（航空宇航制造工程专业论文）制造资源统一管理平台的研究及实现.pdf

西北工业大学硕十学位论文 摘要 摘要 沈阳 黎明航空发动机责任有限 公司 ( 4 1 0 厂) 为了 加速实施 “ 精益生产” 制 造模式和企业信息化工程， 需要基于 准确的制造资源信息做出正确的决策， 因 此 我们对制 造资源统一管理平台作了 深入地研究并 在该企业进行了广泛地实 施。 全文从管理平台的研究背景、设计方案、 关键技术和实施及实现四大方面详 细论述了 管理平台的相关理论和实现方法， 建立了 基于j 2 e e的三层体系结构的 制造资源统一管理平台， 并在此 平台上实现了面向 资源全生命周期的制造资源的 动态分类建模 ( 属性类型管理、 资源分 类管 理、 资源对象管理) 以 及平台与相关 系统的信息集成 ( 语义映射、 信息输入 和信息 输出) 功能。 通过管理 平台的实施， 实现了 企业制造资源的全生命周期管理以 及与各相关系统( 设备管理系统、 t c m 系统等) 的紧密集成， 从而降 低了企 业成本、 提高了 产品 质量、 并达到了快速响 应市场需 求，最终推动了 企业制造技术和信息化的 发展。 总之， 本文所研究和构建的制造资源统一管理平台提出了一种新型的基于网 络化平台的 制造资源管理模式， 为企业合理高效地管理和利用制造资源， 降低制 造成本和增强企业快速响应市场变化的能力提供了一种新的技术途径。 关键词:制造资源管理、管理平台、资源建模、信息集成、u m l 西北工业大学硕士学位论文 a b st rac t ab s t rac t i n o r d e r t o a c c e l e r a t e c a r ryi n g i n t o e ff e c t j i t a n d e n t e r p r i s e i n f o r m a t i o n p r o j e c t , s h e n y a n g l i m i n g a v i a t i o n e n g i n e c o m p a n y l t d . ( n o .4 1 0 f a c t o r y ) r e q u i r e s m a k i n g p r o p e r d e c i s i o n s b ase d o n e x a c t m a n u f a c t u r i n g r e s o u r c e s i n f o r m a t i o n . s o a t h o r o u g h r e s e a r c h i s m a d e a b o u t m a n u f a c t u r i n g r e s o u r c e s i n t e g r a t e d ma n a g e m e n t p l a t f o r m a n d i t i s w i d e l y i m p l e m e n t e d w i t h i n t h e f a c t o ry . t h i s p a p e r g i v e s a d e t a i l e d d i s c u s s o f t h e p l a t f o r m s c o r r e l a t i v e t h e o r i e s a n d r e a l i z a t i o n me t h o d s f r o m 4 ma i n a s p e c t s ( r e s e a r c h b a c k g r o u n d , d e s i g n s c h e m e , k e y t e c h n o l o g y , i m p l e m e n t 而企业信息化在生产中 部 署的e r p , m e s 等计算机应用系统也都需 要基于制造资源信息做出正 确的决 策， 因此无论是管理人员还是应用系统都需要能 够及时获得准确的制造资源信息。 制造资源统一管理平台 课题正是 基于 这一指导思想， 将4 1 0 厂的生产、 设计、 制造以及采购和销售过程中涉及的制造资源信息进行统一的规划和管理， 在整个 引0 厂内部建立一个可扩展、 可 扩充的制造资源统一管理平台， 将各应用系统的 制造资 源信息通过管理平台统一管理起来， 实现企业制造资源全生命周期管理， 帮助企业降低成本、 提高产品 质量、 并快速响应市场需求， 从而 进一步推动4 1 0 厂制造技术的发展。 课题同时是国防科工委基础研究项目 “ 敏捷化虚拟制造技术研究”( 项目 编号: k 1 8 0 0 0 2 0 5 0 2 )的子项目。 “ 敏捷化虚拟制造技术研究” 项目的研究目 标 是以网络化信息技术为依托， 建立 以数字化设计制造为核心的先进制造技术， 并 将其移植于军民 兼顾的网络化服务支持工具集、 数据标准与接口 ， 支持战时条件 下采用敏捷化虚拟制造模式， 实 现武器装备设计和制造技术的快速扩散。 该项目 的 研究内容主要包括: 敏捷化虚 拟制造总体技术研究、 网络化制造资源的组织管 理与集成技术、 数字化设计制造的 数据标准、 协议及数据转换技术、 基于网络代 理服务的敏捷化产品开发支持技术。 本论文所研究的课题正是网 络化制造资源的 组织管理与集成技术在4 1 0 厂的具体 实施体 现。 课题同时受航空科学基金“ 基于网格的工作流驱动的航空产品跨企业协同研 制过程集成技术” 项目 编号: 0 4 h 5 3 0 6 3 ) 资 助，本论文所研究的 课题正是该基 金项目中的一项关键技术在 4 1 0厂的具体实施体现。 1 . 1 .2国内外研究现状 目 前国内 外对制造资源管 理相关方面的 研究相当广泛， 主要有以下内容: 1 ，面向网 络环境的制造资 源建模技术研究 合理组织并 管理制造资源数据， 是企业成功实施信息 化的一个重要问 题。 而 随着网 络化制 造模式的出 现， 研究面向网 络环境的制造资源建模技术已是十分必 要且紧迫的。 通过对于网络环境下制造资源的特点分析， 研究面向广域环境的制 西北工业火学映 七 学位论文 第一章 绪论 以 及制造资源统一管理平台 等方面。 精益生 产的核心是在正 确的时间由正确的 人 通过正确的制造资 源将正确的 物料加工成正 确的产品; 而企业信息化在生产中 部 署的e r p , m e s 等计算机应用系统也都需 要基于制造资源信息做出正 确的决 策， 因此无论是管理人员还是应用系统都需要能 够及时获得准确的制造资源信息。 制造资源统一管理平台 课题正是 基于 这一指导思想， 将4 1 0 厂的生产、 设计、 制造以及采购和销售过程中涉及的制造资源信息进行统一的规划和管理， 在整个 引0 厂内部建立一个可扩展、 可 扩充的制造资源统一管理平台， 将各应用系统的 制造资 源信息通过管理平台统一管理起来， 实现企业制造资源全生命周期管理， 帮助企业降低成本、 提高产品 质量、 并快速响应市场需求， 从而 进一步推动4 1 0 厂制造技术的发展。 课题同时是国防科工委基础研究项目 “ 敏捷化虚拟制造技术研究”( 项目 编号: k 1 8 0 0 0 2 0 5 0 2 )的子项目。 “ 敏捷化虚拟制造技术研究” 项目的研究目 标 是以网络化信息技术为依托， 建立 以数字化设计制造为核心的先进制造技术， 并 将其移植于军民 兼顾的网络化服务支持工具集、 数据标准与接口 ， 支持战时条件 下采用敏捷化虚拟制造模式， 实 现武器装备设计和制造技术的快速扩散。 该项目 的 研究内容主要包括: 敏捷化虚 拟制造总体技术研究、 网络化制造资源的组织管 理与集成技术、 数字化设计制造的 数据标准、 协议及数据转换技术、 基于网络代 理服务的敏捷化产品开发支持技术。 本论文所研究的课题正是网 络化制造资源的 组织管理与集成技术在4 1 0 厂的具体 实施体 现。 课题同时受航空科学基金“ 基于网格的工作流驱动的航空产品跨企业协同研 制过程集成技术” 项目 编号: 0 4 h 5 3 0 6 3 ) 资 助，本论文所研究的 课题正是该基 金项目中的一项关键技术在 4 1 0厂的具体实施体现。 1 . 1 .2国内外研究现状 目 前国内 外对制造资源管 理相关方面的 研究相当广泛， 主要有以下内容: 1 ，面向网 络环境的制造资 源建模技术研究 合理组织并 管理制造资源数据， 是企业成功实施信息 化的一个重要问 题。 而 随着网 络化制 造模式的出 现， 研究面向网 络环境的制造资源建模技术已是十分必 要且紧迫的。 通过对于网络环境下制造资源的特点分析， 研究面向广域环境的制 西北工业大学硕 1: 学位论文第一 章绪 论 造资 源建模理论、 方法以 及建模工具的 构建， 而且所构建的制造资源模型需要支 持制 造资源评价和匹配， 支持动态联盟信息集成、 过程集成等。 例如研究基于知 识的制造资源建模技术1 3 1 和支持动态联盟的制造资源信息建模技术川 等。 2 .制造资源网 络化技术研究 信息和网 络技术的迅猛发展， 以 及全球市场竞争的日 益加剧， 推动了制造模 式的变革。 集中的、递阶式的传统制造模式己 逐渐被分布的、 “ 扁平式”的网络 化制 造模式替代。目 前随着对网 络化制造模式的 深入研究和实践， 人们发现， 制 造 企 业 的 传 统 软 件 ( s o lid w o rk s , p r o /e , c a p p , p d m等 ) 和 传统 硬 件 ( 如 数 控 设 备 ) 的 网 络化 集 成 和 信息 共 享， 是 实 现网 络 化 制 造模 式 系 统的 瓶颈 (?7。 因 此， 出 现 了 研究 制造资源封装、 制造资源发布、 制造资 源定位和制造资源绑定的 理论和方 法，和研究支持基于i n t e rn e t 的制造资 源网 络化直接应用和制造资源协作。例如 基 于 移 动a g e n t 的网 络 化制 造 资 源 的 封 装 和 集 成 研究 153和 研 究 基于x m l 的自 适 应网 络化制造资 源管理系统is l 等。 3 . 制造资源信息集成技术研究 全球性网 络 i n t e rn e t 的 迅速发展为现代制造企业跨越地域限制，实现信息的 实时传递提供了必要的条件。 但对于大多数制造企业来说， 制造资源信息存放格 式、 数据库管理系统乃至计算机的操作系统都不尽相同， 同时由于信息的开放性、 保密性和安全性等因素， 使得在现有网络环境下， 难于有效实现制造资源的集成。 因此研究制造资源信息的集成技术，使各计算机应用系统能够在现有网络环境 下， 实现制造资源信息的紧密集成， 为敏捷制造的实现提供强有力的技术支持也 是当 前研究的热点之一。例如研究基于 x m l的 敏捷制造资源集成方法 7 和研究 用多a g e n t 系 统实 现 分 布的 制 造资 源集 成 (al等。 4 . 网 络化制造资源信息检索和优化配置技术研究 企业为了 缩短产品生产周期， 降 低成本， 保持竞争优势， 必须充分开发和利 用现有制造资源，实 现制造资源的高 度共享，以及分布式制造资源的优化配置。 而目 前 在信息检索技术方面又存在着以 下问 题: 查询条件单一， 很难实现模糊查 询， 无法实现同义概念检索， 查询智能化程度低等问题。因 此， 针对信息检索中 出现的问题以 及资 源优化配置这一课题， 现 有的研究有基于本体的网 络化制造资 源检 索 w 7和 基于 多a g e n t 的 网 络 化 制 造资 源 优 化配 置d s s (07等。 西北工业大学硕 : 学位论文第一章 绪论 5 . 网 络化制造资 源管理平台的整体构建技术研究 在制造业竞争激烈化、 全球化的时代背景下， 研究制造资源管理平台的构建 技术， 其目 的是通过制造资源信息的沟通和不同 企业间 在技术、 设备、 人员等方 面的合作，充分利用现有社会制造资 源， 达到企业间的资 源与核心能力的互补， 以 实现快速响应市场和降低制造成 本的 双重目 标。目 前的 研究有基于 a s p和敏 捷制造的可扩展、 可剪裁和开放的网络化制造集成服务模型、 体系结构和基础 组 织结构， 支持网络化设计与制造的 应用 服务集成等。例如研究基于 i n t e rn e t 和 i n t r a n e t 的制造资源信息服务平台 ， 里 和研究制造网络集成平台 技术叫等。 通过以上分析， 我们发现对于制造资源管理方面的 研究虽然十分广泛， 但始 终无法构建一种面向资源全生命周期管理的制 造资 源统一模型和基于此统一 模 型实现各应用系统的 制造资源信息集成技 术. 因此， 本文正是从解决以 上两点问 题出 发， 提出了制造资源统一 模型和制造资源统一管理平台， 研究实现制造资 源 的统一高效管理和信息集成。 本文中的制造资源统一模型是 一种运用面向对象的 理论， 将企业完成所有生 产制造活动所涉及到的物理元素进行系统分类、 描述和编码的资源模型。 该模型 具有信息一致性、 资 源动态性、 资 源多 视图 性和数据集成性的 特点， 并能反映 制 造资源的生命周期维、 粒度维和应用维的三维全面信息。 而制造资 源统一管理平 台的 概念是: 通过面向资源全生命周期的 制造资源建模工具， 将企业的生产、 设 计、 制造以 及采购和销售过程中涉及的制造资源信息进行统一规划和管理， 并在 此建模工具的基础上构建一个可扩展、 可扩充的信息集成平台， 实 现基于平台的 制造资源信息集成共享。 1 . 1 . 3论文研究的目 标、内容及意义 1 .研究目 标 本论文的研究目 标定位于参考当前国内 外在网络化制造资源管理方面的 研 究现状并结合4 1 0 厂自 身制造资源管理方 面的特点， 探讨在网 络环境下如何利 用 计算机网络技术，从信息集成共享的角度出发: 1 )构建面向资源全生命 周期的 制造资 源统一模型， 实现对4 1 0 厂 制造资 源 的合理规划。 西北工业大学硕 : 学位论文第一章 绪论 5 . 网 络化制造资 源管理平台的整体构建技术研究 在制造业竞争激烈化、 全球化的时代背景下， 研究制造资源管理平台的构建 技术， 其目 的是通过制造资源信息的沟通和不同 企业间 在技术、 设备、 人员等方 面的合作，充分利用现有社会制造资 源， 达到企业间的资 源与核心能力的互补， 以 实现快速响应市场和降低制造成 本的 双重目 标。目 前的 研究有基于 a s p和敏 捷制造的可扩展、 可剪裁和开放的网络化制造集成服务模型、 体系结构和基础 组 织结构， 支持网络化设计与制造的 应用 服务集成等。例如研究基于 i n t e rn e t 和 i n t r a n e t 的制造资源信息服务平台 ， 里 和研究制造网络集成平台 技术叫等。 通过以上分析， 我们发现对于制造资源管理方面的 研究虽然十分广泛， 但始 终无法构建一种面向资源全生命周期管理的制 造资 源统一模型和基于此统一 模 型实现各应用系统的 制造资源信息集成技 术. 因此， 本文正是从解决以 上两点问 题出 发， 提出了制造资源统一 模型和制造资源统一管理平台， 研究实现制造资 源 的统一高效管理和信息集成。 本文中的制造资源统一模型是 一种运用面向对象的 理论， 将企业完成所有生 产制造活动所涉及到的物理元素进行系统分类、 描述和编码的资源模型。 该模型 具有信息一致性、 资 源动态性、 资 源多 视图 性和数据集成性的 特点， 并能反映 制 造资源的生命周期维、 粒度维和应用维的三维全面信息。 而制造资 源统一管理平 台的 概念是: 通过面向资源全生命周期的 制造资源建模工具， 将企业的生产、 设 计、 制造以 及采购和销售过程中涉及的制造资源信息进行统一规划和管理， 并在 此建模工具的基础上构建一个可扩展、 可扩充的信息集成平台， 实 现基于平台的 制造资源信息集成共享。 1 . 1 . 3论文研究的目 标、内容及意义 1 .研究目 标 本论文的研究目 标定位于参考当前国内 外在网络化制造资源管理方面的 研 究现状并结合4 1 0 厂自 身制造资源管理方 面的特点， 探讨在网 络环境下如何利 用 计算机网络技术，从信息集成共享的角度出发: 1 )构建面向资源全生命 周期的 制造资 源统一模型， 实现对4 1 0 厂 制造资 源 的合理规划。 西北工业大学硕十学位论文第 一 章绪 论 2 )构建制造资源统一管理平台， 实现对制造资 源统一全面的信息管理。 3 )完 成 制 造资 源 统 一 管 理平 台 与 各 相 关 应 用 系 统的 制 造 资 源信 息 集 成， 实 现企业各部门及各应用系 统间的制造资源信息共享。 2 .研究内 容 针对上述具体的论文研究 目标，本论文的研究内容主要包括以下四个方面: 1 ) 模型构建 对企业所涉及的各类制造资 源进行合理规划， 研究建立4 1 0 厂的制造资源统 一模型 ( 包括制造资源分类模型、制造资源编码、制造资源描述属性等) 。该制 造资源统一模型应参考已 有的 航标和企业标准等相应标准， 能支持资源的全生命 周期信息管理， 满足不同应用系统对资源信息的需求， 具有可扩展和可维护性等 特点。 2 ) 资 源管理 研究对构建出的制造资源统一模型 进行网络化的信息管理。 主要包括: 制造 资源模型管理， 实现制造资 源类、 属性与对象的定义、 修改、 删除，制造资源模 型文件的导入、导出功能;制造资源报表管理，实现对制造资源类、 对象信息的 查询及制造资源报表的生成等功能; 制造资源的系统管理， 提供数据备份、 安全、 权限、人员管理等系统管理功能。 3 )信息 集成 研究实 现与t c m. e r p . m e s 等应用系统和设备管理、工装管理等业务系 统的集成机制， 保证通过管理平台和资源应用系统及业务系统的集成， 实现对制 造资源及时、 有效、统一的 全生命周期管理。 主要包括: 按照u g s 公司提出的 制造资源信息模型， 建立 符合 t c m 系统需求的制造资源数据接口， 满足 t c m 系统的应用集成需要; 建立符合m e s 系统需求的制造资 源数据接口， 满足me s 系统的应用集成需要; 实现与e r p 系统o r a c l e i li的数据接口， 能够对其提供 通用工装准备 清单， 并实现库存管理集成。 4 )平台实施 研究制造资源统一管理平台在4 1 0 厂成功实施的步骤和方法。 主 要包括: 首 先构建制造资源统一模型， 然后完成管理平台 的制造资源数据库的构建， 接着实 现管 理平台与各应用系统和业务系统的 集成， 最终围绕4 1 0 厂机匣生产线实现制 西北工业大学硕 1 丁 学位论文第 一 章绪 论 造资源统一管理平台的全面实施。 3 . 研究意义 通过以上对制造资源统一管理平台研究目 标及内容的分析以及结合 4 1 0厂 的实施效果，本论文的研究意义包括: 1 ) 构建了一 个集成统一的企业制造资源管理环境 ( 资源门 户) ，将企业中 的各类制造资 源进行了 统一 有效的管理， 建立了 一种对制造资源进行统 一管理的机制。使企业明确自身制造资源的详细情况，掌握全面准确的 制造资源信息，从而保证 了制造资源的准确性和完整性，提高了制造资 源信息管理的效率， 最终达到了信息流、资金流、 物流紧密配合的目的。 2 )通过制造资 源统一模型的构建， 减少了 制造资 源信息的重复和 冗余， 避 免了 未来各个应用系统分别独立建立资 源库所带来的信息不一致等问 题，实现了对制造资源的统一高效管理， 从而帮助企业降低成木、 提高 产品质量、并快速响应市场需求，进一步推动了企业制造技术的发展。 3 ) 制造资源统一管理平台 采用统 一的信息模型， 可以 保证各个系统如计算 机辅助工艺规划( c a p p ) 、 企业资源规划( e r p ) 、 制造执行系统( me s ) . 分布式数控 ( d n c ) 等系统实现完整有效的 信息集成， 消除了信息孤岛， 保证了 对企业所有制造资源信息 ( 包括静态信息和动态信息) 的统一高 效管理， 实现了 对制造资源的 充分利用， 进而能支持 优化生产， 提高 生 产管理的 效率和质量， 并满足精益生 产模式对制造资源新的需求。 4 ) 制造资源统一管理平台降 低了 各业务、 应用系统之间集成的难度， 显著 减少了 集成工作量。 没有构建管理平台之前， n个系统之间 进行两两集 成是n ( n - i ) / 2 次， 而利用管理平台作为中 介实 现 n个系 统的集成则降 低为n次， 集成工作量已显著降低。 另 外通过管理平台与 各系统实现集 成的难度也比各系统之间的集成简单、方便，易于实现。 5 ) 本论文构建了一个开放式的资 源管理 环境， 可以 将其扩展到 对企业中的 人力资源、 物料资源、 财务资源、技 术资源以 及基础资 源等所有企业资 源的统一有效管理， 从而达到 信息流、资金流、 物流紧密配合的目的， 对于企业实施敏捷供应链、 灵敏外包以 及精益生产等先进制造模式有着 长远的战略意义。 西北工业大学硕 i - 学位论文 第一章 绪论 1 .2论文的章节安排 本文围绕基于制造资源统一模型及管理平台统一管理企业制造资源的思想， 主要工作体现在: 构建了面向资源全生命周期的制造资源统一模型， 从设计方案 和两 大关键技术等方面详细论述了实 现管理平台的原理及具体方法， 并 据此开发 了 制造资 源统一管理平台， 进而通过管理平台在4 1 0 厂的成功实施达到了验证平 台正确性的目的。 全文共分六章详细论述上述主要工 作内容，具体的 章节安排如下: 第一章: 绪论: 通过分析制造业数字 化、 全 球化和网 络化的发展对制造资源 管理的 影响所引出的本课题，以 及当前国内 外 在制造资源管理方面的研究现状， 阐述了 研究及实现制造资源统一管理平台的重要性， 并介绍了管理平台的 研究目 标、内容及意义，最后介绍了论文的章节安排。 第二章: 制造资 源统一管理平台设 计: 通过 对管理平台 所作的 需求分 析， 重 点从体系结构设计、 数据库设 计和u ml ( u n i f i e d m o d e l i n g l a n g u a g e ) 建模三方 面提出了 管理平台的设计方案， 最后简要分析了实现管理平台中所涉及的关键技 术及其解决方案。 第三章: 面向资源全生命 周期的制造资源建模技术: 通过对制造资 源从概念、 分类编码和描述指标三方面所作的分析， 提出了面向资源全生命周期的制造资源 统一模型， 该统一模型主要体现信息一致性、 动态性、 多视图性和集成性四大特 点，最后介绍了管理平台 是如何实现该制造资源建模技术的。 第四章: 制造资 源统一管理平台的 信息集成技术: 首先从制造资 源统一模型 的语义映射、 信息获 取和信息输出 三方面论述了管理平台 信息集成的原理， 然后 介绍了信息集成的一般性流程， 最后从管理平台与设备管理业务系统和t c m应 用系统两方面详细介绍了信息集成的具体实现。 第五章: 制造资 源统一管理平台实 现: 首先从构建管理平台的 运行环境着手 介绍了开发环境和部署环境， 然后介绍了管理平台的 实施策略， 最后给出了 管理 平台的运行实例。 第 六章: 总结与展望: 对本文的工作进行总结， 并 对后续的研究工作 提出了 几点设想。 西北工业大学硕 卜 学位论文第二章 制造资源统一管理平台设计 第二章 制造资源统一管理平台设计 前文己 经介绍了我们为什么要研究制造资源统一管理平台， 本章我们将运用 软件工程的思想，从管理平台的需求分析着手，引出管理平台的设计理论方法， 以及在实现管理平台中涉及到的关键技术及其解决方案。 2 . 1管理平台需求分析 目 前4 1 0 厂正处于军品生 产线调整、 打造精益生产模式的前期， 在这一阶段 业务流程再造以及企业制造资 源统一规划和管理的 建设是当前急待解决的问 题， 这是因为制造资源数据的 完整性、实时性、 准确性是 e r p , m e s乃至精益生产 模式的顺利实现的关键。 通过对4 1 0 厂相关部门的详细调研， 我们发现企业现有 的管理模式和工 程技术中存在的种种问 题在很大程度上是由于缺乏对企业制造 资源整个生命周期的统一有效管理和各应用系统之间 难于 集成所造成的。 下面在 通过对4 1 0 厂制造资源管理和各应用系统集成的现有状况调 研基础上， 详细分析 了 企业对制造资源实时、 统一、 全生命周期管理的需求和各应用系统集成的需求， 也就是对 4 1 0厂对制造资源统一管理平台的需求。 2 . 1 . 1制造资源管理需求分析 4 1 0 厂目前在制造资源管理方面存在的问 题及分析: 1 . 制造资源信息获取困难，不能有效利用。例如工装一般由工具室和各车 间、 分厂管理，资 源相关信息 都没有共享， 工装重复利用率低， 造成大 量所需资源却得不到利用，浪费成本，与精益生产的主旨 相背。 2 .制造资源管理不规范。 例如设 备验收 后即投入使用， 而设备必须在报账 完成 后才能进入固 定资 产帐， 但是由 于分期 付款的原因， 需等到最后付 款完成、 拿到发票后才能报账。 所以 设备投入使用的时候有可能 没有固 定资产帐，造成因为无 法报账而不能形成固 定资产。 3 .缺乏对车间级制造资源 状态与能力的有效管理。 例如工装信息不准确， 导致不能为生产计划的编制、生产调度及制造资源需求的制定提供及 西北工业大学硕 卜 学位论文第二章 制造资源统一管理平台设计 第二章 制造资源统一管理平台设计 前文己 经介绍了我们为什么要研究制造资源统一管理平台， 本章我们将运用 软件工程的思想，从管理平台的需求分析着手，引出管理平台的设计理论方法， 以及在实现管理平台中涉及到的关键技术及其解决方案。 2 . 1管理平台需求分析 目 前4 1 0 厂正处于军品生 产线调整、 打造精益生产模式的前期， 在这一阶段 业务流程再造以及企业制造资 源统一规划和管理的 建设是当前急待解决的问 题， 这是因为制造资源数据的 完整性、实时性、 准确性是 e r p , m e s乃至精益生产 模式的顺利实现的关键。 通过对4 1 0 厂相关部门的详细调研， 我们发现企业现有 的管理模式和工 程技术中存在的种种问 题在很大程度上是由于缺乏对企业制造 资源整个生命周期的统一有效管理和各应用系统之间 难于 集成所造成的。 下面在 通过对4 1 0 厂制造资源管理和各应用系统集成的现有状况调 研基础上， 详细分析 了 企业对制造资源实时、 统一、 全生命周期管理的需求和各应用系统集成的需求， 也就是对 4 1 0厂对制造资源统一管理平台的需求。 2 . 1 . 1制造资源管理需求分析 4 1 0 厂目前在制造资源管理方面存在的问 题及分析: 1 . 制造资源信息获取困难，不能有效利用。例如工装一般由工具室和各车 间、 分厂管理，资 源相关信息 都没有共享， 工装重复利用率低， 造成大 量所需资源却得不到利用，浪费成本，与精益生产的主旨 相背。 2 .制造资源管理不规范。 例如设 备验收 后即投入使用， 而设备必须在报账 完成 后才能进入固 定资 产帐， 但是由 于分期 付款的原因， 需等到最后付 款完成、 拿到发票后才能报账。 所以 设备投入使用的时候有可能 没有固 定资产帐，造成因为无 法报账而不能形成固 定资产。 3 .缺乏对车间级制造资源 状态与能力的有效管理。 例如工装信息不准确， 导致不能为生产计划的编制、生产调度及制造资源需求的制定提供及 西北工业人学硕上学位论文 第二章 制造资源统一管理平台设计 时、足够的支持，经常出现需要工装时却发现工装短缺的现象。 出 现以上问 题的原因当 然是多方面的， 但是从根本上来说还是没有做到对制 造资源全生命周期信息的有效管 理， 通过对制造资源信息的统一管理将能为生产 中的生产计划编制、生产调度等重要环节打下坚实的基础。 2 . 1 .2应用系统集成需求分析 企业信息化工程实施中要避免出 现各应用系统各自 为政、 各自 独立地运行的 情况口 但是， 目 前4 1 0 厂各应用系统还是相对独立运行的， 出 现的问题分析如下: i . 应用系统之间的集成问题: 应用系统只是从各自应用范围对制造资源加 以 规划、 管理和更新， 没有从资源全生 命周期的角度进行统一管理和协 调， 形成许多 “ 资源信息孤岛” 。 例如m e s 系统需要车间设备的资 产信 息， 而这些信息来源于设备管理系统，由 于两系统相互独立， 故该信息 需要重复输入 给 m e s ; t c m, c a p p 系 统需要工装的 技术参数， 这些信 息在工装管理系统中存储， 故也需要重复输入给t c m, c a p p 系统。 根 据以 上的分析， 现有各应用系统各自 独立的 状况， 必然导致制造资源信 息的冗余以及准确性差、二义性等问题。 2 .综合报表的问题:目 前各业务系统中 产生的报表都是制造资源信息的局 部视图，管理人员无法及时准确获得制造资源的全面信息，不利于管理 人员的决策。 例如通过设备管理系 统能够取得设备资 产统计报表和设备 维护信息报表等; 从 m e s 系统中能 够产生设备或者工装的使用信息和 状态信息统计报表等。 根据以 上的分析， 只有通过在制造资源统 一 管理 平台的统一模型中定义制造资源全生命周期中涉及的所有属性， 刁 一 能够 产生资产、维护、 使用状态等所有信息的综合统计报表。 一方面， 从 制造资源的全生命周期的管理出 发， 从企业各应用系统集成的需 求出发， 都需要一个制造资源统一模型和管理 平台来进行对制造资 源信息的统一 管理、 协调及集成; 另一方 面， 企业在实施信息 化的过程中， 对制造资源信息准 确的把 握是流程再造、新的生产模式实 现的前提。因此，总的来说， 4 1 0 厂急需 建立一 个制 造资源统一管理平台 来对其所有的制造资源进行规划、 分类、 编码乃 至集成统一管理。 西北工业人学硕上学位论文 第二章 制造资源统一管理平台设计 时、足够的支持，经常出现需要工装时却发现工装短缺的现象。 出 现以上问 题的原因当 然是多方面的， 但是从根本上来说还是没有做到对制 造资源全生命周期信息的有效管 理， 通过对制造资源信息的统一管理将能为生产 中的生产计划编制、生产调度等重要环节打下坚实的基础。 2 . 1 .2应用系统集成需求分析 企业信息化工程实施中要避免出 现各应用系统各自 为政、 各自 独立地运行的 情况口 但是， 目 前4 1 0 厂各应用系统还是相对独立运行的， 出 现的问题分析如下: i . 应用系统之间的集成问题: 应用系统只是从各自应用范围对制造资源加 以 规划、 管理和更新， 没有从资源全生 命周期的角度进行统一管理和协 调， 形成许多 “ 资源信息孤岛” 。 例如m e s 系统需要车间设备的资 产信 息， 而这些信息来源于设备管理系统，由 于两系统相互独立， 故该信息 需要重复输入 给 m e s ; t c m, c a p p 系 统需要工装的 技术参数， 这些信 息在工装管理系统中存储， 故也需要重复输入给t c m, c a p p 系统。 根 据以 上的分析， 现有各应用系统各自 独立的 状况， 必然导致制造资源信 息的冗余以及准确性差、二义性等问题。 2 .综合报表的问题:目 前各业务系统中 产生的报表都是制造资源信息的局 部视图，管理人员无法及时准确获得制造资源的全面信息，不利于管理 人员的决策。 例如通过设备管理系 统能够取得设备资 产统计报表和设备 维护信息报表等; 从 m e s 系统中能 够产生设备或者工装的使用信息和 状态信息统计报表等。 根据以 上的分析， 只有通过在制造资源统 一 管理 平台的统一模型中定义制造资源全生命周期中涉及的所有属性， 刁 一 能够 产生资产、维护、 使用状态等所有信息的综合统计报表。 一方面， 从 制造资源的全生命周期的管理出 发， 从企业各应用系统集成的需 求出发， 都需要一个制造资源统一模型和管理 平台来进行对制造资 源信息的统一 管理、 协调及集成; 另一方 面， 企业在实施信息 化的过程中， 对制造资源信息准 确的把 握是流程再造、新的生产模式实 现的前提。因此，总的来说， 4 1 0 厂急需 建立一 个制 造资源统一管理平台 来对其所有的制造资源进行规划、 分类、 编码乃 至集成统一管理。 西北工业大学o p , . i : 学位论文第二章 制造资源统一管理平台设计 2 .2管理平台设计 根据4 1 0 厂对管理平台的需求，即上述我们所作的管理平台需求分析， 我们 提出了 制造资源统一管理平台的设计方案， 具体从体系结构设计、 数据库设计和 u m l建模三方面作详细论述。 体系结构设计主要从管理平台的应用体系、 软件 体系和功能结构三方面进行概要性设计; 数据库设计主要从数据库信息模型、 概 念结构和逻辑结构三方面进行分析设计;而u ml建模主要从用例 ( u s e c a s e ) 模 型、 顺 序 ( s e q u e n c e ) 模 型 和 类 ( c la s s ) 模 型 三 种u m l 主要 模型 对 管 理 平台 中信息集成部分进行举例介绍。 2 .2 . 1管理平台体系结构设计 体系结构设计通常又被称为总 体设计或概要设计， 是软件设计中的 第一个阶 段。 该阶段的根本目 的是将需求分析阶段得到的软件需求转换为具体计算机可以 识别的目 标系统。 这一阶 段中主要侧重于对系统宏观结构的设计， 而对系统内部 的实现细节，即 模块的算法并不关 心【 13 1 2 .2 . 1 . 1管理平台应用体系 因为企业中 涉及制造资 源管理方面的计算机应用系统种类繁多， 造成各系统 之间的信息集成共享困难， 所以 本文提出了一种可以解决各系统信息集成共享的 应用体系结构。该应用体系可以分为三个层次:资源应用系统层、资源平台层、 资源业务系统层。资源应用系统层主要包括涉及制造资源的企业各应用系统， 如 数字 化工程系统 ( t c m ) 、 车间制造执行系统 ( me s ) 、 企业资 源规划系统 ( e r p ) 等; 资 源平台 层主要包括企 业的制造资源模型管理、 制造资 源库管理、 制造资源 集成管理和平台系统管理等 模块; 资 源业务系统层主要包括管理平台中涉及到的 制造资源全生命周期管理的各业务管理系统， 如设备管理系统、 工装管理系统和 工装设计信息系统等，实现制造资源的业务管理。 西：i t e m 业人学颀l ：学位论文 第二章制造资源统一管理，f 台设计 2 2 管理平台设计 根据4 1 0 厂对管理平台的需求，即上述我们所作的管理平台需求分析，我们 提出了制造资源统一管理平台的设计方案，具体从体系结构设计、数掘库设计和 u m l 建模三方面作详细论述。体系结构设计主要从管理平台的应用体系、软件 体系和功能结构三方面进行概要性设计；数据库设计主要从数据库信息模型、概 念结构和逻辑结构三方面进行分析设计；而u m l 建模主要从用例( u s ec a s e ) 模型、顺序( s e q u e n c e ) 模型和类( c l a s s ) 模型三种u m l 主要模型对管理平台 中信息集成部分进行举例介绍。 2 2 1 管理平台体系结构设计 体系结构设计通常又被称为总体设计或概要设计，是软件设计中的第一个阶 段。该阶段的根本目的是将需求分析阶段得到的软件需求转换为具体计算机可以 识别的目标系统。这一阶段中主要侧重于对系统宏观结构的设计，而对系统内部 的实现细节，即模块的算法并不关心“。 2 2 1 1 管理平台应用体系 因为企业中涉及制造资源管理方面的计算机应用系统种类繁多，造成各系统 之间的信息集成共享困难，所以本文提出了一种可以解决各系统信息集成共享的 应用体系结构。该应用体系可以分为三个层次：资源应用系统层、资源平台层、 资源业务系统层。资源应用系统层主要包括涉及制造资源的企业各应用系统，如 数字化工程系统( t c m ) 、车间制造执行系统( m e s ) 、企业资源规划系统( e r p ) 等；资源平台层主要包括企业的制造资源模型管理、制造资源库管理、制造资源 集成管理和平台系统管理等模块；资源业务系统层主要包括管理平台中涉及到的 制造资源全生命周期管理的各业务管理系统，如设备管理系统、工装管理系统和 工装设计信息系统等，实现制造资源的业务管理。 l o 西北工业大学颂上学位论文第二章制造资源统一管理平台设计 赉 源 应 用 系 统 屡 赍 源 务 j 鼻 层 1 - - 设备计划信息；2 一设备采购信息；3 一设备维护信息；4 - - 设备资产信息；5 - - 设备制造能力信 息；6 - - 设备任务信息；7 - - 设备使用状态信息；8 一工装维护信息i9 - 一工装使用状态信息；10 一工 装库存信息；i i 一工装几何参数；t 2 - - ：r - x 簌4 1 t 术参数；13 一专用工装请制信息；1 4 - - 专用工装计划 信息：l5 一通用工装采购信息 图2 - 1 制造资源统一管理平台应用体系 管理平台资源信息的主要来源是各制造资源业务管理系统，也有部分信息来 源于其他应用系统。各应用系统之间需要共享这些资源信息，例如m e s 系统需 要设备管理系统中的设备能力信息，才能做出正确的计划。通过资源平台层可以 实现应用系统之问以及应用系统和业务系统之间的信息集成，详细信息交互如图 2 - 1 所示。管理平台采用数据被动输出模式，当应用系统需要更新本地数据库时， 制造资源统一管理平台从平台数据库和其他业务系统和应用系统的数据库视图 中读取相关数据，将最新数据反馈给应用系统，达到制造资源信息的共享。 2 2 1 2 管理平台软件体系 鉴于j a v a 程序设计语言和j 2 e e 体系在以下方面的优势：跨平台性、应用 移植性、组件重用性、应用互操作性以及与非j a v a 系统的集成性等，制造资源 统一管理平台采用基于w e b 的j 2 e e 标准体系结构，体系结构如图2 2 所示。 下面分层介绍其各自的功能。 西北下业大学顾- i ：学位论文 第二章制造资源统一管理1 r 台设计 用户界亟( b t m l 、) 【i 1 、 p p l e t ) l w e b 应用( j s p 、s e r v l e t ) f liiii l 资源属性资源分类资源对象资源集成系统维护 b e a nb e a nb e a nb e a nb e a n + j d b c o d b c 桥 南南南南 圆 厂夏j 企业信息 i 服务器i 系统层 图2 - 2 制造资源统一管理平台的体系结构 1 客户端层 h t m l 、x m l 和a p p l e t 是基于w e b 方式的客户端组件，其中a p p f c t 是运行 在a p p l e t 容器中的，它们都运行在客户端层的浏览器中。浏览器是人机交互接 口，所有的数据录入、显示操作都在此完成。当用户需要进行数据交换时，是不 允许直接访问数据库服务器，而是通过j 2 e e 服务器( w e b 服务器与e j b 服务 器的总称) 提供的服务接口( s e r v i c e i n t e r f a c e ) 进行访问，从而保证了后台数据 的安全性。 2 w e b 层 j a v as e r v l e t 和j a v a s e r v e rp a g e s ( j s p ) 是w e b 层组件，它们都运行在w e b 服 务器中的w e b 容器中。w e b 层主要用于接收从客户端层的浏览器传来的请求并 将请求交给业务层进行处理，同时将请求处理结果发送给浏览器。这些过程主要 由j s p 页面和显示h t m l 页面的s c r v l e t 组成，该层可对数据进行一些简单的逻 辑处理，如数据校验，该层不进行复杂的逻辑处理。w e b 层实现了企业应用的 呈现逻辑，这些企业应用具体包括：资源属性管理、资源分类管理、资源对象管 理、资源集成管理和系统维护管理。 3 业务层 e n t e r p r i s ej a v a b e a n s ( e j b ) 是业务层组件，它是运行在e j b 服务器中的e j b 西北1 = _ 业上学砸上学位论立第二章制造资源统一管理平台计 容器中的。e j b 服务器为e j b 组件提供了一个优化的执行环境。业务层代码用来 满足企业具体应用( 如前所述) 的需要，所有事务处理逻辑均封装于e j b 组件 中，并由e j b 进行处理。管理平台的e j b 是实现企业应用的组件，负责处理具 体的业务过程和功能，并通过j d b c o d b c 桥实现与底层数据库或x m l 的通讯。 这些e j b 包括资源属性b e a n 、资源分类b e a n 、资源对象b e a n 、资源集成b e a n 和系统维护b e a n 。其业务过程为首先依据企业整体的规划准则，在资源分类、 编码以及描述业已十分清晰的基础上，通过建模分类工具实现对制造资源的模型 管理，然后在此基础上通过与数据库的交互可以实现对制造资源的统一管理等制 造资源维护方面的业务操作，同时可以进行制造资源的搜索、集成以及系统维护 方面的业务逻辑。 4 企业信息系统层 企业信息系统层主要包括数据库服务器和文件服务器。数据库存放所有制造 资源和客户数据，主要是为业务层提供数据服务，如存储w e b 层的处理结果、 返回w e b 层检索的数据结果。x m l 文档则为外部系统定制的制造资源的模式 及信息，通过x m l 转换器可实现x m l 文档与关系型数据库的双向转换。管理 平台因为采用了j d b c o d b c 桥的方式连接数据库，所以数据库服务器可以选用 o r a c l e 、s