（机械设计及理论专业论文）基于网络制造的企业应用协同工作环境研究.pdf

武汉理工大学博士学位论文 摘要 计算机支持的协同工作是信息化发展的必然产物，它将提高人们的工作效 率，促进社会生产力的发展，影响人类群体生产、工作和生活方式，它一直是 网络化制造领域中研究的热点。为了给网络制造企业提供个良好的协同工作 环境，本文从资源应用的角度，研究了资源的管理、发现、集成以及支持企业 协作的协同设计等方面的内容。本文的工作有： ( 1 ) 研究了制造企业应用协同工作理论。从协同工作的内涵、工作模型和体 系结构等方面研究了协同工作理论的基本内容。提出资源的管理、发现、调用、 企业协作的数据融合、流程衔接、应用整合与人员协作是为网络制造企业提供 应用协同工作环境必须解决的关键问题。 ( 2 ) 针对网络制造企业应用资源管理，基于u m l 实现了对网络制造资源的 分类与建模，引入服务域的概念简化了对资源的管理；针对资源的发现问题， 研究了基于语义的资源服务发现方法，设计了服务发现算法；提出采用多资源 库的方式实现对海量网络制造资源的存储；提出了网络制造资源的挖掘结构， 并研究了资源挖掘的流程。 ( 3 ) 针对资源的集成问题，探讨了基于s o a 的企业应用资源集成方法，提 出了资源集成的系统架构，设计了集成平台中包括数据融合服务、流程管理和 消息传递服务在内的一些基础服务。 ( 4 ) 针对支持企业协作的协同设计，研究了协同设计中的同步应用共享技 术、基于关系数据库、事例和粗糙集的冲突消解方法、权限管理模型，并开发 了基于同步应用共享的协同设计工具；研究且提出了协同工作环境中多媒体技 术及其一些改进方法，并开发出支持协同工作的多媒体环境。 ( 5 ) 研究了网络制造企业中几种典型企业应用的整合技术，包括即时通信工 具、e r p 、p d m 和门户彼此之间的应用整合问题。 ( 6 ) 开发了基于网络制造的企业协同工作平台，结合具体的应用实例，验证 了研究的有效性和可行性。 关键词：协同工作，资源管理，协同设计，多媒体环境，应用整合 武汉理工大学博士学位论文 a b s t r a c t c o m p u t c rs u p p o n e dc o o p e r a t i v ew o r k ( c s c w ) i st h ei n c v i 伽l er e s u l to f i r i f o n n a t i o np r o c e s s ，i ti n a yi m p r o v ew o d d n ge 蚯c i e n c y ，a c c e l e r a t e 船d e v e l o p m e n t o ft ：h ep r o d u 如r 埘a r l di i l f h l e n c et ：h el i f es 够l eo fm a i l 妯n d ni sa l s oah o tt o p i co f n e 铆o f km a n u f a c t i j r i n gs i l l c ei tw a sp u tf o r w a r d ，t bp f o v i d eag o o dc o o p e r a t i v e 、v o r k e n v i r o m e n tf o rm 籼f a c t l j r i n ge 玎t e 印r i s e s ， r e s o u r c e m a n a g e m e n ：t ， d i s c o v e r y ， 血e 掣a t i o n 觚dc o r n p u t e rs u p p o n e dc o o p e r a t i v ed e s i 印( c s c d ) w e r er e s e a r c h e d 舶mt h ev i e w o fr e s o u r c e sm l i sd i s s e r t a t i o n t h em a i nw o r ki 1 1 c 1 戚l e s ： ( 1 ) t kt h e o r yo fe 州s e 印p i i c a t i o nc o o p e r a t i v ew o l r ki s 鲰l d i e d i t sb 嬲i c c o n t e n ti sr e s e a r c h e d 丘o mt h e 雒p e c t so fc o o p e 阳r t i v ew o r kc o m l o t a t i o i l ，w o r kr n o d e l a i 】l da r c h “e c t u r e 硼1 er e s o u r c em 锄a g e m e m ，d i s c o v e r y i i l v o c a t e ，a n dd a t a 血s i o no f e n t e r i 证s ec 0 1 1 a b o m t i o 玛p r o c e s sc o m l e c t i o l l ，a p p l i c a t i o ni 1 1 t e 鲥i o n 锄dc o l l a b o r a t i o n p r o p o s e di n 仳sd i s s e r t a t i o na r e 血ek e yt e c h n o l o g i e st 0p r o v i d ec o o p e r a ：t i v e 、o r k e n v i r o n m e mf o rn e t w o r km 籼f a c t u r m ge n t e 印r i s e s ( nm _ e ) ( 2 ) i na l l u s i o n t 0m 锄g e 也ea p p l i c a t i o nr e s o u r c e so fm 皿，u m lb 嬲e d c l a s s i l f i c a t i o na n di n o d e l i n go fn e t 、r km 锄u f a c t u 血gr - e s o u r c e s ( n m r ) a r er e a l i z e d 1 km 猢g e m e n to fn m ri ss i i i l p l i f i e db y 硫p o r t i n g 龇c o n c e p to fs e i c ed o 肌l i n i nr e s o u r c ed i s c o v e 也es e m 锄j c i cb 弱e dm e m o di sr e s e a r c h e d ，趾dt l l es e i c e d i s c o v e r ) ra l g o r i t l m li sd e s i 印e d 1 1 1 ei i m l t i r e s o u r c ew a r e h o u s eb 鹤e dn m rs t o r i n gi s p u tf 1 0 删f i l l a l l y ，鲫洫t e c t l 鹏o f n m rm 砌n g i sp u tf 0 删趾di t sp r o c e s si s r e s e a r c h e d ( 3 ) f o rr e a l i z i i 培t l l er e s o u r c ei n t e 刚i o n ，t ：h es o a b a s e de n t e 叩r i s ea p p l i c a t i o n r e s o u r c ei n t e g r a t i o n ( e a 砌) i sd i s c u s s e d ，l es y s t e ma r c h i t e c t l l 】o fe a 魁i sp u t f o r w a r da n dt l l eb a s i ss e i c e si n c l u d ed a t a 缸s i o n ，p r o c e s sm a l l a g e m e ma i l dm e s s a g e 仃a 1 1 s f e m i 玛o nt h ei m e 黜dp l a t f o 衄a r ed e s i 印e d ( 4 ) a i m e da tc s c de r i r o 衄e n tf o re n t e 印r i s e s ，t h es y n d m o n o u s 印p l i c a t i o n s h 乏i r i n gt e c h n o l o g y ，c o n n i c te l i m i n a t i o nb a s e d o nr e l a t i o n a l ld a t a b a s e ，c a s e sa n dr o u 曲 s e t ，a n dr i g h t sm a j l a g e r n e n tm o d e l sa r er e s e a r c h e d t h es y n c l u - o n o u sa p p l i c a t i o n 武汉理t 大学博士学位论文 s h 撕n gb 嬲e dc o o p e r a t i v ed e s i g t l t o o l sa r e d e v e 】o p e d f r o mt t l e t e c l u l 0 1 0 9 y r e q u h r n e mf o ri 1 1 f o 咖a t i o nc o m m 嘶c a t i o l l ，t h em u l t i m e d i at e c l l l ：l o l o g ya n ds o m e i i n p r o v e dm e t l l o d sf o rc s c wa r er e s e a r c h e d ，a 1 1 dt l l em m t _ i m e d i ae n v i r o n m e n t s u p p o n sc s c w i sd e v e l o p e d ( 5 ) s e v e r a l 咖i c a li n t e 伊a t et e c l l l l o l o g i e si n c l u d er e a l 也1 ec o m m l m i c a ：t i o nt o o l ， e p rp d ma n dm u l t i p o r t a l s 缸e 伊a t i o ni i ln m ea r er e s e a r c h e d ( 6 ) c s c wp la ：响ms y s t e ms u s t a i n e db yn m ei sd e v e l o p e d ，眦d 蛔v “d i t ) r a n df e 髂i b i l i t ) ra r ev e r i f i e dmt h e 印p l i c a t i o np r o c e s s k e yw o r d s ：c 0 0 p e r a t i v ew b r k ， r e s o u r c e m a n a g e m e n t ，c 0 0 p e r a t i v ed e s i 盟， m u l t i r n e d i ac o m m u i l i c a t i o ne n v i l o i n e n t ，a p p l i c a t i o ni n t e 霉a t i o n 武汉理工大学学位论文独创性声明及使用授权书 独创性声明 本人声明，所呈交的论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究 成果。尽我所知，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，也不包含为获得武汉理工大学或其它教育机构的学位 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了谢意。 研究生( 签名) = 驷 日期 纠，2 ，笋 学位论文使用授权书 本人完全了解武汉理工大学有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权保 留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电予版，允许论文被查阅和借阅。 本人授权武汉理工大学可以将本学位论文的全部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或汇编本学位论文。同时授权经武汉理工大 学认可的园家有关机构或论文数据库使用或收录本学位论文，并向社会公众提供信 息服务。 ( 保密的论文在解密后应遵守此规定) 研究生( 签名，：二灶导师c 签名，： 日期坐 注：此表经研究生及导师签名后。请装订在学位论文摘要前页 武汉理 ：大学博士学位论文 1 1 研究背景及意义 1 1 1 研究背景 第1 章绪论 在当今的社会生活中，绝大多数工作都是在特定的群体环境中，由群体成员 互相协作、共同完成。随着计算机技术的发展，人机交互技术日趋成熟，计算 机应用已相当广泛并进入了家庭，人们迫切需要将计算机技术和通信技术应用 到人与人之间的交流和合作，克服传统协同工作方式存在的时空障碍，以提高 协同工作的效率和质量。 计算机网络的出现和发展，使人们通过联网实现共同工作成为了可能。1 9 8 4 年召开的第一次国际研讨会，产生了一个多学科的新领域计算机支持的协 同工作( c o m p u t e rs u p p o r t e dc o o p e r a t i v ew o r k ，c s c w t - 5 ) 。它的出现表明计算机 系统已从传统的问题求解和仅支持人机交互，朝着方便群体交互并支持协同工 作的方向发展。 目前对c s c w 尚无精确的定义。一般而言，c s c w 是指某群体中的人们在 计算机的帮助下，执行某项共同的任务，并为他们提供一个共享环境的界面。 其本质特征是：共同任务，共享环境、通信、合作和协调。 c s c w 的目的在于从理论和研究的角度解释人们的协作与交流，探索计算 机技术对群体工作支持的可能性，探索利用现有的技术，特别是多媒体、网络 与通信技术、分布式处理技术等建立一个协同工作环境。 在制造领域，如今的制造企业在经济全球化的大环境下，面对的市场竞争越 来越激烈和残酷；企业的生产方式由大规模批量生产向多品种小批量、大规模 定制、按订单生产、按订单设计和装配；交货日期成为主要竞争因素；面对的 客户的需求不断变化，客户越来越追求个性化和独一无二的产品等压力和挑战 睁引。因此，要求制造企业抓住市场机遇，迅速组织全国，乃至全球范围内的入 力物力等资源快速开发新产品，并调动生产经营系统，将产品推向市场 9 , 1 0 】。 另外，随着信息技术和计算机网络技术的发展，世界正经历着一场深刻的 武汉理工大学博士学位论文 “网络化革命”。这场革命极大地改变着人类的生存环境，网络化与数字化是当 今包括制造业在内的各行各业不可回避的发展总趋势。与此相适应，现代制造 企业的日常办公运作及产品研发也须利用以i n t e r n e t 为标志的信息高速公路， 面对市场机遇，针对某一特定产品，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，按优势互补的原 则，迅速地组合成虚拟企业，快速响应市场，推出高质量、低成本的新产品。 从资源提供者的角度，按照资源的属性、用户需求、使用方式以及在制造 活动中发挥的作用，制造资源可分成人力资源、制造资源、技术资源、物料资 源、应用系统资源、服务资源、用户信息资源、计算资源和其他相关资源。这 些资源往往形态各异、千差万别，且分布不均，尤其是企业内外由于历史形成 的多种多样的应用系统，如果能将这些资源集成起来，彼此间能有机协调，同 步工作，给企业带来的推动力，在许多行业，能超过新产品和新技术带来的。 也就是说，企业人员、应用和其它可接入网络的资源之间的协作创新，对很多 企业来说，将是比产品j 技术、品牌创新更大的创新。 制造企业只有通过全球网络，借助信息技术和网络技术，在全球进行地区 协作，共同分享知识和信息，优化制造资源，实现网络化制造，以最经济的方 式创造和积累财富，只有这样企业才能赢得市场、赢得竞争，不断提升竞争力。 综上所述，基于网络环境，建立一个企业应用的协同工作环境对企业具有 重要意义。( 这里，企业应用具有扩展的含义，除了一般意义的企业应用资源外， 还可纳入企业人员和其它可接入网络的资源，如人员的手持无线设备，现代的 数控设备等等。论文以下内容，“企业应用”如未限定，均代表这种“含义扩 展的企业应用 。) 1 1 2 研究意义 c s c w 技术作为构建企业协同工作环境的基础技术，主要研究如何利用计算 机支持群体成员间的协同工作，共同完成某项任务。c s c w 技术包括数字视频与 音频的通讯、远程会议系统、异步与同步通讯功能部件和服务技术( 如多媒体电 子邮件、多媒体协同工作、实时参考对象访问和应用共享等) 、图像与图形通讯、 分布式多媒体数据库与超文本、协作信息系统等技术，这些技术为建立支持协 同工作的系统提供了强大的技术基础，计算机支持的协同工作技术己成为网络 化制造的重要研究领域【l 。 2 武汉理丁大学博士学位论文 针对目前企业信息化建设过程中存在人员间整体协作水平不高；企业应用 数据和信息数据等缺乏关联，不能有效地实现知识的积累；面对企业内外大量 的非固定业务流程，一直没有一个好的解决办法，且企业内外应用系统间难以 协调一致。为了给网络化制造企业提供一个好的应用协同工作支持环境，达到 企业内外人员协作、信息管理、应用整合和流程衔接等目标。论文以网络技术 和我国制造业信息技术的广泛应用为基础，研究支持企业内外协同工作、交互、 资源共享、安全而有效的集成技术和手段，促进我国制造企业核心竞争力的全 面提升，对于提升我国制造业技术水平，加快我国的数字化和信息化建设，促 进我国经济的全面发展，具有非常重要的意义。 基于网络制造的企业应用协同工作环境研究是实现企业协作的基础。统一的 协同工作平台和良好的开发环境有利于缩短c s c w 应用系统的开发周期，降低 实现c s c w 系统的成本和风险。因此，论文主要从资源共享与集成的角度，围 绕网络制造应用资源的管理、发现、集成及应用等方面展开工作。采用信息技 术的w e b 服务技术，解决网络制造企业内外异构应用系统资源的共享与集成问 题，从而为网络环境下的制造企业协同工作提供支撑环境。而企业内部和企业 间资源共享与集成是制造业发展的关键，是先进制造技术的核心。先进制造技 术的发展是信息技术在制造业的应用不断扩展和深化的过程，信息化技术为高 效的资源共享提供了手段，为广泛范围内的资源共享提供了可能。研究基于网 络制造的企业应用协同工作环境是先进制造技术的重要内容之一，将对先进制 造技术的发展起到促进和推动作用具有十分重要的意义。 1 2 国内外研究现状 1 2 i 协同工作环境的定义 协同工作环境【1 2 埔j 是c s c w 的一个应用领域。可定义为：“协同工作环境是 一个通用协作系统，它包含众多通用的协作工具以满足不同领域对协作的共同 需求，同时以服务对象的形式把协作功能提供给开发者，让他们能很方便地利 用现有功能开发新的应用或把用于某一特定领域的工具软件集成到协同工作环 境中，构造满足其特殊需求的协作系统，从而解决一般性和特殊性之间的矛盾。 协同工作环境的研究作为计算机支持的协同工作的一项使能技术，为协同 武汉理工大学博士学位论文 设计过程提供强有力的环境支持。一个协同设计环境应该使设计人员方便地完 成自身工作，同时为设计人员之间的交互提供通道。由于在网络化产品设计过 程中，设计人员分散在网络的不同节点上，同时设计人员所使用的计算机软硬 件平台各不相同，使用的工具也有差异，因此需要采用一种机制将这些工具包 装起来，并能适应各种不同的平台，从而实现平台无关的设计协同；同时协同 设计必须具有柔性，适应设计过程中设计参与者的动态加入与调整。因此，它必 须具有如下特点【1 9 , - 2 0 1 。 ( 1 ) 应用广泛性。无论是同步协作还是异步协作、显式交流还是隐式交流 都应该在协同工作环境的支持范围之内。 ( 2 ) 开放性或跨平台性。参与协作的人员不可能都在同一硬件平台和操作 系统环境中，所以协同工作环境必须支持异构环境，支持各种开放的标准，提供 丰富的编程接口。 ( 3 ) 实时可靠性。协同应该是实时的和可靠的，不能因为一个用户的问题 或跨平台而影响协同效果。 ( 4 ) 可伸缩性或可扩展性。一方面强调不用对单机应用进行修改即可实现多 用户协同；另一方面强调在不损害原有功能的情况下，可以向环境中加入新功 能、支持新的标准。 协同工作环境提供的功能包括：( 1 ) 支持跨地域、跨学科、跨组织的协同工 作；( 2 ) 支持无处不在的科研活动；( 3 ) 支持对多种资源集成使用；“) 支持服 务定制与个性化服务；( 5 ) 提供方便、易用的使用界面；( 6 ) 提供安全的环境。 1 2 2 协同工作环境研究现状 随着计算机网络环境的普及和并行工程的深入研究与实施，协同设计技术已 成为当今先进制造技术领域的研究热点。许多专家学者在协同设计系统的体系 结构、共享模型的表达与现实方法、协同设计过程中的冲突检测与解决策略、 支持协同设计的数据管理、多媒体数据的通信和协同界面技术等方面进行了广 泛的理论研究，取得了很多研究成果，为建立适用的协同设计环境打下了理论 基础。在理论研究的基础上，一些研究机构对协同工作环境的实现方法及构建 协同工作环境的关键技术进行了研究，并建立了一些协同设计环境的原型系统。 在基于计算机的分布式协同工作方面，国内外先后提出了一些c s c w 系统 模型。英国兰凯斯特大学提出一种基于“活动概念的协同工作平台c o l a 轻 4 武汉理工大学博士学位论文 权活动模型，核心是能够给对象提供共享环境【2 l j ；r o b i n s o n 的c s a 通信服务体 系结构模型的出发点是为各种c s c w 应用开发者提供共同的通信服务支持f l 】： h o l i n g s w o r t h 的c s c w 开发体系结构模型提出的着眼点在于将已有c s c w 应用 环境中的一些关键性的功能部件集成到个综合性的框架中，以便在集成已有 应用和数据的同时可以拓展一些新的技术领域1 2 2 j ；e l l s 的三元概念模型从系统 用户的角度，而不是开发者的角度得到，从概念性的角度对各种c s c w 系统进 行分类，指出了在开发一个c s c w 应用系统是所应注意的各个不同方面。可以 说以上关于群体协作模式及协同控制机制的研究，为c s c w 应用系统的开发及 支撑环境的构造，提供了基本的理论依据。 国内外几乎所有著名的大学如加州大学b e r k e y 分校，大阪大学、清华大学、 浙江大学等都在开展这方面的研究，i e e e 每年召开一次协同设计国际会议 ( c s c w d ) 交流这一领域的成果。a n d e r s o n 等人对大规模定制敏捷产品开发下的 产品协同设计进行了研究吲；1 9 9 9 年h 啪g 等人【2 4 】提出了基于a g e m s e 作流管理 的协同产品开发及相关技术；2 0 0 0 生l z r e z a y a t 2 s j 利用l 和k c s 方法进行了基于 知识的产品协同开发方法的研究；n i d a m a r t h i 等人【2 6 】研制的a t s 系统，利用 c o r b a , j a v 瘌v i 蝴l 等技术进行协同产品的设计。在协同工作环境的构建方式 上，文献【2 7 】通过分析产品开发协同工作的特点，提出一种由用户视图层、安全 控制层、全局特征层以及网络层组成的产品开发协同工作模型，解决了大型核 电汽轮机协同开发与无纸化应用问题；文献【2 8 】为了实现分布式设计过程中信息 的有效共享和协作，建立了支持分布式产品设计的协同工作环境，为分布式环 境下的协同设计奠定了基础；文献【2 9 】基于o m g c o r b a 设计思想，给出了一种 分布式协同工作环境的框架结构，并基于该框架开发了一种协同应用程序一电 子白板；文献【3 0 】提出一个基于多a g e n t 的网上协同工作环境m a c w ，结合a g e n t 技术、j m f 等给出了系统的实现方法；文献【31 】针对分布式协同工作环境的要求， 提出了一个基于j 2 e e 平台的分布式协同工作环境解决方案，采用蹦s 消息机制， 支持分布式部署，使得该方案适用于大型复杂产品协同设计环境的研究与开发。 1 2 3 面向企业应用协作的资源管理现状 支持企业应用协作的资源管理围绕资源的共享与管理，研究内容包括资源 的分类与建模、资源的封装与发布、资源共享模型及技术、资源的发现、资源 的管理以及资源共享平台的开发等方面。 武汉理工大学博士学位论文 针对网络化制造资源的分类与建模问题，文献 3 2 】从资源提供者的角度，按 照资源的属性、用户需求、使用方式以及在制造活动中发挥的作用，将制造资 源分为人力资源、制造设备资源、技术资源( t e c h n o l o g yr e s o u r c e ，t r ) ，物料资 源、应用系统资源、服务资源、用户信息资源、计算资源和其它相关资源九类， 通过u m l t 3 3 】实现了对制造资源的建模，引入服务域的概念，实现了对制造资源 的层次化管理；文献【3 4 】按服务类型对制造资源进行分类，提出由资源层、资源 表示层和资源接1 2 层组成的资源层次模型，使用x m ls c h e m a 3 5 j 封装资源，采用 w s d l t 3 6 j 定义资源的访问接口。 针对网络制造资源的封装，文献【3 7 】提出基于w s r f 的资源封装模型，并设 计了制造资源任务管理系统；文献【3 8 】提出了一种基于w s r f 的制造资源封装机 制，并设计了基于u d d i 和w s r f 的制造资源集成框架，实现了异构分布制造 资源之间的共享和协作；文献【3 9 】针对模具制造企业间制造资源与能力残缺不全 及资源共享困难问题，提出一种基于网格技术的模具制造资源网格化封装及资 源协同共享的机制，按照网格框架( o g s a 【4 0 1 ) 对模具资源进行网格化封装，以网 格服务的形式实现了对制造网格资源协同共享。 针对协同工作环境中的资源共享研究，国内外在相关研究领域已取得一定 的进展。在国外，欧共体e s p r i t 项目资助的关于零件数据共享的全球信息系统 研究计划c i r e p ( c o m p o n e n ti n f o r m a t i o nr e p r e s e n t a t i o ne u r o p e a np r o g r a m ) ，通过 零件库的建立，允许制造商发布零件信息，用户可以容易地找到需要的零件， 并直接下载到他们的设计系统中。该项目以国际标准为基础，保证了高质量的 信息和可靠的零件数据【4 1 1 。i b m 领导的研究项目n i i i p ( n a t i o n a li n d u s t r i a l i n f o r m a t i o ni n f r a s t r u c t u r ep r o t o c o l s ) ，主要解决企业间的合作和资源共享问题，消 除合作者间由于不同的数据结构、过程和计算环境造成的协作和资源共享障碍， 通过开发开放的、基于标准的软件基础构造协议来集成异构的、分布的计算环 境。使得异构环境下的组织共享资源如同在一个组织中1 4 2 j 。欧共体g 7 项目的一 部分g e n ( g l o b a le n g i n e e r i n gn e t w o r k ) 通过建立一个开放的全球电子市场和统一 的智能访问库，使企业可以发挥自己的核心竞争力，集成各自的优势资源，提 高应变能力，从而快速响应客户需求1 4 3 1 。针对资源的共享与集成，一种有效的 解决方案是采用信息技术领域的网格技术，美国x 射线设备门户( x p o r t ) 利用网 格技术提供的手段和功能满足用户通过网络对远程仪器设备的操作需求，使远 程使用仪器设备“比到那儿还方便m j 。 6 武汉理工大学博士学位论文 在国内针对资源共享模型及技术的研究方面，居文军在文献 4 5 】中提出了一 个制造资源共享模型，分析了集中式、分布式和集中分布式制造资源共享体系 结构，研究了以制造资源的区域、重点城市和企业为主体制造资源共享模式； 操云甫在其博士论文m 】中系统的阐述了基于i n t e r n e t i n t r a n e t 的资源共享概念、 原理、模型、技术及应用；张会福在其博士论文h 7 】中研究了数字制造资源共享 的基本理论，从制造资源的接口模型、空间模型入手，提出了制造资源状态动 态检测算法和制造资源生命周期组合优化调度算法；文献 4 8 】在传统中央服务器 一对多模型的基础上，提出了基于网格的多对多服务模型，建立了以服务为中 心的制造资源模型，采用面向对象的方法建立制造资源模板，实现了基于资源 描述框架的元数据描述。针对资源的发现，采用分布式与集中式相结合的机制， 建立了分层模型，给出了资源的查找过程；文献 4 9 1 针对如何采用个人计算环境 集成不同平台的异构应用资源，基于虚拟计算技术，提出一种异构应用资源融 合和共享机制，通过对应用资源的挖掘、发布及注册，实现了跨平台的异构应 用资源融合和个人计算环境的动态重构。 针对制造资源的发现，文献 5 0 分析了网络化制造环境下制造资源发现的总 体流程，将制造资源发现分为资源定义、任务定义和面向任务模型的资源匹配 三个过程，在简要描述资源表达模型和面向制造特征的任务表达模型基础上， 结合语义w e b 技术，基于制造资源本体对资源的关键概念进行定义，构建了资 源发现算法，通过应用实例验证了算法的有效性；文献【5 1 】结合语义网技术，从 基于语义的角度出发，对网络化制造环境中制造资源信息的智能发现技术进行 了研究，实现了一个基于语义网的、分布式制造资源获取和智能检索原型系统。 文献【5 2 】分析比较了几种典型服务发现协议，提出了一种将w e b 和j i n i 相结合的 制造资源共享体系结构，为a s p 方式下集中和p 2 p 两种模式的制造资源共享提 出了一种集成的资源发现方法；文献【5 3 】根据e 制造模式下资源优化配置的要求， 提出一种数控设备e 服务模型。在对数控设备资源分类、分析其概念和属性关 系，使用本体论对其知识建模，结合余弦相似性度量方法与加权有向图最短路 径方法，提出了一种语义服务概念匹配算法，并搭建了支持e 化数控设备知识 描述与重用的体系框架。 针对制造资源的管理，文献 5 4 】借鉴网格资源管理模型，结合制造企业对资 源的t c q s 需求，提出了对制造资源的市场管理模型；文献 5 5 1 建立了基于服务 水平协议s l a ( s e r v i c el e v e la g r e e m e n t ) 的资源管理模型，以制造资源的q o s 作 7 武汉理工大学博士学位论文 为评价标准，以s l a 为约束条件，通过资源调度方法和策略提供有质量保证的 服务；文献 5 6 】提出基于t c q s 多层次、多目标证书规划的制造资源调度算法， 结合自组织制造网格实例验证了自组织制造网格理论的合理性和调度算法的可 行性；文献 5 7 1 针对制造网格资源管理与调度问题，建立了制造网格资源管理与 调度系统，通过各种制造资源封装模板实现了资源的远程封装、注册、发现和 监控管理，实现了全局工艺规划( g p p ) 分析、资源发现、资源选择、资源匹配以 及容错处理等基于t c q s 的资源调度功能；文献 5 8 】以网络化制造环境下制造资 源的优化配置为目标，构建了面向制造资源功能定义、关联关系定义的制造资 源信息模型，并建立了面向制造特征的任务定义模型，结合语义w e b 的研究成 果，提出了基于w e bs e r v i c e s 的网络化制造资源管理系统，通过发动机零件加工 过程的制造资源配置实例，验证了系统的有效性。 针对如何更好的实现网络制造应用资源的共享与集成，国内提出了制造网 格的概念，并对基于制造网格的资源共享与集成进行了深入的研究。 在制造网格平台和资源共享平台的开发方面，清华大学的范玉顺在文献 5 9 1 中提出了制造网格的架构，给出了构建制造网格方法；上海大学的施战备等运 用g t 3 和o g s a 架构，根据q o s 标准实现了快速制造网格的开发 6 0 , 6 1 3 ：文献【6 2 】 提出了一个基于本体集成的资源共享平台的实现方法，讨论了本体集成过程中 不一致性的检查、处理问题和概念层次统一的问题，并将研究的方法运用于实 际项目中。 1 2 4 面向企业应用协作的资源集成现状 在网络制造资源集成方面，文献【6 3 】针对敏捷制造环境下的制造资源集成问 题，提出一种面向敏捷制造环境下的制造资源集成新方案a mu d d i ，该方案兼 容u d d i 标准，并扩展了u d d i 的数据结构和a p i 。制造资源经过w e b 服务封 装后，通过a mu d d i 提供的服务，可以实现跨i n t e m e t 及异构系统的快速发布、 发现和绑定。该方案不仅解决了敏捷制造环境下的资源集成问题，同时避免了 大量的数据冗余，增强了资源信息的安全性。文献【6 4 】为了解决敏捷制造资源集 成问题，提出一种基于w e b 服务的敏捷制造资源集成解决方案。制造资源提供 者首先对制造资源本体建模，然后通过制造资源访问器将其相应的w e b 服务发 布到i n t e m e t 。敏捷制造资源集成服务提供制造资源服务的注册、快速发现和集 成功能，它是u d d i 的扩展，在敏捷制造资源集成的基础上，通过面向敏捷制 8 武汉理工大学博士学位论文 造资源的搜索引擎提供制造资源智能化发现功能，该方法不但支持跨i n t e m e t 的、 松散耦合的异构环境下的制造资源集成，还支持快速的制造资源发布与发现； 文献【6 5 】参考航空工业标准，从生命周期、应用视图和聚合力度3 个方面对制造 资源进行多纬度分析，利用w w w 推荐的资源描述方法对制造资源模型进行基 于网络本体语言的形式化描述，构建了制造资源的网络本体模型，通过制造资 源网络本体语言文件与关系型数据库的转换，实现了网络环境下制造资源数据 及时有效的共享；文献 6 6 】提出一种基于服务网格的制造资源集成方法，通过制 造资源的虚拟化，为制造资源提供了统一的接口和互操作协议，采用基于服务 的协同工作流技术，在动态变化的环境中，能根据用户需求优化业务逻辑及其 执行过程，并选择、配置和调度相应的制造资源完成指定的任务，实现跨组织 的资源共享和任务协同。文献 6 7 】提出一种基于移动a g e n t 技术的资源封装和集 成方案框架，实现了在统一的w e b 浏览器界面下，通过启动不同的封装模板， 实现对传统软硬件资源的重构和封装、信息交互和获取及协同工作等功能，达 到对制造资源的集成和控制的目的。 1 3 研究内容 为了构建起网络制造企业应用协同工作环境，从网络制造企业应用资源的角 度，针对如何实现制造企业应用资源的共享、集成及应用问题，研究了制造资 源的分类与建模、资源的封装发布、资源的发现、资源的集成以及面向资源共 享的协同设计和资源集成的几种典型应用，具体如下： ( 1 ) 制造企业应用协同工作理论 研究网络制造企业应用协同工作的理论框架，包括协同工作的内涵、模型以 及系统体系结构；以及网络制造企业应用协同工作中的几个关键问题，包括支 持企业协作的应用资源的管理、资源发现、资源调用、企业协作的数据融合、 流程衔接、应用整合与人员协作。 ( 2 ) 企业应用资源的管理 研究网络化制造企业应用资源管理的体系结构，以及需要解决的关键问题。 为了达到对制造企业应用资源管理的目的，研究了网络制造资源的分类机制和 基于u m l 的网络制造资源建模方法。在资源建模的基础上研究了网络制造资源 的描述、存储和挖掘方法。 9 武汉理工大学博士学位论文 ( 3 ) 企业应用资源的发现 研究通过讲资源封装为服务的形式，屏蔽资源的异构性；引入本体机制， 解决资源描述的语义冲突；采用语义w e b 服务的方法研究基于语义的制造资源 服务的语义服务发现方式。具体包括基于语义的制造资源服务描述与组织，服 务匹配算法等。 ( 4 ) 企业应用资源的集成 研究基于s o a 的企业应用集成解决方案，在将网络制造企业应用资源封装 为服务的前提下，在s o a 架构下，通过企业服务总线实现资源服务的集成。具 体包括制造企业应用资源集成的体系架构和实现资源服务集成的一些基础服务 的构建方法，包括数据融合服务、流程管理和消息传递服务等。 ( 5 ) 面向企业应用资源共享的协同设计和多媒体交流 企业应用资源共享的目的是为了制造企业间更好的进行协同工作，针对协 同工作中的协同设计，研究协同设计中的冲突检测方法，针对不同的冲突给出 不同的消解算法；研究协同设计中的权限管理技术；协同设计的多媒体交流工 作环境的构建方法。 ( 6 ) 制造企业几种典型应用的整合 针对企业几种典型应用：即时通讯工具、p d m 、e r p 和p o r t a l 等，研究网 络制造企业内外分布式异构资源彼此之间的应用整合技术。 ( 7 ) 制造企业应用资源共享和集成系统开发 在理论研究的基础上，通过开发基于网络制造的企业应用协同工作平台系 统，结合具体的应用实例，验证理论和技术的正确性和可行性。 论文的组织结构如下图1 1 所示。 1 4 课题来源 本文的研究工作，得到以下项目的支持： 【l 】国家“8 6 3 c i m s 主题”数字化设计与制造专题：产品数字化协同与网络交 互式设计技术研究和系统开发( n o 2 0 0 1 a a 4 1 2 2 4 0 ) ，2 0 0 1 2 0 0 3 主要参与者 【2 】国家重点科技攻关项目：支持网络制造的协同交互与资源共享平台研究与产 业化( n o 2 0 0 3 b a l 0 3 c ) ，2 0 0 3 - - 2 0 0 5 主要参与者 1 0 武汉理1 二大学博士学位论文 绪论 1 l 1 基于网络制造的企业应用协同工作理论和关键技术 上 ii 2 企业协作的应用资源的管理3 应用资源的集成和基础服务构建 i t 上 4 支持企业协作的分布5 网络制浩食业几种6 基于网络制造的协同工 式协同设计和人员交互典型应用的整合作环境的开发 上 7 全文总结与展望 图1 1 论文的组织结构 3 】国家自然科学重点基金项目：基于网络的数字制造基础理论与关键技术研究 ( n o e 0 5 5 0 3 3 5 0 2 ) ，2 0 0 4 , - , 2 0 0 7 主要参与者 【4 】武汉市软件产业发展专项资金项目( 武信发 2 0 0 7 1 8 号) ：制造网格资源共享服 务平台，2 0 0 7 - 2 0 0 9 主要参与者 5 】武汉市重点科技攻关项目：汽车行业制造资源a s p 服务关键技术研究 m o 2 0 0 5 5 1 0 2 0 2 1 ) ，2 0 0 5 2 0 0 7 主要参与者 【6 】武汉市科技攻关项目：企业信息协同工作平台( n o 2 0 0 4 3 0 0 7 0 7 7 0 2 ) ， 2 0 0 4 , - , 2 0 0 6 主要参与者 7 】武汉市科技攻关项目：支持企业应用集成的协同软件关键技术及其应用 2 0 0 6 1 0 0 2 0 8 2 ) ，2 0 0 6 - , 2 0 0 8 主要参与者 8 】湖北省自然科学基金：制造网络中资源服务挖掘基础理论与关键技术研究 ( n o 2 0 0 7 a b a 2 18 ) ，2 0 0 7 2 0 0 8 主要参与者 【9 】各类企业横向项目 武汉理工大学博士学位论文 第2 章制造企业应用协同工作理论 2 1 制造企业应用协同工作理论 2 1 1 协同工作的内涵 c s c w 是通信技术与网络技术相融合而产生的一个新研究领域，它是信息化 进程发展的一种必然产物，它将提高人们的工作效率，促进社会生产力的发展， 将深刻影响人来群体生产方式、工作方式和生活方式。 c s c w 的形成和发展有一定的必然性。首先，在现代的信息社会中，人的生 活方式和劳动方式具有群体性、交互性、分布性和协作性等特点。其次，计算 机技术( 包括并行及分布处理技术，多媒体技术，数据库技术，认知科学等) 、通信 及计算机网络技术的飞速发展，构成了c s c w 实现的技术基础。另外，并行工 程( c o n c u r r e n te n g i n e e r i n g ) 这一概念的提出也起到了重要的作用。并行工程是集 成、并行设计产品及相关过程的系统方法，它强调组工作( t e a mw o r k ) ，而对t e a m w o r k 的技术支持是和c s c w 的研究密切相关的。因此可以说c s c w 是在现代 社会中，以人们协同工作方式为背景的，以计算机和通信技术的发展和融合为 基础，具有广泛的应用领域为前提条件而自然形成的。它涉及到众多的学科领 域，如计算机、管理学、通信、分布系统、人工智能、社会学、心理学和组织 理论等。 1 协同工作的定义 早在上世纪6 0 年代，美国的d e n g l e b a r t 发表的文章“ac o n c e p t u a l f r a m e w o r kf o rt h ea u g m e n t a t i o no fm a n si n t e l l e c t ”对c s c w 的研究开发起到了 开创性的作用；7 0 年代，德国的h e r m a r mh a k e n 提出了“协同学 的概念；1 9 8 4 年m i t 的i r e n eg r i e f 和d e c 的p a u lc a s h m a n 正式提出了c s c