（机械制造及其自动化专业论文）网络化制造资源集成平台若干关键技术研究与应用.pdf

浙江大学博士学位论文摘要 摘要 基于网络信息技术实现企业间制造资源的有效集成和优化配置，从而在生产 经营活动中集成广域优势资源，快速响应市场需求变化，对于制造企业赢得市场 竞争具有重要的意义。本文主要结合国家8 6 3 课题对网络化制造资源集成平台若 干关键技术问题进行了较为深入的研究和探讨，主要包括集成平台的体系结构与 运行模式、资源建模与封装技术、资源检索与匹配技术、资源评价与服务链构建 技术和集成平台系统开发等。 在第一章，回顾了先进制造技术与管理模式的发展，阐明了网络化制造产生 的原因。分析了目前国内外网络化制造资源管理中相关问题的研究现状和存在的 不足，阐述了研究的必要性，提出了本文研究的方向，给出了本文的主要研究内 容和论文的结构。 为更加深入分析和描述网络化制造资源集成的本质特征。第二章首先对网络 化制造资源特点和集成平台的特性进行分析。提出了基于j 2 e e w e b s e r v i c e 的平 台体系结构与功能模型。在运行方法方面提出了基于资源服务提供商的平台运作 模式与机制，在安全方面提出了基于任务和角色的平台访问控制模型。 为了解决网络化制造资源无歧义统一描述和即插即用问题，第三章首先对网 络化制造资源建模进行需求分析。在此基础上从资源分类、资源逻辑层次和形式 化定义等角度对制造资源进行完整全面的描述。在资源对象层提出了基于u m l 的 网络化制造资源总体模型；在资源对象语义层提出了基于o w l 的网络化制造资源 语义模型；在资源对象数据层提出了基于x m l 的网络化制造资源数据模型。针对 集成平台对资源服务即插即用性要求，研究了资源封装技术，提出了基于w s f r 的资源封装方案。 为了解决快速有效地检索出满足制造任务的q o s 约束和需求的资源服务问 题，第四章首先对制造任务模型、约束定义和制造任务的分解策略等关键问题进 行了研究。提出了基于综合语义的候选资源服务检索与匹配算法，该算法综合了 类型匹配、语义匹配、输入输出参数匹配和q o s 约束匹配等信息，实现了多角度 多层次基于语义的资源服务检索目标。 浙江大学博士学位论文摘要 为解决多目标约束的网络化制造资源选择评价和服务链的构建问题，第五章 提出了网络化制造资源服务选择评价指标与基于模糊层次分析的评价算法，研究 了网络化制造资源服务的选择与实现过程，提出了基于网络拍卖的制造任务分配 流程与机制。研究了基于改进蚁群算法的网络化制造资源服务链的构建算法，并 分别给出了基于时间、成本和时间成本综合的资源服务链构建算例。 在以上研究成果的基础上，作者开发了网络化制造资源集成平台系统。该 系统初步实现了资源管理、任务管理、资源发现、资源评价、资源链构建、平台 管理、商务中心和站点导航等子系统，从而验证了论文中所构建理论的有效性。 第七章对全文进行了总结，对今后的研究进行了展望。 关键词：网络化制造集成平台；资源模型；资源封装；资源匹配；资源评价； 制造资源链 l l 浙江大学博士学位论文a b s t r a c t a b s t r a c t i t sas i g n i f i c a n tw a yf o re n t e r p r i s e st oe n h a n c ec o r ec o m p e t e n c ea n dt or a p i dr e s p o n dt ot h e m a r k e tc h a n g i n gt h a ti n t e g r a t i n go u t s i d em a n u f a c t u r i n gr e s o u r c e sb a s e do nt h ew e bt e c h n o l o g i e s i nt h i sd i s s e r t a t i o n ，w ef o c u so ns e v e r a li m p o r t a n tp r o b l e m si nn e t w o r k e dm a n u f a c t u r i n gr e s o u r c e i n t e g r a t i o np l a t f o r m ( n m r i p ) ，m a i n l yc o m b i n e dw i t ht h ep r o j e c ts p o n s o r e db yt h en a t i o n a l8 6 3 p r o g r a m s t h i sd i s s e r t a t i o ni sm a i n l yc o n c e m e dw i t hs e v e r a lc r i t i c a lp r o b l e m so ft h en m r i p i n c l u d i n gs y s t e ma r c h i t e c t u r ea n dr u n n i n gm o d e l ，r e s o u r c em o d e l i n ga n de n c a p s u l a t i n gt e c h n o l o g y , r e s o u r c er e s e a r c h i n ga n dm a t c h i n gt e c h n o l o g y , r e s o u r c ee v a l u a t i n ga n ds e r v i c ec h a i nf o r m a t t i n g t e c h n o l o g y , a n dp r o t o t y p es y s t e md e v e l o p i n gt e c h n o l o g yi nt h en m r i e i nc h a p t e r1 ，t h ed e v e l o p m e n ta n dc h a r a c t e r i s t i c so fa d v a n c e dm a n u f a c t u r i n gt e c h n o l o g i e s a n dm a n a g e m e n tm o d ea r er e v i e w e da n dt h ei n e v i t a b i l i t yo fr e s e a r c ho nn e t w o r k e dm a n u f a c t u r i n g i sa n a l y z e d t h er e l a t i n gp r o b l e m si nr e s o u r c em a n a g e m e n tf o rn e t w o r k e dm a n u f a c t u r i n ga r e d i s c u s s e di nd e t a i l ；t h er e s e a r c hn e c e s s i t ya b o u tt h e ma n dt h eo b j e c t i v eo ft h i sd i s s e r t a t i o ni st h e n p o i n t e do u t t h er e s e a r c hf r a m ei sp r e s e n t e da f t e rt h es t a t eo ft h ea r ta n dr e s e a r c hs t a t u si nr e l a t e d r e s o u r c em a n a g e m e n tf o rn e t w o r k e dm a n u f a c t u r i n gp r o b l e m sa r er e v i e w e d f o ram o r et h o r o u g ha n a l y s i sa n d d e s c r i p t i o no nn a t u r a lc h a r a c t e r i s t i c so ft h en m r i p , a n di n o r d e rt o p r o v i d e m e t h o d st h ei n s t r u c t i o n sf o rr e s e a r c h ，d e v e l o p m e n t ，i m p l e m e n t a t i o n , m a i n t e n a n c ea n do p t i m i z e dr u n n i n go ft h en m r i p , c h a p t e r2f i r s t l yt a k e sf u n c t i o n , p e r f o r m a n c e a n ds e c u r i t yr e q u i r e m e n ta n a l y s i so f t h en m r i ec o m b i n e dw i t hs o m er e l a t i n gr e s e a r c hs t a t u sa n d r e s o u r c em a n a g e m e n tc h a r a c t e r i s t i c so fn e t w o r k e dm a n u f a c t u r i n g ，c o n n o t a t i o no ft h en m r i pi s p r o m u l g a t e d s y s t e ma r c h i t e c t u r ea n df u n c t i o nm o d e lb a s e do nj 2 e e w e bs e r v i c eo ft h en m r i p a r ep r o p o s e d t h i sd i s s e r t a t i o np r o v i d e sar u n n i n gm o d e la n dm e c h a n i s mo ft h en m r i pw h i c h b a s e do nr e s o u r c es e r v i c ep r o v i d e r a sf a ra ss a f e t yc o n c e r n e d ，t h ed i s s e r t a t i o np r o p o s e sa na c c e s s e o n t r o lm o d e lb a s e do nt a s ka n dr o l e m a n u f a c t u r i n gr e s o u r c em o d e la n de n c a p s u l a t i n gi st os o l u t et w oc r i t i c a lp r o b l e m si n t h en m r i p , s u c ha sn a m e l yi n s e r t sn a m e l yu s e sa n dn od i f f e r e n tu n d e r s t a n df o rt h es a m er e s o u r c e c h a p t e r3f i r s t l yt a k e sr e q u i r e m e n ta n a l y s i so nm 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 f r o mr e s o u r c e s c l a s s i f i c a t i o n , r e s o u r c e sl o g i cl e v e la n df o r m a l i z e dd e f i n i t i o n , t h ed i s s e r t a t i o nc a r r i e so nt h e t 浙江大学博士学位论文 a b s t r a c t i n t e g r i t yc o m p r e h e n s i v ed e s c r i p t i o nt ot h em a n u f a c t u r er e s o u r c e s i no b j e c tl e v e l ，an e t w o r k e d m a n u f a c t u r i n gt o t a lm o d e lb a s e do nu m li s p r o p o s e d ；i ns e m a n t i cl e v e l ，an e t w o r k e d m a n u f a c t u r i n gs e m a n t i cm o d e lb a s e do no w li sp r o p o s e d ；i nd a t al e v e l ，an e t w o r k e d m a n u f a c t u r i n gd a t am o d e lb a s e do nx m li sp r o p o s e d a sf a rn a m e l yi n s e r t sn a m e l yu s e s r e q u i r e m e n ta sc o n c e r n e d ，t h ed i s s e r t a t i o np r o v i d e sae n c a p s u l a t i n gs o l u t i o nb a s e do nw s f rf o r n e t w o r k e dm a n u f a c t u r i n gr e s o u r c e s i no r d e rt of a s ta n de f f e c t i v e l yr e t r i e v es o m em a n u f a c t u r i n gr e s o u r c e sw h i c hi ss a t f i e dw i t h q o sr e s t r a i n t sa n dr e q u i r e m e n t so fs p e c i a lt a s k c h a p t e r4f i r s t l yp r o v i d e sm a n u f a c t u r i n gt a s k m o d e lb a s e do no w la n di t sr e s t r a i n t sf o r m a l i z e dd e f i n i t i o n ，p r o p o s e sat a s ka l l o c a t i n gs o l u t i o n w h i c hb a s e do nb o ma n dc a s ed a t a b a s e aa l g o r i t h mb a s e do ns y n t h e s i ss e m a n t i c sf o rr e t r i e v i n g a n dm a t c h i n gc a n d i d a t er e s o u r c e ss e r v i c ei sp r e s e n t e d ，t h ea l g o r i t h ms y n t h e s i z e ss u c hi n f o r m a t i o n a st y p e ，s e m a n t i c ，i n p u t o u t p u tp a r a m e t e r sa n dq o sr e s t r a i n to fr e s o u r c es e r v i c e ，a n dr e a l i z e s m u l t i - p e r s p e c t i v et or e t r i e v a lr e s o u r c e ss e r v i c eb a s e do nt h es e m a n t i c i no r d e rt os o l v es u c hp r o b l e m sa s m a n u f a c t u r i n gr e s o u r c e ss e l e c t i n g , e v a l u a t i n ga n d r e s o u r c es e r v i c ec h a i nc o n s t r u c t i n gw h i c ha r eb a s e do nm u l t i o b j e c t i v e r e s t r a i n t s c h a p t e r5 p r o p o s e se v a l u a t i n gi n d e x e sa n da l g o r i t h mb a s e do nf u z z ya h pf o rs e l e c t i n gn e t w o r k e d m a n u f a c t u r i n gr e s o u r c es e r v i c e s s e l e c t i o na n dr e a l i z a t i o np r o c e s sf o rn e t w o r k e dm a n u f a c t u r i n g r e s o u r c es e r v i c e sa r ed i s c u s s e di nd e t a i l n e t w o r k e dm a n u f a c t u r i n gt a s ka s s i g n m e n tp r o c e s sa n d m e c h a n i s mb a s e do na u c t i o na r ep r o p o s e d ac o n s t r u c t i n ga l g o r i t h mb a s e do na n ts y s t e mf o r n e t w o r k e dm a n u f a c t u r i n gr e s o u r c es e r v i c ec h a i ni s p r e s e n t e d ，a n dr e s o u r c e ss e r v i c ec h a i n c o n s t r u c t i o ne x a m p l e ss e p a r a t e l yb a s e do nt i m e ，c o s ta n dt i m ec o s ts y n t h e s i sa r ep r o v i d e d i nc h a p t e r6 ，b a s e do nt h ea b o v em e n t i o n e dt h e o r y , ap r o t o t y p eo fn e t w o r k e d m a n u f a c t u r i n g r e s o u r c e si n t e g r a t i o np l a t f o r ms y s t e mi sp r o v i d e d t h ep r o t o t y p e s y s t e mh a sc o n f i r m e dt h e t h e o r i e sa n dt h em e t h o d sw h i c hs t a t ei nt h ep a p e ri se f f e c t i v ea n df e a s i b l e s o m eo ft h ed e t a i l so ft h ec u r r e n ti m p l e m e n t a t i o na l ed r a w ni nc h a p t e r7a n dc o n c l u d ew i t h f u t u r er e s e a r c hd i r e c t i o n s k e y w o r d s ：n e t w o r k e dm a n u f a c t u r i n gr e s o u r c ei n t e g r a t i o np l a t f o r m r e s o u r c em o d e l ； r e s o u r c ee n c a p s u l a t e ； r e s o u r c em a t c h ； r e s o u r c ee v a l u a t e ； m a n u f a c t u r i n gr e s o u r c ec h a i n i l 浙江大学研究生学位论文独创性声明 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。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，也不包含为获得逝婆盘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 饥a 签字日期2 7 年夕月( 户 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解逝婆盘堂有权保留并向国家有关部门或机 构送交本论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅和借阅。本人授权逝鎏盘堂 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和传播，可以采用影 印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。 ( 保密的学位论文在解密后适用本授权书) 学位论文 签字日期 导师签名： 签字日期：刁夕年夕月，歹日 尹 已户 浙江大学博士学位论文l 绪论 1 绪论 1 1 论文研究背景 制造业是国民经济和创造人类财富的支柱产业，是经济增长的主导和经济转 型的基础，作为经济社会发展的重要依托，制造业是国际竞争力的集中体现n 。2 1 。 全球化市场的加速形成、世界范围的产业结构调整、能源和环境约束的加剧使制 造业面临前所未有的挑战与压力。当前制造业最基本的特征是“竞争环境的变化 太快，而企业自我调整、适应的速度跟不上”，依靠企业内部的技术升级与资源 优化已无法适应这种巨大的变化”1 。另一方面信息技术的蓬勃发展对制造业产生 了巨大的影响，促进了业界对新的制造模式、制造技术和生产方式的不断探索与 研究，从而涌现了许多新的理论方法、技术和观点，并形成了一系列新模式与新 系统，如现代集成制造系统、敏捷制造、虚拟制造、动态联盟、网络化制造和大 批量定制等h 。6 1 。 网络化制造是在网络经济情况下产生并得到广泛应用的先进制造模式伊1 2 1 。 对网络化制造模式的需求一方面来自于市场竞争的压力；另一方面来自于企业提 高自身生产经营管理水平的需要。信息技术和网络技术的迅速发展和广泛应用， 促进了网络化制造这一先进制造模式的研究和应用1 。网络化制造( n e t w o r k e d m a n u f a c t u r i n g ，n m ) 概念的提出是对传统制造组织形式的全新变革，其以分布式 组织、广泛性协作、开放式结构作为其资源组织和运行的主要特点；以产品加工 制造为中心，跨越不同企业的时空差距，通过企业之间的资源集成、过程集成、 信息集成，实现分布式资源优化配置，是提高企业面向新的制造环境适应能力和 发展能力的关键儿1 。网络化制造的核心思想是利用网络信息技术灵活而迅速地 组织社会制造资源，把分散在不同地区和组织的现有优势制造资源按能力优势互 补和集成共享的原则，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，以便快速推出高质量、低成本的产品，其最 显著的特征是快速、柔性、动态地资源集成共享n 钉。在网络化制造模式下，企业 需要从传统的注重内部资源管理和利用的模式转变到注重外部资源的集成和利 用模式上，从企业内部的业务集成转向企业间的业务协同，通过资源互补、协同 浙江大学博士学位论文 l 绪论 工作、信息共享形成企业群，从质量和价格的竞争转向柔性和响应速度的竞争 【3 j 【i6 j 网络化制造各结盟企业制造资源具有地理上的分散性、职权上的自主性和管 理上的自治性等特点，且彼此间合作与竞争、自主与联合并存，因此协调好各结 盟企业之间的可共享制造资源并从整体对其进行优化配置，从而及时响应经营条 件的变化与运作方式的调整是网络化制造所要解决的主要问题h 22 1 。但是只有建 立网络化制造资源集成平台，才能为参与网络化制造各结盟企业提供合作与竞争 的环境和信息共享的手段，才有可能实现网络化制造的最终目标。制造资源的可 共享性、可配置性和可集成性是实现网络化制造这一先进制造模式的前提和基 础，因此研究如何根据制造资源的特点将分布在不同地点企业内的资源有效的组 织起来，面向特定需求对结盟企业制造资源进行集中管理和调配，并形成统一的 资源管理环境，为整个结盟企业服务成为提升制造业竞争力的迫切需求棚们。 本文根据国家8 6 3 计划c i m s 主题资助项目：浙江省块状经济区域网络化制 造系统开发与应用( 项目编号：2 0 0 2 a a 4 1 4 0 7 0 ) 和浙江省哲学社会科学规划项目： 浙江省区域网络化制造资源共享优化配置集成平台研究( 项目编号：n b 0 5 g l 0 1 ) 的相关研究成果，在综合国内外网络化制造研究现状基础上，结合当前蓬勃发展 的信息技术，智能技术，以网络化制造环境下制造资源的优化配置集成为研究目 标，重点研究集成平台的体系结构与运作模式、网络化制造资源建模与封装技术、 制造资源的检索匹配技术与选择评价、网络化制造任务分解与建模、原子任务驱 动的网络化制造资源服务链构建等关键问题，以期对网络化制造资源集成平台的 研究与开发提供较为完整的解决方案。 1 2 论文研究意义 网络化制造资源集成平台旨在建立以特定需求和效率驱动的，以优势资源关 联为纽带的技术支持和协作体系，目的是促进结盟企业制造资源的共享与优化配 置，促进跨区域，跨企业协作能力的提高，促进整体创新能力和市场竞争力的增 强。总体上讲，网络化制造资源集成平台的实施可以解决资源重复建设和浪费的 现象，实现产业链内的资源共享与优化配置；提高企业的创新能力，缩短产品的 交货周期；保证产品开发质量，降低成本；有效缓解制造资源瓶颈和约束等问题 2 浙江大学博士学位论文1 绪论 i ，j i l 引 ( 1 ) 网络化制造资源集成平台是实现资源共享的重要使能手段3 町3 1 。由于 历史的或企业自身定位等原因，结盟企业在制造资源的占有和分布上存在严重的 不平衡性。另外企业资源投入与建设很少从整个产业链资源共享的角度考虑，往 往基于单个企业发展考虑选择适合t l 己的软硬件资源，并且这些资源一般都运行 在不同的地点、不同的平台和操作系统上。造成不同企业、阶段和领域的资源难 以集成共享，并成为制约网络化制造成功实施的瓶颈问题。 ( 2 ) 网络化制造资源集成平台是为了应对市场经济全球化对制造业挑战需 要们n 钔。在网络信息时代各结盟企业要摒弃过去的大而全、小而全的模式，发 展其核心竞争力，提高专业化生产水平，在此基础上通过网络化制造资源集成平 台实现跨地域、跨平台协作，以增强快速响应动态变化市场的能力和提高结盟企 业之间的专业化协作能力。另外区域经济是国家经济的重要组成部分，区域内制 造企业群体之间的相互配套和相互协作对于提高整个区域的国际竞争力也有重 要的作用。此外一些对国民经济发展和安全有着核心和支撑作用的装备行业与基 础设施业，由于其具有产业关联面广、成套性强、研制难度大和复杂性高等特点， 不可能由一个企业完成其所有的工作，因此通过网络化制造资源平台提高整个行 业的协同能力也是提升我国重大技术装备研制能力和水平的有效手段。 ( 3 ) 网络化制造资源集成平台是实施虚拟制造、动态联盟和敏捷制造等先 进制造模式的需要7 圳n 钔。众多先进制造模式的基本思想都是通过将优势资源 跨地域、跨平台快速优化配置和集成，使联盟能对持续变化和不可预测的市场需 求作出快速反应，从而赢得市场竞争优势和获取长期经济效益。但是无论是在动 态联盟、敏捷制造或其他制造模式环境下，制造资源不再是某一企业的资源而扩 展成社会资源，其有分布、异构和不确定等特点。因此如何在分布企业中有效地 找到可用资源，实现资源的集成重构与控制，针对某一特定需求快速地组成跨地 域、跨平台、有时效的动态资源链，成为成功实施虚拟制造、动态联盟和敏捷制 造等先进制造模式的首要任务。 总之，在网络化制造资源集成服务平台的支持下，各个传统的制造企业既可 以独立完成一些产品的研制和信息管理等工作，也可以通过对资源的标准化建 模、封装集成到服务平台中与其他组织实现共享协作，提高资源利用效益和增强 浙江大学博士学位论文 l 绪论 结盟企业的竞争力。因此网络化制造资源集成服务平台的研究与开发对于提高专 业化协作水平；显著增强企业、区域、行业的技术水平和经济效益具有重大的理 论和实际应用价值。 1 3 研究现状综述 1 3 1 国内外网络化制造总体研究现状 需求和技术的双轮驱动使得网络化制造这一先进制造模式在2 0 世纪9 0 年代 中期产生并迅速发展。目前美国、日本等经济发达国家正以年增3 5 的速度组建 跨行业、跨地区的虚拟企业，这些虚拟企业己形成2 5 0 0 亿美元的生产规模，并 且都纷纷实施了面向网络化制造的研究计划他0 5 1 。如美国里海大学美国2 1 世纪 制造企业战略、美国能源部“敏捷制造使能计划”、美国国防部和科学基金会资 助的“下一代制造”、欧洲联盟的“第五框架计划”、日本的“智能制造技术计划” 和韩国的“网络化韩国2 1 世纪计划”等均包含了大量有关网络化制造的内容。 除上述的研究计划外，国外政府、研究机构和企业界对网络化制造也进行了大量 的实践并形成了一系列的产品，例如： ( 1 ) 美国国际制造研究所发表了俄罗斯一美国虚拟企业网 ( r u s s i a n - a m e r i c a l lv i r t u a le n t e r p r is en e t w o r k ，r a - v e n ) 研究报告，该项 目的目的是开发一个跨国虚拟企业网的原型，从而使美国制造企业能够有效地利 用俄罗斯制造业的能力，为实现更加广泛的全球制造起到示范作用”4 1 。 ( 2 ) 加拿大国家科学和工程研究委员会( n s e r c ) 制定的n e t m a n 项目提供 了一个网络化制造系统框架和一个协同的业务框架，以支持在动态环境中敏捷制 造网络的运作。 ( 3 ) 欧洲联盟公布的“第五框架计划( 1 9 9 8 - 2 0 0 2 ) ”目标是为联盟内各个 国家的企业提供资源服务和共享的统一基础平台”卯。而在此基础上公布的“第六 框架计划( 2 0 0 2 - 2 0 0 6 尸的一个主要目标是进一步研究利用i n t e r n e t 技术改善 联盟内各个分散实体之间的协作与集成机制引。 ( 4 ) 美国e 一制造网络有限公司开发的软硬件一体化i n t e r n e t 网络机械设 备可实现异地实时设备资源利用、供应链自动化集成、生产过程在线实时监控和 4 浙江人学博士学位论文 l 绪论 远程设备诊断等功能。 ( 5 ) 在网络化制造零件库资源共享方面已经制定了一系列的相关标准，如 德国的d i n 4 0 0 0 和d l l q 4 0 0 1 系列、i s 0 13 5 8 4 等。在此基础上开发形成了一些极 具规模的网络零件库，如w e b 2 c a d 、i n p a r t 、3 dc o n t e n tc e n t r a l 、c a d c l i c k 、 和p a r ts x l 等。 ( 6 ) 网络化协同制造主要项目有c y b e r c u t 、c a i d n e t 和m t a i d r i 等。美国加 州大学伯克利分校集成制造的c y b e r c u t 项目主要目标是开发能在i n t e r n e t 上快 速进行产品设计和制造的网络化制造基础环境b 饥钉1 。美国通过用电气公司实施的 c a b i n e t 项目目标是通过i n t e r n e t 提供多种制造支撑服务，使得不同企业能够通 过i n t e r n e t 实时、交互地共享各种制造资源服务英国利兹城市大学和格拉 斯哥大学的“基于w e b 的产品设计和制造环境”项目目标是提供一个能在 i n t e r n e t 上快速进行产品设计和制造的基础技术，其采用j a v a 方案构建基于w e b 的网络化制造集成环境，并研究了相应的实现各子系统之间资源、信息交互和共 享的关键技术b 3 1 网络化制造技术的迅猛发展在9 0 年代末引起了我国一些学者的极大关注，当 时李荣彬、张曙、李爱平等提出为充分利用分散于香港和内地之间的中小型企 业制造资源以及香港的市场优势，提出了分散网络化制造的概念，并对其系统重 构、模式变革、组织结构、管理结构及信息结构的设计和建模等方面进行了较为 深入的研究。至今仅国内期刊上发表对网络化制造研究的论文就近6 0 0 篇，研究 内容主要集中在策略、框架和关键使能技术三个方面。在策略层面上，清华大学 范玉顺教授对网络化制造的定义和内涵进行了规范和界定，并从总体技术、基础 技术、集成技术和应用实施技术四个层面对使能网络化制造的关键技术进行了辨 识口5 1 。重庆大学的刘飞教授对网络化制造的定义、内涵特征体系进行了描述。在 此基础上归纳出支撑网络化制造的技术体系、包括基础支撑技术、信息协议与分 布式计算技术、基于网络的信息集成技术和管理技术群、产品开发技术群和制造 过程技术群，从而使网络化制造的概念和实现方式得以清晰呈现”6 3 7 1 。浙江大学 顾新建教授等提出大成组概念，并对网络化制造范式、网络化制造导航台及网络 化制造的仿生学，经济学等理论进行了研究与论证，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b7 3 引。上海交通大 浙江大学博士学位论文 1 绪论 学的严隽琪教授在分析2 1 世纪制造业发展现状和趋势的基础上，提出了基于 i n t e r n e t 的信息和知识共享策略，并据此阐述了数字化和网络化制造的重要性， 同时对网络化制造概念和关键技术进行了界定h 们。在框架层面上，贵州工业大学 的谢庆生教授在分析基于a s p 模式的网络化制造基本特点和应用背景的基础上， 提出了一种基于a s p 的网络化制造系统体系结构n 。浙江大学的郑小林在对当前 分布式计算体系结构分析基础上，提出了基于网格的网络化制造系统体系结构， 并对实施模式和访问控制模型等进行了研究2 1 。西安电子科技大学的刘怀亮在 分析了传统分布式计算技术不足的基础上，提出基于w e bs e r v i c e s 的网络化制造 系统分布式计算解决方案，并对网络化制造信息集成和基于w e bs e r v i c e s 的网络 化制造通信等问题进行了研究引。在关键使能技术方面，华中科技大学杨叔子院 士的课题组对基于a g e n t 的网络化制造智能系统、网络化敏捷制造单元的基础理 论与实现技术、基于多a g e n t 的分布式协同环境等进行了一系列的研究h 4 。“1 。 华中科技大学的熊有伦院士则基于i n t e r n e t 和w e b 技术构建出了支持产品制造的 协同支持框架，并对支撑其运作的若干关键技术进行了阐述和研究，最终提出了 一种基于a g e n t 的物理实现方案h7 1 。广东工业大学的陈新教授提出了一种基于 i n t e r n e t 采用多智能体机制的敏捷制造链快速构造与运行控制的技术体系与总 体方案，并对有关网络化制造过程中技术信息交换平台、制造链统一建模、资源 配置、多变协商和异地监控等关键技术进行了深入的探索h 引。 我国政府在1 9 9 9 年时候就开始将网络化制造技术在行业的应用示范作为 “九五”国家重点科技攻关计划。国家8 6 3 c i m s 主题专家组较早认识到网络化 制造这种新的生产模式给制造业带来的机遇和变革，有计划的部署了一系列研究 课题，主要的项目类型有以下几种： ( 1 ) 分散网络化制造系统( d i 、i p s ) d n p s 项目于19 9 8 年列入国家“九五”科技攻关项目，于2 0 0 0 年通过验收。 在国家科学技术部组织的“九五”期间机械工业科学技术重大进展评选中，将分 散网络化制造研究列入1 1 大进展之一，标题为“新生产模式的研究和实践，推 动了我国制造业的技术进步和管理现代化”。 ( 2 ) 区域性网络化制造系统( r n l d s ) 在2 7 届世界国际计算机和工业工程的大会上，提出了区域性网络制造系 6 浙江大学博士学位论文l 绪论 统( r n m s ) 的概念。r n m s 主要指在一个特定的地区内，由当地政府牵头，利用当 地企业的资助，通过相关的计算机网络、数据库支撑环境，动态集成该地区内包 括企业、高校、研究部门在内的制造资源，形成一个区域性制造服务网络系统。 根据我国区域经济发展现状，国家8 6 3 c i m s 主题部署实施了一系列的区域性网 络化制造系统。其目标是根据当前制造业的发展现状和未来趋势，从策略、框架 和关键技术三个层面对网络化制造模式、技术展开更为深入的研究。采用 i n t e r n e t 技术，通过构建网络化制造系统服务平台，为局部地区或区域内企业 提供协同工作环境，资源、信息以及服务的共享和集成服务，以促进我国企业的 信息化改造进程钉。 ( 3 ) 现代集成制造系统( c i m s n e t ) c i m s n e t 是面向制造业的全国性虚拟网络，是“九五”期间8 6 3 c i m s 主题 的重大项目之一，是基于中国三大骨干物理网络的虚拟专用网它实现了信息共 享、资源共享、远程培训和咨询等功能，并为敏捷化工程、电子商务等应用提供 支撑环境。该项目调动和发挥了国内十几所高校和科研院所的技术优势，于2 0 0 0 年1 月建成投入运行，初步实现了全国现代集成制造技术信息与资源的有机集 成。 1 3 2 网络化制造资源建模研究现状 资源建模是描述如何建立资源视图模型的方法，是建模理论和方法学的有机 组成部分。建立统一可共享的制造资源模型是实现网络化制造环境下资源集成的 基础。网络化制造资源优化配置中的诸多业务环节均与制造资源密切相关，但是 不同的环节对制造资源的信息需求却不尽相同，若采用各自为政的做法，必然存 在数据冗余，无法保持制造资源数据的一致性，因此有必要建立统一及可共享的 制造资源信息模型。在内容上，该模型必须满足各应用环节的要求；在形式上， 应针对不同应用层次和环节给出相应的制造资源描述视图，满足各自的信息需 求；在性能上，应保证设备资源信息的完备性及一致性；在结构上，应保持相对 的独立性。目前国内外对制造资源建模的研究己取得了很多研究成果，但由于制 造资源内容的多样性、关系的复杂性、资源状态的动态性，导致制造资源模型在 描述的完整性、准确性、一致性、整体的结构性、关系的直观性等方面存在着不 7 浙江大学博士学位论文1 绪论 同程度的不足，还没有形成相应的标准，也没有统一的方法学b 。 在研究内容上，从面向具体应用系统需求的局部制造资源模型为研究对象， 发展到面向不同的先进制造模式，并以信息集成为目标的统一制造资源模型的 研究，从特定的制造环境中抽取特定信息，形成一个独立的支持相关应用系统 的数据库或数据文件。例如，张玉云从工艺设计角度建立了动态制造资源数据 库的工艺设计模型，从加工方法角度对制造资源建模b 引。文献【5 9 】从面向工艺 规划的角度提出双层制造资源模型，其将资源模型划分为两个层次：1 ) 基于模糊 分组技术的功能单元模型，将工艺相似的设备分在同一组中；2 ) 基于面向对象 技术的具体设备工艺能力模型，用来判断设备的工艺能力是否满足产品工艺加 工的要求。邱晓峰等研究了敏捷制造( a m ) 环境下资源集成系统研究，主要从 数据库角度对结构化制造资源进行建模陆们。倪中华在分析分布制造资源新特点 的基础上，提出了应用s t e p 、面向对象和x m l 技术定义制造资源模型标注语言 一m r m m l ，基于该标注语言构建制造资源模型，并研究了应用s t e p 和面向对象 技术构建制造资源模型、s t e pe x p r e s s 模型到x m ls c h e m a 映射的实现机制、 m r m m ls c h e m a 表示模式以及基于m r m m l 制造资源模型的框架构件等技术拍。贺 文锐基于o w l 建模语言提出用包括基本属性、功能和关联的三元组来表达制造 资源语义模型，在此基础上建议用包括制造资源主体、特征对象、制造方法和 制造结果特征四元组表示资源功能模型，初步研究基于w e b s e r v i c e 的网络化制 造资源分布式管理系统 。另外c h a n g x u ef e n g ，a n d r e w k 等建立了制造资源 的约束模型 6 3 og a ojx ，h u a n gxx 等建立了产品的制造能力模型框架4 1 。文 献【6 5 】提出了基于多a g e n t 和面向对象的资源混合建模方法，建立了包括系统 层、单元层和资源层的多层次信息模型。系统层、单元层通过多种类型的a g e n t 实现制造任务的分解调度，资源层利用面向对象的建模方法描述资源的属性和 操作方法，并将制造资源对象属性划分为静态属性和动态属性两部分，并反映 资源的结构形态、加工能力和运行状态。文献【7 4 】利用面向对象的方法基于物 理制造单元对网络化制造资源模型进行了研究，对物理制造单元的制造能力信 息分别面向逻辑制造单元和物理制造单元的加工零件类别进行建模。 在研究方法上，经历了以数据库为表达工具的传统建模方法、面向对象