（管理科学与工程专业论文）基于知识管理的多品种小批量加工车间制造过程信息化系统研究与应用.pdf

重庆大学硕士学位论文中文摘要 摘要 市场全球化趋势的加剧，使得车阃生产环境面临着越来越多的不确定性因素。 车间制造过程信息的有效管理，对车间面对不可预测的外部变化和内部扰动，能 够及时地、高质量地、低成本地生产出满足客户需求的产品，具有十分重要的意 义，特别是对于多品种小批量生产车间，由于其产品和生产过程多样性、易变性 和不确定性等特点，使得其生产过程信息更为复杂。车间制造过程信息化系统则 是实现加工车间制造过程有效管理，并保证企业计划层与车间控制层之间信息畅 通的有效手段之一。 本论文针对车间层的信息，特别是车间加工过程的制造信息，结合知识管理 的方法，建立了一种基于知识管理的加工车间制造过程信息化系统的体系结构， 并对其部分关键技术进行了研究。主要研究内容如下： 论文首先对基于知识管理的加工车间制造过程信息化系统体系结构进行了研 究：建立了加工车间的六视图模型，包括：功能视图、资源视图、组织视图、信 息视图，知识视图和过程视图，并使用六视图模型对加工车间进行了分析和建模； 建立了一种基于组件的加工车间制造过程信息化系统的体系结构，包括车间资源 层、组件层、功能层、业务流程组合层、表现层、车间制造过程集成框架层和现 代车间管理机制层：结合多品种小批量加工车间的运行特点，研究了其加工车间 制造过程信息化系统的运行模式。 在此基础上，论文对基于知识管理的加工车间制造过程信息化系统所涉及的部 分关键技术进行了研究：研究了车间制造过程知识的内涵，分析了车间制造过程 知识表达的需求，利用语义w e b 的本体建模语言o w l 分析、表达方法，对车间 制造过程知识进行描述，以车间制造过程执行层为例进行了知识的形式化表达； 利用组件技术，构建基于知识管理的加工车间制造过程信息化系统的业务组件库， 为加工车间制造过程信息化系统提供组件支持。 本文的研究内容已作为国家高技术研究发展计划( 8 6 3 计划) 课题“车间无纸化 系统开发与应用”的重要组成部分，在重庆齿轮箱有限责任公司的齿轮加工车间得 到了实施应用，取得了较好的应用效果。该课题已于2 0 0 7 年3 月通过了国家科技 部组织的验收。 关键词：车间制造过程，信息化系统，知识表达，组件技术 重庆大学硕士学位论文 英文摘要 a b s t r a c t t h e r ea l ei n c r e a s i n g l yu n c e r t a i n t i e si nm a n u f a c t u r i n gw o r k s h o pd u et ot h et r e n do f e 丑o b a lm a r k e tc o m p e t i t i o n 而ee a 任 e e t i v em a n a g e m e n to ft h em a n u f a c t u r i n gp r o c e s s i n f o r m a t i o ni nw o r k s h o p s , w h i c hh e l p st op r o m p t l yp r o d u c et h ec u s t o m e rs a t i s f i e d p r o d u c t sw i t hh i g hq u a l i t ya n dl o wc o s t , h a sb e c o l l l o 趾i m p o r t a n ti s s u ew h e nt h e w o r k s h o p sa r cf a c i n gu n f o r e s e e a b l ee x t e r n a lc h a n g e sa n di n t c m a ld i s t u r b a n c e t h i si s e s p e c i a l f o rt h em u l t i - v a r i e t ya n ds m a l l - b a t c hw o r k s h o pb e c 勰t h ev a r i e t yo f m a n u f a c t u r i n gp r o c e s s e s c a u s e st h e c o m p l e x i t yo f t h e m a n u f a c t u r i n gp r o c e s s i n f o r m a t i o n t h ei n f o r m a t i z a t i o ns y s t e mf o rm a n u f a c t u r i n gp r o c e s s e si nw o r k s h o p si s 0 1 3 eo f t h ee f f e c t i v et o o l st oe f f e c t i v e l ym a n a g et h em a n u f a c t u r i n gp r o c e s si n f o r m a t i o n , a n de l l s u et h ei n f o r m a t i o ni n t e g r a t i o nb e t w e e nt h ew o r k s h o p sc o n t r o ll a y e ra n dt h e e n t e r p r i s ep l a n n i n gl a y e r t h i sp a p e rf o c u s e so nt h ei n f o r m a t i o ni nw o r k s h o p s ，e s l , c c i a l i yt h em a n u f a c t u r i n g p r o c e s si n f o r m a t i o n t h ei n f o r m a t i z a t i o ns y s t e mf o r t h em u l t i - v a r i e t ya n ds m a l l b a t c h w o r k s h o p sm a n u f a c t u r i n gp r o c e s s e s ，w h i c hi sb a s e do nt h ek n o w l e d g em a n a g e m e n t , h a sb e e ns t u d i e d t h ea r c h i t e c t u r eo ft h e s y s t e m i s p r c s e n t e c k a n ds o m i k e y t e c h n o l o g i e sa l l 。a l s od i s c u s s e d t h em a i nc o n t e n t so f t h i sp a p e ra r cb e l o w f i r s t l y , b a s e d o n k n o w l e d g em a n a g e m e n t , t h e h o l i s t i ef r a m e w o r ko ft h e i n f o r m a t i z a t i o ns y s t e mf o rt h ew o r k s h o p sm a n u f a c t u r i n gp r o c e s s e si ss t u d i e d t h e s i x - v i e wm o d e l ，w h i c hi sf o r m e db yi n t e g r a t i n gt h ek n o w l e d g ev i e wi n t ot h ef u n c t i o n v i e w , t h e i c s o u r c t ev i e w , t h eo r g a n i z a t i o nv i e w , t h ei n f o r m a t i o nv i e w , a n dt h ep r o c e s s v i e w , i su s e dt oa n a l y z et h ew o r k s h o p sm a n u f a c t u r i n gs y s t e m t h ea r c h i t e c t u r eo ft h e s y s t e mb a s e do nt h ec o m p o n e n tt e c h n o l o g yi sp r e s e n t e d , w h i c hi sc o m p o s e do ft h e i c s o u t c , el a y e r , t h ec o m p o n e n tl a y e r , t h ef u n c t i o nl a y e r , t h eb u s i n e s sp r o c e s sl a y e r , p r e s e n t a t i o nl a y e r ，t h ef r a m e w o r kl a y e ri n t e g r a t i n gm a n u f a c t u r i n gp r o c e s s e s ，t h e m a n a g e m e n tm e c h a n i s ml a y e ro fw o r k s h o p t h eo p e r a t i o nm o d eo ft h es y s t e mi s d i s c u s s e d c o n s i d e r i n g t h e o p e r a t i o n a l c h a r a c t e r i s t i c so ft h e m u l t i - v a r i e t y a n d s m a l l - b a t c hw o r k s h o p i nc h a p t e r3 ，t w ok e yt e e l m o l o g i e so ft h ew o r k s h o p sm a n u f a c t u r i n gp r o c e s s i n f o r m a t i z a t i o ns y s t e mb a s e do nk n o w l e d g em a n a g e m e n ta r ed i s e , s s e d o n ei st o1 】s e o w l , w h i c hi s o n co ft h es e m a n t i cw 西m o d e l i n gl a n g u a g ea st h ek n o w l e d g e r e p r e s e n t a t i o nm e t h o d , t or e p r e s e n tt h ek n o w l e d g eo fw o r k s h o p sm a n u f a c t u r i n g 重庆大学硕士学位论文英文摘要 p r o c e s s e sa c c o r d i n gt ot h ed e s c r i p t i o no ft h ec o n n o t a t i o no ft h em a n u f a c t u r i n gp r o c e s s k n o w l e d g e , a n dt h ea n a l y s i so f t h er e q u i r e m e n tf o r t h ek n o w l e d g er e p r e s e n t a t i o n t h i s i sd e m o n s w a t e db yt h ec a s eo ft h ef o r m a l i z e dr e p r e s e n t a t i o no fk n o w l e d g ei nt h e e x e c u t i v el a y e ro fw o r k s h o p sm a n u f a c t u r i n gp r o c e s s e s t h ea n t h e ri st oc o n s t r u c tt h e b u s i n e s sc o m p o n e n tr e p o s i t o r yo ft h ei n f o r m a t i z a t i o ns y s t e mb yt h ec o m p o n e n t t e c h n o l o g y , w h i c hp r o v i d e st h ec o m p o n e n t t ot h ei n f o r m a f i z a t i o ns y s t e mo f w o r k s h o p s m a n u f a c t u r i n gp r o c e s s e s a so n ep a r to ft h ep r o j e c t r e s e a r c ha n da p p l i c a t i o no fd i # t a l m a n u f a c t o r y m a n a g e m e n ta n de x e c u t i v ek e yt e c h n i c a l w h i c hw a st h en a t i o n a lk e yt e c h n o l o g i e s r & d p r o g r a m ( 8 6 3 ) ，t h er e s e a r c hi nt h i sp a p e rh a sb e e ne f f e c t i v e l yi m p l e m e n t e di n t o t h em a n u f a c t u r i n gw o r k s h o po fc h o n g q i n gg e a r b o xl i m i t e dc o r p o r a t i o n t h ep r o j e c t h a sb e e nc h e c k e da n da c c e p t e db yt h en a t i o n a lm i n i s t r ys c i e n c ea n dt e c h n o l o g yi n m a r c h2 0 0 7 k e y w o r d s ：w o r k s h o pm a n u f a c t u r i n gp r o c e s s e s ，m i s ，k n o w l e d g er e p r e s e n t a t i o n , c o m p o n e n tt e c h n o l o g y h i 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取 得的研究成果。据我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文 中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得重麽盍堂 或其他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作了明确的说明并表示谢意。 学位论文作者签名氟犀禾 签字日期：a 一7 年朋；。日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解重麽盍堂有关保留、使用学位论文的 规定，有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允许 论文被查阅和借阅。本人授权重迭太堂可以将学位论文的全部或部 分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段 保存、汇编学位论文。 保密() ，在年解密后适用本授权书。 本学位论文属于 不保密( v ) 。 ( 请只在上述一个括号内打“”) 导师签名 签字日期 日 平， 、蹲月 级 “ 制 年 堑7 者 t 至 俐 一 文 期 沦 日 位 字 学 签 重茨大学琰士学位论文 1 绪论 l 绪论 l 。l 车间制造遂程信息亿的需求分橇 二十一毽定绞来，熬整垒球经济一体纯发展，入粕麓产瀑魏嚣隶强趋多棒纯 和个能化。产品的生命周期日益缩短，更新换代的速度也在逐步地加快，使得企 业的嫩产模式和组织方式邂渐由面向产品转变为面向客户、面向需求和面向服务。 企业的生产方式也转向了按照订单的方式来缎织生产，大批量定制和多品种小批 量的黛产方式逐渐成为主浚。匿对竞争激烈豹全球一体纯市场，众照要想立于不 黢芝魏，薤必矮吴毒把簇耱遘霜不薮餐螽戆蕤力，笼够浚更侠鹣翻废速度帮瘟变 能力擞产出市场需要的产品，其重要策略就怒将传统的制造技术叼现代的信息技 术、自幼化技术、管理技术等有机融合为新一代的先进制造技术，提高企业生产 的敏捷性和核心竞争力。 以计算机网络、数攒摩朔应用软件等r r 技术为依托，企业的傣惠佳技术也扶 爨秘戆、事嚣楚理方式转瘸全弱熬、及霹安静) 鲢瑾方式。多秘灸逡弱生产营建 和制i 纛信息纯软件也大登熄涌现和应用，在众她生产过程中发撵越来越重要豹作 用。猩产品开发层面，c a d 、c a e 、c a m 、c a p p 、p d m 等软件盼深入企业应用； 在企业管理层面，e r p m r p ，i i 、s c m 、电子商务等软件也在迅速普及，直到今天 企业e r p 系统还在如火麴綮的进行；在生产现场，j r r ( 准时生产) 、l p ( 精庭生产) o p t ( 黜生产技寒) 等燕遴翡生产缝织、蛰壤理念及玺产挨式魄褥甍了裙步应 用，嗣时，在过程控制鞭域p l c 、d c s 等得剿丈量应用，也在擎鞠级的流程控制 和管理方面取得了良好的成效。随着信息技术的广泛采用，企业以市场需求和订 单为轴心的生产活动已可以不受时间和地域的限制，依靠信息技术进行市场竞争， 提商箕的综合竞争实力。 全球经滚一体亿逶纛，黧邃了蘩遥全球绽戆形藏纛抉速发麓，瑗鼗翻造金整 嚣旗鹃竞争环境将会越来越残酷，市场竞争毯憝国际纯，迫使翩逸企韭必须做出 及时殿威和制定相应的对策，改变传统观念岛方法，采用与一体化进程相符的现 代管理思想和方法。建立现代管理理念，引遂现代管理决策机制，提高核心竞争 力已缎成为企业最迫切的蹙求和机遇所在。纵观全球生产管理模式的发展趋势， 胃瑷潺鞭戆霉基金监符为势盛藏攀瑗、局部逐澎囱综会、集藏黪筑鼗转交，茏箕 是生产诗麓、组织、控簇三大职能静整体筑纯爱是企韭为实现箕缝鹜目标，获褥 竞争优势的着重点。面对拥有高度信息化优势的国际企业的挑战，蒙使我国制造 企业积极参与国际化分工龠作和竞争，必须掌握和应用现代网络、通讯技术、计 算机软件等技术，全面集成企业各种信息系统，打通铝4 造企业从市场预测、产晶 重庆大学联士学位论文 1 缝论 分析、产品设计、生产计划，生产制造、销傣到售后服务的产品念生命周期数字 化通道，在提升我国制造众业信息化应用水平基础上，促进企业掇高市场的综合 竞争能力，帮助实现我国制造业跨越式的发髓。 瓣蘸，我匡企业信惑纯应露戆总体承乎仍然不亵，许多金效凝撂鑫龛戆特点 襄辫力德凝，在信惠纯建设中有重轰豹分澍攘遴。如在离散登众渡中，有的金监 注璧产品研发、有的企娥注熏生产管理、有的众业则注重财务管理等等；对于一 些流程溅的企业，信息化的建设主要围绕供威、销售和财务管理米进行。因此， 各企舭信息化应用水平、实施的内容也不均衡。在很多实施了信息化建设的企业 串，系统集成帮资源共享承平还比较低，在众娩蠹部还存在着谨纛弧岛”豹现象。 其突趱袭瑗是诲多金馥炎懑援携资供痰、产菇设计、生产诗裁、镳售积赋务管理 等计划屡的信息化建设，忽视产品在车间制造过程管理等执行艨的信息化建设， 使得众舭的计划层与控制朦之间缺乏有效联系和沟通，两者间出现了信息断层， 导致物资供应、产品设计、生产计划、产品销售与车间作业之间脱节，计划层的 静态帮动态信息不能及时熄传达的车翅，面车闻中斡零彳牟在制晶、燕工设备、物 辩鬟求、天受配置，苏及谤魏懿虢霉嚣宪藏壤獯等售惠邃无法及辩反续给上嚣豹 计划鼷。 猩市场需求越来越多地趋于大规模定制和多品种少批量订单方式时，产品多 样化，生产过程易变，生产设备复杂，生产嗣计划困难，生产控制动态，企业表 现缀辩市场反应不够灵敏，对客户的个性化订肇也不能够及时满怒，矗接导致企 遂在密甥竞争孛处子被凌建位l 强。 瓣j l ：，在激烈的市场竞争中要把被动地戳变为主动地位，必须快速响应市场， 保证众业计划层与控制层之间的信息畅通。盛于我国企业信息化的建设状况，消 除企业计划层与控制层之间的断层，建立它们之间的数据联系，就是开发适用于 不同行她( 企业) 和生产横式的车间制造过程僚惠化系统，车闻镱8 造过程信息化系 统楚突袋金堑谤翅藩与控麓屡之舞信患强逶懿黪蠢之鼹。 1 2m e s 系统概述及国内外研究现状 1 2 1m e s 概述 荚阑先进制造研究机构( a d v a n c e dm a n u f a c t u r i n gr e s e a r c hi n c ，简称a m r ) 通 过瓣火爨企韭薛谨查硬究耧麴缝慧缝，予粥攀谯裙蓄次提窭了锲滚羧器系统”爨 理念。翻造执行系统秘会( m a n u f a c t u r i n ge x e c u t i o ns y s t e ma s s o c i a t i o n ，简称m e s a ) 组织的m e s 定义：i v i e s 靛通过信息传递对从订单下达到产品完成的整个生产过程 进行优化管理【1 l 1 3 ，嘲。当工厂发生实时事件时，m e s 能对此及时做出反应、报告， 并用骂前的准确数据对它们进行指导和处理。这种状态变化的迅速响应使m e s 能 2 重庆大学硕士学位论文 1 绪论 够减少企业内部没有附加值的活动，有效地指导工厂的生产运作过程，从而使其 既能提高工厂及时交货能力，改善物流的流通性能，又能提高生产回报率。m e s 还通过双向的直接通讯在企业内部和整个产品供应链中提供有关产品行为的关键 任务信息。 在企业的生产运作管理流程中，一般分为计划层、执行层和控制层。a m r 组 织提出了由计划层、执行层和控制层组成的企业信息集成模型，图1 1 所示。 r i 丙 i _ j 二亚重二 图1 1 企业信息化的三层结构模型 f i 吕1 1t h r e e - l a y e rs t r u c t u r em o d e lo f e n t e r p r i s ei n f o n n a t h t i o n 在企业信息化的三层结构模型中，m e s 是信息交换的桥梁。一方面，m e s 可 以对来自m r p i i e r p 的生产计划信息分解、细化，形成作业指令，控制层执行作 业指令；另一方面，m e s 可以实时监控底层设备、在制品及作业指令，并反馈给 计划层。企业信息化的三层结构模型的信息流动状况，如图1 2 所示。 实时工厂瞥瑶( - 略在工厂中的藏据藏) i 客户 i 生产ll 工作i 控嗣参教 采购 j 订单i 指令 l i 量作指令 i l n 臁统制鼍龄统l 。篇镰， 蟛八1 i 网膝司l 瓣i 图1 2 三层结构模型的信息流 f i g 1 2i n f o r m a t i o nf l o wo f t h et h r e e - l a y e rs t r u c t u r em o d e l 3 mj mf虬 西材一 j 目巨鲁趔f 顸厚一 重庆大学硕士学位论文 1 绪论 因此，通过m e s 把生产计划与车间作业现场控制联系起来，解决了上层生产 计划管理与底层生产过程之间脱节的问题，打通了企业的信息通道，使企业的生 产计划的执行过程实现了透明化，为企业快速响应市场奠定了良好的基础。 m e s a 归纳总结出m e s 的十一个功能模块，由分派生产单元、资源配置与状 态、作业 羊细调度、产品跟踪与谱系、人力管理、文档控制、性能分析、维护管 理、过程管理、质量管理和数据采集获取模块等等组成，m e s 的功能模型如图1 3 所示 3 , 4 1 。 图1 3m e s a 组织定义的i v i e s 功能模型 f i g 1 3m e s f u n c t i o n a l m o d e ld e f i n e d b y t h e m e s a 1 2 2m e s 国内外研究现状 8 0 年代末期，美国针对m r p i i 实施的成功率问题，在分析和吸收日本企业准 时生产( j r r ) 和精益生产( l p ) 的基础上，提出既重视计划又重视执行的管理思想， 开始了对生产过程管理的深入研究，提出了m e s 的理念。通过分析研究，十多年 来m e s 在理论研究、技术发展与应用的状况【6 只1 2 , 1 4 , 埔】，从理论研究、原型系统、 市场应用和m e s 的标准化这四个方面归纳总结。 理论研究 上世纪8 0 年代开始，大量研究把模糊数学和人工智能技术的原理和方法应用 于车间生产过程的管理与控制中。如美国卡耐基梅隆( c a m e g i e - m e u o n ) 大学的 m f o x 为代表的学者们，研究约束传播i s i s ( i n t e l l i g e n ts c h e d u l i n ga n di n f o r m a t i o n 4 重庆大学硕士学位论文1 绪论 s y s t e m ) 机理，应用于车间生产过程管理与调度系统，开发一个基于知识的m e s 专家系统o p i s ( a no p p o r 嘶s d cf a c t o r ys c h e d u l i n gs y s t e m ) 。在上世纪9 0 时年代， 逐步转向分布式智能系统，基于多a g e n t 的智能制造执行系统( a g e n t - b a s o d i n t e l l i g e n tm a n u f a c t u r i n ge x e c u t i o ns y s t e m ，a b l m e s ) 的研究成为热点。美国国家 工业信息框架结构协议联盟n i i i p ( n a t i o n a li n d u s m a li n f o r m a t i o ni n f i a s t r u c t u r e p r o t o c o l s ) 提出了敏捷化m e s 技术模型。从上世纪9 0 年代末期以来，随着软件工 程技术的发展，m e s 功能模块的组件化研究成为了重点。m e s 在模块化的组件支 撑环境( m o d u l e a p p l i c a t i o nc o m p o n e n te n v i r o n m e n t ，m a c e ) 下，运用软件工程技 术和规范( 如c o r b a ，c o m d c o m ，x m l ，n e t ，n e e ) ，实现m e s 方便、灵 活、快速地配置和集成。 不同时期若干有代表性的原型系统 在m e s 不同发展时期，都会涌现出若干具有时代特征和开拓性的原型系统， 这些原型系统，对未来m e s 的理论研究以及软件系统开发，起到了良好的借鉴作 用i s , 1 0 。 1 ) 人工智能技术m e s 美国宾夕法尼亚州立大学的w y s k 等人开发一个面向生产过程管理的专家控 制系统( am u l t i - p a s se x p e r tc o n t r o ls y s t e m ) 。系统采用数据驱动和目标驱动两种方 式，能够运用已有的知识，通过车间层的反馈信息进行决策，该系统可以根据不 同的优化指标，完成车间层计划调度，同时自动地更新知识库。 2 ) 多智能体m e s 台湾学者j e f f y c p 等人采用多智能体技术，建立制造企业集成的计算机应用 系统。美国普渡大学的l 血。g 和s o l b e r g , j 提出了基于自治a g e n t 的集成化车间控 制框架，采用价格机制与作业目标相结合的市场化模型、作业优先策略、多步协 商等技术以实现对制造环境变化的适应性。 3 1 分布式的m e s 土耳其中东技术大学制造工程系的集成制造研究组，采用w i n d o w sd n a 技术 开发了一个分布式的m e s 原型系统。 4 ) e r p 环境下的m e s 韩国首尔大学的c h o ib k 和k i mb h 在建立柔性制造系统的功能模型基础 上，提出一种e r p 环境下管理f m s 的制造执行系统的由负责车间层管理的 m a i n - m e s 和负责f m s 生产线管理与控制的f m s m e s 组成的二层框架系统体系。 5 ) 基于w e b 的协同m e s v o g e l ，s 和m e s s e r ，k 【5 】提出了一种基于w e b 的合作制造执行系统 c m e s ( c o l l a b o r a t i v em e s ) ，研究虚拟工厂环境下c m e s 体系结构及信息框架， 5 重庆大学硕士学位论文 1 绪论 并在一个面向订单的电子器件制造工厂中对该系统进行了应用验证： 6 1 采用c o r b a 规范集成的m e s 台湾成功大学制造工程研究所的郑芳田教授等，应用面向对象技术与c o r b a 规范提出了一个适用于半导体制造的与硬件相关的软件系统来集成的m e s 框架。 7 ) 组件化的m e s 德国的西门子公司开发了基于本企业工业标准和软件组件化的s i e m e n sm e s ， 并已经成功的应用到工业自动化项目中，与上层的e r p 系统和底层的s c a d a 系 统进行了很好的集成。 市场应用 i v i e s 作为车间生产过程( 现场) 管理系统，在航空航天、电子、汽车、石化、 钢铁、烟草、医药等行业得到了大量的推广应用，形成了很多具有行业特点的m e s 系统和解决方案，主要厂商有i n v e n s y s 、s i e m e n s 、e m e r s o np r o c e s sm a n a g e m e n t 、 a s - p e nt e c h 、i n d u si n t e r n a t i o n a l 、h o n e y w e l lh i - s p e cs o l u t i o n s 、r o c k w e l ls o f t w a r e 、 a b b 、w o n d e r w a r e 、h i t a c h i 、y o k o g a w a 、l i u ys o f t w a r e 等。具有代表性的 软件系统如：1 ) 面向石化行业整体解决方案的h o n e y w e l l 公司的有5 个应用套件 共3 0 多个模块组成的m e s 产品b u s i n e s s f l e x p k s 。2 ) 针对流程行业的生产管 理系统的和利时公司的h o l l i a s m e s 。它通过o p cc l i e n t 模块与不同的d c s 、 p l c 控制系统进行数据交换，同时提供与e r p 等企业经营管理系统集成o d b c 接 口。3 ) 由s i m a t i cr rf r a m e w o r k 建模环境和s i m a t i ci tc o m p o n e n t s 功能组合组 成的西门子s i m a t i ci t 产品的核心s i m a t i ci tp r o d u c t i o us u i t e 。它提供可以满 足业务基本需要的功能组件，并对工厂模型的创建【7 】。 m e s 广泛地应用在我国化工、冶金、烟草、医药等流程制造行业和电子制造 业等部分自动化程度较高的离散制造行业。但是，目前m e s 主要应用在流程行业， 要在离散制造业中的全面应用，还需要做进一步的研究工作【16 1 7 1 。 m e s 的标准化 9 0 年代中期，美国a m r 研究小组提出了m e s 标准化和功能组件化、模块化 的思路。它将模块化和组件技术应用到m e s 的系统开发中。这一时期，很多团体、 政府机构、组织也参与了m e s 的标准化以及标准、模型的研究和建立活动。m e s 的标准化研究工作主要进展如下： 1 ) m e s a 于1 9 9 7 年提出的m e s 功能组件和集成模型。该模型代表的1 1 个功 能模块配置。m e s a 规定，只具备1 1 个之中的某一个或几个，也属i v i e s 系列的 单一功能产品。a m r 组织则又把按着1 1 个功能实现的整体解决方案称为 m e s i i ( m a n u f a c t u r i n ge x e c u t i o ns o l u t i o n ) 。 2 ) 在对象管理组织o m g 的制造技术委员会中，建立了致力于建立m e s 的参 6 重庆大学硕士学位论文1 绪论 考体系结构m e s m c 工作组。这六份方案包括：制造业研究组织、航空制造工业、 流程工业以及半导体制造业等不同工业类型的研究对象，具有一定的代表性。 3 ) 在n i s t 资助下，美国国家工业信息基本协议( n a t i o n a li n d u s t r i a li n f o r m a t i o n i n f r a s t r u c t u r ep r o t o c o l sn i ：i p ) 组织开展了一项名为s m a r t ( s o l u t i o nf o r m e s - a d a p t a b l er e p l i c a b l et e c h n o l o g y ) 的研究了一种信息框架来支持m e s 内部、 m e s 与企业其它信息系统以及多个企业间信息的集成和互操作。 4 ) 国际仪表学会( i s a ) 编制了标准：1 9 9 7 年的编制i s a s p 9 5 企业控制系统集 成标准和i s as p 9 8 批量控制标准，2 0 0 0 年发布了s p 9 5 0 1 模型与术语标准，2 0 0 1 年发布了s p 9 5 0 2 对象模型属性标准，2 0 0 2 年发布了s p 9 5 0 3 制造信息活动模型 ( a c t i v i t ym o d e l s ) 标准，2 0 0 3 年发布了s p 9 5 0 4 制造操作对象模型标准。 5 ) 日本的制造科学与技术中心提出了采用了c o r b a 技术实现框架的 o p e n m e s 框架规范。 1 3 车间制造过程对知识管理的需求 1 3 1 知识管理概述 t h er i g h ti n f o r m a t i o n , a tt h er i g h tt i m e , i nt h er i g h tp h i 是制造企业信息化未 来的核心目标，信息技术日益成为企业制造中不可或缺的神经系统【埘。企业的决 策者和管理者也日益认识积极推动企业的经营管理从以数据为基础转为以信息为 基础，并且继续朝着以知识为基础的状态转变。 知识的概念 首先阐明知识的定义，图1 4 是数据、信息、知识和智能直接的关系。 稍黼辆蝴黼函b 鱼 h - _ _ ，m d 啊鼬峨 图1 4 数据、信息、知识和智能之际的关系口 f 嘻1 4r e l a t i o n s h i p i n t h e d a t a , i n f o r m a t i o n , k n o w l e d g ea n d w i s d o m 1 ) 数据( d a t a ) ：数据是反映事物运动状态的一种非物质材料。它包含四种基本 7 重庆大学硕士学位论文1 绪论 形式：数字、词汇、声音和图像。 2 ) 信g ( 蛐u o n ) ：信息是已经排列成有意义的形式的数据。通过人的认知 能力对数据进行系统组织、整理和分析，使其产生相关性，但信息组织没有与特 定用户和行动相关联。 3 ) 知识( k n o w l e d g e ) ：知识表示信息的应用和生产性使用，而信息是知识的“子集 或基石”。比如消息虽然是一种重要的信息，它提供了何时、何地、何人以及简单 的事件因果联系，但不能提供事实的深层原因和连带关系。知识必须是经过加工 提炼，将很多信息材料的内在联系进行综合分析而得出的系统结论。 4 ) 智能( w i s d o m ) ：智能是激活了的知识，主要表现为收集、加工、传播、应用 信息和知识的能力。对事务发展的前瞻性看法，智慧得益于人的内在价值观和信 仰。 数据信息知识智能，构成了由低到高、由浅入深、由易到难的序列。“数 据像许多漂浮在知识海洋中的白色帽子。数据通过和其他数据联系和组织起来而 变成信息。当信息被分析、与其他的信息相联系以及同己知信息相比较时，它变 成知识。”从数据中提取的信息，其功能和价值远远大于数据。但信息是未经加工 的、原始的、粗糙的材料，知识则是通过现象、资料、数据获得的对规律性的认 识。信息可以“告知”，要获得知识是需要思考的。而智能不仅要发现事物的规律性， 还要对知识有所创新、增加，它是创造的产物。 知识管理的概念与原则 知识管理的发展历史包括了三个阶段：从1 9 8 5 年到1 9 9 0 年左右，研究学者孤立 地尝试写作和思考；从1 9 9 1 年到1 9 9 7 年左右，1 1 r 解决方案和管理方法对( 现有) 知识 的再利用；到现在逐渐从技术解决方案中摆脱出来，知识管理是通过创造知识提 高解决问题能力。 各国学者对知识管理的阐述各有千秋，本文的定义倾向于d a n i de 0 l e a f y 的 定义【2 ”。“知识管理是将组织可得到的各种来源的信息转化为知识，并将知识与人 联系起来的过程。知识管理是对知识进行正式的管理以便知识的产生、获取和重 新利用。”以及p q u i t a s 的对知识管理目标的定义【2 习：第一，知识的发布，以使一 个政体内的所有成员都能应用知识；第二，确保知识在需要时是可得到的；第三， 推进新知识的有效开发；第四，支持从外部获取知识；第五，确保知识在组织内 的扩散：第六，确保组织内部的人知道所需的知识在何处。 两位学者的定义集中体现了知识管理的基本原则：积累性、共享性和交流性； 积累和共享是知识发挥作用的基础，交流则是知识实现其价值的关键环节。 知识管理的信息技术基础 从知识管理的实施过程中的信息技术基础看，也体现了上述三个重要原则。 8 重庆大学硕士学位论文 1 绪论 无论是知识仓库( k n o w l e d g ew a r e h o u s e ) 还是知识挖掘( k n o w l e d g ed i s c o v e r y ) ，为知 识管理提供信息技术基础的软件从功能上都可以看作嘲。 州k 十u - d ) i ：其中，k ：k n o w l e d g e ，为知识；l ：t e a m i n g ，为学习；d ：d a t a b a s e ， 为资料库；i ：i n t e r n e t i n t r a n e t ，国际互联网企业内部局域网。 从信息技术的应用来看，知识管理的前沿技术包括：第一块基石_ x m l ”， 语义的基础硼t o l o g y 、数据的数据元数据与r d f 、语义网和网格等。 从人工智能的知识表达上看，知识表达语言通过语义的描述方式体现了知识 的不同特性：知识表达必须体现真实世界语义( r e a lw o d ds e m a n t i c s ) ；体现公理性 语义( a x i o m a t i cs e m a n t i c s ) ；体现语义交流( c o m m u n i c a t i o ns e m a n t i c s ) 。 因此我们的工作起点为车间制造过程知识表达。为了支持加工车间制造系统 处理日益庞大的复杂信息，我们必须从原则上重新考虑不同类型的数据集成、应 用模型构建、时空数据信息处理和新的共享与交互环境。而车间制造过程知识表 达是所有集成化产品模型的构建、应用之间的数据交换和车间制造过程信息化系 统功能的基础，因此构建一种新的知识表达模式变得日益迫切。 1 3 2 知识管理的研究现状 近1 0 年来，随着信息、通讯技术的不断发展，知识管理引起了学者们的广泛 关注例。 国外知识管理研究现状 国外知识管理领域的研究主要分布在知识管理框架、基于知识的系统、数据 挖掘、信息和通讯技术、数据库技术这五个方面。 1 1 知识管理框架 大批的学者基于著名学者p o l a n y i t 2 5 】在1 9 6 6 年对显性知识和隐性知识的区别的 基础上，提出了大量的知识管理定义、规范、框架、概念等。日本著名的知识管 理学家l k i l j i mn o n a k a 2 6 1 在1 9 9 5 年提出了著名的s e c i 模型。s k a n d i a 公司的l c i f e d v i n s s o n 【2 7 】，m a r y l a n d 大学的j l i e b o w i t z ，g e o r g ew 瑚1 i n 9 1 0 n 大学的kw r i g h t 冽 和i nr e f e r e n c ei n c 的j e e fw i l k i n s 2 9 都在知识财富和智能资本的定义和评价方面开 展了研究。k n o w l e d g er e s e a r c hi n s t i t u t e 的主席km w i i 0 1