（机械制造及其自动化专业论文）e制造中的设备远程监控研究.pdf

摘要 摘要 随着信息技术和网络技术的不断深入应用和发展，世界经济进入了知识经济和网络经济的时 代，信息成为制造业中的最活跃的主导性因素。如何方便、快捷地把供应商、用户和制造企业的 信息融合在一起就变得至关重要。因此，e 制造( 电子化制造) 模式应运而生。 e 制造作为一种面向整个供应链、充分实现供应商、客户和制造企业之间的无缝集成的全新 制造模式，其研究内容不但丰富而且复杂。功能强大的制造层自动化系统是成功开展e 制造的基 础。本文的研究就是针对基于e 制造的制造层自动化系统而展开的。 通过对目前制造层自动化系统的研究现状的分析，可以认为，制造层自动化系统的一个重要 方向是制造设备监控的远程化，高实时性、可靠性、通用性的设备远程监控系统是建立功能强人 的制造屡自动化系统的关键技术之一，同时也是上层应用系统( e r p 、p d m 、c r m 、s c m 等) 的 数据源泉。论文主要以e 制造为背景，然后瞄准制造层自动化这条线，最后集中精力在没备远程 监控点上进行突破。根据这一思路，本文主要包括以f 内容： 第一章介绍本文研究的领域及背景：对e 制造的背景、体系结构、关键技术和远j 葺 监控的背 景、发展历史、研究现状及缺陷进行了详细介绍，讨论了它们的重要性；并对本文研究的意义、 主要研究内容以及全文的概貌和组织结构作了简要论述。 第二章对远程监控技术进行了详细的研究。首先对远程监控进行整体- 陛的描述，然后，对远 程监控模型进行了分类和比较。接着，给出了多级混合模式的远程监控模型( 简称：m l m m r m c 模型) ，并对其理论和体系结构进行了深入研究。 第三章对实现m l m m - r m c s 的关键技术进行了详细的研究。首先探讨了串口通信的常见标 准、原理及串口通信的实现。随后，讨论了s m s 的基本原理及其新模式，并详细讨论了s m s 的 开发情况。最后对m l m m - r m c s 中的其它关键技术进行了概要说明。 第四章对e 制造中的r m c 通信协议进行了详细研究。首先对r m c 通信协议中的c r c 校验 及其算法和实现进行整体性的介绍。接着，对r m c 通信协议及r m c 通信协议中的特别规定进 行了详细说明。最屙，给出了面向数控设备的r m c 通信协议的详细通信协议及其实现实例。 在前三章的论述的基础上，第五章介绍了笔者开发的基于m l m m r m c 模型的e 制造中的 m l m m - r m c s 监控系统原型。首先详细论述了e 制造中的m l m m r m c s 的体系结构及功能设 计。然后对e 制造中的m l m m - r m c s 进行了详细设计及实现。最后给出一个系统的运行实例， 并对其实际应用加以介绍。 本文第六章对全文的工作进行了总结，并对进一步的工作进行了展望。 荧键词：电子化制造，远程监控，串口通信s m s 通信，拨号通信，虚拟现实，m p e g 4 ，c r c 校验，r m c 通信协议，组件技术 a b s t r a c t a b s t r a c t w i t ht h ed e v e i o p m e n ta n df a r t h e ra p p l i c a t i o no f i n f o r m a t i o nt e c h n o l o g ya n dn e t w o r kt e c h n o l o g y , t h ew o r i dw i d ee c o n o m yc o m e si n t o t h ee r ao fk n o w l e d g ee c o n o m ya n dn e t w o r ke c o n o m y a n d i n f o r r n a t i o nb e c o m e st h em o s ti m p o r t a n t f a c t o r si ne m a n u f a c t u r i n g t h e nh o wt oi n t e g r a t et h e i n f o r m a t i o na m o n gp r o v i d e r 、c u s t o m e ra n dm a n u f a c t u r i n gc o r p o r a t i o nb e c o m e sv e r yi m p o r t a n t a sa r e s u l t ，e - m a n u f a c t u r i n gm o d e c o m e st r u e t h ee m a n u f a c t u r i n gi san e wm a n u f a c t u r i n gm o d ef a c i n go nt h ew h o l es u p p l yc h a i n w h i c h r e a l i z e st h ei n t e g r a t i o nd i r e c t l ya m o n gp r o v i d e r 、c u s t o m e ra n dm a n u f a c t u r i n gc o r p o r a t i o n a n dt h e c o n t e n to fe m a n u f a c t u r i n gi sn o to n l yv e r ya b u n d a n c eb u t a l s o c o m p l e x i t y am a n u f a c t u r i n g a u t o m a t i o nw i t hp o w e r f u lf u n c t i o ni st h eb a s eo fc o r r e c tc a r r y i n go u te - m a n u f a c t u r i n g t h i sp a p e r b e g i n sw i t ht h em a n u f a c t u r i n ga u t o m a t i o ns y s t e mi ne - m a n u f a c t u r i n g a c c o r d i n g t ot h ep r e s e n tr e s e a r c hc o n d i t i o no fm a n u f a c t u r i n ga u t o m a t i o ns y s t e m ，t h ea u t h o rt h i n k s t h a tt h ep o w e r f u lm a n u f a c t u r i n ga u t o m a t i o ns y s t e mi sb u i l to nt h er m cs y s t e m ar m cs y s t e mw i t h h i g hr e a lt i m e 、h i g hc r e d i b i l i t ya n dh i g hc u r r e n c y i sn o to n l yt h ec o r eo f t h e p o w e r f u lm a n u f a c t u r i n g a u t o m a t i o ns y s t e m ，b u ta l s ot h eh e a d s p r i n go f t h eu p p e ra p p l i c a t i o ns y s t e m ( s u c ha sc r m a n ds c ma n d s o o n ) t h i sp a p e rb e g i n s w i t ht h eb r o a df i e l do fe - m a n u f a c t u r i n g ，t h e nc o m e st ot h el i n eo f m a n u f a c t u r i n ga u t o m a t i o nc o r r e c t l y , a tl a s tb r e a k st h r o u g hf r o mt h ep o i n to fr m c w i t ha l l e n e r g y a c c o r d i n g t ot h i s ，t h ep a p e ri n c l u d eb e l o wc o n t e n t s ： l nt h ef i r s tc h a p t e r ，t h eb a c k g r o u n da n da p p l i c a t i o nd o m a i no f t h i sp a p e ra r ew o r k e do v e ri nd e t a i l n o to n l yt h eb a c k g r o u n d 、t h ea r c h i t e c t u r ea n dt h ek e yt e c h n o l o g y o fe - m a n u f a c t u r i n g ，b u ta l s ot h e b a c k g r o u n d 、t h eh i s t o r y 、t h er e s e a r c ha c t u a l i t ya n d t h ed e m e r i to f r m c a n dt h ee s s e n t i a l i t yo f t h e m i sd i s c u s s e d a tl a s t ，t h es i g n i f i c a n c eo ft h er e s e a r c h ，t h em a j o rr e s e a r c hc o n t e n ta n do u t l i n eo ft h i s p a p e ra r ed i s s e r t a t e db r i e f l y t h es e c o n dc h a p t e rw o r k so v e rt h et h e o r ya n da r c h i t e c t u r eo fr m ci nd e t a i l f i r s t l y , t h er m c t e c h n o l o g yi nt h ew h o l ei sd e s c r i b e d s e c o n d l y , t h ec l a s s i f y i n ga n dc o m p a r eo fr m c a r ed i s c u s s e d c a r e f u l l yt h i r d l y , an e w r m cm o d ec a l l e dm l m m - r m ci sg i v e no u t ，a n dt h ea r c h i t e c t u r ea n dt h e o r y o fm l m m - r m cm o d ea r ei n v e s t i g a t e da tt h es a m et i m ei nd e t a i l t h et h i r dc h a p t e rs t u d i e st h ep i v o t a lt e c h n o l o g yi nm l m m - r m c s c a r e f u l l y f i r s t l y , t h es t a n d a r d 、 t h et h e o r ya n dt h er e a l i z i n go f s e r i a lc o m m u n i c a t i o na r ed i s c u s s e d t h e n ，t h et h e o r ya n dn e wm o d eo f s m sa r ew o r k e do v e rc a r e f u l l y , a n dt h ed e v e l o p m e n to fs m si s i n v e s t i g a t e dp a r t i c u l a r l y a tl a s tt h e o t h e r k e yt e c h n o l o g y i nm l m m r m c si sg i v e no u t b r i e f l y t h ef o u r t hc h a p t e ri n v e s t i g a t e st h ec o m m u n i c a t i o np r o t o c o li nr m ci ne - m a n u f a c t u r i n g f i r s t l y , t h ea r i t h m e t i ca n dr e a l i z i n go fc r ci s d i s c u s s e d t h e n ，t h ec o m m u n i c a t i o np r o t o c o li nr m ci s d e s c r i b e di nd e t a i l ，a n ds o m es p e c i a lp r e s c r i b i n gi sg i v e no u ta tt h es r r n et i m e a tl a s t ，t h ep a r a m e t e r s a n di n s t a n c eo f c o m m u n i c a t i o n p r o t o c o li nr m c b a s e do nt h en cd e v i c e sa r ew o r k e do v e rb r i e f l y a c c o r d i n g t ot h et r e a t i s e so ft h ef o f i l l e rt h r e e c h a p t e r s ，t h e f i f t h c h a p t e r i n t r o d u c e st h e a b s t r a c t m l m m r m c si ne m a n u f a c t u r i n gb a s e do nt h em l m m r m cm o d e ，w h i c hi s d e v e l o p e db yt h e a u t h o nn o to n l yt h ea r c h i t e c t u r eo ft h i ss y s t e m ，b u ta l s o i t sf u n c t i o n a ld e s i g n t h e nt h ep a r t i c u l a r d e s i g n a n dr e a l i z i n go fe a c hm o d u l ea r ep r e s e n t e d a tl a s t ，as y s t e m i n s t a n c ei s p r e s e n t e da n d a p p l i c a t i o n so f t h i ss y s t e ma r ed e s c r i b e d i nt h es i x t hc h a p t e lt h et o t a lr e s e a r c hw o r k so ft h i s d i s s e r t a t i o na r es u m m a r i z e d ，a n df u r t h e r r e s e a r c h e sa r ep r o s p e c t e d k e y w o r d s ：e m a n u f a c t u r i n g ，r e m o t em o n i t o r i n g a n d c o n t r o l ，s e r i a lc o m m u n i c a t i o n ，s m s c o m m u n i c a t i o n ，d i a lc o m m u n i c a t i o n ，v i r t u a lr e a l i 吼m p e g - 4 ，c r c ，r m c c o m m u n i c a t i o np r o t o c a l ， c o m p o n e n tt e c h n o l o g y 第一章绪论 第一章绪论 【摘要】嘲络经济和知识经济给制造业带来了挑战和机遇，首先对电子化制造产生的背景、概念和特征进行 丁详细介绍( 12 节) ：分析，e m a n u f a c t u r i n g 的体系结构与使能技术( 13 节) 接着对远程监控进行了简单的介 绍( 1 4 节) 然后对论文的总体结构及主要框架进行了介绍( 1 5 节) ，对论文的主要创新点及研究意义( 1 ，b 节) 做 r 详细介绍最后对本章做了简单的总结( 1 7 节) 。 1 1 引言 2 0 世纪9 0 年代以来，世界市场发生了根本的变化，随着i n t e r n e t 技术、现代通信技术、现 代控制技术的迅猛发展与网络技术的不断进步，世界经济进入了网络经济和知识经济的时代。网 络技术为制造企业带来了生机，同时也提出了严峻的挑战 比尔盖茨，1 9 9 9 t 杏，1 9 9 9 。在此 背景卜，制造业中出现了一系列先进的生产模式，其中最具代表性的有现代集成制造系统 ( c i m s ) 、敏捷制造( a m ) 、大批量定制生产( m c ) 矛电子化制造( e m ) 等，使制造业的运行方式发生 了巨大的变化，制造全球化、制造敏捷化、制造网络化、制造虚拟化、制造智能化和制造绿色化 发展到了前所未有的程度 中国机床商业网，2 0 0 3 。 本文的研究正是以现代制造企业所面临的这种网络化和信息化的社会背景而展开的。电子 化制造( 简称e 制造) 作为一种新兴的制造模式，是当今制造企业的发展方向。制造层自动化系统 作为e 制造的底层系统，是e 制造的基础。本文主要对e 制造中的设备监控系统进行了深入的研 究和实现。论文的研究熏点是e 制造中的设备远程监控系统的体系结构、基本理论及其实现，现 场数据的采集主要由p l c 或定制的传感设备来完成，不在本论文的讨论的范围之内。 论文中提出的多级混合模式的远程监控( m l n n 一酬c ) 模型、基本理论和实现技术在联通c d m a 基站的远程监控系统中得到了应用和验证。由本人作为主要成员参与的，以】i f l 删一r 模型为基础 的为杭州天演公司构建的联通c d n a 基站远程监控系统已在多个省进行了推广和应用，取得了 初步的实效a 第五章中的e 制造中的设备远程监控系统就是m l m m r m c 模型的移植，由于受客观条 件的限制，系统应用仿真实例只是模拟运行的结昊。 1 2e m a n u f a c t u r i n g 的定义和内涵 1 2 1e m a n u f a c t u r i n g 产生的背景 经济全球化不但要求制造企业在全球范围内进行资源优化配置与利用，而且还导致了商贸的 全球化，同行业之间、跨行业之间的竞争日趋激烈。随着信息技术和互联网技术的发展和应用， 人类进入了以互联网为基础，以信息为核心的知识经济和网络经济时代。在物质、能量和信息这 三人制造要素当中，信息己成为最活跃的主导性因素，企业问竞争也从生产规模和资本上的竞争 转向快速获取信息和灵活、正确运用信息能力上的竞争，主要表现为利用信息技术和网络技术实 第一章绪论 现制造企业的信息化，在信息技术的支持下实施先进制造模式，最终实现对物质资源、知识资源、 资本资源和信息资源的最佳利用。 处在知识经济和网络经济时代下的制造企业，必须面临一系列更高的要求：提高产品的可定 制化加强市场的快速响应能力，增加生产过程的透明度等。由于现在的制造业市场是多品种、小 批量的买方市场，用户除了对产品的功能和性能要求不断提高以外，对产品的需求还呈现个性化 的趋势。这就要求制造企业采用多品种，小批量的生产方式，以订单驱动生产，实现最小库存，甚至 零库存，并快速满足用户的需求。为了提高客户满意度，制造企业必须快速响应用户不断变化的 个性化需求，尽可能缩减响应时间。因此必须提高产品的设计、制造和售后服务等各个环节响应 速度。为了提高响应速度，制造企业必须采用支持产品开发、生产、资源利用、质量控制的透明 化与可视化技术，实现客户、供应商、产品开发和制造车间之间有效的信息集成 范玉顺，2 0 0 3 。 从整个供应链的角度来看，必须改变目前供应商、制造企业和客户之间松散的连接方式。在 目前的这种松散连接方式f ，供应链的不同环节都以自我为中心在组织生产，彼此之间的信息和 物流传递速度缓慢，因而造成了许多不必要的浪费。在电子化的制造环境下，供应链中供应商，制 造企业及客户之间将通过无缝连接，实现各个环节之间的信息共享，从而大大加快订单获取、原材 料的采购、产品制造及产晶配送等过程的速度，从而逐渐消除 厂库存积压和供货不及时等现象， 实现供应链在晟低运营成本基础上的无间断生产。 总之，随着信息技术和网络技术的发展及其在制造业中的深入应用，处在网络经济和知识经 济环境f 的制造企业必将具有下列新的特征 范玉顺，2 0 0 3 江平宇，2 0 0 3 。 ( 1 ) 产品制造过程客户化：从产品的制造过程来看，批量化生产模式正逐渐被基于客户个性化 需求的单件、小批量制造模式所代替，企业正逐渐从“面向库存的生产模式”向“面向订单的生 产模式”转变。在以客户为中心的生产模式f ，客户将能够全面参与到其定制的个性化产品的加 1 | 制造过程中来。 ( 2 ) 提供在线制造资源服务：实现制造资源的在线服务是网络环境下企业间协同的技术基 础。在高效的在线制造资源服务系统的支持下，围绕产品的设计制造过程，以产品全生命周期的数 字数字化模型为基础，以制造链、知识链、供应链和服务链的融合为特征，以产品整个生命周期的 资金流、物流、信息流以及相关的制造资源的电子化表达为手段，可以使得制造企业能在“双赢” 或“多赢”的情况下，通过网络在线地分享各种制造资源及服务。 ( 3 ) 制造资源的可重构性：从制造产品的生产设备来看，网络化、数字化、知识化的制造车间、 制造单元和制造设备将构成新一代可熏构的制造硬件环境。 ( 4 ) 柔性化的制造企业：柔性化的制造企业可以根据市场和协作的需求，对其本身的组织结构 和生产管理过程进行快速重组。以实现对市场的快速响应。基于网络技术的、具备全球化、敏捷 化、并行化的扁平式动态企业联盟将是未来制造企业运行的主要形态，支持柔性化企业运行的信 息技术和系统尤其是基于网络的企业集成技术将是新一代制造企业运行的核心支撑技术和平 台。 ( 5 ) 协同的产品制造：从实现产品制造过程的手段看，支持面向产品整个生命周期的、客户和 供应商的早期参与为特征的客户、供应商、制造商三方协同工作模式，将成为新一代制造业的基 本工作模式。 在这种背景下，制造企业为求得自身发展必须寻找新的制造模式来适应上述新特征。在基于 2 网络技术的环境下更有效地实现从客户、供应商到分布式的制造工厂间的紧密集成，而 e m a n u f a c t u r i n g ，即电子化制造，正是符合上述特征的一种新的制造理念。图卜1 给出了传统制造 模式向电子化制造模式的转变 范玉顺，2 0 0 3 ，这些转变主要反映在整个供应链上供应商、制造 企业与顾客之间由原来的松散连接转变为无缝连接，制造企业内部由为保持必要的库存而进行的 间断式生产转变为快速调度、按订单组织的无间断生产和供应链一体化的生产方式。 岂些垫肾 图卜l 传统的制造模式向电子化制造模式的转变 e m a n u f a c t u r i n g 可以看成是网络化制造技术与电子商务技术的延伸，是网络经济和知识经 济环境f i ，制造科学发展的新趋势之一。网络化制造主要研究利用网络技术把地理上分散的制造 资源组织起来，更好地实现原有的制造功能。而电子商务等概念的引入使人们不再仅仅关注制造 功能，电子商务的制造模式的研究重点在于如何利用电子化技术在管理层面上实现企业活动的全 过程，特别是供销活动，制造过程本身并非其研究重点。而电子化制造技术则是在上述两种模式的 基础上，不仅探讨如何实现制造系统的电子化、数字化、服务化、在线化及协同商务，而且要从企 业管理层面上探讨电子商务对制造活动的影响。图卜2 表示了网络化制造、电子商务与 e m a n u f a c t u r i n g z 者之间的关系。e - m a n u f a c t u r i n g 覆盖了网络化制造和电子商务支持的范围， e m a n u f a c t u r i n g 是网络化制造和电子商务概念的一种外延与拓展，是在网络化制造和电子商务 技术支持f 的一种新的制造理念和制造企业运行模式，具有更为深远的科学与工程内涵，而网络 化制造和电子商务可以看成是实现e - m a n u f a c t u r i n g 的方法和手段 范玉顺，2 0 0 3 江平宁， 2 0 0 3 。 图卜2 网络化制造与e m a n u f a c t u r i n g 1 2 2e m a n u f a c t u r i n g 概念和特征 1 、e - m a n u f a c t u r i n g 的概念 第一章绪论 早期的e - m a n u f a c t u r i n g 通常被理解为“数字工厂”，即对关键产品的设计和生产制造过程 进行完整的系统集成，但并不关心整个企业和供应链之间的关系。基于此概念的e - m a n u f a c t u r i n g 主要注重于解决企业产品开发、生产过程中的问题，没有采用以客户为中心的企业经营理念。 早期的e m a n u f a c t u r i n g 为企业的产品设计、生产提供了具体解决方法和支持软件，进行了 大量的实践，井取得了显著的成果，为e m a n u f a c t u r i n g 的深入研究和应用奠定了良好的基础。随 着网络技术的发展以及信息技术与电气控制技术的结合，今天e m a n u f a c t u r i n g 的概念已经超越 了早期的定义，e - m a n u f a c t u r i n g 的内涵也比过去更加丰富和完善。 e m a n u f a c t u r i n g 是一种新的企业运作模式，它是制造企业在数字化和网络化环境f 以信息 为核心，利用网络技术、通信技术、控制技术，实现制造企业、供应商和客户的信息知识共享，以 及企业的生产、经营、管理等一系列企业活动的电子化它是知识经济和网络经济时代下的制造 企业的运作新模式 范玉顺，2 0 0 3 江平宇，2 0 0 3 r i c h a r dg m a t h i e u ，2 0 0 1 。 2 、e m a n u f a c t u r i n g 的特征和内涵 e m a n u f a c t u r i n g 是伴随网络经济的兴起和先进制造技术的发展而发展起米的，是先进的制 造哲理。它不仅是制造的电子化，也不仅是电子商务。e m a n u f a c t u r i n g 的实质是通过电子方式 和网络技术，实现制造企业的电子化，数字化、服务化、在线化及协同商务，从而实现从工厂底层 设备直接到客户和供席商的整个供应链系统的集成。它覆盖了企业生产经营的全过程和产品的整 个生命周期，包括新产品开发、采购、制造、销售、客户服务、客户关系管理、后勤、战略管理 等环节。实施e m a n u f a c t u r i n g 的晟终目的是提升制造企业整个价值链的价值，把制造企业的生 产过程和商业价值连接起来，从而帮助企业提高市场响应速度和竞争能力。e m a n u f a c t u r i n g 的 适用范围是整个制造企业，对制造企业来说，e m a n u f a c t u r i n g 更具体地表现为研究如何利用网 络技术以及其他各种现代技术，实现制造企业中各个功能模块之间的数据转换与共享、制造设备 的性能监控和预测、系统性能的优化以及制造系统和应用系统之间的同步等问题，以促使制造企 业达到最佳的制造性能。 图卜3 给出了基于e - m a n u f a c t u r i n g 的供应链的系统集成示意图 m u n a m m e rk o c h 。2 0 0 2 。 企业所处的外部环境包括市场环境、各种政策法规以及制造企业的发展趋势。在这种大环境下， 基丁e m a n u f a c t u r i n g 的集成包含两个维度。横向上，要实现供应商、制造厂、客户和分销商之 间的供应链的集成：纵向上，要实现企业内部位于不同层次的各个功能模块的集成，即实现e r p 等 上层管理系统、中层的制造执行系统和底层生产车间的现场控制系统的集成。 具体来说，实施e - m a n u f a c t u r i n g 的目的包括 范玉顺，2 0 0 3 a r ca d v i s o r yg r o u p ，2 0 0 1 ： 夺 提供对透明的、无缝的、自动化与可视化的信息交互过程的支持。 夺 改善企业资源的利用情况，把资源优化与整个供应链管理运作连接。 夺实现经营过程和制造过程的电子化与自动化。 夺实现制造过程与经营过程之问的同步。 夺实现供应链的优化。 夺通过网络实现协同设计和生产。 夺 奉行客户至上原则，利用最新的网络技术和智能技术为客户提供服务。 第一章绪论 图i3 基于e m a n u f a c t u r i n g 的集成 实施e - m a n u f a c t u r i n g 的关键技术问题是实现信息的按享，尤其是实现制造工厂和车间的数 据与上层业务管理功能模块( 如e r p 、c r m 等) 之间的信息共享。通过上面的分析。从技术上可以 将e m a n u f a c t u r i n g 理解为订单驱动的或者市场预测驱动的、基于协同制造商务的网络化制造技 术，i n t e r n e t 是它的运行支撑环境，产品制造过程中相关的信息流、物料流及资金流的在线式电 子化与数字化表达、传递、加工处理及存储等是它的核心 范玉顺，2 0 0 3 。 e m a n u f a c t u r i n g 在功能上一般包括车间设备情况监控、生产过程中的异常、故障和性能瓶 颈等问题的诊断和分析，利用网络进行快速方便的生产过程动态调度和制造系统维护，对设计制 造过程的相关活动进行同步等，同时，e - m a n u f a c t u r i n g 也要为企业的管理决策层提供关于车间 生产情况的透明和可视化的信息，提供各个制造单元、客户关系管理( c p d l ) 系统和供应链管理( s c m ) 系统之间有效且可配置的信息交互功能，在这些功能的支持下实现制造系统和企业上层管理系统 的完全集成。通过实施e m a n u f a c t u r i n g ，可以显著提高制造企业的制造能力，减少无效的库存和 在制品数量，实现按需要和计划及时生产和物料传递提高设备的利用率，缩短产品设计生产周期， 并降低产品成本，撮终提高整个供应链的竞争力。 在网络技术飞速发展和经济全球化的趋势下，未来制造企业将是具有以下特征的 e m a n u f a c t u r i n g 企业：全面集成、快速和高柔性、高可用性与可靠性、能在线操作、电子化、 服务化、协同化、优化的供应链等。e m a n u f a c t u r i n g 企业的上述特征使得它能够适应未来激烈 的市场竞争环境，保持企业的竞争优势，因此，e m a n u f a c t u r i n g 企业是制造企业的必然发展趋 势，e n 造也将是未来制造企业的新制造模式。 第一章绪论 1 3e m a n u f a c t u r i n g 的体系结构与使能技术 1 3 1e m a n u f a c t u r i n g 的体系结构 为了实麓e - m a n u f a c t u r i n g ，实现其功能和目标，需要对e - m a n u f a c t u r i n g 的系统体系结构与 相关标准进行深入的研究。根据e m a n u f a c t u r i n g 在纵、横两个维度上的集成需求，图卜4 给出了 e m a n u f a c t u r i n g 系统组成的宏观体系结构。图中所有的双向箭头都代表着被连接的双方有集成 的需求其中灰色箭头代表的集成是横向的集成，其它的则是纵向的集成。 在本体系结构中，各种上层应用系统( 包括e r p 、s c m 、c r m 、电子商务等) 的体系结构和接口标 准不属于本论文讨论的内容，论文的研究重点在制造自动控制系统，即图1 4 中的深色部分。下面重 点介绍制造层的体系结构、使能工具和相关技术。 图卜4e m a n u f a c t u r i n g 的宏观体系结构 1 3 2e - m a n u f a c t u r i n g 的制造层体系结构 为了实现制造层与其他上层应用系统的集成，提高企业的竞争能力，对制造层在信息流和应 用集成上的主要需求有： 夺 制造系统和全企业范围内其它业务应用系统的透明和实时的信息交换： 夺制造设备的智能和远程维护； 夺 制造资源的有效管理和优化利用； 夺制造资源与整个供应链的实时集成。 为了满足这些需求，提出了如图卜5 所示的e m a n u f a c t u r i n g 制造层的体系结构。该体系结 构包含了生产过程控制、产品质量控制、智能设备管理等功能，由以下几个部分构成： 6 第一章绪论 上层应 用系统匾叵困圃圆圆 医画匦 i 协同的il 智能i i 故障诊il 预警i l 断系统1l 系统j 图卜5e m a n u f a c t u r i n g 的制造层体系结构 ( 1 ) 生产过程控制系统：对生产过程、制造单元和物料流建模和优化，所建立的模型必须包含 包括供应商在内的全部供应链单元的生产过程、产品、设备、组织和其他资产的全部信息。在生 产过程实际运行时，对过程进行监控和管理。 ( 2 ) 产品质最控制系统：通过实施远程的基于w e b 的分布式质量控制系统，并通过与智能设备 管理系统的集成来实时地识别质量变化并找出其原因，从而减少因质量问题造成的损失。 ( 3 ) 设备管理系统：包括智能的设备监控、性能管理、故障处理、远程维护、协同故障诊断 和智能预警。采用智能代理等智能化技术和方法，实现设备和系统的连续、实时、远程和分布的 监控和分析，为应用系统提供机器性能状态、负荷能力等实时信息，并基于这些信息进行基于预测 的设备远程维护和远程协同故障诊断等 j a yl e e ，2 0 0 1 。通过智能维护和性能管理系统的应用。 保证设备以最好的性能稳定运行，提高制造系统的可靠性和减少设备停工时间。采用制造资源的 远程服务功能可以使企业资源得到最有效的利用避免资源浪费。对监控设备实现基于数据挖掘 和数据分析的智能预警系统，可以防患于未然，最大限度地降低系统的故障发生率。 ( 4 ) 制造执行系统：通过实施动态的生产管理和调度，在最大程度上提高制造系统的柔性，以 便能最快速地适应变化的市场需求。 1 3 3e m a n u f a c t u r i n g 的制造层使能工具 e m a n u f a c t u r i n g 制造层的四个子系统共同构成了e m a n u f a c t u r i n g 的制造层系统框架和功 能体系结构，要实现该体系结构所包含的功能还需要下列使能工具的支持 m u n s l l l m e r k o c h ，2 0 0 2 。 ( 1 ) 数据和信息转换工具：为实现各个予系统之间以及制造屋与上层应用系统之间的效集成， 必须收集企业内部各种资源、订单、设备、产品、生产过程的相关数据，并提供一个透明度的信 息管道。对原始数据应该进行再加工，将它们简化并转换成可理解的、可利用的格式( 即信息和如 识) ，并实现全部信息的可视化。因此，必须采用数据挖掘工具对工厂级数据进行简化和表示，统一 数据格式，并采用数据转换t 具将它们转换成w e b 环境下的数据格式，从而实现w e b 环境下无障碍 磊舞一 一预维统一 一于的系一一基测护一一能理统一一性管系一 一备控统一一设监系一 第一章绪论 系统与制造执行系统( m e s ) 的交互。 ( 2 ) 预测工具：为了发现_ l = 厂内出现的各种异常，故障和性能瓶颈等，需要采用先进的预测方 法和工具来实现持续设备监控、预测和性能评估，并以量化的形式输出对产品质量和设备性能评 价指标。 ( 3 ) 优化工具：为了更有效地监控制造系统的性能，需要使用优化工具，根据大量的实际数据 自动化比较不同情况f 的系统性能。所采用的优化工具不公可以预测和评估复杂机械系统的运行 条件和性能，还能调整系统的参数以实现系统的优化。 ( 4 ) 同步工具：同步工具提供制造系统与其他e m a n u f a c t u r i n g 应用系统( 包括：c r m 、s c m 、 e r p ) 的集成与同步功能。例如，通过预测工具探测到制造系统中设备的机械故障，并估计出该故障 对物料流的影响，根据这些影响调整e r p 系统中的相关数据，从而实现制造系统与e r p 系统的同 步。 1 4 远程监控技术 1 4 1 远程监控的研究背景 远程监控是指本地计算机或监控设备通过快速发展的网络系统( 主要是指企业内部网 i n t r a n e t 、广域网i n t e r n e t 和g s m 无线网络) ，得到远程监控终端的运行情况、参数指标、视频 信息、音频信息，实时了解远方的设备的工作情况，实现对远程监控终端的监视、控制，它是实现 远程操作和远程故障诊断的关键技术。能够实现对远程设备进行监控的计算机软硬件组成的网络 系统称为远程监控系统，通过远程监控系统，人们可以获取远程设备的运行情况及各种参数指标， 实现远程操作、远程管理、远程控制、远程故障诊断和远程维护。提高分散设备的管理效率和运 行效率，使远程分散设备更加井然有序和高效率的运行。 1 4 2 远程监控的研究历史 远程监控技术是一种新兴的监测和控胄8 技术，它是2 0 世纪6 0 年代美国开展的故障诊断技术 研究的基础和前提，在短短的几十年间，远程监控已经历了以f 几个发展阶段 袁楚明- a ，2 0 0 1 。 ( 1 ) 单机远程监控：以多用户联机、集中式控制为特征的单机远程监控系统，这是第一代监 控远程系统。这时的远程监控系统主要是针对某一特定被监控的设备丽设计的，它主要由i 台计 算机和1 块或多块监控功能模板构成信息的交换与处理仅限于监控系统内部，因而是一种封闭 式的系统。 ( 2 ) 基于i n t r a n e t 的远程监控：以局域网络、集散化控制为特征的分布式远程监控系统。它 主要是针对大型机电设备主机和多辅助功能分布和迪域分布的特点，通过工业局域网把分布于各 个局部现场，独立完成特定功能的本地计算机互联起来，以实现资源共享、协同工作、分散监控 乖 集中操作、管理与诊断功能的f 业计算机网络系统，这是基于：f 业局域网的相对开放的系统， 监控信息的处理在局域网内部进行。 8 第一章绪论 ( 3 ) 基于i n t e r n e t 的远程监控：基于i n t e r n e t 的远程监控系统是设备监控技术和计算机网 络技术的有机融合，是设备远程监控技术发展的崭新阶段。它是以多台中心计算机作为服务器， 在企业的重要关键设备上建立状态监测点，采集设备状态数据；在技术力量较强的科研机构建立 远程监控分析中心，为企业提供远程技术支持服务。企业的生产设备一旦出现异常，其状态监测 服务器即向远程监控中心服务器申请在线技术支持，同时以电于邮件的方式向有关专家发出在线 会诊请求，在短时间内调动网内的所有资源，实现对远程设备的监控和故障的及时诊断与维修。 ( 4 ) 基于p s t n 网络的远程监控：基于p s t n 公共电话网络的远程监控系统，是九十年代末发 展起来的一种远程监控技术，监控中心和监控设备之间是通过p s t n 网络建立点对点的联接来实 现对远程设备的监控。由于p s t n 公共电话通信网也已进入稃控时代，技术更先进，速度快，容 量大，在数据通信系统中利用p s t n 公共电话网作为通信系统有其独特的优越之处 p s t n 网能传 输实时数据，符合实时性的要求：p s t n 网络投资完各，几乎到达各个角落运行可靠、成本 低廉。特剐适合用在进行实时采集、集中处理的实时性强的数据传输处理系统中。由tp s t n 公 共电话网络有上述优点因此基tp s t n 网络的远程监控系统在当今的远程监控市场中仍f 5 据主 导地位 盛戈埠，2 0 0 2 刘晓良，1 9 9 9 。 ( 5 ) 基于无线通信网络的远程监控：基于无线通信网络的远程监监控系统，是最近儿年发展起 来的种远程监控技术，监控中心和监控设备之间无需建立联接，通过无线专网或公共无线通信 网络进行数据的传输，其中利用g s m 公共网络进行远程监控由丁网络的覆盖范围大、普及率高、 可靠性高、技术成熟且价格低而发展迅速，尤其是利用刚开通不久的短消息业务，一问世就因其 低廉的价格、可靠的传输性能得到广大用户的青睐。因此，利用g s m 公井j 网进行远程监控是未来 远程监控的一个发展方向 孙增军，2 0 0 3 。 1 4 3 远程监控的研