（机械设计及理论专业论文）网络化制造中协同产品商务及其集成技术研究.pdf

硕十学何论文 摘要 针对目前我国广大中小制造企业面临着资金匾乏、设备短缺、技术含量低等 困难，企业的产品开发能力和核心竞争力渐显不足，尤其是有些企业拥有先进的 设备，但是并没有将其真正的充分使用；而有些企业有非常多的加工任务，可是 却因为没有足够的设备完成加工任务而失去很多机会，这些已成为当前我国制造 企业特别是广大中小企业迫切需要解决的问题。利用现代信息技术，联合企业外 部的高校、科研院所、装备企业、专家和客户等产品开发力量实现网络化制造协 同产品商务( c o l l a b o r a t i v ep r o d u c tc o m m e r c e ，c p c ) 系统开发是解决这一问题的重 要思路之一。 本文首先综述了国内外网络化制造c p c 研究的发展概况，并对研究现状进行 了比较全面的总结。在此基础上，围绕网络化制造c p c 系统平台中各个盟员企业 的企业资源计划( e n t e r p r i s er e s o u r e ep l a n n i n g ，e r p ) 系统集成问题展开了一系列 研究。本论文主要工作内容及获得的研究结论如下： 1 设计了一套网络化制造c p c 系统平台的结构框架，该系统具有开发与维护 简单、功能易扩展以及用户操作快速、便捷的特点。在论述了其基于b s 模式的 软件平台、系统体系结构基础上，建立了系统功能结构框架。 2 针对现有动态联盟盟员之间的“信息孤岛”问题，提出了基于中间件x m l 的系统集成方法。研究了在产品协同商务环境下c p c 与e r p 系统的集成问题。 3 对网络化制造环境下的伙伴选择过程进行研究，论述了伙伴选择过程中需 要考虑的评价因素；设计了基于成本、时间和质量的多目标优化模型。本文采用 遗传算法进行求解，结合具体应用实例，证明了模型与解法的有效性。 4 在理论研究的基础上，采用了现在时下流行的d r e a m w e a v e r m x 网页编辑环 境并与h t m l 、a s p 、f l a s h 结合，开发了一个基于i n t e r n e t 的网络化制造协同 产品商务系统平台，以此来验证本文提出的伙伴选择优化模型以及实现协同产品 商务的应用集成技术。 关键词：网络化制造；协同产品商务；集成技术；虚拟企业；遗传算法 网络化制造中协同产品商务及其集成技术研究 曼! 曼曼舅曼量曼曼曼曼曼曼皇曼曼mjm = - 毫曼曼曼皇曼皇曼曼曼曼曼曼曼皇曼量皇曼曼皇量曼曼曼曼量曼舅曼鼍曼曼舅 a b s t r a c t m i d d l ea n ds m a l lm a n u f a c t u r i n ge n t e r p r i s e si nc h i n an o wi sf a c i n gl a c ko ff u n d s p l a q u e ，q u i p m e n ts h o r t a g ea n dl o w t e c hp r o b l e m s f u r t h e r m o r ee n t e r p r i s ep r o d u c t d e v e l o p m e n tc a p a b i l i t i e s a n dc o r e c o m p e t i t i v e n e s ss t a r t i n g t o p r o v ei n a d e q u a t e ， e s p e c i a l l yi nc h i n as o m ec o m p a n i e sh a v ea d v a n c e de q u i p m e n t , b u th a v en o tt a k ef u l l a d v a n t a g eo fi t s ，w h i l es o m ec o m p a n i e sh a v eal o to fp r o c e s s i n gt a s k s ，b u tt h e yd on o t h a v es u f f i c i e n te q u i p m e n tt oc o m p l e t ep r o c e s s i n gt a s k sa n dl o s eal o to fo p p o r t u n i t i e s ， w h i c hh a sb e c o m ec h i n a sm a n u f a c t u r i n ge n t e r p r i s e s ，e s p e c i a l l ys m e st ot h eu r g e n t n e e dt os o l v et h ep r o b l e m j o i n tv e n t u r e s ，o u t s i d eo fu n i v e r s i t i e s ，r e s e a r c hi n s t i t u t e s ， e q u i p m e n tc o m p a n i e s ，e x p e r t s a n dc u s t o m e r ss u c h a s p r o d u c td e v e l o p m e n t ， m a n u f a c t u r i n gs t r e n g t ht oa c h i e v en e t w o r kc p cs y s t e mw h i c ho n eo ft h ei m p o r t a n t i d e a s t h i sp a p e rr e v i e w st h ed o m e s t i ca n di n t e r n a t i o n a ln e t w o r ko f m a n u f a c t u r i n gc p c a n dc o m p r e h e n s i v es u m m a r i z et h er e s e a r c hs t a t u so fi t o nt h i sb a s i sa n da r o u n dt h e c p co fn e t w o r k e dm a n u f a c t u r i n gp l a t f o r mf o re r pw h i c hi n t e g r a t i n gt h ev a r i o u s m e m b e re n t e r p r i s e si s s u e sas e r i e so fs t u d i e s t h ec o n t e n to ft h i st h e s i sw o r ka n d r e c e i v e dt h ef o l l o w i n gc o n c l u s i o n s ： 1 ) d e s i g nas e to fn e t w o r k e dm a n u f a c t u r i n gp l a t f o r mc p cf r a m e w o r k i th a s s i m p l ed e v e l o p m e n ta n dm a i n t e n a n c eo ft h es y s t e m ，f u n c t i o n a l ，e x t e n s i b l ea n du s e r o p e r a t i o nf a s ta n dc o n v e n i e n tf e a t u r e s i nt h ed i s c u s s i o nw h i c hi sb a s e do nb sm o d e s o f t w a r ep l a t f o r ma n ds y s t e mf r a m e w o r ke s t a b l i s ht h es t r u c t u r ef r a m e 2 ) ax m l - b a s e dm i d d l e w a r es y s t e mi n t e g r a t i o nm e t h o dh a di s s u e db e c a u s et h e ”i n f o r m a t i o ni s l a n d ”e x i s t i n gb e t w e e no fd y n a m i cc o n s o r t i a a n dr e s e a r c ht h ec p c a n de r ps y s t e m i n t e g r a t i o n i s s u eu n d e rt h ec o l l a b o r a t i v e p r o d u c tc o m m e r c e e n v i r o n m e n t 3 ) r e s e a r c h i n gt h ep a r t n e rs e l e c t i o np r o c e s su n d e rt h en e t w o r k e dm a n u f a c t u r i n g e n v i r o n m e n ta n dd i s c u s s e st h ep r o c e s so fp a r t n e rs e l e c t i o ne v a l u a t i o nf a c t o r s a n d d e s i g nm u l t i - o b j e c t i v eo p t i m i z a t i o nm o d e lb a s e do nt h ec o s t ，t i m ea n dq u a l i t y u s i n g g e n e t i ca l g o r i t h m ，t h i sp a p e rh a dp r o v e dt h ev a l i d i t yo ft h em o d e lw i t ht h es o l u t i o na n d g i v eap r a c t i c a le x a m p l e 4 ) o nt h eb a s i so ft h e o r y ，u s i n gt h en o wp o p u l a rd r e a m w e a v e r m xp a g ee d i t i n g e n v i r o n m e n ta n dw i t hh t m l ，a s p ，f l a s hc o m b i n a t i o nh a d d e v e l o p e d a n i i i n t e r n e t - b a s e dn 咖o r k e dm a n u f a c t u r i n gp l a t f o r m 斯c o l l a b 。r a t i v e p r o d u c tc 0 m n l e r c e s y s t e m ，、7 i 幅c hv a l i d a t e st h ep r o p o s e d s y s t e mf r a m e w o r ka n dm ea c h i e v e m e n to f c o l l a b 。r a t i v ep r o d u c tc o m m e r c e a p p l i c a t i o ni n t e g r a t i 伽t e c m 。l 。g y - k e yw o r d s ：n e t w o r k e dm a n u f a c t u r i n g ；c o i l a b o r a r i v ep r o d u c t c o m m e r c e ；i n t e g r a t i o n ；i r t u a le n t e r p r i s e ；e n e t i ca l g o r i t h m i i i 网络化制造中协同产品商务及其集成技术研究 皇曼皇曼曼曼曼曼皇曼曼曼量曼曼量曼皇曼曼曼皇曼曼皇蔓曼曼舅曼曼曼鼍曼曼曼! 曼曼曼曼曼皇皇曼皇曼舅鼍i eiml _m = _ 。曼曼曼 插图索引 图1 1 网路化制造的研究内容2 图2 1 移动商务平台的应用8 图2 2 系统工作原理1 1 图2 3 网络化制造c p c 平台体系架构1 3 图2 4 网络化制造c p c 平台的功能体系结构1 4 图3 1 生产系统的总体流程1 7 图3 2c p c 与企业已有信息系统的关系2 0 图3 3 基于直接数据库访问的集成技术2 l 图3 4 基于内部函数调用的集成技术2 1 图3 5 基于中间文件的c p c 与e r p 集成2 2 图3 6 中间件体系结构2 3 图3 7 中间件的应用系统集成的框架l 图3 8x m l 文件的解析2 6 图3 9 从数据库文件到x m l 文档的转换模型2 7 图4 1 动态联盟( v e ) 组成流程2 9 图4 2 遗传算法的基本流程3 2 图4 3 三柱塞往复泵3 3 图4 4 子任务关系网络图3 4 图4 5 编码方式3 7 图4 6 交叉示意图3 8 图4 7 遗传算法求解示意图3 9 图4 8m a t l a b 遗传算法图形用户界面4 0 图4 9 群体最优适应度仿真4 1 图5 1a s p 开发环境的工作原理图4 4 图5 2 网络化制造商务系统平台网站规划4 7 图5 3 网络化制造商务系统平台的登录页面4 8 图5 4 网络化制造商务系统平台主页面4 8 图5 5 盟主企业网络化操作流程4 9 图5 6 三柱塞高粘度往复泵5 0 图5 7 新建项目5 0 图5 8 项目任务分解5l 图5 9 招标公告5 1 i v 硕十学位论文 曼曼皇曼曼曼曼曼曼鼍曼曼曼曼曼量曼曼量曼曼曼曼曼皇曼皇曼曼苎曼曼曼曼曼量量曼曼曼曼曼曼曼曼曼曼曼曼曼鼍曼曼曼曼曼曼量鼍曼曼曼曼皇曼皇_ i i ! 图5 1 0 协作企业初步选择5 2 图5 1 1 协作企业选择过程5 3 图5 1 2 合作企业联盟盟员确定5 3 图5 1 3 协同讨论5 4 v 兰州理工大学 学位论文原创性声明 本人郑重声明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取 得的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任何其 他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。对本文的研究做出重要贡献的个 人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律后果 由本人承担。 作者签名：王妇华 日期：淅多月2 - e l 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学 校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查 阅和借阅。本人授权兰州理工大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入 有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本 学位论文。 本学位论文属于 1 、保密口，在年解密后适用本授权书。 2 、不保密饥 ( 请在以上相应方框内打“ ) 作者签名： 导师签名： 淖华 和 日期：2 毗侔加2e 1 日期：力d 年多月 2 - 日 硕十学位论文 1 1 选题依据及意义 第1 章绪论 随着网络技术的迅猛发展，制造业的竞争环境、发展模式和运营空间等都发 生了深刻的变化。尤其是i n t e m e t 技术的兴起和发展，世界经济全球化趋势日益严 峻，全球化市场竞争和经济竞争成为世界各国竞争发展的焦点和世界发展的重要 推动力。当然，也包括制造业。由于生产、销售等环节逐步全球化，制造企业之 间的竞争不再局限于区域之内，而是表现在面向全球的区域之间的竞争，制造不 再只是简单的生产和加工，而是涵盖了生产上下游的采购、设计、销售和售后服 务等诸多环节。 对于一个产品，从原材料的采购到最后的成品销售，中间需要经过许多环节。 过去曾经出现过一种制造模式，即一个企业单独实现产品生产过程中的所有环节， 拥有每个环节所需要的各种资源。例如，福特汽车公司是世界最大的汽车企业之 一，曾经采用过这种制造模式，不仅拥有汽车生产设计的专门工厂，甚至还拥有 自己的橡胶种植场，自种橡胶作为轮胎的原料，并建有专门的铁路来运送原料和 产品。然而，实践证明，这种制造模式是不可行的。其主要原因在于，产品制造 的每一个环节所需的知识越来越专业化，更新越来越快，一个企业想要在产品生 命周期的每个环节上都贮存大量的关键要素，也变得越来越难以实现【l 】。 因此，在当今的制造业大环境下，制造企业想要在激烈的竞争中立于不败之 地，必须改变传统的观念和制造模式，制造企业只有专注和充分发挥自己的强项， 对于自己不能完成或者自身力量比较薄弱的环节，可以联合其合作伙伴，充分利 用合作伙伴的资源来完成，以减少企业成本，从而提高企业效率；尤其对于欠发 达地区的中小企业。在我国，中小企业是实现国民经济高速成长的重要支持力量。 据统计，我国目前有1 5 0 0 多万家中小企业，占我国企业总数9 0 以上。当前，中 小企业普遍存在资金短缺、规模小、劳动密集、技术水平相对落后，制造资源也 相对缺乏，信息化程度比较低等问题，本身没有能力单独构建和维护信息化系统， 而另一方面，大量的关键性昂贵的制造资源却集中在少量的大型企业中，大量的 知识资源和技术资源集中在高校和科研院所中，利用率低，造成资源的严重浪费。 这些因素严重阻碍中小企业的产品开发能力和技术创新能力。在这种情况下，迫 切需要有新兴的、适应时代发展趋势的制造模式和制造理念的出现。重视利用信 息技术、先进制造技术等，“以信息化带动工业化，发挥后发优势，实现社会生 产力的跨越式发展”号召，是解决中小制造企业在全球经济浪潮冲击中实现稳定 发展的最好途径【2 卅。而网络化制造正是在这样一种背景下应运而生的。 因此，面对制造环境变化提出的要求，探索利用计算机网络、远程通讯技术 网络化制造中协同产品商务及其集成技术研究 及装备，建立一种按市场需求驱动的、具有快速响应机制的网络化制造c p c 系统 模式平台，使不同地域的制造企业利用此平台可以实现优势互补、资源共享、缩 短产品的开发周期、降低产品开发成本：缓解许多中小企业专业技术人才和特种 设备不足的问题。这种模式充分体现了技术与管理的密切结合，是利用信息技术 改造传统企业的重要途径，这种利用网络技术实现跨企业、跨地区的协作模式将 成为新世纪制造业的重要发展趋势，具有广泛的研究价值。 本文将探讨一种建立在网络化制造技术基础之上的c p c 与e r p 集成技术问 题，以虚拟企业伙伴选择与优化组合为核心，并对其集成技术及遗传算法在系统 平台中的应用展开研究。 1 2 网络化制造中的c p c 概述 网络化制造方面的研究正在全球迅速兴起。网络化工程将使制造企业的格局、 企业间的关系、制造企业的内部管理等都发生巨大的变化。网络化制造系统贯穿 于产品的创新设计、进度安排、异地制造、远程培训、远程故障诊断、产品售后 服务的全生命周期【5 】。以制造过程的知识融合为基础、以敏捷性、协同性、数字化、 远程化等为特征的“网络化制造 正成为制造技术发展的重要领域。i n t e n r e t 的发 展，加剧了网络化制造的发展，使得企业打破地理位置的限制，与市场和用户互 动性增强，能够灵活的生产出满足用户需要的产品和提供用户需要的服务，市场 变得更加透明。 网络化制造的本质是制造技术与网络技术结合的一种先进制造模式【5 】，网络化 制造也是一个涉及到机械工程、计算机、网络技术、信息、自动化、电子技术等 多个领域的综合学科【6 】。如图1 1 所示。 ，儡卜八 产品全生命周i 慨疆羝俐 期管理( p l i )i 名益生产【l p ! 岔譬始蜩补 珊、_ 时i i 理念l 方法标凇协议 供应照优化、 车问调度优化 二一，协同设计 虚拟制造、仿真 信息基础结构 图1 1 网路化制造的研究内容 2 硕十学何论文 网络化制造是未来制造企业发展的一种趋势，目前对网络化制造模式还没有 统一的认识，本文认为网络化制造主要有两种模式：协同产品商务( c o l l a b o r a t i v e p r o d u c tc o m m e r c e ，c p c ) 和应用服务提供商( a p p l i e a t i o ns e r v i c ep r o v i d e r ，a s p ) 。 a s p 作为一个崭新的概念，它于1 9 9 8 年在信息技术高度发达的美国提出，美国a s p 工业协会将a s p 定义为：a s p 是一种面向商业用户，以在线方式和租赁形式，提供 包括硬件、软件、和信息服务在内的系统解决方案的网络增值服务类型。a s p 的核 心是应用，通过i n t e r n e t 或v p n ( 虚拟专用网络) ，将运行在自己服务器上的应用 系统出卖或租给需要使用这些应用系统的公司。面向制造行业的协同产品商务 ( c p c ) 的基本思想：是一种全新的利用i n t e r n e t 技术进行交易的商务模式，它将 现阶段正在发展的支持企业动态联盟和全球化供应链的解决方案如产品数据管理 ( p d m ) 、供应链管理( s c m ) 、客户关系管理( c i ) 、企业资源计划( e r p ) 等各个信息单元的信息平台集成在一起，以网络为基础，充分利用i n t e m e t 和w e b 技术，让制造商、供应商、合作伙伴和客户能在整个产品生命周期( 产品的设计、 制造、工程、采购、销售、市场营销和售后服务) 中协同地开发、生产和管理产 品，形成一个全球知识网( g l o b a lk n o w l e d g en e t ) ，帮助企业完成跨地域、跨行业 的合作，提升产品协作的总体效能。 1 3 国内外研究现状及发展趋势 当今时代，i n t e m e t 代表了信息技术的一种趋势，它提供了全球化电子信息共 享的机制。协同产品商务是一个新兴的信息技术应用，它是在传统商务活动和电 子商务活动基础上的发展和提升，它的本质是制造企业信息系统在网络环境下的 重整和集成，这个概念一出现就已经引起了国内外研究者的注意，它是基于p d m 与网络化制造技术发展起来的一类新的企业管理解决方案【7 j 。 协同产品商务是现代产品设计、制造和生产管理最新技术的集成者。基于协 同商务解决方案，在创新性产品开发范围内，能够更快地预测客户的需求并及时 作出反应，更好地引导设计链上的供应厂家，使得企业能够构架更好的战略部署， 实现产品创新并快速超越其竞争对手，取得重要的战略地位。例如，在合作制造 环境中，产品的设计可能是来自于专业设计机构，而制造任务将会由几家制造商 来承担，相关采购可能要有几十家乃至上百家供应商来完成。而c p c 能够使有关 的业务流程自动连接，实现协调设计、制造和采购活动，让各参与商能够协同工 作在一起，实现资源共享。因此，c p c 系统对于实现制造业的效率具有无可比拟 的优势。 1 3 1 国外研究现状 自1 9 9 9 年g a r t n e r 等国际知名的i t 咨询顾问公司提出协同产品商务的概念以 网络化制造中协同产品商务及其集成技术研究 后，协同产品商务迅速成为欧美发达国家研究的热点。 a b e r d e e n 列( 2 0 0 0 ) 不仅提出了协同产品商务概念，同时对协同产品商务的使能 技术和关键技术也进行深入的研究，指出基于网络的动态虚拟产品建模技术、协 同设计技术及数据库技术是协同产品商务的关键之处，并对这些技术进行了分析 和探讨。 g a r t n e rc _ f l o u p 9 ( 2 0 0 0 ) 认为c p c 是一种将产品、过程和知识进行数字化并提 供全部数据的共享机制，提出了协同产品商务的体系结构和核心技术。 j d w y e r i m l ( 2 0 0 0 ) 针对现有企业文化，指出实施协同产品商务最大的挑战是文 化问题，而不是技术问题。 c l a r k e & c h 甜e s 【( 2 0 0 1 ) 认为协同产品商务是一种理论，而不仅仅是一项工程 应用软件，他们认为制造业在解决计算机集成方案，采取了协同产品商务系统， 但是协同产品商务更多体现的是为企业提供解决管理理念和经营模式的一种战略 的、系统的思想。 a m i ts h a r m a 1 2 】( 2 0 0 6 ) 研究了利用p l m 架构完成协同产品创新的集成要素， 提出了一个集成的p l m 架构、协同产品创新的r r 模型以及协同产品创新的成熟 度模型。 w i l h e l md a n g e l m a i e r 与t o b i a s r u s t 1 3 】等( 2 0 0 7 ) 研究了在生产网络中的组织进行 整合的原则和相关的学习方法，设计了一个多a g e n t 系统去消除生产系统中的冲 突，导入了通过强化学习的方法以学习整合原则的机器学习的概念。 a l b e r t o j a l v a r e s 与j o a oc a r l o se s p i n d o l af e r r e i r a 1 4 1 ( 2 0 0 8 ) 研究了集成产品开 发和产品加工的产品建模系统，设计了一个基于并行工程和数字制造的网络化制 造系统，利用多a g e n t 系统处理制造的远程控制问题。 协同商务和协同产品商务的概念和软件虽然已经出现了一段时间，但是因为 这两个概念涵盖的范围非常广，涉及到的技术非常多，所以协同商务和协同产品 商务的研究虽然已经取得了相当的进展，但研究的主体结构和内容并不十分清晰。 1 3 2 国内研究现状 在国内，系统研究c p c 的工作仅仅在高校内进行实验性的研究，主要工作是 对基于信息网络的设计与制造系统的体系结构框架进行了概念研究和理论探讨。 高亮与邵新宇【1 5 】等( 2 0 0 1 ) 研究了协同产品商务的概念，分析了协同产品商务产 生的背景，即客户化、全球化、信息化和敏捷化的大趋势，给出了协同产品商务 的定义，分析了协同产品商务在产品生命周期各个阶段的特点，描述了协同产品 商务的使能技术与组成技术。 孙光东【1 6 1 ( 2 0 0 1 ) 分析了协同产品商务统一体系模型，解决了异构系统之间的互 操作性，建立起了c p c 信息网络。同时他也分析了协同产品商务统一语义模型， 4 硕十学位论文 建立起了c p c 语义网络，从而从根本上实现了企业之间的相互沟通与理解。 曾令卫【1 7 1 ( 2 0 0 2 ) 硼：究了协同产品商务环境下的知识模型，提出了比较完整的 c o r e 模型，解决了在协同产品商务环境下的产品协同设计中的知识表达问题。 孟繁晶【i 引( 2 0 0 2 ) 分析了在协同产品商务建立过程中随机性和不确定性影响，提 出了协同产品商务建立过程的功能模型，同时分析了建立过程中的关键问题。 黄双喜与范玉顺【1 9 ( 2 0 0 3 ) j ： z 展- j 支持协同产品商务的企业集成平台设计。提出 了支持协同产品商务活动中合作关系管理、数据和应用集成，以及协同商务过程 管理与优化的集成平台框架和实现方法，并针对飞机产品进行了具体的应用分析。 王润孝与段磊【2 0 】等( 2 0 0 4 ) 开展了面向协同产品商务的企业应用集成模型的研 究，在分析协同产品商务与企业应用集成关系的基础上，提出了面向协同产品商 务企业应用集成多层次模型，构建了基于w e b 服务技术的企业应用集成框架，详 细分析了对应各层次实现的关键技术。 陈继忠与田凌【2 l 】等( 2 0 0 5 ) 开展了面向协同产品商务的企业信息集成平台的研 究，分析了面向协同产品商务的企业信息集成需求。 总之，协同产品商务的研究，从a b e r d e e n 提出到现在，概念和理论均在不断 完善和深化，其过程一直受到c p c 软件的推动。人们研究的重点是给企业提供更 好的解决方案，注重实际的应用研究。同时他们的研究目光已从对概念的理解转 向关键技术的研究，这将推动协同产品商务系统的更加完善，进一步推动着协同 产品商务的研究。 1 4 基于网络化制造的c p c 系统发展趋势分析 网络化制造c p c 系统平台的核心思想是为企业实施网络化制造提供支持平台 和实施工具，获取分散于虚拟企业内各联盟成员企业中的可共享资源，使各联盟 企业实现资源共享，并为资源共享服务平台支持下的各联盟企业之间的相互协作 提供支持。 目前，我国制造企业信息系统尚处于企业内部的网络化制造阶段，很多企业 虽然都建立了自己的网站，但是绝大多数企业起到的作用仅仅是停留在媒体的简 单扩充上，没有充分利用网络资源进行深层的挖掘，与其它企业间的协作方面并 没有充分利用网络特别是i n t e m e t 技术实现信息的共享、实现企业之间的协同设计 和协同制造，极大地阻碍了企业对市场机遇的响应能力，限制了合作企业的选择 范围，从而降低了企业在知识经济和全球化经济中的竞争力。因而导致企业间存 在的“信息孤岛”问题越来越得到企业、政府的重视，相继建立了多个基于a s p 理念的协作系统。但是这些系统独立于制造企业，由服务商提供各种设计工具和 制造信息，缺乏与实际制造企业信息系统的集成；对动态联盟的组建过程主要依 靠人员来判断，缺乏对信息的自动处理功能，对于i n t e m e t 上的海量信息处理能力 网络化制造中协同产品商务及其集成技术研究 不够。制造型企业的生产管理者们一直在努力寻找着各种办法来解决“信息孤岛 与资源共享、协同合作等问题。 本课题所研究的网络化制造中c p c 系统集成技术正是应此需求而发展起来 的，它集成了制造企业e r p 系统，以市场订单为驱动，以联盟企业伙伴优化组合 为核心，以利益分配为基础，以项目管理为纽带，对动态联盟的构建实现智能化、 自动化，并能够对整个协作制造过程实现监控，充分发挥联盟企业各自的专长， 利用已有技术和生产条件完成新产品的开发和生产。这对于我国制造业跟踪世界 先进制造模式、迎接全球经济一体化的挑战，将具有重要的理论意义和实际应用 价值。 1 5 本课题主要内容及安排 本文针对现有中小制造企业内部以及企业之间的“信息孤岛 问题，提出了 在协同产品商务环境下，把运行在各个企业内部的e r p 系统进行有效的集成，并 对动态联盟伙伴选择的方法进行了详细的分析，介绍了人工神经网络、模拟退火、 遗传算法的原理和基本流程，并把遗传算法应用到系统平台中。本文的具体内容 安排如下： 第一章讨论本论文的选题依据及意义，简单扼要的描述了网络化制造中协同 产品商务及其技术研究，并对其国内外的研究现状进行了总结讨论。 第二章从总体上设计了面向网络化制造协同产品商务开发平台。首先介绍基 于b s 模式的c p c 系统平台的基本情况和主要特征，然后提出了系统平台的总体 结构和功能框架，为本论文后面各章的研究内容指明了方向。 第三章分析了网络化制造环境下e r p 的不足，在此基础上，研究了企业应用 系统采用中间件x m l 实现e r p 和c p c 的集成问题。 第四章介绍了网络化制造环境下虚拟企业伙伴选择流程，提出了伙伴选择的 多目标优化模型，利用遗传算法对模型进行求解，并结合实例验证了算法的可行 性。 第五章介绍了面向网络化制造c p c 平台系统的构建。根据前述的体系结构及 理论方法，并以具体的实例演示了原型系统开发实施和运行结果。 第六章对所做的工作进行总结和展望，并指出了需进一步研究的方向。 6 硕+ 学位论文 第2 章网络化制造中协同产品商务系统体系结构 2 1 引言 制造全球化和制造网络化是现代制造业发展的主要趋势之一。本论文结合我 国中小制造企业的现状提出了“基于i n t e r n e t 的网络化制造c p c 集成协作平台 这一新的网络化制造模式。建立网络化制造中基于c p c 协作平台系统的体系结构 和运行模式，是系统地研究和实施c p c 平台系统重要的理论基础。 2 2 协同产品商务( c p c ) 研究概述 信息技术的飞速发展极大的促进了现代管理理念的发展，同时它也为“协同 概念的发展提供了技术基础。由于“协同”在制造业全球化、客户化、信息化、 敏捷化的大趋势下具有重要意义，协同产品商务应运而生。协同产品商务是现代 制造业产品设计、制造和生产管理的最新技术的集成者，它将产品、过程和知识 进行数字化并提供全部数据的共享机制。 协同产品商务( c o l l a b o r a t i v ep r o d u c tc o m m e r c e ，c p c ) 的概念 2 2 , 2 3 】最早由美 国阿伯丁集团咨询公司( a b e r d e e ng r o u p ) 1 9 9 9 年1 0 月提出。根据阿伯丁公司的 定义，c p c 是指一类软件和服务，它使用i n t e r n e t 技术，使每个相关人员在产品的 全生命周期内互相协同地对产品进行开发、制造和管理，不论这些人员在产品的 商业化过程中担任什么样的角色、使用什么计算机工具、身处什么地理位置或处 在供应链的什么环节。 从制造管理角度来看，有的学者认为协同产品商务是一组经济实体( 制造商、 供应商、合作伙伴、顾客) 结成动态联盟，共同开拓市场机会、并创造价值的活 动的总称，它使用i n t e r n e t 技术把产品设计、分析、寻源( s o u r c i n g ：包括制造和采 购) 、销售、市场、现场服务和顾客连成全球的知识网络，使得在产品商业化过 程中承担不同角色、使用不同工具、在地理上或供应网络上分布的个人能够协作 的完成产品的开发、制造以及产品全生命周期的管理。 从制造技术角度来看，有的学者认为c p c 实际上是一种基于w e b 的解决方 案，通过应用i n t e m e t 技术，把制造商、供应商、合作伙伴和客户联系起来，协同 产品生命周期内所有相关的活动。c p c 的基本思想就是，让制造商把供应商、合 作伙伴和客户都带入产品开发过程，通过他们之间的协同，使制造商能够生产出 创新的产品，并把产品更快地推向市场，同时管理好复杂的供应链的运作，从而 使得制造企业能够面对全球竞争环境，并在竞争中取胜。c p c 的目的主要有两个： 一是通过连接产品知识孤岛，为产品改良提供基础；二是利用i n t e m e t 消除地域及 7 ：兰：耋：2 2 ：兰要2 兰至釜耋兰銮竺耋 时自j 的限制，缩短产品上市周期。c p c 的最终目标是利用基于w e b 的协同过程， 把与产品有关的、所有的企业、服务与个人联系起来实现网络化制造。 还有的学者认为c p c 为企业内部集成与外部扩展提供了有效的信息平台，以 i n t e m e t 为基础平台的面向产品全生命周期的全新的电子商务模式。它通过c p c 平 台将企业内分散的独立的应用与数据互连成一个被此可以通讯并协同的应用网 络，并通过统一的界面提供给授权的企业内外用户透明访问。被授权的用户可以 使用一种标准的浏览器，查看广义企业信息系统。视图”中的信息，通过这一视 图对企业分教在异地、异构的产品开发资源进行操作。可以说c p c 成为企业内的 e h u b ，将分散的、独立的各种应用互连成一个彼此可以通讯并协同的应用网络， 并通过统一的入口来访问所有的应用 2 4 1 。如图2l 为移动商务平台的应用： 田2 i 移动商务平台的应用 由上图可知：c p c 软件平台充分利用w e b 技术，增强企业与企业之间协作能 力，灵活适应动态的商业环境并提供产品整个生命周期的信息管理。企业和它的 合作伙伴可以在任意时间、任意地点共享产品设计和信息资源。 2 2 中小制造企业对c p c 的需要 随着信息时代的来临，网络化制造作为一种新的制造模式，正日益成为现代 制造业研究和实践的一个热门领域。网络化制造平台作为其关键支撑技术，得到 了广泛研究，但仍存在以下不足： 1 针对网络化制造的框架结构研究较多，而对其中的关键技术研究深度不够。 2 由于企业内部制造信息系统的复杂多样性，网络化制造平台没有与企业的 网络化制造系统很好集成，是一个孤立的信息系统。 3 网络化制造平台的研究主要集中在制造服务方面，一般由制造企业外的第 三方进行构建，为企业提供制造服务和信息沟通。 硕+ 学位论文 4 面向企业集团、行业和区域的网络化制造协作平台研究较多，并有相应的 应用实例，而实现敏捷制造的使能工具面向中小制造企业动态联盟的网络化制造 c p c 研究较少。 目前，国内部分企业已实施了c i m s 应用工程和企业信息化系统，基本实现 了企业内部资源信息的共享与集成。但是对于各个独立的应用系统，它们本身在 设计和实施中极少考虑与其他系统的集成，更没考虑与其他企业的合作和资源共 享。在面向动态联盟的网络化制造协作方面，迄今还没有进行总体规划，尚缺乏 一个统一的软硬件支撑平台。为了避免联盟企业信息系统的“孤岛效应 ，提高 资料数据的完备性和实时性，保证产品设计、制造和管理的有效实施，及时响应 客户及盟员企业的请求，缩短产品设计、减少制造成本及制造周期，必需建立一 个切实可行的系统平台。 为了克服现有网络化制造平台的不足，本文提出了基于网络化制造c p c 平台。 其基本理念如下： 1 从性能上讲，协作平台提供对分布环境下应用的集成支持功能，提供透明 一致的通讯和信息访问服务，对不同应用之间的互操作性提供有效的支持功能。 2 从功能上讲，协作平台在信息共享的基础上，为动态联盟企业进行产品异 地设计与制造等协同工作提供支持，主要包括动态联盟建立、运行和控制等决策 分析系统。 3 从信息交换角度来看，各联盟企业通过协作平台交换的信息具有一定的规 范性，可读性，以利于采用数据挖掘和人工智能等技术。 4 充分发挥计算机网络作用、发挥信息社会资源共享优势，为企业提供信息 化的全方位解决方案。 c p c 模式对企业有如下帮助：a 协助企业把产品提升为一种财富；b 协助企业 实现跨企业协作；c 协助企业更加灵活的应对市场变化；d 帮助企业管理整个产品 生命周期。c p c 的优势在于：降低成本；提高效率、提高管理能力、提高产品质量、 控制整个产品生命周期；有利于创新，提高核心竞争力。但是，c p c 到现在还没 得到中国制造企业的普遍重视。 在p t c 公司的( ( w i n c c h i l le x e c u t i v ew h i t e p a p e r ) ) ( 2 0 0 5 ) 研究报告中，总结c p c 给企业带来的效益，体现在以下几方耐2 5 j ： a ) 使产品真正成为企业的资产。产品是制造商组织的生命血液。产品的创新 和市场成功驱动着收入的增长，产品成为了制造企业的一种关键性资产。c p c 解决 方案对产品知识的杠杆作用体现在驱动创新，从而扩大潜在的收入。 b ) 使企业内部的协同成为可能。它满足了顾客定制产品的需求，并要求顾客、 供应商及员工协同地在产品生命周期中开发和管理产品。可以使顾客在早期就可 以进入到开发过程中，以帮助设计产品。产品信息被顾客和供应商共享以减少设 9 网络化制造中协同产品商务及其集成技术研究 计反复的次数，从而加快产品上市的时间。 c ) 提高制造企业的敏捷程度。c p c 解决方案通过允许企业即时地连接到异类 的过程，并允许与供应商的商务系统连接，使信息容易地访问交流，从而提高制 造企业的敏捷程度。 d ) 对产品生命周期进行管理。允许合作伙伴无缝地连接分布式数据资源以创 建并发展产品的通用描述。 国外p t c 公司的案例研究表明，对于中等批量和复杂产品的制造行业( 如造 船、航天和汽车等) ，实施c p c 可使产品开发的周期和成本减少约4 0 ，具体改 善幅度、效益如表2 1 所示： 表2 1 实施c p c 的效益 可以说，c p c 在制造业正在酝酿着一场革命，将会大大改变中小型制造企业 进行产品开发、制造和管理的方式。 2 3 网络化制造c p c 平台体系结构 2 3 1 基于b s 模式的软件平台简介 目前，软件的网络体系架构主要有文件服务器模式( f i l e s e r v e r ，f s ) 、客户 机服务器模式( c l i e n t s e r v e r ，c s ) 和浏览器j t 及务器模式( b r o w s e r s e r v e r ，b s ) 三 种。其中f s 模式，由于对数据的一致性和并发控制等方面能力有限，已逐渐被淘 汰。c s 结构通常在第一次部署的时