（机械电子工程专业论文）基于web+service技术的阀门网络化制造系统研究.pdf

摘要 随着制造技术、网络信息技术的发展，网络化制造成为制造企业发展的一种重要 手段。网络化制造对提高制造企业的综合竞争力，应对多变的市场需求有着深远意义。 论文介绍了网络化制造的发展现状、趋势以及实现技术，分析了当前网络化制造系统 建设中存在的问题。结合我国阀门生产制造企业的当前状况，针对阀门企业的生产特 点，课题结合了w e bs e r v i c e 技术，提出了“基于w e bs e r v i c e 技术的阀门网络化制造 系统研究”。课题通过建立一个阀门企业制造信息平台，以动态联盟为核心，实现阀 门制造企业之间的资源共享，提高生产效率，科学管理和协同制造。 论文介绍了建立阀门网络化制造系统的支持理论和实现方法，结合阀门企业的实 际管理与生产状况，提出了阀门网络化制造系统的实现方案，方案具体包括：网络化 制造平台的总体构架，平台中动态联盟的组织形式，登陆平台的企业身份认证，盟员 的选择标准以及盟员信誉评价等。论文结合阀门产品的设计、制造和管理过程，设计 出了盟主对盟员进行生产管理的生产服务系统，实现了阀门产品设计，制造等方面工 作流程的标准化。 系统采用u m l 建模工具进行系统建模，应用p o w e rd e s i g n e r 进行数据库设计， 在b s 框架下结合w e bs e r v i c e 技术进行系统开发。论文还探讨了系统未来的功能扩 展，为进一步研究网络化制造系统提供了参考。 关键词：网络化；动态联盟；w e bs e r v i c e ；阀门生产；建模 基于w e bs e r v i c e 技术的阀门网络化制造系统研究 a b s t r a c t w i t ht h ed e v e l o p m e n to f m a n u f a c t u r i n gt e c h n o l o g ya n di n f o r m a t i o nt e c h n o l o g yo f t h e n e t w o r k ，n e t w o r k e dm a n u f a c t u r i n ga r eb e c o m i n ga ni m p o r t a n tm e a n sf o re n t e r p r i s e s d e v e l o p m e n t i th a sg r e a te f f e c to ni m p r o v i n gt h eo v e r a l le n t e r p r i s e sc o m p e t i t i v e n e s sa n d o nc o p i n g 、析t ht h ec h a n g e a b l em a r k e td e m a n d t h i sp a p e ri n t r o d u c e st h ed e v e l o p m e n to f n e t w o r k e dm a n u f a c t u r i n gs t a t u s ，t r e n d sa n dt e c h n o l o g y i tb r i n g st h ed e f e c t si nc u r r e n t n e t w o r k e ds y s t e mb u i l d i n g a c c o r d i n gt oc u r r e n tp r o d u c i n gs i t u a t i o no fv a l v ee n t e r p r i s e si n c h i n a , v a l v ea sat r a d i t i o n a lm e c h a n i c a lp r o d u c ti ss e l e c t e da st h er e s e a r c ho b j e c t t h e r e s e a r c h “t h es t u d yo fn e t w o r k e dm a n u f a c t u r i n gs y s t e mo fb a s e do nw e bs e r v i c e t e c h n o l o g y i sb r i n g e df o r w a r da n dt h ew e bs e r v i c et e c h n o l o g yi si n c l u d e d t h r o u g h e s t a b l i s h i n gt h ei n f o r m a t i o np l a t f o r mf o rv a l v em a n u f a c t u r i n ge n t e r p r i s e s ，w h i c hs e l e c t s d y n a m i ca l l i a n c ea st h ec o r e ，t h ea i m si n c l u d i n gr e s o u r c es h a r i n g ，i m p r o v i n gp r o d u c t i o n e f f i c i e n c y , s c i e n t i f i cm a n a g e m e n ta n dc o l l a b o r a t i v em a n u f a c t u r i n ga r er e a l i z e d t h ep a p e ri n t r o d u c e st h e s u p p o r tt h e o r i e sa n di m p l e m e n t a t i o nm e t h o d so nb u i l d i n g v a l v en e t w o r k e dm a n u f a c t u r i n gs y s t e m c o m b i n i n gt h er e a ls i t u a t i o no fm a n a g e m e n ta n d p r o d u c t i o ni nv a l v ee n t e r p r i s e s ，t h ep r o j e c to fv a l v en e t w o r k e dm a n u f a c t u r i n gs y s t e m a p p e a r s t h ep r o j e c ti n c l u d e s ：t h eo v e r a l lf r a m e w o r ko fn e t w o r k e dm a n u f a c t u r i n gs y s t e m ， o r g a n i z a t i o nf o r m so fd y n a m i ca l l i a n c e ，e n t e r p r i s ei d e n t i t y , p a r t n e rs e l e c t i o nc r i t e r i aa n d p a r t n e rc r e d i tr a t i n g c o m b i n gt h ed e s i g n i n g ，p r o d u c i n ga n dm a n a g i n gp r o c e s s e so fv a l v e m a n u f a c t u r i n g ，t h ep a p e rb u i l d st h ep r o d u c ts e r v i c es y s t e mi nw h i c ht h ec h i e fm a n a g e st h e p r o d u c t i o no fp a r t n e r i nt h er e s e a r c h ，u m lm o d e l i n gt o o li su s e df o rs y s t e mm o d e l i n ga n dp o w e r d e s i g n e r i su s e df o rd a t a b a s ed e s i g n i n g a n dt h es y s t e mi sd e v e l o p e dw i t hw e bs e r v i c et e c h n o l o g y i nt h eb sf r a m e w o r k t h ep a p e ra l s od i s c u s s e dt h ef u n c t i o ne x t e n s i o no ft h es y s t e mi n f u t u r e i tp r o v i d e dar e f e r e n c et of u r t h e rs t u d yt h en e t w o r k e dm a n u f a c t u r i n gs y s t e m k e yw o r d s ：n e t w o r k ；d y n a m i ca l l i a n c e ；w e bs e r v i c e ；v a l v ep r o d u c t i o n ；m o d e l i n g i i 原创性声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独立 进行研究所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含 任何其他个人或集体已经发表或撰写过的科研成果。对本文的研究作出 重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到 本声明的法律责任由本人承担。 论文作者签名：至丝堑e t 关于学位论文使用授权的声明 本人完全了解济南大学有关保留、使用学位论文的规定，同意学校 保留或向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被 查阅和借鉴；本人授权济南大学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、缩印或其他复制手段保存论文和 汇编本学位论文。 ( 保密论文在解密后应遵守此规定) 论文作者签名：嶂导师签名：剐日期： 济南大学硕十学位论文 第一章绪论 1 1 课题的研究背景，对象及选题意义 1 1 1 课题的研究背景 2 0 世界9 0 年代以来，由于科学技术飞速进步和生产力的发展，顾客消费水平不 断提高，企业之间竞争加剧，加上政治、经济、社会环境的巨大变革，使得制造业发 生了巨大变化。一方面由于顾客和市场需求的多变，使得制造企业生产模式朝着多品 种、小批量、柔性化的方向发展；另一方面，由于企业间竞争的加剧，信息渠道的畅 通，经营方式上则朝着分散化、网络化的方向发展。因此，应用新兴的网络技术和计 算机技术，进行网络化制造成为很多企业应对当前变化的必然选择，企业通过网络技 术实现不同区域的资源快速组合，采用各种类型的合作方式，快速设计、快速制造、 快速检测、快速响应和快速重组，生产出低成本高质量的产品，从而缩短产品的研发 周期，降低研制费用，提高企业的竞争力。 当前大多数企业已引入各种不同的企业信息系统( e n t e r p r i s ei n f o r m a t i o ns y s t e m ， e i s ) ，如企业资源计划( e n t e r p r i s er e s o u r c ep l a n n i n g ，e r p ) 、客户关系管理( c u s t o m e r r e l a t i o n s h i pm a n a g e m e n t ，c r m ) 以及供应链管理体系( s u p p l i e rc h a i nm a n a g e m e n t ， s c m ) 等。而企业依托网络进行顺畅的业务往来，需要建立一个开放的支撑平台，在 其上设置通用的业务语境，这样才能确保企业间的业务交互真正具备可行性，由于各 种e i s 是由不同的信息集成供应商提供的，是在不同平台上的异构体系，只能按照各 自的流程，使用各自的特定数据，同时对于相同或相似业务，不同企业对其表达与具 体内涵均不可避免地存在差异，分别实现各自的应用，造成应用的重复、资源的浪费， 并阻碍了e i s 信息的共享、业务的交互。在当前的网络化制造联盟管理中，由于不同 厂商的管理系统只能管理自己的设备，所以管理人员不得不通过不同的操作平台来管 理每一个子网，并且当本管理系统与其他管理系统之间要进行信息交互时，是通过操 作员手工编程实现的，实现起来就相当繁琐困难。实现这些e i s 系统的信息共享和 业务交互是一项艰巨的工作，传统的企业应用集成( e n t e r p r i s e a p p l i c a t i o ni n t e g r a t i o n ， e a i ) 解决方案是通过建立系统的底层构架来集成各个应该用及资源达到信息在企业 内部共享和交互，花费大、耗时长、代价高。 基于上述问题的提出，我们认为可利用先进的网络交互技术标准，结合制造业的 业务特点，实现企业间业务交互技术。w e bs e r v i c e 具有跨平台性和语言独立性，可 以解决以上网络化信息共享和业务交互中存在的问题。因此将“基于w e bs e r v i c e 技术 的阀门网络化制造系统研究”作为我研究生学习期间的课题。 1 1 2 确立阀门生产为课题的研究对象 阀门行业是机械制造中的一个传统行业，网络化改造的潜力大。国际化生产逐步 强化的环境和市场竞争的逐渐激烈的现实，促使该行业寻求更加先进生产模式。网络 化制造技术将会给行业企业带来新的竞争优势。本课题确定以阀门生产为研究对象， 主要是出于以下方面综合分析得出【l j ： 阀门产品生产过程涉及范围广，生产环节较为复杂。大部分生产厂家、供应商及 合作企业为中小规模企业，生产管理不规范，网络化水平低。建立阀门网络化制造系 统可以为整个行业的网络化建设提供有益的参考，有助于提高整个行业的管理水平和 市场竞争力圆。 阀门是一种传统工业产品，技术发展成熟和完善，因此大大减少了网络化制造产 品技术方面的障碍，可以为网络化制造平台提供大量成熟的技术参考资料。 常规产品系列中，结构相似性程度高，设计计算模式、生产过程、试验方法等相 同或相似，适合采用通用模块进行管理和参数化设计、制造。这为网络化制造工作流 程的规划，协同制造模板的制定打下了基础。 阀门产品制造的相关工艺信息相似度较高，标准件和通用件较多，因此便于进行 计算机辅助工艺设计和成组技术的应用，扩展了网络化制造的功能范围。 阀门产品标准化体系发展完善，参照实用阀门设计手册2 0 0 6 年6 月重印版中列 出的阀门标准，现行的行业、国家标准1 7 4 项，国际i s o 标准2 3 项【3 j ，基本上覆盖 了阀门通用产品的设计，生产，检验，贸易等各方面的需求，为网络化制造提供了 个全面的标准体系，使制造盟员能够避免分歧，致力于各自的特长，实现优势互补。 1 1 3 课题研究的意义 正是在上述所提的背景下，本课题确定基于w e bs e r v i c e 技术的阀门网络化制造 系统研究为研究内容，其实用和科学意义体现在以下几方面： ( 1 ) 研究采用了w e bs e r v i c e 技术，有利于企业间业务交互，会使异地服务间 集成时数据正确交换以及通讯交流和信息共享更加方便可靠，为将来建立开放的网络 化制造平台提供有力的支持。 ( 2 ) 支持联盟企业的信息系统间快速重构，方便企业各个信息系统之间的业务 交互和共享【4 】。 ( 3 ) 课题将对当前可用的平台建设技术进行尝试，通过课题研究对将来网络化 制造平台的建设进行技术储备。 1 2 国内外研究现状 1 2 1 国外研究状况 网络化制造作为未来重要的制造模式，引起各国政府、研究机构和企业的广泛重 视。特别是从2 0 世纪9 0 年代初期开始，各国政府、研究机构和企业界设立了一系列 与网络化制造相关的研究项目，有力地促进了网络化制造技术的发展。 ( 1 ) 对于网络化制造的研究应该说始于1 9 9 1 年美国里海大学( l e g i g hu n i v e r s i t y ) 的2 1 世纪制造企业发展战略研究报告在该报告中提出了“敏捷制造”( a g i l e m a n u f i a c n l r i n g ) 和虚拟企业( m l a le n t e r p r i s e ) f 僦 5 1 。 ( 2 ) 1 9 9 4 年，美国能源部提出了“敏捷制造使能技术”( t e c h n o l o g i e se n a b l i n g a g i l em a n u f a c t u r i n g ，t e a m ) 的计划，t e a m 集成了产品的设计和制造，涉及联邦 政府机构、著名公司和大学等1 0 0 多个单位，并于1 9 9 5 年1 2 月发表了该项目的策略 规划和技术规划6 1 。1 9 9 5 年美国国防部和自然科学基金会资助1 0 个面向美国工业的 研究单位，共同制定了以敏捷制造和虚拟企业为核心内容的“下一代的制造”计划。 ( 3 ) 1 9 9 6 年5 月美国通用电器公司在美国国防部资助下，开展了“计算机辅助 制造网络( c o m p u t e r a d i d e dm a n u f a c t u r i n gn e t w o r k ，c a m n e t ) ”的研究。其目的是建 立敏捷制造的支撑环境，使参加产品开发与制造的合作伙伴( 制造商、供应商、技术 基于w e bs e r v i c e 技术的阀门网络化制造系统研究 孽舞i i i i i =患 推广部门、制造服务部门：政府部门等) 在网络上协调工作，摆脱距离、时间、计算 机平台和工具的影响，可以在网上获取重要的设计和制造信息，如c a d 模型、生产 工艺、制造仿真和顾客需求等【7 1 。 ( 4 ) 美国麻省理工学院研究的下一代制造系统( n e x tg e n e r a t i o nm a n u f a c t u r i n g ， n g m ) ，项目的目标是建立一种基于n g m 的公司，该公司是具有扩展性的全球企业 的一部分，是通过共享相互联系的信息、知识和资源，协同生产产品和服务的一组机 构【8 】o ( 5 ) 美国加州大学伯克利分校集成制造实验室的c y b e rc u t 研究项目的实现目 标则是开发一种能在i n t e m e t 上快速进行基于w e b 的产品设计与c n c 加工的网络化 制造服务机制。 ( 6 ) 韩国于1 9 9 9 年3 月开始实施“网络化韩国2 l 世纪”计划，旨在构筑知识经 济时代的基本框架，提高国民竞争力和人民生活水平。该计划的具体目标是到2 0 0 2 年，使韩国知识经济占经济总量的比例达到经济合作与发展组织成员国的平均水平。 ( 7 ) 欧洲的中小企业网( p l a n n i n gs m a l l m e d i u me n t e r p r i s en e t w o r k s ，p l e n t ) 。 欧洲中小企业网络的开发工作是在由意大利、希腊、匈牙利和西班牙的企业参与的 p l e n t 项目的框架下完成的。该项目的主要目标是设计和开发一个参考结构和一个 开放平台来支持中小企业生产环境下制造机械零件和产品的组织。 ( 8 ) 美国俄罗斯虚拟企业网( r u s s i a n m a m e r i c a nv i r t u a le n t e r p r i s en e t w o r k ， r a v e n ) 【9 1 0 】。1 9 9 7 年美国国际制造企业研究所发表了美国俄罗斯虚拟企业网 ( r u s s i a n u a m e r i c a nv i r t u a le n t e r p r i s en e t w o r k ，r a v e n ) ) ) 研究报告。该项目是美国 国家科学基金研究项目，目的是开发一个跨国虚拟企业网的原型，是美国制造厂商能 够利用俄罗斯制造业的能力，并起到全球制造的示范作用，该系统由五个功能模块， 即集成的产品和工艺开发、集成的企业后勤、关系型制造数据库、企业论坛和企业信 息中心。 ( 9 ) 日本的社会信息化系统( i n f o r m a t i o no f s y s t e m sf o rs o c i e t y ，i s s ) 。日本提 出的社会信息化系统目的在于实现日本社会真正向信息社会转型，不再追求工业化制 造时代局部( 部分企业、社会部门) 的高效率，而是要实现日本整个社会在未来保持 最佳状态。 4 济南大学硕 ：学位论文 除一些政府计划【l l 1 2 】之外，国际上许多企业，如美国通用汽车公司、波音公司、 思科系统公司、法国钢铁制造商u s i n o rs a c l o r 公司、德国b m w ( 宝马) 汽车公司 等均投入了大量网络化协同与制造的研究。在制造信息基础结构、虚拟企业组建与运 行技术、网络化协同产品开发技术、网络化p d m 、敏捷供应链等多方面均取得了不 少研究进展和成果【1 3 1 。 进入2 1 世纪，w e bs e r v i c e 的技术日渐成熟和完善，微软等各大技术提供商陆续 的推出w e bs e r v i c e 的构架工具，包括m i c r o s o f t 公司的v i s u a ls t u d i o n e t 、i b m 公司 的w e bs e r v i c ei b o l i t ，s u n 公司的o n e 等。这些厂商都投入到了w e bs e r v i c e 标准 的制定和应用中去。目前，w e bs e r v i c e 已经在电子政务、金融、零售、能源、交通、 地理信息服务等行业和领域广泛应用，并且也有许多成功应用的案例。 1 2 2 国内研究状况 随着信息技术、通信技术和全球化经济的发展，网络化制造已成为现代制造业的 重要发展趋势之一【1 4 1 。九五以来，我国学者关于敏捷制造、动态联盟等方面都展开了 研究，蒋新松院士关于动态联盟的研究，卢秉恒教授提出的快速响应制造【1 5 】，张曙教 授提出独立制造岛集成研究【1 6 】，刘飞教授提出的陶瓷产品网络化协同制造及电于商务 框架研究，清华大学正致力于“网络化敏捷制造工程”9 8 5 项目研究，国家机械工业 局主持开展的分散网络化制造在精密成型与加工领域的应用研究及示范，李培根院士 和杨叔子院士等开展的基于a g e n t 的分布式网络化智能制造系统和网络化敏捷制造 单元的基础理论与实现技术研究【1 7 1 ，王成恩教授致力于远程协同机器人制造研究与示 范，刘飞教授等提出的区域性网络化制造系统1 8 】，香港理工大学李荣彬教授和同济大 学张曙教授等提出的分散网络化制造的构思，西安交通大学江平宇教授等开展的基于 i n t e m e t w e b 的快速成型远程制造服务系统和网络化制造e s e r v i c e 体系框架研究， 浙江大学的祁国宁和顾新建教授则分析了网络化制造的几种发展途径并指出了网络 化制造模式在2 1 世纪制造业中的重要地位1 9 】等。国家自然科学基金、国家九五科技 攻关计划、国家8 6 3 计划针对制造业现状确立了不少研究课题，并取得了不少研究 成果，其中比较典型的有： ( 1 ) 分散网络化制造系统( d i s p e r s e dn e t w o r k e dp r o d u c t i o ns y s t e m ，d n p s ) 慕于w e bs e r v i c e 技术的阀门网络化制造系统研究 分散网络化制造系统的概念是1 9 9 6 年由香港理工大学李荣彬教授和同济大学 张曙教授联合提出的1 2 0 - - ? - 2 1 ，1 9 9 6 年4 月在香港召开了第一次筹备工作会议，成立了 d n p s 研究小组，本课题负责人重庆大学刘飞教授被选为副组长。分散网络化制造【矧 指的是：面对市场机遇，针对某一市场需要，利用以因特网( i n t e m e t ) 为标志的信息高 速公路，灵活而迅速地组织社会制造资源，把分散在不同地区的现有生产设备资源、 智力资源和各种核心能力，迅速地组合成一种没有围墙的、超越空间约束的、靠电子 手段联系的、统一指挥的经营实体网络化联盟企业，以便快速推出高质量、低成 本的新产品。其运作空间可以是全社会的，甚至是跨国界的和全球性的。 ( 2 ) 国家8 6 3 计划c i m s 主题重大项目一现代集成制造系统网络( c i m s n e t ) 面向制造业的全国性虚拟网络现代集成制造系统应用网络( c i m s n e t ) 是 8 6 3 c i m s 主题的重大项目之一，是为适应制造业的发展趋势，而建设的我国第一个 以高技术为依托、面向制造业的专业性、分布式、应用型网络系统【2 4 】。 ( 3 ) 虚拟异地合作设计组织 西安交通大学的谢友柏教授2 5 1 提出了虚拟异地合作设计组织，主要强调在产品设 计和开发中获取设计知识的异地合作。我国企业存在一些可以支持产品开发中设计知 识获取的资源或潜在资源，要使这些资源以及企业外资源以开发某项产品为中心，并 和企业组织在一起，共同为这个项目的完成进行设计知识、特别是获取新知识。已有 一些异地合作设计组织的新概念和关键技术研究，在实验室中有一些局部的和初级的 试验，如上海交通大学与上海飞机制造厂之间进行了异地设计的联网试验；西安交通 大学、清华大学与上海交通大学等高校也在策划异地合作设计网，但这些工作还属于 开始阶段。 ( 4 ) 其他网络化制造模式 华中理工大学杨叔子院士等在国家自然科学基金资助下进行了网络化制造方面 的研究，提出了“基于a g e n t 的网络化制造”模式和“分布式网络化制造系统 ( d i s t r i b u t e dn e t w o r k e dm a n u f a c t u r i n gs y s t e m ，d n m s ) ”，并研究了c o r b a 规范 在其中的应用。其基本目标是将现在的各种在地域上或逻辑上分布的异构制造系统 企业，利用分布式对象技术和多代理系统( m u l t i a g e n ts y s t e m ) 技术连接起来，以 提高各个制造系统。企业间的信息交流与合作能力，进而实现制造资源共享，以快速 6 济南大学顾- t 学位论文 寻求市场机遇和响应市场需求变化，赢得市场竞争。另外，合肥工业大学c i m s 研 究所也进行了基于a g e n t 的网络化制造系统的研究1 2 6 】。 国内在电子商务方面，有很多学者对w e bs e r v i c e s 架构及其支撑技术、工作流 模式正进行详细的研究致力于建立了制造业信息化模型以实现了制造业电子化的 b 2 b 和b 2 c 业务。s e t r a gk h o s h a f i a n 在分析商业流程管理及其层次结构的基础上，提 出了基于w 曲s e r v i c e s 技术的虚拟企业联盟框架2 7 1 。吴增德博士补充了u d d i 规范， 提出了基于服务的电子商务集成框架，适用于集成b 2 b 电子商务过程中采购方与销 售方的整个电子商务过程【2 8 1 。2 0 0 2 年制造业信息化应用试点示范工程全面启动，有 近2 0 0 0 个企业作为开展制造业信息化的试点，到目前已经创造了可观的经济效益。 尽管如此。与国外商务平台相比，还是有运作效率低，前、后台系统信息脱节和安全 隐患这样的问题。 同时针对网络化制造存在的质量，信任以及数据交换方面的问题，国内很多学者 在这些方面展开了研究。如基于x m l 的动态质量信息研究、基于x m l 数据交换平 台的研究与应用【2 9 1 。国内还有许多关于网络化协同开发方面的研究和应用，包括设计 模式、设计方法、过程管理、信息共享、安全保证和实现技术等各个方面，可以说不 胜枚举，并取得了许多可借鉴的宝贵经验和成果。 1 3 论文主要内容 本论文主要包含以下五个方面的研究内容： ( 1 ) 探讨学习w e bs e r v i c e s 技术，以及与之密切相关的x m l 、s o a p 、w s d l 、 u d d i 等技术。 ( 2 ) 研究讨论w r e bs e r v i c e s 对网络化制造发展的影响，以及网络化制造系统构 造模式产生的变化。 ( 3 ) 对常用阀门产品的设计，制造工艺，加工等方面进行研究，改进阀门生产 管理模块开发。 ( 4 ) 研究企业建模的理论和方法，通过比较选定u m l 这种面向对象的、具有 统一和标准化意义的建模工具，实现对阀门网络化制造系统的u m l 建模。 ( 5 ) 采用w e bs e r v i c e 技术来实现阀门网络化制造系统部分模块的开发、部署 基于w e bs e r v i c e 技术的阀门i ；络化制造系统研究 和管理，实现的模块包括会员注册，管理员管理，企业身份认证，盟员的选择标准以 及盟员信誉评价，生产管理等模块。实现的功能包括权限管理，验证码验证，f t p 服 务，任务分配，相关系统信息查询修改等功能。 济南大学硕士学位论文 2 1 引言 第二章网络化制造相关支撑理论与技术 网络化制造系统是应用于制造领域，利用计算机硬件和软件，利用各类分析、计 划、控制和决策模型及数据库的人机系统，通过这一系统可以整合企业现有的生产、 经营、设计、制造、管理，及时地为企业提供准确而有效的数据信息，从而支持制造 企业的运行和管理。 从内涵上讲，发展网络化制造系统的目的是为了实现现代管理、优化控制和科学 决策，从而达到企业竞争力水平的提高。从组成上来看，网络化制造是一个人机合一 的系统，包括人、计算机网络硬件、系统平台、数据库系统、通用软件、应用软件、 数字化制造设备等。 为此要进行网络化制造系统的建设，必须要搞清楚网络化制造系统所涉及的相关 理论与支撑技术，本章将详细介绍网络化建设相关理论与实现技术。 2 2 网络化制造理论与技术 所谓网络化制造是指通过采用先进的网络技术、制造技术及其其它相关技术，构 建面向企业特定需求的基于网络的制造系统，并在系统的支持下，突破空间对企业生 产经营范围和方式的约束，开展覆盖产品整个生命周期全部或部分环节的企业业务活 动( 如产品设计、制造、销售、采购、管理等) ，实现企业间的协同和各种社会资源的 共享与集成，高速度、高质量、低成本地为市场提供所需的产品和服务1 3 0 1 。网络化制 造是企业为应对知识经济和制造全球化的挑战而实施的，以快速响应市场需求和提高 企业( 企业群体) 竞争力为主要目标的一种先进制造技术，其核心是采用先进的计算机 技术、网络技术，以及其他相关技术，特别是跨越不同企业之间存在的时空差距，使 制造空间充分外延，通过企业之间的信息集成、功能集成、过程集成和知识集成，有 效促进企业间的协同和各种资源的优化配置，从而实现企业快速、高质量、低成本地 为市场提供所需的产品和服务，进而提高整个产业链和制造群体的竞争力1 3 1 1 。 网络化制造系统的特点【3 2 】： 基于w e bs e r v i c e 技术的阀门网络化制造系统研究 蔓曼曼曼i i ii , i i 蔓 ( 1 ) 网络化：网络化制造是以i n t e m e t 、i n t r a n e t 、e x t r a n e t 为基础，网络联盟企 的信息主要是通过络传递和共享来实现快速响应。信息通讯技术是网络化制造的基本 的支撑技术。 ( 2 ) 协同化：网络化制造系统实施应用的主要技术目标是实现协同，这也是网 络化制造模式区别于其他先进制造模式的主要特点之一。 ( 3 ) 敏捷化：由于网络化制造面对的是个不断变化和不可预测的市场环境，其 产品和生产过程心能根据需要进行快速重组，实现模块、系列化和可重用。 可以说网络化制造技术不是一项具体技术，也不是一个一成不变的单项技术，而 是一个不断发展的动态技术群p 3 1 ，是在计算机网络和数据库基础上实现的所有先进制 造技术与相关理论的总称。归纳起来大致可以分为总体技术、基础技术、集成技术与 应用实施技术【3 4 j 。具体技术构成框架可以由图2 1 表示【l 】： 图2 1 网络化制造技术的构成框架 卦 其中总体技术主要是指从系统的角度，研究网络化制造系统的结构、组织与运行 等方面的技术。基础技术是指网络化制造中应用的共性与基础性技术，这些技术不完 全是网络化制造所特有的技术。集成技术主要是指网络化制造系统设计、开发与实施 中需要的系统集成与使能技术，如c a d c a m c a e 集成技术，实现企业的数字化设 计。应用实施技术则是支持网络化制造系统应用的技术。 网络化制造的实施内容则主要是制造过程数字化，i i l j - 产品设计数字化，管理数 字化，生产过程控制智能化以及制造装备数字化。网络化制造系统在运行时，一方面 1 0 w e b s e r v ；c e 技术 济南大学硕士学位论文 是以制造项目的形式来对制造任务进行管理；另一方面是以系统现有的控制结构为指 导，根据制造需求实现多种形式的制造资源动态配置【3 5 1 ，最终实现协同机制，系统控 制机制与生产制造过程的紧密匹配。 2 3 动态联盟 网络化制造是2 1 世纪的制造模式。建立动态联盟是实施网络化制造的关键，其 目的是利用联盟中各个盟员的核心资源优势，迅速提升企业的制造能力和装备能力。 因此，在网络化制造环境下，制造资源不再是由单一企业的资源组成，而是由不同地 域的不同企业的资源组成【3 6 】。 企业动态联盟是实现协同商务和市场资源共享的有效途径当一个企业获得市 场信息资源后，可以根据它确定市场需求，进行概念设计、功能设计，然后将功能设 计分解为自主设计部分，协同设计部分和功能外包部分，这些分解同时也是对市场信 息资源的分解，通过共享这些分解的市场信息资源，由企业动态联盟的创建者作为主 企业，加盟者作为从企业，构造企业动态联盟，实现产品的协同开发【3 7 1 。 动态联盟的研究主要集中在建模方法及运行机制上【3 8 1 。在总体上，对于跨企业信 息系统的研究还处在起步阶段，期望通过多智能体系统来建立统一的信息集成基础 3 9 1 ，而多智能体系统的表现不是全局规划的，而是通过智能体的交互来实现的。 2 4 产品数据管理 p d m 是以软件为基础的技术，它将所有与产品相关的信息及有关的过程集成在 一起进行管理的数据平台。换句话说，p d m 是一个软件框架，以此框架为基础，高 度集成各种应用软件而组成的系统。该系统使设计者、制造者和管理者全面管理、紧 密跟踪、适度控制、实时查看哪些围绕产品设计、开发及整个生命过程中的所有与之 有关的数据与过程，其目的是在正确的时间，把正确的信息，以正确的形式，传递给 正确的人，完成正确的任务。 从产品来看，p d m 系统可帮助企业组织产品设计( 包括需求分析、设计规划、产 品建模) ，完善结构修改( 包括产品结构管理与配置、产品版本控制) 、跟踪进程中的 设计概念，及时方便地查找存档数据以及与生产、制造、销售等相关的产品信息。 綦于w e bs e r v i c e 技术的阀门网络化制造系统研究 从过程来看，p d m 系统可协调组织和规范化管理诸如设计、审查、批准、制造、 数据变更、工作流优化，以及产品发布等过程事件。 从p d m 的应用范围看，p d m 系统由于其功能性、系统独立性、规模性、开放性 等区别而大致分为两类：面向工作组级和面向企业级的p d m 。面向工作组级的p d m 主要以一两种应用软件( 如c a d 、c a p p 、有限元分析) 为集成内容，使用规模在几台 至几百台左右的工作站，运行在局域网络环境中的p d m 产品，我们也称其为部门级 p d m 。企业级p d m ，可按用户需求以任意规模组成多机种、多网络环境、多数据库、 多分布式服务器、多种应用一起集成的跨企业、跨地区的超大型p d m 系统，其功能 覆盖企业全体业务过程，为企业提供以产品开发作为主导、基于并行工程思想的完整 解决方案。 p d m 的基本功能是将产品从设计到消亡的整个生命周期内的数据，按照一定的 数学模式加以定义、组织和管理，使产品数据在其整个生命周期内保持一致、最新、 共享和安全。其主要功能可以概括为以下四个方面f 1 】：( 1 ) 电子仓库：它是p d m 最基 本的功能。( 芝) 过程控制支持：用来定义用户和修改数据的方法并为产品开发过程的 自动管理提供必要的支持。( 3 ) 产品构造：它可以生成，命名，导航和编辑一对一的 关系以及基于关系的对象。( 4 ) 配置管理：它以电子仓库为底层支持，以系列化产品 的相关数据作为其管理对象，以材料明细表( b o m b i l lo fm a t e r i a l ) 为其组织核心，将 定义最终产品的所有工程数据和文档联系起来。 2 5 工程数据库技术 数据库是用来满足多种类型终端用户需要的相关数据的共享集合。它用综合的方 法组织数据库，具有较小的数据冗余，可供多个用户共享，具有较高的数据独立性， 具有安全控制机制，能够保证数据的安全、可靠，允许并发地使用数据库，能有效、 及时地处理数据，并能保证数据的一致性和完整性【4 0 1 。建立数据库管理系统的宗旨是 减少维护并在需要时能灵活地导出信息。然而数据库管理系统的设计即软件的开发实 际是一件非常复杂的事，没有一套系统的方法，软件的研制工作可能会陷入困境。利 用软件工程化的方法是一种有效的方法，它指出明确的工作步骤，也给出了描述软件 产品的文档格式。 济南大学硕士学位论文 与面向事务型的数据库相比，工程数据库中的数据主要有以下特点【l j ：1 ) 工程 数据中静态( 如一些标准、设计规范、材料数据等) 和动态( 如随设计过程变动而变 化的中间设计结果数据) 数据并存。2 ) 数据类型的多样化，不但包括数字、文字， 而且包含结构化图形数据和文档资料等非结构化数据。3 ) 数据之间复杂的网状结构 关系( 如一个基本图形可用于多个复杂图形的定义，一个产品往往由许多零件组成) 。 4 ) 大部分工程数据是试探性交互式设计过程中形成的。数据模型是在设计过程中才 形成的。 图2 2 数据库的设计步骤 3 ) 逻辑设计阶段 4 ) 物理设计阶段 5 ) 数据库实施阶段 6 ) 数据库运行维护阶段 土 本课题涉及的数据库结构由3 部分组成：1 ) 数据库，它是按一定的结构组织在 一起的，阀门生产领域相关工程数据的集合；2 ) 数据库管理系统( d b m s ) ，它是负 责组织和管理数据信息的程序，本课题体使用s q ls e r v e r2 0 0 0 系统；3 ) 数据库应用 程序，即数据库前端程序，用于浏览、修改数据的应用程序。工程数据库的设计与面 向事物数据库的设计一样，一般也是遵循软件的生命周期理论，分为6 个阶段，具体 如图2 2 所示【。 基于w e bs e r v i c e 技术的阀门网络化制造系统研究 蔓皇曼寰皇曼曼曼量鼍曼曼曼曼皇曼曼量鼍蔓曼曼曼曼曼曼曼曼曼曼曼曼曼皇! 兰! 曼曼曼曼曼皇曼曼曼i i 曼曼曼皇舅皇量皇曼皇曼曼皇曼量鼍量皇曼量皇皇曼一 2 6 软件工程 软件工程是用工程、科学和数学的原则和方法研制、维护计算机软件的有关技术 及管理方法【4 1 1 ，它支持项目计划和估算、系统和软件需求分析、软件设计、编码、测 试和维护。在系统的开发中，要想使软件功能强大、使用方便，开发出来的软件必然 就会越来越复杂和庞大，为了使软件开发具有计划性和可控性，减少开发的重复性和 效率低下等问题，因此本课题在开发网络化制造系统的过程中采用了软件工程的理论 和方法。 软件工程项目的基本目标主要包括【4 2 】：付出较低的开发成本；达到要求的软件功 能；取得较好的软件性能；开发的软件易于移植；需要较低的维护费用；能按时完成 开发工作并及时交付使用等。在具体项日的实际开发中，同时使以上目标都达到理想 的程度是非常困难的，而且上述目标很可能是互相冲突的。例如，若降低开发成本， 很可能同时也降低了软件的可靠性；若过于追求提高软件的性能，可能造成开发的软 件对硬件或领域有较大的依赖，影响到软件的可移植性。因此在软件开发时要平衡考 虑。 软件工程包括三个方面的内容：方法、工具和过程。软件工程方法为软件开发提 供”如何做”的技术，它涵盖了项目计划、需求分析、系统设计、程序实现、测试与维 护等一系列的任务。软件工具为软件工程方法提供了自动的或半自动的软件支撑环 境。软件工程的过程则将软件工程的方法和工具综合起来以达到合理、及时地进行计 算机软件开发的目的。软件工程过程是进行一系列有组织的活动，从而能够合理地和 及时地开发出计算机软件。 2 7j s p 技术 要基于网络开发制造信息系统必然离不开动态网页技术，j s p ( j a v as e r v e rp a g e ) 便是由s u n 公司推出的动态网页开发技术。相对于其他b s 模式下的动态网页技术， j s p 技术有着如下所列的诸多的优势【4 3 】，正是由于j s p 技术的这些优势，课题采用j s p 技术来具体实现系统所需的功能要求。 1 ) 一次编译，多处运行，代码的执行效率高。 j s p 的脚本语言是j a v a 语言，因此它具有j a v a 语言的一切特性。同时，j s p 1 4 济南人学硕士学位论文 也支持现在大部分平台。当j s p 第一次被请求时，j s p 页面转换成s e r v l e t ，然后被编 译成c l a s s 文件，以后( 除非页面有改动或w e b 服务器被重新启动) 再有客户请求该 j s p 页面时，j s p 页面不被重新编译，而是直接执行已编译好的c l a s s 文件，因此执行 效率特别高。 2 ) 组件的重用性。 可重用的、跨平台的j a v a b e a n s 和e j b ( e n t e r p r i s ej a v a b e a n s ) 组件，为j s p 程 序的开发提供方便，我们可以将复杂的处理程序( 如页面中需要显示的动态内容及对 数据库的操作) 放