（机械制造及其自动化专业论文）网格环境下的工艺准备资源管理研究.pdf

南京理工大学博士学位论文网格环境下的工艺准备资源管理研究 摘要 随着现代企业环境向复杂化、分散化、动态化、知识化方向的发展，网络化制造、 虚拟制造、敏捷制造、全球制造等先进制造模式相继出现，并在制造业领域发挥着不 同程度的作用，为推动制造业信息化做出了巨大的贡献。由于网格技术的特点与提供 的新功能能够极好地吻合网络化制造系统的需求，将网格技术引入网络化制造，构建 支持全球资源共享与协作的网格制造系统，具有重要的理论价值和现实意义。本论文 主要研究了基于网格框架的工艺准备系统体系结构( p p s g ) 及其资源管理技术，主要 包括如下几方面： 1 ) 首先介绍了课题组研究的早期成果一数字化敏捷工艺准备系统( d a p p s ) 的总 体结构、功能规划与系统特色；在分析了d a p p s 实施过程中的问题后，研究了网格 技术在工艺准备系统中应用的需求分析；提出了基于网格框架的工艺准备系统 ( p p s g ) ，给出了p p s g 基于o g s a 的六层体系结构；研究了p p s g 的应用流程，在此 基础上分析了p p s g 系统实施中资源管理的重要性及其关键技术。 。2 ) 研究了网格工艺准备资源的查找与定位算法。研究了网格环境下工艺准备资 源的分类与描述；提出了一种基于资源聚类的分级网格资源发现方法：在分析了工艺 准备网格的小世界特性后引入小世界概念，按照资源的类别构造资源虚拟组织，并基 于属性对资源进行动态聚类根据网格q o s 需求提出以复合x 值模糊聚类树为基 础，资源簇内聚合度和资源簇间分离度为目标的资源聚类优化的数学模型；运用并行 g a 进行优化，建立了适合资源聚类模型的并行g a 操作流程；同时针经典遗传算法 存在的“早熟”不足，设计了一种新颖的矩阵交叉方法，并以应用实例证明了该聚类 方法的高效性。最后，按照资源簇中心优先、逐级扩散的查找策略在资源覆盖网内实 现资源的查找与定位。 3 ) 研究了基于信息公理与粗集理论的网格资源q o s 优选。结合网格环境与工艺 准备资源的特点，给出了5 种q o s 度量的概念及其量化定义。提出了基于信息公理 与粗集理论的资源模糊优选模型：利用公理设计论中的信息公理将模糊数学与香农信 息论相结合对网格资源进行定量评价，以信息熵( 信息含量) 对资源作出评价；最后， 引入粗集理论中的依赖度，利用条件属性类对决策属性类的依赖度来代替常规的权重 确定方法。 4 ) 研究了基于q o s 的网格工艺准备资源经济调度。分析了网格资源管理体系结 构的特点及基于经济模型进行资源管理的优点；研究了基于经济模式的网格工艺准备 资源分配模型，将资源分配问题分为确定各类资源的均衡价格、根据资源价格及各自 南京理工大学博士学位论文网格环境下的工艺准备资源管理研究 策略实现有效的资源分配与调度两个子问题；提出了基于q o s 的网格工艺准备资源 调度模型与算法，基于经济学原理研究了网格资源价格与需求的动态调整与确定，从 而使得资源请求者与资源拥有者的效用最大化。 5 ) 研究了基于资源预测的网格工艺准备资源预留机制。提出了在资源预留请求 时考虑资源性能与任务时间特性的预测，建立了预测任务起始时间与持续时间的预测 系统模型。提出了一种改进的残差g m ( 1 ，1 ) 模型进行资源性能的预测；同时基于资 源性能的预测，结合知识推理，研究了任务时间特性的预测。最后，提出了基于预测 的工艺准备资源预留、接纳与响应控制算法，提高网格系统的服务质量。 6 ) 初步研究了基于s t e pa p 2 1 4 的工艺特征提取以及p p s g 系统实施的安全机 制。 在上述研究的基础上，开发了基于网格框架的工艺准备资源管理系统。本文最后 介绍了该原型系统的实现环境及实现方法。 关键词：网络化制造；网格制造；网格服务；资源管理；资源查找与定位；模糊优选； 资源调度；资源预留；工艺准备 南京理工大学博士学位论文网格环境下的工艺准备资源管理研究 a b s t r a c t w i t ht h et r e n do fc o m p l i c a t i o n ，d e c e n t r a l i z a t i o n ，l a b i l i z a t i o n a n di n t e l l e c t u a l i z a t i o no f m o d e me n t e r p r i s ee n v i r o m e n t , a d v a n c e dm a n u f a c t u r i n h gp a t t e m ，s u c ha sn e t w o r k e d m a n u f a c t u r i n g ( n m ) ，v i r t u a lm a n u f a c t u r i n g ( 旧，a g i l em a n u f a c t u r i n g ( a m ) ，g l o b a l m a n u f a c t u r i n g ( g m ) a n ds oo n ，w e r ep r o p o s e ds u c c e s s i v e l y t h e s ep a t t e r n s h a v e f u n c t i o n e dv a r y i n g l yi nm a n u f a c t u r i n gf i e l d ，w h i c hc o n t r i b u t eg r e a t l yt om a n u f a c t u r i n g i n d u s t r yi n f o r m a t i z a t i o n d u et o t h ec o i n c i d e n c eb e t w e e nt h ec h a r a c t e r sa n ds u p p o r t so f g r i da n dt h er e q u i r e m e n to fn e t w o r k e dm a n u f a c t u r i n g ，i ti so fg r e a tt h e o r e t i c a lv a l u ea n d r e a l i s t i cs i g n i f i c a n c et oc o n t r u c tg r i dm a n u f a c t u r i n gs y s t e mt os u p p o r tg l o b a lr e s o u r c e s h a r ea n dc o l l a b o r a t i o nw i t l lg r i dt e c h n o l o g yi n t r d u c e di n t om a n u f a c t u r i n gf i e l d t h i s p a p e rf o c u s e sm a i n l yo nt h ea r c h i t e c t u r ea n dr e s o u r c em a n a g e m e n to fg r i d b a s e dp r o c e s s p r e p a r a t i o n t h em a i nr e s e a r c hc o n t e n t si nt h i sp a p e ra r ea sf o l l o w s ： f i r s t l y ，t h ee a r l i e rw o r ko ft h er e s e a r c hs u b j e c t , d i g i t i z a t i o na g i l ep r o c e s sp r e p a r a t i o n s y s t e m ( d a p p s ) ，i si n t r o d u c e da sw e l la si t so v e r a l lf r a m e w o r k ，f u n c 吐o np a r t i t i o na n d s y s t e mf e a t u r e a f t e ra n a l y z i n gt h ep r o b l e m so fd a p p s so p e r a t i o n ，r e q u i r e m e n ta n a l y s i s o nt h ea p p l i c a t i o no fg r i di nd a p p sa r em a d e t h e nt h ec o n c e p t i o no fp r o c e s sp r e p a r a t i o n s y s t e mg r i d ( p p s g ) i sp u tf o r w a r da n ds i x l a y e ra r c h i t e c t u r eo fp p s gi sb u i l tu p t h e a p p l i c a t i o np r o c e s so fp p s gi sd e r i v e da n dk e yt e c h n o l o g i e sa n dt h ei m p o r t a n c eo f r e s o u r c em a n a g e m e n to fp p s gi m p l e m e n t a t i o na r ed i s c u s s e d s e c o n d l y ，t h es e a r c ha n d l o c a t i o no fg r i dp r o c e s sp r e p a r a t i o nr e s o u r c e si ss t u d i e d t h e c l a s s i f i c a t i o na n dd e s c r i p t i o no fp r o c e s sp r e p a r a t i o nr e s o u r c e si nt h eg r i da r er e s e a r c h e d a n dah i e r a r c h i c a lg r dr e s o u r c es e a r c ha l g o r i t h r ni sp r o p o s e d a f t e ra n a l y z i n gt h es m a l l w o r l df e a t u r eo fp p s g ，v o sa r ec o n s t r u c t e da c c o r d i n gt ot h er e s o u r c e s t y p ea n dr e s o u r c e s i nv oa r et h e nc l u s t e r e dd y n a m i c a l l yb a s e do nt h er e s o u r c ea t t r i b u t e s i nt h ec l u s t e r i n g a l g o r i t h mp r o p o s e d a no p t i m i z a t i o nm o d e lo fr e s o u r c e sc l u s t e r i n ge v a l u a t e db yi n t e r n a l c l u s t e r i n gd e g r e ea n de x t e r n a ld e t a c h e dd e g r e ei sp r o p o s e db a s e d0 1 1f u z z yc l u s t e r i n gt r e e w i t hm u l t i xa n dg e n e t i ca l g o r i t h mi sa p p l i e dt oo p t i m i z et h ec l u s t e r i n gr e s u l t sa n d c o r r e s p o n d i n gg e n e t i co p e r a t i o n s a l es t u d i e d f u r t h e r m o r e ，an o v e la p p r o a c hm a t r i x c r o s s o v e ri sd e s i g n e dt op r e v e n tp r e m a t u r e t t h es i m u l a t i o nr e s u l t ss h o wt h ee f f e c t i v e n e s s o ft h ep r o p o s e dc l u s t e r i n ga l g o r i t h m a f t e rr e s o u r c eb e i n gc l u s t e r e d ，as e a c hp o f i c yo f w ：s o u r c ec l u s t e rc e n t e r 砸o n t ya n dg r a d ed i f f u s ei sp r o p o s e dt os e a c rr e s o u r c e sf r o ma g l o b a lv i e w m 南京理工大学博士学位论文 网格环境下的工艺准备资源管理研究 t h i r d l y ，m u l t i a t t r i b u t ef u z z yo p t i m a ls e l e c t i o no fg r i dr e s o u r c e sb a s e do ni n f o r m a t i o n a x i o ma n dr o u g hs e ti ss t u d i e d c o m b i n a t i o nw i t hg r i de n v i r o n m e n ta n df e a t u r e so fg r i dp r o c e s s p r e p a r a t i o nr e s o u r c e s ，f i v em e t r i co fq o sa n dt h e i rq u a n t i f i c a t i o na l eg i v e n am u l t i a t t r i b u t ef u z z y o p t i m a ls e l e c t i o nm o d e lo fg r i dr e s o u r c e sb a s e do ni n f o r m a t i o na x i o ma n dr o u g hs e ti s p r o p o s e d t h i sm o d e lc o m b i n e st h et h e o r yo ff u z z ym a t h e m a t i c sw i t ht h ei n f o r m a t i o n t h e o r yo fs h a n n o n g r i dr e s o u r c e sa l ee v a l u a t e di nq u a n t i t ya n dt h eo p t i m a lr e s o u r c ei s c h o s e n a tt h es a m et i m e ，t h ew e i g h to fe a c ha t t r i b u t ei sd e t e r m i n e db yt h ed e p e n d e n c y d e g r e eo fr o u g hs e ta p p l i e di n t oo p t i m a ls e l e c t i o n f o u r t h l y ，q o sb a s e dr e s o u r c ee c o n o m i cs c h e d u l i n gi np p s gi ss t u d i e d a f t e r a n a l y z i n gt h er e s e a r c ho ng r i dr e s o u r c e sm a n a g e m e n ta r c h i t e c t u r ea n dt h ea d v a n t a g e so f e c o n o m i cm o d e l ，t h em a r k e te c o n o m i cm o d e li si n t r o d u c e di n t op p s g r e s o u r c e sa l l o c a t i o n w h i c hd i v i d e st h er e s o u r c ea l l o c a t i o ni n t ot w os u bq u e s t i o n s ：d e t e r m i n 撕o no fr e s o u c e s b a l a n c e dp r i c ea n dr e s o u r c es c h e d u l i n ga c c o r d i n gr e s p e c t i v e p o l i c y q o sb a s e d 鲥d p r o c e s sp r e p a r a t i o nr e s o u r c es c h e d u l i n gm o d e la n da l g o r i t h ma r ep r o p o s e d i nt h e p r o p o s e da l g o r i t h m ，e c o n o m i ct h e o r yi sa p p l i e dt oa d j u s ta n dd e t e r m i n et h ep r i c ea n d d e m a n do fm a n u f a c t u r i n gg r i dr e s o u r c e sf o rm a x i m i z i n gt h eu t i l i t i e so fr e s o u r c ep r o v i d e r s a n dc o n s u m e r s f i f t h l y ，r e s o u r c er e s e r v a t i o nm e c h a n i s mb a s e do np r e d i c t i o ni np p s gi ss t u d i e d r e s e r v a t i o nr e q u e s t ，r e s o u r c ep e r f o r m a n c ea n dt i m ec h a r a c t e r i s t i c so ft a s k sa r ep r o p o s e dt o b ec o n s i d e r e di nr e s o u r c er e s e r v a t i o nr e q u e s t a ni m p r o v e dr e s i d u a le r r o r 。g m ( 1 ，1 ) m o d e l i s a d o p t e dt op r e d i c tt h er e s o u r c ep e r f o r m a n c ea n df u r t h e r m o r ep r e d i c t i o no ft i m e c h a r a c t e r i s t i c so ft a s k sa t es t u d i e dw i t hc o m b i n a t i o no fk n o w l e d g er e a s o n i n g a n a l g o r i t h mo fg r i dr e s o u r c er e s e r v a t i o n ，a c c e p t a n c ea n dr e s p o n s ei sp r o p o s e dt og u a r a n t e e t h eq u a l i t yo fs e r v i c eo fg r ds e r v i c ea n ds i m u l a t i o ne x p e r i m e n t sa r ec a r r i e do u tt ov a l i d a t e i t sf e a s i b i l i t ya n de f f e c t i v e n e s s f i n a l l y ，o ht h eb a s i so fa b o v er e s e a r c h ，ar e s o u r c em a n a g e m e n ts y s t e mo fp p s gi s d e v e l o p e d t h ei m p l e m e n t a t i o ne n v i r o n m e n ta n dr e a l i z a t i o nm e t h d da r es t a t e d k e yw o r d s ：n e t w o r k e dm a n u f a t u r i n g ；g r i dm a n u f a t u r i n g ；g r i ds e r v i c e ；r e s o u r c e m a n a g e m e n t ；r e s o u r c es e a r c ha n dl o c a t i o n ；f u z z yo p t i m a ls e l e c t i o n ；r e s o u r c e s c h e d u l i n g ；r e s o u r c er e s e r v a t i o n ：p r o c e s sp r e p a r a t i o n 南京理工大学博士学位论文网格环境下的工艺准备资源管理研究 图清单 图1 1 制造业的发展历程2 图1 2 网络化制造的定义4 图1 3 网格五层体系结构和i n t e r n e t 体系结构对照图1 1 图1 4 网格服务描述嘲1 2 图1 5 论文组织结构图2 4 图2 1 数字化敏捷工艺准备系统总体结构框架图：2 7 图2 2 数字化敏捷工艺准备系统功能规划图2 7 图2 3 数字化敏捷工艺准备系统功能规划图3 0 图2 4 工艺准备系统网格体系3 3 图2 5 工艺准备系统网格应用流程示意图3 5 图3 1 工艺准备资源分类。3 9 图3 2 软件设备资源属性描述：4 0 图3 3 文件资源属性描述4 1 图3 4 处理器资源属性描述4 l 图3 5 存储资源属性描述4 1 图3 6 小世界模型示例图4 3 图3 7 模糊聚类实例4 6 图3 8 制造资源集合x 分类树的多种结果4 9 图3 9 冗余值检验5 0 图3 1 0 种群两染色体交叉示意图5 1 图3 。1 1 种群网络拓扑示意图- 5 2 图3 1 2 种群迁移过程示意图：5 2 图3 1 3 并行遗传优化算法流程图5 4 图3 1 4 资源聚类结果复合人值表示5 5 图3 1 5 基于聚类的网格资源查找的分级扩散5 8 图3 1 6 搜索路径长度实验对比5 9 图3 1 7 查询结果结果质量对比5 9 图4 1 某功能需求的设计范围、系统范围、公共范围和概率密度函数6 3 南京理工大学博士学位论文网格环境下的工艺准备资源管理研究 图4 2 功能需求为连续变量时的设计范围、系统范围、公共范围和概率密度函数6 4 图4 3 梯形模糊数隶属度函数图6 5 图4 4 设计范围与系统范围的公共范围6 5 图4 5 资源o o s 优选流程j 6 8 图4 6 资源1 成本属性的设计范围与系统范围7 0 图4 7 资源l 资源柔性的设计范围与系统范围7 0 图5 1 资源组织示意刚1 3 6 1 7 5 图5 2 基于经济模式的网格工艺准备资源分配模型7 6 图5 3 网格层次q o s 调度模型：7 7 图5 4 价格调整的迭代流程图8 6 图5 5 基于q ( ) s 的网格经济调度算法流程图8 9 图6 1 网格调度实例时序图9 3 图6 2 资源预测系统模型9 4 图6 3 系统负载对任务完成率的影响1 0 3 图6 4 系统负载对资源利用率的影响1 0 4 图6 5 任务数对任务完成率的影响1 0 4 图7 1f e b - - c a p p 系统结构图1 0 7 图7 2 特征分类。1 0 8 图7 3 某典型零件t w 一0 2 - 0 5 1 0 8 图7 4 基本特征提取算法流程图1 0 9 图7 5 基本特征提取结果1 l o 图7 6 键槽的组成及其编号1 1 0 图7 7 公差信息自动提取实例1 1 2 图7 8 网格安全体系结构1 1 4 图7 9 网格服务实例任务执行流程1 1 4 图7 1 0 项目管理系统主界面1 1 6 图7 1 1 项目立项界面1 1 7 图7 1 2 项目模板界面1 1 7 图7 1 3 项目分解界面1 1 7 图7 1 4 网络图生成1 1 8 图7 1 5 矩阵图绘制界面1 1 8 x 塑室翌三奎兰堕主兰垡笙奎 塑垒! 壅! 箜三茎堡鱼壅塑篁矍堑壅 - _ - _ _ _ - _ - i _ - _ - _ _ _ _ - _ _ - i - i _ _ _ - 。- _ _ _ _ _ - - _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ - - _ - l _ _ - l - i i _ _ - _ - l _ _ _ _ _ _ _ - _ _ - - _ - i 。- 一。 图7 1 6 项目监控界面1 1 9 图7 1 7 系统登陆界面1 1 9 图7 1 8 资源注册界面1 2 0 图7 1 9 系统主界面1 2 0 图7 2 0 资源检索结果1 2 1 图7 2 l 资源排序结果：1 2 1 图7 2 2 资源一任务分配结果1 2 1 图7 。2 3 任务查看1 2 1 x i 南京理工大学博士学位论文网格环境下的工艺准备资源管理研究 表清单 表1 1 网络化制造的优势与不足嘲。5 表1 2 网格五层体系结构层次功能划分1 2 表1 3 国内外网格体系结构研究成果1 3 表1 4 制造资源调度方法乜1 1 8 表3 1 遗传编码5 0 表3 2 m a x p o p = 2 0 0 ，n - - 4 ，p c = 0 9 0 ，p m = 0 1 0 时算法迭代过程：5 5 表3 3 并行遗传算法与经典遗传算法的反演结果对比5 6 表4 1 语言标度的梯形模糊数表示6 4 表4 2 用户任务请求描述及对应的五个资源的q o s 属性值：6 9 表4 3 备选网格资源每个属性指标的信息含量7 0 表4 4 实例q o s 属性指标值的泛化7 1 表4 5 备选网格资源每个属性指标的加权信息含量7 2 表5 1 网格资源管理模型对比7 5 表5 2 算法性能对比9 0 表6 1 模型拟合精度等级标准一9 9 表6 2 模型预测结果对比i 0 0 表7 1 判断键槽的规则：1 1 l 表7 2 其它安全需求解决方案，1 1 5 南京理工大学博士学位论文 网格环境下的工艺准备资源管理研究 缩略词表 g l 沮“d m a n u f a c t u r i n g ( 网格制造) c i m - - - - - c o m p u t e ri n t e g r a t e dm a n u f a c t u r i n g ( 计算机集成制造) c a p p - - - - c o m p u t e ra i d e dp r e c e s sp l a n n i n g ( 计算机辅助工艺规划) 舳肛一a 酬em a n u f a c t u r i n g ( 敏捷制造) 啦- r 臼】a lm a n u f a c t u r i n g ( 虚拟制造) c b c o n c u r r e n te n g i n e e r i n g ( 并行工程) m c - - m a s sc u s t o m i z a t i o n ( 大规模定制) c s c w c o m p u t e r s u p p o r t e dc o o p e r a t i v e w o r k ( 计算机支持的协同工作) d a p p - - d i g i t i z a t i o na g i l ep r o c e s sp r e p a r a t i o n ( 数字化敏捷工艺准备) p p s 仁p r o c e s sp r e p a r a t i o ns y s t e mg r i d ( 工艺准备网格) o g s a o p e l lg r i ds e r v i c e a r c h i t e c t u r e ( 开放网格服务结构) o g s i _ 曲e ng r i ds e r v i c ei n f r a s t r u c t u r e ( 开放网格服务基础设施) s t e p l s t a n d a r df o rt h ee x c h a n g eo f p r o d u c tm o d e ld a t a ( 产品模型数据交换标准) g a q n e t i ca l g o r i t h m ( 遗传算法) a 玎) 一一a n a l l y t i ch i e r a r c h yp r o c e s s ( 层次分析法) a s p _ - a p p l i c a t i o ns e r v i c ep r o v i d e r ( 应用服务提供商) p d m p r o d u c td a t am a n a g e m e n t ( 产品数据管理) m i s m a i l a g e i n e n ti n f o r m a t i o ns y s t e m ( 管理信息系统) d s s d e c i s i o ns u p p o r ts y s t e m ( 决策支持系统) r s - r o u g hs e t ( 粗集理论) s o a p - - s i i l l p l eo b j e c ta c c e s sp r o t o c o l ( 简单对象访问协议) w s r r - w 曲s e r v i c er e s o u r c ef r a m e w o r k ( w 曲服务资源框架) w s d i 广w e bs e r v i c ed e s c r i p t i o nl a n g u a g e ( w 曲服务描述语言) u d d iu n i v e r s a ld e s c r i p t i o n 。d i s c o v e r ya n di n t e g r a t i o n ( 统一描述、发现和集成) v o _ r n l a lo r g a n i z a t i o n ( 虚拟组织) x m l - - - - e x t e n s i b l em a r k u pl a n g u a g e ( 可扩展标志语言) g t 3 9 q o b u st o o u d t 3 9 ( 网格服务平台3 9 ) m d s m o n i t o r i n g a n dd i s c o v e r ys e r v i c e ( 监控与发现服务) a o a b s t r a c t i o no w n e r ( 抽象所有者) q o 孓q 1 】a l i t yo fs e r v i c e ( 服务质量) 南京理工大学博士学位论文网格环境下的工艺准各资源管理研究 g m - - - g r a ym o d e l ( 灰色模型) f c f s - - f i r s tc o m ef t r s ts e r v i c e ( 先来先服务) r a & s 一r e s o u r c ea l l o c a t i o n & s c h e d u l i n g ( 资源分配与调度) m e t _ m j n i m u me x e c u t i o nt u n e ( 最小执行时间) m c t _ m i m m u m c o m p l e t i o nt i m e ( 最小完成时间) g r a m 一确dr e s o u r c ea l l o c a t i o nm a n a g e r ( 网格资源分配管理器) g s h - - ( 新ds e r v i c eh a n d l e ( 服务旬柄) g s i 一嘲ds e c u r i t yi n f r a s t r u c t u r e ( 网格安全基础设施) 删 声明 本学位论文是我在导师的指导下取得的研究成果，尽我所知，在本 学位论文中，除了加以标注和致谢的部分外，不包含其他人已经发表或 公布过的研究成果，也不包含我为获得任何教育机构的学位或学历而使 用过的材料。与我一同工作的同事对本学位论文做出的贡献均已在论文 中作了明确的说明。 夕 研究生签名：重二堡厂年，二月z 一日 学位论文使用授权声明 南京理工大学有权保存本学位论文的电子和纸质文档，可以借阅或 上网公布本学位论文的部分或全部内容，可以向有关部门或机构送交并 授权其保存、借阅或上网公布本学位论文的部分或全部内容。对于保密 论文，按保密的有关规定和程序处理。 研究生签名：j 哆 硝7 年，2 月己日 南京理工大学博士学位论文网格环境下的工艺准备资源管理研究 1 1 引言 1 绪论 2 0 世纪9 0 年代以来，世界市场发生了根本性的变化。随着i n t e r n e t 技术的发 展与网络技术的不断进步，人类历史进入了网络经济的时代。原来相对稳定的市场变 得动态多变；企业生产经营朝全球化与网络化方向发展n 3 。网络技术为传统制造业的 生存与发展既提供了良好的机遇，也提出了严峻的挑战。为了适应网络经济下激烈的 全球竞争，人们将制造技术与飞速发展的信息技术、网络技术j 现代管理技术与系统 工程技术有机融合，逐渐形成了网络化制造( n e t w o r k e dm a n u f a c t u r i n g ) 、虚拟制造 ( v i r t u a lm a n u f a c t u r i n g ，v m ) 、动态联盟、绿色制造、智能制造( i n t e l l i g e n t m a n u f a c t u r i n g ，i m ) 、敏捷制造( a g il em a n u f a c t u r i n g ，a m ) 等各种先进的制造模式与 管理思想。然而，正是由于这种百家争鸣的制造模式及其相应协作环境与工具开发的 存在，造成了国家资源的过度浪费，每个制造模式都有自己特定的体系框架和应用领 域，采用一定的技术实现，应用于某种产品或某个领域的制造模式很难甚至不可能应 用到其它的产品或领域中。这种局限性不仅限制了制造模式的扩展，不符合国家的长 远发展规划，同时也违背了制造业全球化的发展趋势乜3 。 与此同时，信息领域中网格技术正在蓬勃发展。美国、日本等发达国家到我国、 印度等发展中国家都启动了大型网格计划，如：美国官方投资先进科学计算研究1 以及i b m 公司在2 0 0 1 年投资4 0 亿美元进入网格计算领域；我国8 6 3 项目启动了中国 国家网格以及航天二院和清华大学共同开展了“仿真网格 的研究等h 1 ，这些技术研 究推动了将万维网升华为网格的大浪潮。作为一种计算和数据管理的基础设施，网格 集网络、通信、计算和信息等各种功能于一体，实现了互联网上所有资源的全面连通、 消除了信息与资源孤岛；为计算和数据管理提供一个统一的虚拟平台，从而为商业活 动、政府行为以及科学研究等诸多领域提供信息化支持睁刀。已有的网格技术大都集 中在科学计算领域，随着网格技术的深入应用和制造业的需求徊1 ，网格模式下的制造 系统应运而生，为最终实现全球化制造资源共享和协同工作提供了有效的解决思路。 工艺准备技术是制造系统的重要支撑技术之一，是连接c a d 系统与c a m 系统的纽 带，将网格这一全新技术引入工艺准备系统研究，利用其与自身构成特点相适应的应 用框架、虚拟企业建模等问题，针对性地展开工艺准备网格的应用、方法和技术的研 究，从而实现广域范围内的工艺准备资源共享与协同工艺准备。 1 绪论博士论文 1 2 课题背景 1 2 1 制造业背景 制造业是创造社会财富的重要支柱，“制造”概念源于1 8 世纪第一次工业革命后， 它是指通过机器进行制作或生产产品1 。其后，制造业经历了2 0 世纪6 0 年代的追求 生产规模、7 0 年代的降低生产成本、8 0 年代的提高产品质量、9 0 年代的加快市场响 应速度，直至现在的追求技术创新，发展历程如图1 1 n 们。 图1 1 制造业的发展历程 随着网络信息技术的迅速发展、。知识经济的到来以及全球化浪潮的冲击，现代企 业制造环境出现了革命性的变化，表现出以下几方面的趋势n 1 ： 夺复杂化与不确定性。随着经济、技术发展的持续深化，复杂性与不确定性己成为 企业经营与管理中无法回避的问题，主要表现为市场需求的多样化与个性化，客 户要求的从产品设计、制造到销售的一系列服务等。 动态化。制造业的全球发展使企业面临的是动态的、复杂的环境，用户需求的多 样化与个性化也导致企业经营活动的动态多变；另外，企业的动态化还指现代企 业必须具有高度的灵活性、敏捷性等动态特征，以便快速响应市场的动态需求。 令企业间联系日趋紧密。i n t e r n e t 作为国际信息通道，促进了市场经营结构与方式 的变化，同时提供了广阔的企业间直接交流的空间。 令知识化。2 1 世纪是以新知识、新技术为基础的经济，是一种以无形资产为主的经 济。据估计，发达国家的知识经济已占经济总产值的5 0 以上n u 。目前，知识管 理已在企业广泛使用。随着各国经济、科技、管理的不断发展，随着知识管理与 运用水平的不断提高，企业经营管理的知识化将成为全球企业的一个重要特征。 分散化、网络化。分布化是i n t e r n e t 发展的重要前提；i n t e r n e t 上的活动是高 度分布、协同的。因此，基于i n t e r n e t 的生产方式也将具有分布化的发展趋势。 企业企业间通过i n t e r n e t 突破空间地域对企业生产经营范围