同的角度，对制造资源模型描述； 如何快速、直观的访问二维、三维的可视化资源模型； 如何导向制造资源建模基于w e b 快速接入相关建模工具，关联虚拟模 型间的新旧更替与创建撤销。 ( 2 ) 针对制造资源管理与获取，面对制造资源的分布性、异构性、动态性等特点， 资源管理与获取的目的就是要屏蔽底层物理资源的复杂特性，在逻辑层上连接整 个制造企业为一个有机的整体。研究包含： 如何可视化的导航制造资源管理构建基于w