（机械电子工程专业论文）基于标准的阀门网络化制造信息系统应用研究.pdf

济南大学硕士学位论文 摘要 信息技术作为推动制造企业发展的一种重要手段，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。针对我国阀门制造企业的实际状况，在分析 制造信息系统的现状、趋势及实现技术的基础上，结合当前先进的计算机技术，标准 化技术及管理技术，以阀门这一传统机械产品为研究对象，提出了“基于标准的阀门 网络化制造信息系统应用研究”这一课题。通过建立一个以动态联盟为核心的制造信 息系统，实现阀门制造企业间的资源共享，科学管理和协同制造。 论文详细研究了阀门企业实际的管理与生产状况，阐述了在网络环境下建立基于 标准的制造信息系统的理论和方法。提出了一套基于标准建立制造信息系统的设计方 案并予以实现，该方案具体包括：系统分析阀门产品的实际设计、制造和管理过程， 归纳出一般阀门生产系统的管理和生产框架、基础数据、行业和产品标准等；以 i s 0 9 0 0 1 质量管理体系作为管理框架，结合企业的实际工作流程，将阀门具体产品标 准体系与管理体系合理结合，实现管理体系的标准化，阀门产品设计，制造等方面工 作流程的标准化；按照软件工程生命周期的步骤进行标准化的开发，包括采用u m l 标准建模工具对系统进行建模，完成工程数据库的建模和设计，在b s 框架下用j s p 技术实现协同制造所需的各种功能要求等。 通过课题研究，完成了阀门制造信息平台框架的建立和关键模块的开发，实现了 不同方面的标准技术在阀门制造信息系统中的应用，解决了阀门制造信息管理难以规 范、行业内资源利用不够充分等问题。在制造信息系统向专业化、标准化方向发展方 面进行了有益探索。论文还探讨了未来制造信息系统的功能扩展，分析了所能用到的 技术及实现方法，为进一步研究制造信息系统提供了参考。 关键词：标准，网络化，阀门，制造信息系统，建模 基于标准的阀门网络化制造信息系统应用研究 a b s t r a c t i n f o r m a t i o nt e c h n o l o g yi sa l li m p o r t a n tw a yt op r o m o t em a n u f a c t u r ee n t e r p r i s e s d e v e l o p m e n t , w i t c hh a sg r e a ti m p l i c a t i o nt oi m p r o v et h eg e n e r a lc o m p e t i t i o na b i l i t yo f e n t e r p r i s ea n dm e e tt h er e q u i r e m e n t so fv a r i o u sm a r k e tc h a n g e s a c c o r d i n gt ot h er e a l s i t u a t i o no fd o m e s t i cv 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 ，t h ec u r r e n ts i t u a t i o n ，t r e n d sa n d r e a l i z a t i o nt e c h n o l o g yo fm a n u f a c t u r i n gi n f o r m a t i o ns y s t e mw e r ea n a l y z e d u s i n g t r a d i t i o n a lm e c h a n i c a lp r o d u c tv a l ea sr e s e a r c h i n go b j e c ta n dc o m b i n i n gc u r r e n tc o m p u t e r t e c h n o l o g i e s ，s t a n d a r d i z a t i o nt e c h n o l o g i e sa n dm a n a g e m e n tt e c h n o l o g i e s ，t h er e s e a r c h i n g p r o j e c t o f a p p l i c a t i o n r e s e a r c h o f v a l v e n e t w o r k m a n u f a c t u r i n g i n f o r m a t i o ns y s t e m b a s c d o n s t a n d a r d sw a sp u tf o r w a r d t h ep u r p o s eo fb u i l d i n gm a n u f a c t u r i n gi n f o r m a t i o ns y s t e mo n t h ec o r eo fd y n a m i ca l l i a n c ew a st or e a l i z er e s o u r c es h a r e ，s c i e n t i f i cm a n a g e m e n ta n d c o l l a b o r a t i v em a n u f a c t u r i n g i nt h et h e s i s ，t h er e a lm a n a g e m e n ta n dp r o d u c t i o ns i t u a t i o no fv a l v em a n u f a c t u r i n g e n t e r p r i s e sw a ss t u d i e d t h et h e o r i e s a n dm e t h o d so fb u i l d i n gv a l v em a n u f a c t u r i n g i n f o r m a t i o ns y s t e mu n d e rn e t w o r ke n v i r o n m e n tw e r ed e s c r i b e d t h ed e s i g ns c h e m eo f b u i l d i n gm a n u f a c t u r i n gi n f o r m a t i o ns y s t e mb a s e do ns t a n d a r d sw a sp u tf o r w a r d t h e d e s i g ns c h e m ei n c l u d e d ：a n a l y z et h er e a ld e s i g n ，m a n u f a c t u r ea n dm a n a g e m e n tp r o c e s s e s o fv a l v e f i n da n dr e s e a r c ht h es t r u c t u r eo fm a n a g e m e n ta n dp r o d u c t i o n ，b a s i cd a t a , i n d u s t r ya n dp r o d u c ts t a n d a r d se t c ；u s eq u a l i t ym a n a g e m e n ts y s t e mi s o9 0 0 1 a s m a n a g e m e n tf r a m e w o r k , c o n s i d e rr e a lo p e r a t i o np r o c e d u r e s ，c o m b i n em a n a g e m e n ts y s t e m w i t hd e t a i lp r o d u c ts t a n d a r d st or e a l i z et h es t a n d a r d i z a t i o no fm a n a g e m e n t ，w o r k f l o wo f p r o d u c td e s i g na n dm a n u f a c t u r i n ge t c ；a c c o r d i n gt ot h em e t h o d sa n ds t e p so fs o f t w a r e e n g i n e e r i n gc o n d u c ts t a n d a r d i z e dd e v e l o p m e n t s u c ha su s es t a n d a r dm o d e l i n gt o o lu m l c o n d u c ts y s t e mm o d e l i n g ，f i n i s ht h ed e s i g na n dm o d e l i n go fe n g i n e e r i n gd a t a b a s e ，r e a l i z e v a r i o u sf u n c t i o n so fc o l l a b o r a t i v em a n u f a c t u r i n gt h r o u g hj s pt e c h n o l o g yi nb ss t r u c t u r e e t c t h r o u g hr e s e a r c h i n gt h i sp r o j e c t ，t h ep l a t f o r m s t r u c t u r e b u i l d i n g f o rv a l v e m a n u f a c t u r i n gi n f o r m a t i o ns y s t e m a n dk e ym o d e l sd e v e l o p m e n tw e r er e a l i z e d t h e n 济南大学硕士学位论文 a p p l i c a t i o n so fv a r i o u ss t a n d a r dt e c h n o l o g i e si nv a l v em a n u f a c t u r i n gi n f o r m a t i o ns y s t e m w e r er e a l i z e d 皿ep r o b l e m ss u c ha sh a r ds t a n d a r d i z a t i o no fv a l v em a n u f a c t u r i n g i n f o r m a t i o nm a n a g e m e n t ，n o ts u f f i c i e n tu t i l i z a t i o no fe n t e r p r i s er e s o u r c e se t cw e r es o l v e d s o m eh e l p f u le x p l o r eo fm a n u f a c t u r i n gi n f o r m a t i o ns y s t e ms u c ha ss p e c i a l i z a t i o na n d s t a n d a r d i z a t i o nw e r ec o n d u c t e d m o r e o v e r , t h ef u n c t i o ne x t e n s i o no fm a n u f a c t u r i n g i n f o r m a t i o ns y s t e m sf u t u r ed e v e l o p m e n tw a sd i s c u s s e d 1 1 l ep o t e n t i a lt e c l m o l o g i e sa n d r e a l i z a t i o nm e t h o d sw e r ea n a l y z e d s o m eh e l p f u lr e f e r e n c e s f o rf u r t h e rr e s e a r c ho ft h e m a n u f a c t u r i n gi n f o r m a t i o ns y s t e mw e r ep r o v i d e d k e y w o r d s ：s t a n d a r d , n e t w o r k , v a l v e ，m a n u f a c t u r i n gi n f o r m a t i o ns y s t e m ，m o d e l i n g i i l 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。对本文的研究做出 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：到霆基 e t 期：兰! 翌：! ：翌 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：刻噩凼导师签名：墨塑生日期： 济南丈学硕士学位论文 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 随着世界经济一体化的推进、信息技术的飞速发展和知识经济的来临，作为我国 工业主体和重要支柱产业的制造业正经历着巨大的变革。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，使制造企业适应世界经济一体化的趋势，满足顾客和市场的需求以及提 高企业核心竞争力已经成了现代制造企业必须要解决的问题。 作为二十一世纪工业技术的先进制造技术是“制造技术”同“信息技术”、“管理科 学”等有关科学技术交融而形成的新型技术，是高技术的载体，其中“数”，“集”，“网” 便是重要的特征与发展方向【1 1 。在这样的形势下，进行制造业信息化建设便提上了中 国工业现代化的日程。其实质是利用计算机互联网对制造资源进行整合的一种制造模 式，是实现各种约束，集成各种资源，开展覆盖产品全生命周期或部分环节的企业活动 的过程。通过制造信息系统进行网络化制造可以实现信息集成和资源共享，实现产品 的商务协同、设计协同、制造协同和供应链管理，从而缩短产品的研发周期，降低研 制费用，提高整个产业链和制造群体的竞争力。 与此同时，标准化作为提高管理水平，保证产品质量的一种重要手段，日益受到 社会和企业的关注。标准化所包含的范围既可以是有形的工业产品，也可以为无形的 软件产品。实行产品的标准化可以规范产品的生产，保证产品质量；实行管理，操作 以及服务的标准化则可以规范企业，使企业成为以市场和用户为中心的现代化管理企 业；实行制造信息系统开发的标准化则会提升信息系统的运行效率、功能和可扩展性， 保证信息化建设的成功进行。 正是基于上述的背景，本文进行了基于产品标准、管理体系标准、按照软件工程 的方法和步骤，在网络环境下开发制造信息系统的应用研究。 1 1 2 确立阀门产品为课题的研究对象 阀门行业是机械制造中的一个传统行业，是信息化建设中一个重要分支。之所以 基于标准的阀门网络化制造信息系统应用研冗 本课题确定以阀门产品为研究对象，是出于以下方面综合分析得出的： 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，信息化水平低。建立阀门制造信息系统 可以为整个行业的信息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1 2 1 。 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1 3 】，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一 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，本课题确定以阀门产品为研究对象来建设基于标准的 网络化制造信息系统还有它的实用和科学意义，体现在以下三个方面： ( 1 ) 响应国家以信息化带动工业化战略的重要举措，增强阀门企业信息化的建设 水平；达到增强企业市场响应能力，实现一定范围内企业间的优势互补和资 源共享；为企业提供一种从信息发布、培训咨询、协同制造等在内的一系列 配套服务和一体化的运营模式。 ( 2 ) 开拓标准化信息服务新的工作模式和方法，实现阀门制造联盟企业工作流程 和管理的标准化、产品制造的标准化以及按照软件工程的方法和步骤对制造 信息系统进行开发的标准化。 ( 3 ) 探索前沿计算机技术、网络技术、制造技术新的结合点以及新技术在制造信 息系统中的实用化。 2 济南大学硕士学位论文 1 2 国内外研究现状 1 2 1 国外研究状况 国外对于网络化制造方面的研究始于1 9 9 1 年美国里海大学( r e h 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 a c t u r i n g ) 和虚拟企 ( v i r t u a le n t e r p r i s e ) 的概念，旨在利用信息高速公路，将分散 的企业有效的组织起来。加速新产品的开发和制造，利用信息技术对千变万化的市场 机遇做出快速响应，最大限度地满足顾客的需求。在该报告中还提出了美国企业网 ( f a c t o r ya m e r i c a nn e t ，f a n ) 计划，试图通过发达的高速信息网络通讯系统把美国 的制造业联系在一起【”。 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 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n 随后在网络化设计方面展开的国外的典型研究项目有d i c e 、s h a r e 和p a c t 等。d i c e 项目是基于计算机的设计系统，在这个设计系统中提供了一个共享的工作 空间，多个设计人员可以按照各自的工程学科进行设计。由a p a rs i s l o 资助s t a n f o r d 大学c d r 、e i t 及s i m a 合作开发的s h a r e 项目，支持设计人员或设计小组通过计 算机网络组织和交流设计信息，以此建立对设计和开发过程的共享理解( s h a r e d u n d e r s t a n d i n g ) 。s t a n f o r d 大学联合l o c k h e e d 、e i t 及h p 进行的p a c t 项目，研究大 规模、分布式并行工程系统，此项目较为系统地研究了分布式协同设计的问题【6 】。 同时，国外很多商业性研究机构致力于研究和推出适应网络化产品设计需要的软 件产品。例如，m a r i a d a t a v i s i o n 公司，宣布最新一代的c a d c a m c a e 软件e u c l i d q u a n t u m 将具备在i n t e r a c t 进行设计工作的功能。s d r c 公司则在i - d e a sm a s t e r 系列c a d c a m o 址软件的基础上，增加了支持基于项目组的产品设计功能。 在网络化制造平台和协同丌发方面比较成熟的网络系统有欧洲的中小企业网 ( 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 ) ，美国俄罗斯虚拟企业网 ( r u s s i a n - - 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 ，ra v e n ) ，同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 s f o r s o c i e t y , i s s ) 1 7 l 。除上述政府计划之外，国际上许多企业， 3 苹卡标准的阀门网络化制造信息系统麻用研究 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 r s o l l a c 公司、 德国b m w ( 宝马) 汽车公司等均进行了大量研究。国际许多著名高校如m r r 、s t a n f o r d 大学等也在这方面做了大量研究。 网络化制造集成的电子商务方面，很多学者对w e bs e r v i c e s 架构及其支撑技术、 工作模式进行了详细的研究，通过建立信息模型的框架来实现b 2 b 和b 2 c 业务； 如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 e b s e r v i c e s 技术的虚拟企业联盟框架l 捌。在经历和这几年的长足发展后，目前已发展到 信息的标准化研究方面。比较有代表性的有：c o m m e r c en e t 和r o s e t t an e t , a r i b a 的 c x m l ，m m 的t p a m l ，c o m m e r c e o n e 的x c b l 2 0 ，m i c r o s o f t 的b i z t a l k 框架，联合 国u n c e f a c t 小组和o a s i s 发起的e b x m l 计划等等。 1 2 2 国内研究状况 国内首先在计算机集成制造方面开展研究。国家8 6 3 计划c i m s 主题重大项目“现 代集成制造系统应用网络( c i m s n e t ) ”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【9 1 。在这一项目 上比较先进的有清华大学的c i m s 工程研究中心，其在协同设计系统的过程管理方面 进行了深入研究，主要采用了基于约束的管理和基于p c t f i 网的设计过程建模。中科 院计算所c a d 中心成功开发了机械产品的协同设计系统。北京航空航天大学( 7 2 0 所) 对其金银花软件所增加的s t e p 产品模型可以支持网络协同化设计。这些研究都 集中在数据层上并且达到了相当高的水平，但与国外以及多层次协同方面仍有一定距 离。 在信息和管理集成方面的研究近几年来也逐渐多了起来。如对工作流技术和相应 的工作流管理系统进行研究，进行p d m 和e r p 集成系统的体系结构和框架的建立 1 0 j 。 利用信息集成协议栈分析，进行基于w e b 服务的跨企业信息集成的基本框架的研究 【l l i 。但就目i j i 企业的实际应用束说，大多存在着集成程度较低，信息表达不完整，无 法全面地实现基于w e b 的应用系统集成等问题。 还有学者对网络规范进行研究，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1 1 2 l 。在应用上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 个企业作为斤展制造业信息化的 试点，到目前已经创造了可观的经济效益。 尉时针对网络化制造存在的质琏、信任以及数据交换方师的i j 题凼内很多学肯 4 所雨大学坝士字位论文 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，其是互联网联合组织 ( w 3 c ) 创建的一组规范，其目的在于满足不断增长的网络应用需求，同时确保通过 网络进行的交互合作具有良好的可靠性与互操作性【1 3 】。 就网络化制造信息平台的应用来看，目前有着具体化实用化的发展趋势。如吉林 大学开发的汽车零部件网络化制造系统环境下企业应用集成架构，浙江大学开发的基 于w e b 的变速箱零件的标准化及图档信息综合管理系冽1 4 1 ，西北工大开发的数控车 间管理系统【1 5 1 等。 1 3 论文与相关研究的对比及主要内容 1 3 1 课题与相关研究的对比 国内外相关研究的成果奠定了课题研究的基础，但从具体研究思路和研究内容上 看，本课题的研究与其它相关研究是有区别并有自己特点的： 第一，本课题研究将基于标准建立信息系统的思想引入课题，以i s o9 0 0 1 质量 管理体系为框架建立信息系统，将产品标准纳入信息系统的工作流程中，从工程建模 和信息流的角度来实现工作流程的标准化，信息处理的标准化。 第二，目前的制造信息系统多注重适用于所有制造企业的通用系统开发，具体针 对某一制造领域的一体化解决方案较少。这与我国机械制造业行业众多、生产模式复 杂、经营管理水平不齐的现状不完全适应。本课题从阀门生产领域的实际情况入手， 探寻制造信息系统专用化、实用化的发展路线。 第三，本课题积极实践前沿计算机技术，管理技术与制造技术的结合如以产品 认证，符合性声明形式保证联盟产品的质量；用面向对象方法分析具体问题，进行工 作流建模，并按照软件工程的方法和步骤进行制造信息系统标准化的开发等。 1 3 2 论文研究的主要内容 本论文主要包含以下五个方面的研究内容： ( 1 ) 阀门产品的实际设计及制造过程，产品安全技术及其管理技术。探讨如何分 析，分类细化阀门的生产及管理流程，以及如何将这些技术应用于网络化制 造平台。 ( 2 ) 课题研究的相关理论支持：包括网络化协同制造理论与方法，面向客户的产 品设计和生产管理理论，软件工程实施方法理论以及先进制造技术理论体系。 5 摹于标准的阀门喇络化制造信息系统应用研究 ( 3 ) 建立制造信息系统的关键和先进技术：包括工作流建模技术，工程数据库技 术，b ，s 框架下的j s p 技术。探讨如何开发出低成本，高效率，稳定和实用 的网络应用程序。 ( 4 ) 标准化理论和技术：研究制造信息系统管理的标准化，产品的标准化，软件 开发过程的标准化，信息表达和数据的标准化。 ( 5 ) 制造信息系统的应用扩展、功能集成等未来的发展方向及实现技术。 6 济南大学硕士学位论文 第二章制造信息系统相关支撑理论与技术 2 1 引言 制造信息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，发展制造信息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。从涉及部门上讲，制造信息系统覆盖企业或组 织的各个都门，包括企业的生产、经营、设计、制造、管理等职能部门从组成上来 看，企业信息化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。从信息流的过程来看，制造信息 系统过程包括信息采集、组织、存储、传输、加工和解释。 为此要进行阀门制造信息系统的建设，必须要搞清楚制造信息系统所涉及的相关 理论与支撑技术，本章将详细介绍制造企业进行信息化建设相关理论与实现技术。 2 2 网络化制造理论与技术 相对于制造企业信息化过程而言，目前网络化制造属于制造企业信息化建设的最 高阶段或层次。这是因为它是经历过以下阶段发展起来的：1 ) 单元技术，比如企业 增上财务软件，c a d 软件等，它只是一种单元技术的应用。2 ) 部门信息化，如制造 技术部门在全面规划后增上q 址籼p ，c a m 等软件并集成运用起来。3 ) 制造企业 内部的信息化，它是在企业范围内实施的企业资源管理系统，包括企业内部的各个部 门之间的信息化和信息集成。4 ) 网络化制造，它是目前最高的层面上的制造信息系 统，是企业与企业之间形成的信息集成，也是在电子商务时代进行的动态制造联盟的 模式。 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【垌，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【1 7 1 。具体技术构成框架可以由图2 1 表示： 7 摹于标准的阀门网络化制造信息系统应用研究 总体技术 基础技术ii集成技术il 应用实施技术 的 匿 行 管 工 图2 1 网络化制造技术的构成框架 舟 络 化 制 造 实 旌 途 径 口 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。应用实旌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，即：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 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1 1 8 j ，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。 网络化制造现实意义体现在提高企业市场反应能力，对现有制造资源的快速调集 与充分利用，实现制造企业快速重组并达成动态联盟或虚拟企业，实行并行工程与虚 拟制造，减少制造过程的跨时空性，分担基础设施建设费用、减少商务风险，减少产 品投放市场所需时间等方面。图2 2 便是一个集成了c a d ，c a p p c a m ，的网络制造站 ( n e t w o r kh o m es t a t i o n ) 1 1 9 l 。通过远端用户在网上输入制造信息，由网络制造站自动生 成相应制造用电子信息，然后控制f m s 或c n c 完成加工。 8 济南大学硕士学位论文 嬲 搐 恩 缝 图2 2 集成网络化制造站水意图 2 3 管理理论与技术 本课题所涉及的管理理论主要是指现代制造企业的管理模式与组织理论、管理支 持系统、现代管理系统方法论等，主要涉及企业的制造资源、资金与成本、技术与产 品开发、生产计划与控制等方面。课题中所体现的管理理论是通过现代管理模式与计 算机管理信息系统结合来支持企业合理、有效地经营与生产，最大限度地发挥现有设 备、资源、人、技术的作用，最大限度的产生企业经济效益。 2 3 1 工作流管理 起源于2 0 世纪7 0 年代的“工作流管理”技术，已成为组织挖掘信息系统潜能、实 施“业务过程再造”的重要使能技术，并逐步成为当代组织信息系统的标准核心构件。 工作流管理这一概念是支持组织( 结构化) 业务过程高效运行的思想、理论、方法、 技能和系统的总称 2 0 l 。根据工作流管理联盟( w o r k f l o wm a n a g e m e n tc o a l i t i o n ) 的定 义，工作流管理系统是“一种在工作流形式化表示的驱动下，通过软件的执行而完成 工作流定义、管理及执行的系统”。 工作流管理的目标是对业务过程中各步骤( 或称活动、环节) 发生的先后次序及同 各步骤相关的相应人力或信息资源的调用等进行管理而实现业务过程的自动化【2 1 1 。一 个工作流包括一组活动及它们的相互顺序关系，还包括过程及活动的启动和终止条 件，以及对每个活动的描述。在制造信息系统中，相关企业可以被视为由多个相互关 联的不同层次的过程所组成的网络，这些过程相互之间存在着顺序并发、资源共享， 冲突、以及目标相关等关联，这些过程可以被视为多个相关的工作流。同时，工作流 9 摹干标准的阀r - 1 网络化制造信息系统应用研究 是企业中各种流的载体，它带动了信息流、物料流、资金流的流动，并决定了它们的 流速和流量。通过工作流，考察信息、物料、资金等变化过程中的情况，从而可以方 便地对某些关键指标进行跟踪和计算。 工作流管理系统一般分为3 个阶段：即模型建立阶段、模型实例化阶段和模型执 行阶段。在模型建立阶段，通过利用工作流建模工具，完成企业经营过程模型的建立， 将企业的实际经营过程转化为计算机可处理的工作流模型。模型实例化阶段，给每个 过程设定运行所需的参数，并为每个活动分配所需要的资源。模型执行阶段，完成经 营过程的执行，主要是完成人机交互和应用的执行【2 2 1 。 实际上，工作流管理系统可以与操作系统相比较。它在不同资源( 人或应用程序) 之间控制着工作流工作流管理系统有一些功能被用来定义和图形化地跟踪工作流， 这就使案例的运行和流程结构本身更容易被修订。目前来看，工作流管理的最大优点 是将应用逻辑与过程逻辑分离，也即将业务过程从应用程序中抽取出来。这样在不修 改系统具体功能的情况下，通过修改过程模型改变系统功能，完成对生产经营部分过 程或全过程的集成管理，可有效地把人、信息和应用工具合理地组织在一起，发挥系 统的最大效能。将工作流技术应用于制造信息系统中，不仅能够加速信息系统的开发， 而且能够带来新的好处，即业务过程更容易地被维护，因此工作流管理系统不仅是信 息系统建设的良好工具，而且还是一种实现b p r 的理想工具。 2 3 2 产品数据管理 产品数据管理( p d m ) 的发展是随着企业计算机技术的不断深化、应用而广泛 发展起来的，是企业实现设计部门和其它管理部门的桥梁。其概念总的来说包括两大 部分：一是管理与企业生产有关的所有产品信息；二是管理与所有产品相关的过程。 p d m 将这两方面集成在一起，即将整个产品生命周期的所有信息与过程都管理了起 来。它能有效地将产品从概念设计，计算分析，工艺流程设计，制造等整个生命周期 内各阶段的相关数据按照一定的数学模型加以定义、组织和管理，从而保证产品数据 在其整个生命周期内的一致性、最新性、完整性、共享性及安全性，使企业各方面有 关人员都能按照要求方便地存取使用有关的数据。 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：( 1 ) 电子仓库：它是p d m 最基本 的功能。( 2 ) 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 1 0 济南大学硕七学位论文 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。 企业在选择p d m 软件的时候要注意软件的集成性、开放性、可配置性等关键技 术，同时要考虑软件的可实施性及合作伙伴的实施能力。 2 3 3 管理信息系统 m i s ( 管理信息系统) ，是一个由人、计算机等组成的能进行信息的收集、传送、 储存、维护和使用的系统。能够实测企业的各种运行情况，并利用过去的历史数据预 测未来，从企业全局的角度出发辅助企业进行决策，利用信息控制企业的行为，帮助 企业实现其规划目标l 矧。 管理信息系统可以认为由以下四个方面组成并完成相应功能1 2 4 1 ：( 1 ) 数据处理部 分：主要完成数据的收集、输入，数据库的管理、查询、基本运算、日常报表的输出 等。( 2 ) 分析部分：主要在数据处理基础之上，对数据进行深加工，如运用各种管理 模型、定量化分析手段、程序化方法、运筹学方法等对组织的生产经营情况进行分析。 ( 3 ) 决策部分：m i s 的决策模型多限于以解决结构化的管理决策问题为主，其决策结 果要为高层管理者提供一个最佳的决策方案。( 4 ) 数据库部分：主要完成数据文件的 存贮、组织、备份等功能，数据库是管理信息系统的核心部分 2 4 工程数据库技术 数据库是相互关联的数据的集合，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 的一致性和完整性闭。工程数据库，顾名思义它是面向工程应用的，包含了几何的、 物理的、技术的( 或工艺的) 以及其他技术实体的特性和它们之间的关系的数据库。 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：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 ) 1 1 基于标准的网l1 网络化制造信恳系统麻用研究 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。 本课题涉及的阀门工程数据库结构与一般工程数据库的结构相同，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 l s e w 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 3 所示例： 应用需求、 数据处理 转换规范，规范 化理论d b m s 要求 应用要求， d b m s 详细特征 ，、 应用程序的 使用频率 2 5 软件工程 数据收集和分析 设计概念结构 设计逻辑结构 二二工二 数据模型优化 设计物理结构 性能评价与预测 物理实现 王 试验运行 不满意 使用与维护 图2 3 数据库的设计步骤 3 ) 逻辑设计阶段 5 ) 数据库实施阶段 _ j 一 6 ) 数据库运行维护阶段 土 在信息系统的开发中，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，本课题在开发制造信息系的过程中采用了软件工程的理论和方法。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1 2 6 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 1 2 晕 车 济南大学硕士掌位论文 护。 软件工程项目的基本目标主要包括：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。在具体项目的实际开发中，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。 软件开发模型是软件工程思想的具体化，是实施于过程模型中的软件开发方法和 工具，是在软件开发实践中总结出来的软件开发方法和步骤。软件开发模型大体上可 分为三种类型。第一种是以软件需求完全确定为前提的瀑布模型。第二种是在软件开 发初始阶段只能提供基本需求时采用的渐进式开发模型，如原型模型、螺旋模型等。 第三种是以形式化开发方法为基础的变换模型。实践中经常将几种模型组合使用以便 充分利用各种模型的优点。 2 6 平台开发技术 2 6 1 网站开发技术 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 公司在1 9 9 9 年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【2 7 】，