（航空宇航制造工程专业论文）面向航空企业的制造资源集成平台的开发及应用.pdf

西北工业大学硕士学位论文 摘要 摘要 随着产品市场的国际化，制造企业的竞争日趋激烈。信息化在企业发展过程 中的作用越来越大，新的制造模式不断出现，网络化制造的趋势渐渐明朗。在这 样的环境下企业出现了许多问题：企业在信息化的进程中购买或开发了不同的信 息系统，信息系统各自为政，制造资源信息没有统一的管理；而且由于技术差异 等问题，各种信息系统制造资源信息无法共享，企业中存在着“信息孤岛”。本 文从这样的背景出发，在以下方面进行了研究： ( 1 ) 制造资源模型研究：从制造资源的内涵出发，参照相关标准和规范， 建立x x 厂的全生命周期多层次的制造资源统一模型，并对制造资源 的描述指标进行研究；给出制造资源模型的数据库表达及可扩展标记 语言( e x t e n s i t a b l em a r k u pl a n g u a g e ，x m l ) 表达。 ( 2 ) 制造资源信息管理：实现制造资源统一模型的信息管理，建立x x 厂 和x x 车间的门户，支持异地协同翎造。 ( 3 ) 异构制造资源集成研究：阐述实现异构制造资源集成的两种方式一一 基于视图集成和基于中间文件集成，分别研究两种集成方式中的制造 资源模型的映射模式、集成机理及平台数据的更新方式。 ( 4 ) 基于制造资源集成平台的集成实现：以基于视图集成的方式实现与x x 厂设备管理系统、刀具管理系统、协同制造管理平台的集成；以基于 中问文件的方式实现与x x 厂内部的计算机工艺规划系统( c o m p u t e r a i d e dp r o c e s sp l a n n i n g ，c a p p ) 的集成；构建异地分布的企业制造资源 库。 ( 5 ) 制造资源集成平台的设计与实现：分析制造资源集成平台的功能、体 系结构，建立u m l ( u n i f i e dm o d e l i n gl a n g u a g e ，统一建模语言) 模 型，设计数据库，最终实现集成平台。 关键词：制造资源模型、集成平台、中间文件、信息共享 西北工业大学硕：e 学位论文 a b s t r a c t a b s t r a c t w i t ht h e p r o d u c t m a r k e tb e c o m e si n t e m a t i o n a l i z a t i o n ，m a n n f a c t u r e e n t e r p r i s e s c o m p e t i t i o nb e c o m e sm o r ea n dm o r ed r a s t i c t h e f u n c t i o no f i n f o r m a t i o n i z a t i o nb e c o m e sm o r ea n dm o r ei m p o r t a n t ，n e wm a n u f a c t u r em o d e s c o r n eo u t ，t h et r e n do fn e tm a n u f a c t u r ei sm o r eo b v i o u s l y s o m ep r o b l e m s a p p e a r e di nt h i sc i r c u m s t a n c e ：i nt h ep r o c e s so fe n t e r p r i s ei n f o r m a t i o n i z a t i o n ， m a n yi n f o r m a t i o ns y s t e m sa r eb o u g h to rd e v e l o p e d t h e s es y s t e m sw o r ki nt h e i r o w nw a y s t h em a n u f a c t u r er e s o u r c ei n f o r m a t i o nc a n tm a n a g ei nu n i t y t h e m a n u f a c t u r er e s o u r c ei n f o r m a t i o nw h i c hf r o md i f f e r e n ts y s t e m sc a n ts h a r e b e c a u s eo fd i f f e r e n tt e c h n o l o g y , t h ei n f o r m a t i o ni s l a n d se x i s t b a s e do nt h e b a c k g r o u n da b o v e ，t h i st h e s i sr e s e a r c ho nf o u ra s p e c t sf o l l o w s ： f i r s t l y , r e s e a r c ho nm a n u f a c t u r er e s o u r c em o d e lt h r o u g ha n a l y s i st h e d e f i n i t i o n so fm a n u f a c t u r er e s o u r c e ，t h i st h e s i ss e tc o n c e p tm o d e lt om a n u f a c t u r e r e s o u r c e t h ew r i t e rs e t sam u l t i l a y e rm a n u f a c t u r er e s o u r c em o d e lo fl i f e c y c l eo f x xf a c t o r yw h i c hr e f e r st oi n t e r r e l a t e ds t a n d a r d sa n dc r i t e r i o n s ，a n dr e s e a r c ho n t h ed e s c r i p t i o ni n f o r m a t i o no fm a n u f a c t u r er e s o u r c e t h i st h e s i sa l s os e t st h e d a t a b a s ee x p r e s s i o na n dx m l e x p r e s s i o nt om a n u f a c t u r er e s o u r c em o d e l s e c o n d l y ， m a n u f a c t u r er e s o u r c ei n f o r m a t i o n m a n a g e m e n t t h i s t h e s i s i m p l e m e n tm a n u f a c t u r er e s o u r c ei n f o r m a t i o nm a n a g e m e n ta n db u i l d st h ep o r t a l s f o rx xf a c t o r ya n dx x w o r k s h o p t h i si st h eb a s i so ft r a n s r e g i o n a ld i s t r i b u t i o n c o o p e r a t i v em a n u f a c t u r e t h i r d l y , r e s e a r c ho nh e t e r o g e n e o u sm a n u f a c t u r er e s o u r c e t h i st h e s i sb r i n g s u pt w ow a y st oi m p l e m e n th e t e r o g e n e o u sm a n u f a c t u r er e s o u r c ei n t e g r a t i o n o n e i n t e g r a t i o nb a s e do nv i e wa n da n o t h e ri n t e g r a t i o nb a s e do nf l a tf i l e t h ew r i t e r r e s e a r c h e so nt h em a n u f a c t u r er e s o u r c em o d e lm a p p i n gm o d e ，i n t e g r a t i o n m e c h a n i s ma n d u p d a t ew a y t ot h ed a t ao ft h ei n t e g r a t i o np l a t f o r mr e s p e c t i v e l 斗 f o u r t h l y , i m p j e m e n t o fi n t e g r a t i o nb a s e do i lm a n u f a c t u r er 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 t h i s t h e s i s i m p l e m e n t si n t e g r a t i o n w i t h e q u i p m e n t m a n a g e m e n ts y s t e m ，t o o lm a n a g e m e n ts y s t e ma n dc o o p e r a t i v em a n u f h c t u r e m a n a g e m e n tp l a t f o r mo fx xf a c t o r yv i at h ew a yb a s e do nv i e w ：a n di t 西北工业大学硕士学位论文 a b s t r a c t i m p l e m e n t si n t e g r a t i o no fc a p ps y s t e mo fx xf a c t o r yv i at h ew a yb a s e do nf l a t f i l e ；i tb u i l d st r a n s r e g i o n a ld i s t r i b u t i o ne n t e r p r i s em a n u f a c t u r e r e s o u r c eb a s e f i f i h l nd e s i g na n di m p l e m e n to fm a n u t h c t u r er e s o u r c ei n t e g r a f i o np l a t f b r i n t h r o u 曲a n a l y z i n gt h ef u n c t i o na n ds y s t e ms t r u c t u r ea n db u i l d i n g t h eu m i _ m o d e l ，t h i st h e s i sd e s i g n st h ed a t a b a s ea n di m p l e m e n t st h ei n t e g r a t i o np l a t l b r m k e y w o r d ：m a n u f a c t u r er e s o u r c em o d e l ，i n t e g r a t i o np l a t f o r m ，f l a tf i l e ， i n f o r m a t i o ns h a r e d h i 西北1 ：业大学硕士学位论文 第一章绪论 1 1 论文研究的背景 第一章绪论 产品市场越来越国际化，市场竞争形势日趋激烈，企业为了生存和取得更大 的发展必须不断加快产品的更新换代，提高产品质量，降低产品成本，提高企：_ ! i k 围绕产品的服务。航空企业也不再是垄断行业，同样面临着残酷的市场竞争。而 随着现代科学技术的迅速发展，现代制造工业企业正面临着迅速发展的计算机技 术所引起的信息爆炸。j 制造业在某种意义上已成为一种信息产业，用信息技 术促进制造业的改造已成为必然趋势。2 1 世纪，世界制造业发展的总趋势是：信 息技术在促进制造业发展过程中的作用仍然是第一位的，独占性技术决定了产品 的价值与价格。企业间的联合和竞争并存，并超出国界，敏捷性成为制造业追求 的目标。以上趋势归纳起来为“全球化”、“网络化”、“虚拟化”、“敏捷化”和“绿 色化”，而归根结底是“网络化”。制造企业的经营，生产战略与活动应面向全球， 充分合理利用以信息技术为代表的高科技，建立和实现基于分布式网络化体系结 构的组织、生产和管理模式，以快速、灵活地组织和利用各种分布的、异构的制 造资源，谋求企业间的相互合作，共同寻求市场机遇，在激烈的市场竞争中求得 生存与发展。口j 随着制造业的不断发展，敏捷制造、虚拟制造、协同制造、网 络化制造等一批新的制造模式应运而生。 制造资源是企业制造模式顺利实施的基础，企业制造资源主要包括设备资源 和工艺装备资源，它是产品设计制造的基础，有效的制造资源管理对于缩短产品 研制周期、提高制造质量、节约生产成本、增强企业竞争力等都有着十分重要的 意义。企业的所有活动都是围绕企业生产经营中的过程对各种制造资源进行组织 和安排的，即围绕企业的经营这个中心目的，针对市场出现的商机，在本企业及 伙伴企业范围内有效组织现有资源，从而获得最大经济效益的组活动。科学合 理地利用现有制造资源组织生产过程，生产高质量、低成本又能满足用户要求的 产品，是现代企业管理的目标所在，信息化是一个很好的途径。目前，大多数航 空企业只对制造资源中的某些部分实现了信息化管理，各个信息系统都是独立 的、分散的，信息无法共享，未能建立起一个统一的制造资源管理系统。 企业在信息化建设的过程中，先后开发、购买了各种各样的信息系统，这些 ! i f f 北工业大学硕士学位论文第一章绪论 系统来自不同的厂商、在不同的时期开发、运行在不同的环境中，并且是针对不 同部门和业务的需求，由于技术的差异、彼此之间无法实现信息共享，从而形成 了一个个信息孤岛，企业的这种“信息孤岛”现状给信息化建设带来了严峻的 二 程应用问题： f 1 ) 对各种设备、工装等制造资源的管理手段落后，缺乏统一管理。工装一般由 ：亡具室和各分厂、各车间管理，资源相关信息都没有共享，造成工鼗重复利 用率低，大量急缺资源闲置，浪费成本，与企业所追求的精益生产的主旨相 背。 ( 2 ) 由于缺乏对工装信息的适时、有效的把握，导致工装重复制造的情况十分严 重，造成人力、物力和时间的浪费，同时二 装的设计制造周期长，往往不能 满足生产进度的需要。对于那些比较简单的工装，各车间会自己制造，结果 造成重复制造与浪费。 ( 3 ) 信息系统只是从各自应用范围对资源加以规划、管理和更新，没有从全生命 周期的角度对企业制造资源进行统一管理和协调及规划，形成许多“资源信 息孤岛”，信息无法共事，导致了资源信息的冗余以及准确性差、二义性等 问题。 以上工程问题可以归结为下面几个问题： 制造资源如何实现统一管理? v ， 如何有效共享制造资源实时信息? 如何解决制造资源数据来源不唯一，重复冗余的问题? 为解决以上问题，本文提出制造资源信息集成平台，通过为企业建立制造资 源模型，集成各个相关的信息系统，实现有关制造资源信息的共享；以一个统一 的管理界面，提供全面准确的制造资源信息，实现信息重用及制造资源的金生命 周期管理。 1 2 国内外研究现状 本文的实现及应用有两项支撑技术，项是制造资源建模技术，另一项是资 源信息集成技术，国内外学者对这两项技术都有所研究，一些大公司已经有相关 的成熟软件并已在企业中实施。 2 西北工业大学硕士学位论文 第章绪论 1 2 1 制造资源建模研究现状 资源是企业进行生产经营所必需的物质因素。企业经营过程和活动运行、企 业功能的执行、企业组织的活动、企业经营目标的最终实现，都必须得到企业资 源的支持。资源不仅仅是企业经营过程和企业活动的载体，也不仅仅是企业组织 的从属物，它是企业实现经营目标的最重要的物质基础。资源建模方法是企业建 模方法学中描述如何建立企业资源视图模型的方法，是企业建模理论和方法学的 有机组成部分。开展企业资源结构化定义和分类组织，并在此基础上对资源在企 业各个组织机构之间和经营过程中的流动、变换进行分析、优化、控制，可以尢 大提高企业资源管理和使用效率。口 以前人们把大量的精力投入到产品信息的表 达及产品模型的建立，而与之相对应的制造资源环境的研究却很少涉及。到了 9 0 年代，随着各种先进制造模式的不断提出，越来越多的学者认识到，制造资 源信息的集成是实现产品制造过程信息集成的基础，因此面向各种先进制造模式 的制造资源模型的研究已经成为最近研究的热点。1 4 j 国外学者对制造资源模型作了一些研究，如f e n g 5 1 等建立了制造资源约束模 型：k i i e l l b e r g t 6 i 等建立了基于s t e p ( 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 l d a t a ，产品数据交换标准) 的制造资源信息模型；g a o 7 1 建立了产品和制造能力模 型框架；c a s e 8 】建立了工艺能力模型等。国内也有很多学者也从不同角度，对制 造资源建模进行了研究： ( 1 ) 在研究内容上，从以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信息，形成一个独立的支持相关应用系统的数据文 件或数据库。如：张i 云：t 9 1 、马登哲【”蝽从工艺设计的角度建立了基于动态制造 资源库的工艺设计模型。邵新宇i l l j 探讨了面向c i m ( c o m p u t e ri n t e g r a t e d m a n u f a c t u r i n g ) 以及c e ( c o n c u r r e n te n g i n e e r i n g ，并行工程) 环境下的制造资源 建模，提出了基于特征的制造资源模型及资源环境的分层模型等概念，把设备环 境分为五层：工厂层、分厂层、工段层、工作站层和设备层。刘保军【】2 j 提出了面 向c a t ( c o m p u t e r a i d e d t o l e r a n c e ，计算机辅助公差设计) 的制造资源模型。 随着网络技术的发展，敏捷制造、虚拟制造以及网络化制造等先进制造模式 成为制造企业发展的方向，这些制造模式的重要特征就是基于制造资源的集成， 实现系统的快速重组和配置。因此关于制造资源的信息及其信息的交互 d 分关 键，对面向敏捷制造、虚拟制造以及网络化制造等制造模式下的制造资源模型的 研究成为热点，邱晓峰【1 3 】、石柯【1 4 】等探讨了敏捷制造环境下的资源集成研究， 西北业大学硕二b 学位论文第一一章绪论 马鹏举【i5 i 等把制造资源信息分为概括信息和制造能力信息，利用s t e p 技术和面 向对象方法建立了支持动态联盟的制造资源信息模型，张洁1 1 6 1 等探讨了虚拟制造 环境下的资源建模等。 ( 2 ) 在建模方法上，经历了以数据库为表达工具的传统建模方法和基于s t e p 标 准的面向对象的建模方法两个阶段。传统的信息建模方法如实体关系法、i d e i ? 法等对它所表达的实体及属性具有严格的要求，只能描述特定领域中的事物。因 此建立的信息模型实质上是关系数据库的逻辑模型。面向对象的分析方法是用对 象这包含事物属性和方法两个方面特性的概念作为基本单位来建立模型，将现 实世界中的事物煮接映射到模型世界中的对象，通过不同对象之间的相互作用， 可以构造出满足不同需要的系统，使得模型具有良好的柔性和可扩展性。 s t e p 作为产品整个生命周期的建模标准，应用e x p r e s s g 、e x p r e s s 语 言来描述制造环境模型，满足了模型的通用性、信息的完整性、数据与知识的割 装性和信息的可访问性的要求。因此采用基于s t e p 和面向对象的建模方法成为 研究热点。如宋玉银f 1 7 】建立了面向并行工程基于s t e p 的制造资源能力模型，并 采用面向对象技术，建立了制造资源库和制造知识库。陈云【i8 】等研究了基于面向 对象和s t e p 技术的制造环境建模技术，把制造环境分解为三个子模型：控制结 构模型、资源模型和制造能力模型。 虽然这些研究对于改变制造资源数据表示的不一致和数据的多处存储等现 状有很大作用，但仍然存在下列问题： ( 1 ) 对于早期的资源模型的描述，大多是局部的，不完整的，对制造资源 缺乏统一完整的定义； ( 2 ) 研究重点在于资源模型建立，缺少对制造资源能力的描述和研究： ( 3 ) 制造资源模型在内容上大多是一个总体框架，面向企业制造资源的总 体信息，便于联盟企业的选择，而对于涉及制造活动的具体制造信息 建模涉及较少； ( 4 ) 所建立的制造资源模型不能支持网络环境下的异构系统信息交互，模 型的柔性、开放性差。 1 2 2 资源信息集成研究现状 根据计算机世界报有关报道，目前国内外相对成熟的信息集成技术路线主要 有：数据仓库、企业门户f 2 0 1 、e a i 、c i m s 2 1 1 。这里主要介绍一下e a i 和c i m s 的研究现状。 西：i l 3 2 _ , 1 k 大学硕士学位论文第一章绪论 e a l ( e n t e r p r i s e a p p l i c a t i o ni n t e g r a t i o n ，企业应用集成) 是解决企业应用系统集 成的主要技术路线。e a i 试图将业务流程、应用软件、硬件和各种标准联合起来， 在两个或更多的企业应用系统之间实现无缝集成，使它们像一个整体”样进行业 务处理和信息共享。 e a i 中基础性的任务是实现数据集成，其目的是实现不同的应用程序能够对 数据跨平台、跨系统的访问，实现企业各子系统数据的共享。同时可实现数据在 不同系统的数据库或文件系统之间的移动、复制、映射等操作，e a i 是具有工程 性的庞大体系，其广度涵盖了企业集成的方方面面，并提供了多种实现参考技术。 e a i 体系对研究信息集成系统体系结构及系统实现技术有点接的参考价值。 2 2 1 e a i 很多成熟的产品，像m m 提供的著名产品如i b mm q s e r i e s 产品族，以 及i b mw e b s p h e r e 软件平台，微软的e a i 解决方案包括m i c r o s o f tm e s s a g eq u e u e 产品系列和b i z t a l ks e r v e r2 0 0 2 ，b e aw e b l o g i ci n t e g r a t i o n 和v i t r i ab u s i n e s s w a r c 平台等，国内有中科院软件所开发的o n c e ( 即网驰) 等。 另一个完整的解决方案是c i m s 理论及技术，当前，我困的c i m s 已经改变 为“现代集成毒4 造系统( c o n t e m p o r a r yi n t e g r a t e dm a n u f a c t u r i n gs y s t e m l ” 2 1 1 1 2 3 1 0 它已在广度与深度上拓展了原c i m s 的内涵。其中，“现代”的含义是计算机化、 信息化、智能化。“集成”有更广泛的内容，它包括信息集成、过程集成及企业 问集成等三个阶段的集成优化；企业活动中三要素及三流的集成优化：c i m s 有 关技术的集成优化及各类人员的集成优化等。 e a i 和c i m s 相应的成熟产品都已面市。这些商用产品技术路线不同，相应 的集成方向、集成程度也不相同，系统复杂度高，实施费用离，对于企业而言是 巨大的投入，两且对企业的整合大都要改造旧有系统。 以上研究及产品都为本文的研究及实现提供了很好的参考。本研究要综合对 比现有国内外制造资源信息建模的方法，根据x x 厂的实际情况并参考有关制造 资源的航空企业标准，建立满足多视图、多层次、可扩展以及全生命周期管理的 制造资源模型，以实现制造资源统一管理。在此模型的基础上集成外部信息系统， 实现企业制造资源的共享。 1 3 课题来源及研究意义 课题是国防科工委基础研究项目“x x x x x x x x ”( 项嗣编号：k 1 8 0 5 0 3 0 2 0 2 ) 的子项目。本论文所研究的课题是网络化制造资源的组织管理与集成技术在x x 厂的具体实施体现。 5 蒲北工业大学硕士学位论文第一章绪论 课题同时受航空科学基金“x x x x x x x x ”( 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x x 厂的具体实施体 现。 通过以上对研究背景及现状的分析，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熏复和冗余，避 免了未来各个信息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本、提高 产品质量、并快速响应市场需求，迸一1 步推动了企业制造技术的发展。 ( 3 ) 制造资源集成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( m e 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，并满足新的生产模式对制造资源新的需求。 ( 4 ) 制造资源集成平台降低了各业务、应用系统之间集成的难度，显著减少 了集成工作量。没有构建集成平台之前，n 个系统之间进行两两集成是 n ( n 一1 ) 2 次，而利用集成平台作为中介实现n 个系统的集成则降低为n 次，集成工作量已显著降低。另外通过集成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，而且便于维护。 本论文构建的制造资源集成平台是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；同 时，制造资源集成平台是一个多层次的平台，可以满足企业间资源的共享，为快 速扩散制造及协同制造提供了制造资源的支持。制造资源集成平台也可以为企业 建立门户，统一管理企业的制造资源。制造资源集成平台通过集成设备管理系统 和工装管理系统等为车间级的m e s 反馈制造资源的实时信息，以动态调整计划 调度，满足生产任务要求，对于企业实旌网络化制造、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。 西北工业大学硕士学位论文第一蘑绪论 1 4 研究内容及章节安排 制造资源集成平台的主要内容有企业制造资源的表示，资源模型的建立，业 务系统与制造资源平台的集成，信息的更新。本论文的研究内容主要包括以下方 面： ( 1 ) 制造资源模型研究：制造资源是集成平台的基础，通过分析制造资 源的内涵、在企业内部建立企业制造资源模型，统一、全面的描述，管 理制造资源全生命周期的信息；建立企业门户，以统一的界面管理企业 的制造资源信息，消除企业信息二义性，不统一及信息冗余；对企业所 涉及的各类制造资源进行合理规划，研究建立航空企业的制造资源模型 ( 包括制造资源分类模型、制造资源编码、制造资源描述指标等) 。该制 造资源模型参考已有的航空标准和企业标准等相关标准，能支持资源的 全生命周期信息管理，满足网络化制造及企业内部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 ) 制造资源信息管理：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；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，提供人员、权限管理，组织结构管理等系统管理功能。 ( 3 ) 异构制造资源集成研究：企业中存在着不同的信息系统，制造资源 集成平台的信息来源于这些系统中的某一些系统，但每个信息系统都是 分布的，数据库也不尽相同，制造资源模型的表示也不尽相同，本文称 之为制造资源异构。本文要研究制造资源统一模型与其它软件系统的模 型之间怎样建立映射关系：通过怎样的方式来与外部系统集成；集成平 台的数据怎样更新等集成的原理及实现。 ( 4 ) 制造资源信息集成的实现：研究实现与c a p p 等应用系统和设备管 理、刀具管理等业务系统的集成机制，保证通过集成平台和资源应用系 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。 ( 5 ) 制造资源集成平台的设计与实现：通过对制造资源集成平台的功能、 应用体系进行分析，建立集成平台的u m l 模型，设计数据库，最终实现 集成平台。 本文围绕以集成平台为基础的制造资源集成共享、统+ 管理企业制造资源的 1 撕北上业大学硕士学位论文第一一章绪论 思想，主要工作体现在：对制造资源全生命周期模型进行了研究，从殴计方案及 关键技术等方面详细论述了实现集成平台的原理和方法，并据此开发了制造资源 集成平台，并通过支撑协同制造管理平台进行了验证。 全文共分为六章论述上述主要工作内容，具体章节安排如下： 第一章绪论：通过分析市场对航空企业提出的挑战引出了本课题并介绍 r 国内外对制造资源管理及信息集成方面的研究现状，阐述了制造资源集成平台 的必要性，并介绍了制造资源集成平台的研究目标、内容和意义，最后介绍了文 章的章节安排。 第二章制造资源模型研究：通过对制造资源从概念、描述指标等方面所作 的分析，提出了面向资源全生命周期的制造资源模型，该模型主要体现信息多层 次、一致性、动态性、多视图性和集成性等特点；提出制造资源模型的数据库表 示及x m l 表示，为实现制造资源的集成打好基础。 第三章异构制造资源集成机理研究：分析了制造资源信息集成的背景，论 述了阻制造资源集成平台集成的优势及特点，对平台集成的两种集成方式的模型 映射技术、集戏机理及平台数据更新方式进行了研究。 第四章制造资源集成平台分析与设计：从软件工程的角度出发，对制造资 源集成平台的功能、体系结构、数据库设计及统一建模语言模型等方面进行分析， 提出设计方案。 第五章系统实现：首先从构建集成平台的运行环境着手介绍了开发环境和 运行环境，然后介绍了系统实现中的关键技术，最后给出了系统的具体的运行实 例中的一些界面。 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。 1 5 本章小结 本章从论文的背景出发，分析了制造资源集成平台中两项支撑技术制造 资源建模和资源信息集成的研究和应用现状，介绍了课题来源及其研究意义，最 后对本文的研究内容和章节安捧进行了详细描述。 西- l g ：工业大学硕士学位论文第二章制造资源建模研究 第二章制造资源建模研究 制造资源是企业信息模型的核心，是企业制造能力的主要体现。在新的制造 模式不断出现的情况下，对制造资源的研究就显得非常重要制造资源模型是制 造资源研究的基础，制造资源集成平台的所有工作都是围绕制造资源模型来进行 的。在敏捷制造和虚拟制造等先进制造模式下，为适应快速多变的市场需求，以 及管理信息系统( m a n a g e m e n ti n f o r m a t i o ns y s t e m ，m i s ) 、计算机辅助工艺规划 系统( c o m p u t e ra i d e dp r o c e s sp l a n n i n g ，c a p p ) 、制造执行系统( m a n u f a c t u r e e x e c u t es y s t e m ，m e s ) 等应用领域的信息要求，企业制造资源模型应是广泛的、 动态的和集成化的。一方面，利用企业制造资源数据库，快速合理地构造新的动 态联盟；另一方面，为不同的计算机应用系统提供准确的、已变的企业制造资源 数据。 2 4 本章参考航标及国标对 厂建立制造资源模型，并详细讨论制造资源的内 涵及制造资源的全生命周期模型的描述和形式化描述。 2 1 制造资源的内涵 要研究制造资源，就先要弄清制造资源的范围。对于制造资源的定义，许多 研究者都提出了自己的观点。 广义定义l ：制造资源是企业完成产品整个生命周期所有生产活动的物理元素的 总称【2 ，制造资源贯穿产品生产全过程。 广义制造资源的定义是企业完成产品整个生命周期所有生产活动的物理元 素的总称。根据企业的组织结构可将企业划分为5 个层次，即企业层、车间屡、 单元层、工作站层和设备层，如图2 1 所示。每个层次所代表的制造资源都具有 一定的属性和功能。 企业层完成企业经营决策和生产管理；车间层执行生产任务调配和任务协 调：单元层完成单元任务调度与监控；工作站层完成设各控制与动作协调：设备 层执行加工、传输和测量。企业层制造资源模型信息应包括下面两种：( 1 ) 制造 企业的一般信息。主要描述企业的基本情况，包括企业的财务状况信息、品质保 证信息、生产管理信息、产品开发周期信息、企业员工信息和资信等级信息等。 这些信息反映了企业生产状态和社会信誉，可为制造资源的优化配置提供有效保 9 心北上业大学硕士学位论文第二章制造资源建模研究 证，更有利于敏捷制造资源的决策；( 2 ) 企业加】二能力信息。主要反映企业产品 的制造能力，包括设备能力信息和平均价格水平。 锻造) (热处理 制造企业 企业崖 装配二闻层 单元1) f单元n 制造单元层i 1 ：作站l1(【作站n 设备1 )( 设备n 图2 一l 制造资源层次模型 狭义定义2 ：狭义制造资源是指加工一个零件所需要的物质元素，是面向c i m s 、 c a p p 、n c 等系统所需的底层制造资源 2 7 1 。这些元素包括机床、刀具、夹具、 量具和材料。 本文定义3 ：围绕航空企业生产流程的特点，本文认为制造资源是指整个企业不 同层次的与制造生产紧密相连的物理元素的总称，包括工艺装备( 工装) 资源和 设备资源( 设备资源可分为仪器仪表和机动设备等，而工装由计量器具、央具、 辅助工具、切削工具等组成，其详细信息如图2 2 所示) 。 西北工业大学硕士学位论文 第二章靠i 造资源建模研究 图2 - 2 本文制造资潦模型图 2 潮遗资源全生命周期分析 随着c i m s 理论的发展和实践的不断深入，国内外提出了许多关于生产经营 管理的新思想及新的制造模式，这些薪思想及它们所对应的应用系统都各商特 点，不同程度上使企业的产品设计、生产经营管理等多方甄发生了叛的变化。但 这些应用系统都存在不容忽视的问题，如系统太复杂，灵活性远跟不上市场变化 的要求等。口8 】在传统的制造模式下，企业制造资源模型怒根据产品生产过程的各 个阶段、各个部门和各个计算枫应用子系统对制造资源信息的需求而制定的，为 各个子系统所设计的制造资源数据库相互独立。其主要缺点表现在：缺乏统、 完整的制造资源定义和表达，造成大掇数据冗余：数据表示的不一致性导致系统 之间无法进行信息交换；制造数据多处存储，浪费大嚣存储资源，且导致数据维护 与更耨韵匿难。咧因此，必须建立起西南全生命周期豹铡造资源统一模型，以满 足先进的制造模式及生产的各个阶段、各个部门和各个计算机应用子系统对制造 涤源信息的霈求。 西北工业大学硕士学位论文第二章制造资源建模研究 2 2 1 制造资源统一模型 制造资源集成平台的制造资源统一模型是企业各类应用系统和业务系统在 制造资源全生命周期中所有视图的融合，因此集成平台的制造资源统一模型应该 保证信息的一致性，支持资源的全生命周期动态建模，提供资源信息的不同应用 领域视图功能，并最终达到信息集成的目的。该统一模型的特点主要体现在以下 方面： ( 1 ) 信息一致性 面向资源全生命周期的制造资源建模技术废保证应用系统和业务系统制造 资源模型中的概念在集成平台的制造资源模型中有着对应的定义，即存在映射关 系，保证信息在外部系统和集成平台中的一致性。并且保证所有信息只有个源 头系统，其他系统通过制造资源集成平台来获取源头信息，不再重复输入，避免 多个源头及手工输入的疏忽，以此来保证信息的一致性。 ( 2 ) 资源动态性 新的应用系统如果引入了新的概念，会影响已有的分类模型，因此砸向资源 全生命周期的制造资源建模技术应支持在资源的任意生命阶段中加入新的资源 类和资源属性，修改已有的资源类、资源属性以及创建或修改继承关系等。这样 就能不断扩展制造资源统一模型，反映制造资源全生命周期中各个阶段对信息的 需求，实现制造资源的动态建模，达到面向资源全生命周勰管理的目的。 ( 3 ) 数据集成性 因为集成平台的制造资源统一模型能在资源全生命周期中动态添加资源类、 资源类属性等制造资源相关信息，丽这些信息又来源干各个不同的应用系统和业 务系统中，所以通过集成平台的南4 造资源统一楱黧达劐了集成平台与应用系统和 业务系统的制造资源信息数据集成的目的。 综合对比现有国内外制造资源信息建模的方法，根据x x 厂实际情况并参考 有关制造资源的航空企业标准，体现以上四点要求，本文提出了满足多视图、多 层次、可扩展以及面向资源全生命周期的制造资源模型。借鉴c i m o s a ( 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 - o p e n n e s s 蹄s t e ma r c h i t e c t u r e ，计算机集成制 造开放系统体系结构) 企业模型的建模思路，铡造资源统一模型框架如图2 - 3 所 示。其中制造资源的应用维可隧着制造资源应用系统的变化不断地进行调整，现 在已有的相关业务、应用系统包括：设备管理系统、工装管理系统、刀具管理系 统、t c m ( x x 厂的c a p p ) 系统、m e s 系统和e r p 系统。制造资源的生命周 期维反映的是制造资源全生命周期内有关制造资源需求、采购、设计制造、库存、 西托工业大学硕士学位论文 第二章锄造资源建模研究 使用、维护和报废方磷的僖感，这也是榘成平静黪制造资源统一模型所重点关注 的。而斟造资源的粒度维剿藩凝予制造资酒的聚灏屡次上进行制造资源的建模， 将企业的制造资源自顶淘下分为企业阃层、企业层、车阔层、单元层、设备层、 原予层六个屡次：企业饲屡差豢是进行企业资源的选择与查询；企业层鬼成企业 经营决策和生产管理；车陲屡执行生产任务调配和任务协调：单元层完成单元任 务调度与监控；设备屡完成设备控制与动作协调；原予层指具体的某个资源对象 执行加工、传输和测量。 图2 - 3 制造资源统一模婆! 框架 制造资源集成平台的主要作用是实现对企业所有制造资源的全生命周期管 理，实现各制造资源业务、应用系统的制造资源信息通过集成平台紧密集成。因 此，本文研究的制造资源建模技术主要侧藿于制造资源统一模型框架体系中的资 源生命周期维，研究所构建的制造资源统一模型怎样面内资源的全生命周期管 理。 2 2 2 橱造资潦描述指标 通过前文对铹避囊源所作的详细分析，制造资源建模技术必然器体现下面两 点要求：( 1 ) 统一豁分类体系；( 2 ) 完整瓣撩逑捂赫。因此，零文所研究的制造 资源建模技术首先簧变持企迎对翻造资灏弱势癸糯灌体系，其次要变持备翻逡资 源业务、应用系统的信息集成，即描述指标螫体现颟向资源全生命周期管理的思 想。 为了便于对制造资源的管理，本文把上述内容按照瑟向对象的原理，根据制 造资源的特性进行分燕归纳。经分析可以总结为：制逑资灏对象属性可划分为静 1 3 西1 9 _ 1 2 业大学硕士学位论文第二章制造资源建模研究 态属性和动态属性弧部分，并魔映制造资源的管理信息、结构形式、资源能力和 资源状态。1 3 0 l ( 1 ) 制造资源船臀理信息是为满足错造资漂管理的要求丽设计的， 主要供管理部门使用，例翻机床名称、型号规格、使用单位、制造厂商等，这些 信息是静态的。( 2 ) 制造资源的结构形式表现为制造资源对象的物理特性、物理 和逻辑关系，例如机床的结构尺寸和功隧，刃具钧结构形式，夹具的类型以及机 床、刃具、夹具的配置、逻辑关系等，这些信息是静态的。( 3 ) 资源能力指制造 资源对象所能完成的工作项目和稷度，例如机床体现在加工精度、所能加工零件 的几何范围等方面。资源能力信息包含动态和静态两个方面的属性。其中加工精 度可分为尺寸精度、形位精度、表两精度锌，它们隧制造资源对象运行状态的变 化而发生变化，是动态韵。氍 蜜灏欺态反映了制造资源对象当翦能否使用或正 在使恩爱将蒌使用髓情况，镑攮瓷源韵使爝状态等，它是动态的。 制造瓷源模型蹙一个多层次的模型，对于不同的粒度维，所关心的资源属性 信息育所零鼹j 本文所建立豹制造资源模型要综合这些信息，完整的描述制造资 源。图2 4 腹翻遗蜜源的全生命周期对具体的资源对象进彳亍分析，列出原子层所 关注的属性信息。其中包括设备资源和工装蜜源的在不两的生命周期阶段的主要 描述信息。 图2 4 原子层资源的全生命周