（机械设计及理论专业论文）管控信息集成关键技术及其在内饰布企业中的应用研究.pdf

武汉理工大学博士学位论文 摘要 制造企业信息化的深入发展迫切需要企业管理信息系统与控制系统实现信 息集成，实施管理信息系统与控制系统的有效集成。目前对管控系统集成的信 息的研究没有引起足够的重视，导致管控信息难以实现真正的无缝集成，阻碍 了制造企业信息化的应用和效能的发挥。本文面向中小型离散制造企业，以管 理信息系统与控制系统的集成为目标，主要研究制造企业管控信息集成的关键 技术，并以内饰布企业为具体对象，研究其应用技术。本文的主要研究工作如 下： 1 为了使企业管理信息系统和控制系统在集成中能正确识别和处理所需交 流的信息，基于制造企业管控信息集成的特征与需求，本文采用$ 9 5 国际标准 ( 企业一控制系统集成标准) 和面向对象的技术，提出信息对象的概念及其构 建方法，系统研究信息对象内容的确定、信息对象u m l 辅助模型的建立及其向 ) 洲ls c h e m a 转化、信息对象x m ls c h e m a 的建立等具体方法；在信息交流的数 据结构的基础上，规定信息对象的统一操作方法；为制造企业管控信息集成提 供了一个新的研究途径。 2 从制造企业管控信息集成的需求出发，构建基于工业以太网的管控信息 集成网络，研究网络的构建方案，现场总线、串口与工业以太网互联的协议转 换。结合某内饰布企业信息化网络现状，提出内饰布企业管控信息集成网络实 施方案和具体方法。 3 生产现场数据的获取是制造企业管控信息集成的重要环节，o p c ( 0 l e f o rp r o c e s sc o n t r 0 1 ) 是解决过程控制领域数据统一访问的先进技术。本文结合信 息对象和o p c 技术，建立o p c 与基于$ 9 5 的信息对象的对应关系和与o p c 数 据项对应的x m ls c h e m a ；提出在组态软件的基础上开发o p c 服务器的新思路； 研究o p c d a 服务器向x m l d a 服务器的转换方法。得到数据通讯和语义统一 的生产现场数据获取新技术。 4 针对管控信息集成系统跨平台、标准化和可重构等开发要求，以w e b s e r v i c e s 技术为基础，研究信息对象在w e bs e r v i c e s 中的嵌入技术，提出通过信 息对象与w s d l 绑定、及其在s o a p 消息中封装实现信息对象在w e bs e r v i c e s 中的嵌入方法；以内饰布企业原料库存管理系统开发为例，研究管控信息集成 中信息对象的应用技术；综合管控信息集成关键技术研究结果，提出制造企业 管控信息集成系统的集成开发模式。 5 以面向管控信息集成的内饰布企业生产调度系统研究开发为案例，研究 管控信息集成关键技术的应用技术。在系统开发过程中，还提出一种新的织造 l 武汉理工大学博士学位论文 设备任务分配方法和调度算法的m a t l a b 程序与w e bs e r v i c e s 结合的技术，以作 为理论基础。最后总结了该系统应用实效。 关键词：管控信息集成，信息对象，$ 9 5 标准，内饰布企业，o p c ，w e bs e r v i c e s i i 武汉理工大学博士学位论文 a b s t r a c t w i t ht h ed e v e l o p m e n to fi n f o r m a t i o n i z a t i o no fm a n u f a c t u r i n ge n t e r p r i s e ( i m e l 。 i t u r g e n t l y r e q u i r e st o r e a l i z et h ei n f o r m a t i o ni n t e g r a t i o nb e t 3 黜l le n t e r p r i s e 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 ) a n dc o n t r o ls y s t e m , a n de f f e c t i v e l y i m p l e m e n t t h em a n a g e m e n ti n f o r m a t i o n s y s t e m c o n t r o ls y s t e mi n t e g r a t i o n ( m i s c s i ) a tp r e s e n t , t h er e s e a r c ho nt h ei n f o r m a t i o no fm i s c s ld o e s n ta r o u s e s u 街c i e n ta t t e n t i o n s oi ti sd i 伍c u l tt or e a l i z es e a m l e s s - i n t e g r a t i o no fi n f o r m a t i o n b e t w e e nm a n a g e m e n t s y s t e ma n dc o n t r o ls y s t e m ,a n dh o l d sb a c kt h e i m p l e m e n t a t i o no fi m e i nt h ep a p e r , i tr e s e a r c h e so nt h ek e yt e c h n o l o 画e so f m a n u f a c t u r i n ge n t e r p r i s em a n a g e m e n t - c o n t r o li n f o r m a t i o ni n t e g r a t i o n ( m e m c i i ) a m o n gt h em i d d l ea n ds m a l ld i s c r e t em a n u f a c t u r i n ge n t e r p r i s e s ，f o rs o l v i n gt h e p r o b l e m so ft h ei m p l e m e n t a t i o no fm i s c s i ；i tt a k e sad e c o r a t i v ef a b r i ce m e r p r i s oa s a ne x a m p l e f o rs t u d y i n gi t sa p p l y i n gt e c h n o l o g y 1 1 1 em a i nr e s e a r c hc o n t e n ti sa s f o l l o w s ： 1 i no r d e rt om a k et h ee x c h a n g e di n f o r m a t i o nb e t w e e nm i sa n dc o n t r o ls 、r s t e , m c o r r e c t l yi d e n t i f ya n dp r o c e s s b a s e do nt h ec h a r a c t e r sa n dd e m a n d so fm e m c i i 。t h e $ 9 5i n t e r n a t i o n a ls t a n d a r da n dt h eo b j e c t - o r i e n t e dt e c h n o l o g ya mu s e 山a n dt h e c o n c e p to fi n f o r m a t i o no b j e c ta n di t sc o n s t r u c t i o nm e t h o da p r o v i d e d n 坨p a p e r s y a e m a t i c a l l ys t u d i e sm e t h o da b e u td e t e r m i n i n gt h ec o n t e n to fi n f o r m a t i o no b j e c t , t h ec o n s t r u c t i o no ft h ei n f o r m a t i o n0 b j e e tm o d e lu s i n gu m i a sa na u x i l i a r ym o d e l t h et r a n s f o r m a t i o nf r o mu m lm o d e lt ox m ls c h e m aa n dt h ed e s c r i p t i o no f i n f o r m a t i o no b j e c ti nx m ls c h e m a b a s i n go nt h ed a t as t r u c t u r eo fe x c h a n g e d i n f o r m a t i o n , t h eo p e r a t i o nm e t h o do fi n f o r m a t i o no b j e c th a sb e e nu n i f i e da n d s p e c i f i e d an e w r e s e a r c hm e t h o df o rm e m c i ii sp r o v i d e d 2 f o rm e e t i n gm e m c i i sd e m a n d , an e t w o r kf o rm a n a g e m e n t - c o n t r o l i n f o r m a t i o ni n t e g r a t i o ni sc o n s t r u c t e db yl n d u s t r i a le t h e m e ta n de t l l e r n e t t h e n e t w o r kp l a na n dp r o t o c o lc o n v e r s i o na m o n gf i e l db u s ，s e r i a lp o r ta n di n d u s t r y e t h e m e ta r es t u d i e d c o n s i d e r i n gt h ep r e s e n ts i t u a t i o no fi n f o r m a t i o nn e t w o r ki n s o m ed e c o r a t i v ef a b r i ce n t e r p r i s e s ，t h en e t w o r kp l a nf o rm a n a g e m e n t - c o n t r o l i n f o r m a t i o ni n t e g r a t i o na n di t si m p l e m e n t a t i o nm e t h o da r ep r o v i d e d 3 o b t a i n i n gt h er e a i t i m ef i e l dd a t ai st h ei m p o r t a n ts t e po fm e m c i i a n d0 p c f 0 l ef o rp r o c e s sc o n t r 0 1 ) i st h es t a n d a r do fd a t aa c c e s si np r o c e s sc o n t r o ld o m a i n c o m b i n e di n f o r m a t i o no b j e c ta n d0 p ct e c h n o l o g y , an e wi d e at h a t0 p cs e l v o ri s e x p l o i t e do nt h eb e n e f i to ft h ec o n f i g u r a t i o ns o f t w a r e ，i sp r o p o s e d c o r r e s p o n d i n g r e l a t i o nb e t w e e n0 p ca n di n f o r m a t i o no b j e c tw h i c hi sd e f i n e da c c o r d i n gt os 9 5i s d e t e r m i n e d a n dt h ed a t ai t e r n so f0 p ci sb u i l di nx m ls c h e m aa c c o r d i n gt o i n f o r m a t i o no b j e c t a n dt h em e t h o do ft r a n s f o r m i n gf r o m0 p c d as e r v e rt o x m l d as e r v e ri ss t u d i e d a tl a s t an e wt e c h n o l o g yi sd e v e l o p e dt oc o m m u n i c a t e a n da c c e s st h er e a l - t i m ef i e l dd a t aw h i c hn o to n l yh a v et h es e m a n t i cu n i f i c a t i o n , b u t a l s oa r eo b t a i n e dt h r o u g ht h es a l n ec o m m u n i c a t i o na p p r o a c h 4 a i m i n ga tm e m c i i sd e v e l o p m e n tr e q u i r e m e n t s s u c ha sc r o s s p l a t f o r m , 1 t i 武汉理工大学博士学位论文 s t a n d a r d i z a t i o n , e n a b l e - r e c o n s t r u c t i o n , m o d u l a r i z a t i o na n de t e ，b a s i n go i lt h e e m b e d d e dt e c h n o l o g yo fw e bs e r v i c e s ，t h ea u t h o rp r o p o s e san e wt e c h n o l o g yo f e m b e d d i n gi n f o r r n a t i o no b j e c ti nw e bs e r v i c e s ，t h r o u g i lb i n d i n gt h ei n f o r m a t i o n o b j e c ta n dw s d l ，a n dp a c k a g i n gi n f o r m a t i o no b j e c ti ns o a pm e s s a g e t a k i n gt h e m a t e r i a l sm a n a g e m e n ts y s t e mo fad e c o r a t i v ef a b r i ce n t e r p r i s ea s 觚e x a m p l e t h e a p p l y i n gt e c h n o l o g yo fi n f o r m a t i o no b j e c ti nm e m c i ss t u d i e d s y n t h e s i z e dt h e r e s e a r c hr e s u l t so f m e m c i i sk e yt e c h n o l o g i e s ，t h ei n t e g r a t i n gd e v e l o p m e n tm o d e lo f m e m c i ii sp r o p o s e d 5 t a k i n gt h ep r o d u c t i o ns c h e d u l i n gs y s t e mo fad e c o r a t i v ef a b r i ce n t e r p r i s e u n d e rt h ei n t e g r a t i n gd e v e l o p m e n tm o d e lo fm e m c i ia sac a s e t h ei m p l e m e n t a t i o n o fm e m c i i sk e yt e c h n o l o g i e sa r es t u d i e d d u r i n gt h es y s t e md c v e l o p m e r i lai l e w t a s ka l l o c a t i o nm e t h o do fw e a v i n ge q u i p m e n ta n dan e wt e c h n o l o g yw h i c hc o m b i n e s t h em a t l a bp r o g r a mo fs c h e d u l i n ga l g o r i t h mw i t hw 曲s e r v i c e sa r ep r o p o s e d f i n a l l y , t h ea p p l i c a t i o ne f f e c t i v e n e s so f t h i ss y s t e mi ss u m m a r i z e d k e y w o r d s ：m a n a g e m e n t - c o n t r o li n f o r m a t i o ni n t e g r a t i o n , i n f o r m a t i o no b j e c t , $ 9 5 s t a n d a r d ，d e c o r a t i v ef a b r i ce n t e r p r i s e ，o p c ，w e bs e r v i c e s 独创性声明 本人声明，所呈交的论文是本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原料。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) ：i 纠 锄0。oi e t 巧 关于论文使用授权的说明 期： 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、送交论文的复印件，允许论文被查阅和借阅；学校可以公布论文的全部 或部分内容，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文。 i 保密的论文在解密后应遵守此规定) 研究生。签名，：兰4 监导师。签名庞一日期：雹率彳。 武汉理工大学博士学位论文 第1 章绪论 1 1 制造企业信息化的发展与管控信息集成 1 1 1 制造企业信息化的发展层次 随着信息技术的发展，信息化已经成为我国制造企业告别传统生产经营模 式，与世界制造业接轨的必由之路。信息化水平的高低决定着我国制造企业的 整体素质和综合竞争能力。我国制造企业信息化的发展在不同时期经历了如下 四个层次【l 】： 第一层次是从2 0 世纪8 0 年代开始推进的面向事务的信息化，如会计电算 化、计算机辅助设计( c o m p u t e r a i d e x id e s i g n ，c a d ) 等，主要是用计算机替代 人工处理具体事务的一种行为过程。 第二层次是面向部门或面向职能的信息化，如物料需求计划( m r p ) 、财务 管理信息化、分销管理信息化、办公信息化等。这一层次已开始涉足管理层面， 目前仍在进一步发展。由于缺乏集成框架下的整体规划，故只能称其为企业信 息化中的初级阶段。 第三层次是企业管理信息化，即在企业管理的各个环节和各个方面，利用 计算机和网络技术实现物流、信息流和资金流的集成和综合，从而提高企业资 源配置效率和市场竞争能力。该层次的信息化是我国前一时期信息化的核心和 重点。 第四层次是企业管控一体化，是企业管理信息化与生产过程控制自动化的 有机结合，即制造企业管控系统集成。这是目前制造企业信息化的发展趋势。 这四个层次的信息化并不一定都具有前与后的时间关系、初步与高级的逻 辑关系，不同制造企业在不同时期，根据不同需要采用不同层次的信息化模式。 1 1 2 制造企业管控信息集成 制造企业逐步形成了以制造资源计划( m r p i i ) 、企业资源计划( e r p ) 、供 应链管理( s c m ) 、产品数据管理( p d m ) 等为代表的管理信息系统，以可编程 逻辑控制( p l c ) 、数据采集与监视控制系统( s c a d a ) 、分布式控制系统( d c s ) 、 分布式数控( d n c ) 为代表的控制系统，它们为制造企业的发展做出了贡献。 位于上层的管理信息系统从企业全局角度对经营和生产进行全面计划和控制， 追求整体最大效益，它通过提供决策与控制信息，进行业务过程重组和事物处 理提高了企业管理效率，优化了企业组织结构：位于车间和生产线的控制系统 1 武汉理工大学博士学位论文 则完成具体任务的执行，包括数控程序和工艺信息管理，设备控制，生产现场 数据的收集与统计等具体事务，它决定了企业的生产状况。 随着市场竞争的日趋激烈和产品创新的加快，制造企业管理信息系统与控 制系统的分离不适合企业的快速应变需求。管理层需要根据市场信息和车间生 产信息做出快速而准确的决策，为此它需要一定广度和深度的生产现场数据的 支持；车间控制层也需要及时而准确地获取管理层的生产计划及其变动信息， 以快速而有效地组织生产。上下层有效结合 才能使企业处于整体最优状态，这就产生了 制造企业信息化的新需求，即管理信息系统 与控制系统集成，简称为管控系统集成。信 息集成技术的发展，为解决管控系统集成提 供了条件。管理信息系统与控制系统之间的 信息集成，简称为管控信息集成，就像粘合 剂一样，将二者紧密结合在一起，成为一个 整体的管控集成系统，如图1 1 所示。 图1 1 管控信息集成在系统集成 中的粘合作用与地位 制造企业管控信息集成的含义是：制造企业管理信息与控制信息的交流和 集成，不仅系统内部可以认知、交流信息，而且系统之间也可以相互认知、交 流信息。其内涵是通过信息将管理信息系统与控制系统集成起来，进而提高企 业的应变能力，包括两点：一是企业管理与控制的过程实质上是信息的采集、 传递、认知、加工和处理的过程，通过信息可以把两个过程集成起来；二是企 业的管理与控制过程是不可分割的，需要统一安排与组织，需要统一认知其中 的信息。 制造企业管控信息集成包括三个方面的内容：一是制造企业管控系统集成 中信息内容的正确认知；二是实现信息传递和信息集成的网络硬件平台；三是 信息系统的软件开发技术。信息的认知又包括两个方面，一是自己对信息含义 的准确认知，二是能够采用正确的描述方式，让对方能够正确认知。在目前阶 段，可以进一步把制造企业管控信息集成划分为四个关键问题：一是确定系统 集成中的信息内容及其规范描述问题，即弄清楚在系统集成中要共享和传递哪 些信息，这些信息包括哪些内容，这些信息对象具有哪些可使用的操作方法， 应该如何描述这些共享的信息，这样不同的系统接收到信息后，才能正确认知 信息的含义，否则就不能实现真正意义上的信息集成，而这正是长期以来被忽 略的基本问题；二是实现信息传递和信息集成的网络硬件平台，该平台应该兼 容信息网络与控制网络，具有信息无缝传递的能力；三是管理信息系统如何结 合过程控制中的信息技术，获取生产现场的实时数据，实现管理系统与控制系 2 武汉理工大学博士学位论文 统之间的信息集成；四是在正确获取信息和理解信息内容的基础上，采用软件 开发技术，开发具有信息集成、可重构和分布式的软件系统。 制造企业管控信息集成是一个系统工程，在其应用研究中需要妥善处理相 关理论、技术标准的统一性与应用多样性的对立统一关系。标准化是实现信息 集成中可重构性的根本方法，所以信息集成理论和技术的标准化和规范化成为 学术界、标准机构和一些国际组织的研究重点。标准化为制造企业管控信息集 成的应用研究提供了理论与技术指导，简化了复杂系统，使得信息集成成为可 能。然而，不同企业，同一企业在不同时期，它们的信息化基础与信息集成的 需求是不同的，采用同一技术标准是不现实的，因此制造企业在开发全新的管 控信息集成系统时，可以完全参照技术标准；在对遗留系统进行改造时，可以 向标准技术进行转化，也可以将已有技术与标准相结合，还可以根据具体的应 用需要，对标准进行扩展。 1 1 3 内饰布企业对管控信息集成的需求 内饰布企业是指专门为车辆、飞机等交通工具生产内装饰布的企业，其生 产包含布料的织造和后续加工。本文主要以生产汽车用内饰布的企业为应用研 究对象，它兼有纺织企业和汽车零部件企业的双重特征，属于典型的中小型离 散制造企业。这类企业对管控信息集成的需求，主要源于以下几点： 1 激烈的市场竞争需要管控信息集成 内饰布企业激烈的市场竞争来源于两个方面：纺织企业市场环境的变化与 竞争的加强，以及汽车行业供应链的快速响应能力。 纺织行业是我国竞争力强和国际依存度高的产业，属于劳动密集型、具有 比较优势的传统产业。配额的取消为我国纺织业带来了新的机遇和挑战，使纺 织企业在更大程度上融入了全球经济的竞争，随着原料价格和工资成本等方面 的变化，我国的比较优势已经不明显，为了继续在日益激烈的全球化竞争中获 取优势，全面而深入的信息化建设无疑是增强竞争力、提高产品创新能力的重 要途径之一。 同时，汽车内饰布企业作为汽车工业的供货商，需要在供应链中具有快速 响应市场、准时供货的能力，更要通过深入的信息化建设来保障企业的高效管 理与准时生产能力。 2 生产模式的转变需要管控信息集成 内饰布企业由原来的计划经济模式转变为面向订单的生产模式，需要内饰 布产品的色彩、图案、结构和性能必须满足客户的个性化需求；需要在确定客 3 武汉理工大学博士学位论文 户订单后，快速、高效而准确地组织企业的管理、设计、生产与控制，这要求 企业的管理系统、设计系统、生产系统和控制系统之间能实现信息的共享与集 成，具有管控信息集成能力。 3 生产特点决定内饰布企业需要管控信息集成 内饰布企业的生产具有以下特点： 1 )混合生产方式。连续生产、多品种、小批量( 设计试样的生产) 、按订 单生产、受瓶颈设备影响大，生产方式复杂。 2 )生产的实时性要求。一是订单任务的实时要求；二是生产工艺( t g 洗、 烘干、火焰复合) 中的实时要求。 3 )生产工艺调整频繁，代价高。工序之间的转换，穿棕、穿筘等工作费 时、费料、工作量大。 4 )季节性强。产品生产、原原料的采购受时间影响，难预测，库存和物 流成本高。 5 )设备生产能力不固赳2 1 。随生产设备的速度、挡车工操作的熟练程度、 车间环境、半成品的质量控制等因素的变化而变化，无法准确预测，需要实时 数据支持。 上述的生产特点决定内饰布企业需要管控信息集成的支持。 4 纺织企业信息化的发展需要管控信息集成 纺织行业信息化起步早，由点到面，由局部到全局，应用面宽，有广泛基 础，但其间随着企业效益和市场环境的变化有很大起伏。纺织行业信息化的发 展历程，大致分为如下四个阶段【3 5 1 ： 1 ) 起步阶段( 1 9 7 8 1 9 8 5 年) 实验室数据处理，基于p c 机和单板机的监测系统和单项管理信息系统，国 外服装c a d 系统开始引入自动检测和控制技术开始在化纤和印染企业应用。与 其它行业相比，作为制造业的纺织行业应用电子信息技术早，应用面涉及管理、 辅助设计、自动监测和自动控制，为后续的应用推广打下了良好的基础。 2 )应用推广阶段( 1 9 8 6 1 9 9 5 年) “七五”、“八五”期间，我国纺织工业发展迅速，信息技术应用得到 普及推广。一般采用微机局域网或多用户小型机模式，自行开发或合作开发应 用软件。国内财务管理软件逐步为企业所采用上个世纪9 0 年代初，m r p 等软件 产品首先进入纺织机械企业。纺织c a d 的应用体现了明显的行业特点，除了机 械设计外，还开发出了提花纹织、织物组织、印花图案设计和分色描稿、电子 绣花、服装设计和排料、电子测色配色等多种技术。特点是应用面广，投资不 4 武汉理工大学博士学位论文 大，但效益显著。 3 )转变阶段( 1 9 9 6 - - 2 0 0 0 年) 纺织c a d 的应用在该期间得到大面积推广，具有我国自主版权的软件占大 多数，有的已经达到国际先进水平，而价格远低于国外同类产品；纺织行业作 为国家c a d 推广的四个重点行业之一，开始采用商品化m r p l i 、e r p 软件。 4 )发展阶段( 2 0 0 1 年至今) 在2 0 0 0 年纺织全行业整体扭亏，尤其是中国加入w t o 之后，企业信息化 需求明显增长，尤其在企业管理信息系统方面。据不完全统计，数十家大中型 企业实施了e r p 系统，但目前的过程控制系统、监测系统尚未与管理系统结合。 从以上纺织企业信息化的发展历程，可以看出纺织企业具有管控信息集成 的需求，并且具有了一定的管控信息集成的条件。 1 2 本文主要研究内容的国内外研究现状与发展趋势 1 2 1 制造信息的研究现状与发展趋势 对制造信息本质和内容的认识是企业信息化的基础，国内外许多学者和研 究机构在此方面进行了一系列研究。陈国能【6 】从哲学的高度来认识信息，提出信 息是“自然界的物质、能量、知识对信息受体的映射”；将信息分为。源信息” 和“知识信息”两类，指出源信息的获取取决于传感系统的类型与灵敏度，知 识信息的获取取决于处理系统对信息格式的认同度。张伯鹏在文献【7 】中首次从 信息学的角度审视制造过程和系统，将制造信息化上升为制造信息学，阐述了 不同制造活动的共同信息特点，开展了制造信息运作和配置规律的基础性研究 工作，全面系统地研究了制造信息基础理论；并在文献【8 】中对制造信息在机械 加工精度目标确定和物化的两种方式：他组织和自组织中的应用做了阐述。张 伯鹏在文献 9 l q 。提出了制造信息差( d m i ) 的概念，将其定义为一种二次生成 的信息，阐述了d m i 的性质和作用，给出了数值型、确定型和概率型制造信息 的表述及其d m i 的求算方法，指出d m i 决定了合理信息流的方向和内容，是保 证制造系统有效运作的必要条件。同样，林宋在文献 1 0 ，1 1 】中也对制造信息的性 质和类型，制造信息学的定义和理论体系进行了研究。制造信息学为制造信息 的认识和处理奠定了理论基础，但这些研究侧重于从信息处理的角度来认识制 造信息的性质和类型，而没有对制造信息的结构和属性进行具体的研究。 目前，普遍把制造活动视为物流、资金流与信息流的融合，信息流理论已 经在国际上受到重视，并已经有许多研究和应用。j o nb a r w i s e 和j e r r ys e l i g m a n 在文献【1 3 】中提出了支持分布式信息共享的信息流理论，又称为通道理论，用局 5 武汉理工大学博士学位论文 部逻辑表征什么信息在系统中流动，用信息通道表征为什么它会流动，给出了 信息流模型，探索了信息流模型的应用，提出了信息流的基本原理。r o b e r t k e n t 1 4 l 是最早应用信息流理论的学者，他说明了本体共享如何在信息流的概念知识模 型中形式化，指出信息流能同时表示概念知识组织的动态性和稳定性，在信息 流的理论上给出了本体共享的两步过程，其建立的信息流框架i f f 已用于i e e e 上层本体标准化活动中。s c h o r l e m m e r 和k a l f o g l o u t ”1 6 】在r o b e r tk e n t 的研究基 础上进一步讨论了信息流支持语义互操作的问题，指出信息流可作为一种理论 框架来分析与实现语义互操作，给出了语义互操作的步骤。g e r a r da l l w e i n t 喀 人在综合s h a n n o n 的信息论和b a r w i s e s e l i g m a n 的通道理论的基础上，提出一个 新框架进行信息的定性和定量分析。m i c h a e l e w o r b o y s 探讨了用信息流理论发送 地理信息的应用0 9 1 。m k i k u c h i 等人介绍了用信息流理论描述人工环境交互的数 学模型 2 0 l 。李卫华和李师贤在信息流理论的基础上，采用软件实体a g e n t 实现 信息的共享【1 2 1 。谢列卫和程耀东对集成化产品设计中的产品、功能、组织、活 动、资源和约束的信息流进行了描述，探讨了其主要建模方法【。”。信息流理论提 供了研究什么信息在系统中流动和流动机理的方法，这对认识管控信息集成中 信息的内容非常必要。 在信息的认识方法中，采用得比较多的是本体论。本体( o n t o l o g y ) 一词源 于哲学，本体论是研究实体存在性和存在本质的理论，为解决信息和知识集成 中应用技术的多样性、统一性、标准性等问题提供了可能。文献 2 6 - 2 9 提出通 过规范化描述概念、术语及其相互关系构建某一领域的基本知识体系和描述语 言，定义本体为共享概念模型的明确的、形式化的规范描述。倪益华在文献 2 2 1 总结本体是群体共同遵守的一组协议集、一门语言，一种标准或一种框架，归 纳其作用为支持知识交流、支持不同系统之间的互操作和提高信息化的实施效 率与质量。国内对本体的研究刚刚起步，主要有信息检索【2 3 1 ，产品信息建模1 2 4 】、 虚拟企业建模 2 5 1 等。本体论说明在制造企业管控信息集成的研究中，一定要在 领域范畴相关标准的基础上，统一概念、术语、相互关系和操作。 1 2 2 制造企业信息集成与管控信息集成的研究现状与发展趋势 管控信息集成是制造企业信息集成的重要方面，制造企业信息集成的研究 为管控信息集成提供了基础。文献 3 9 - 4 8 作为我国c i m s 技术发展的一个总结成 果，从信息集成、过程集成、企业集成等方面对我国企业信息化作了综合阐述。 文献【3 9 】结合作者使用面向对象方法和工具的实际经验，提供了一整套实用的面 向对象技术。文献【4 2 】从理论、方法和技术的角度，对现代集成制造系统所涉及 的复杂问题解决框架、企业建模、业务过程重组、过程优化与仿真、系统集成 6 武汉理工大学博士学位论文 与集成平台、e r p 与供应链管理、敏捷制造、并行工程、虚拟制造和绿色制造 等进行了全面的介绍。这些理论研究比较成熟，但在实际应用中存在着许多问 题。 文献【5 2 】从企业管控一体化的角度阐述大力开展企业生产自动化系统的研 究与开发工作，推动我国企业自动化、信息化发展的必要性。文献【4 9 】介绍了北 京和利时公司为企业提供的。管控一体化”的完整解决方案一r l m i s ( 实时信 息系统) ，系统的功能，特点和案例。文献 5 0 1 介绍了上海爱康电子系统工程有 限公司开发的制造信息整合系统( m a n u f a c t u r i n gi n f o r m a t i o ni n t e g r a t i o ns y s t e m ， m i l s ) 的一些基本模块及基本功能；在公司整体运作上，它连接上层e r p 系统、 供应链管理系统( s c m ) 和现场的生产设备；在现场管理上，它整合了工厂现 场信息。文献【5 i 】对管控一体化的企业模型和应用案例进行了阐述，并对 h o l l i a s m e s 功能进行了详细介绍。但这些应用软件自成体系，没有遵照相关 的行业标准，不具备应用的广泛性。 1 2 3 制造企业信息集成相关标准的研究现状 目前制造信息的研究集中在产品信息方面，例如产品数据交换标准( s l r i 强) 、 产品数据管理( p r o d u c td a t a m a n a g e m e n t ，p d m ) 电子数据交换( e l e c t r o n i cd a t a i n t e r c h a n g e ，e d i ) 等 3 0 - 3 5 1 。于此对应，传统的制造企业集成框架有基于s t e p 的集成框架p 研，基于p d m 的集成框梨”州。对于制造企业管理信息与控制信 息的系统研究，目前还很少，主要是“企业一控制系统集成标准”$ 9 5 和电子商 务和应用集成规范o a g i s 。 1 企业一控制系统集成标准$ 9 5 文献 5 3 5 7 是i s a ( 美国仪器、系统、自动化协会) 制定的。企业一控制系统 集成”标准的官方文件，该标准也称为$ 9 5 标准，包括：模型和术语( m o d e l sa n d t e r m i n o l o g y ) 5 3 1 、数据结构和属性( d a t as t r u c t u r e sa n da t t r i b u t e s ) 1 5 4 1 、制造运 作管理活动模型( m o d e l so fm a n u f a c t u r i n go p e r a t i o n s ) 5 5 1 、制造运作管理对象 模型【5 6 1 和商务到制造的转换5 7 1 五个部分，目前只完成了第一和第二部分，并且 第一和第二部分己成为a n s i ( 美国国家标准局) 和i e c i s o ( 国际电工委员会 国际标准化组织) 标准。文献【5 9 】介绍了通用自动化公司开发的g ep r o f i c y ，该 软件从架构设计到应用模块均参照$ 9 5 标准。其主要模块( 包括质量、生产、 设备总体效率、消耗跟踪和生产统计) 均与$ 9 5 标准一致，贯穿了生产计划、 设备、生产过程、资源等对象模型，通过各种标准事件实现$ 9 5 的标准功能。 在与e r p 系统的连接上，p r o f i c y 采用$ 9 5 标准的x m l 接口，可直接连接符合 标准的各大e r p 厂家，如与s a p 的连接不再需要s a p 的认证。西门子公司遵 7 武汉理工大学博士学位论文 照$ 9 5 标准，为m e s 的实施开发了核心产品一s i m a n ci t p r o d u c t i o ns u i t e l 6 0 1 ， 从根本上能满足企业管控系统集成的需要。s i m a t i ci t p r o d u c t i o ns u i t e 由 s i m a t i ci tc o m p o n e n t s 和s i m a t i ci tf r a m e w o r k 组成。前者提供满足业务基 本需要的功能组件，预置了大量只要经过初始化就可以使用的对象( 例如订单 管理、物料管理等) ；后者是一个建模环境，可以在图形化的环境中对企业业务 流程进行建模，通过图形方式将不同的s i m a t i ci tc o m p o n e n t s 功能组合在一 起。 在国内，还没有系统的研究“企业一控制系统集成”标准，对这方面的报 道和介绍也很少，只有东南大学的冷杉、黄榕华等对s 9 5 做了简单和局部介绍1 卯1 ， 我国也没有启动类似标准的系统研究和制订工作。因此，在s 9 5 标准的基础上， 开展制造企业管控信息集成和可行的，具有广泛的参考价值。 2 电子商务和应用集成规范o a g i s o a g i s 是由o a g ( o p e na p p l i c a t i o n sg r o u p ，开放应用组织) 提出的基于 x m l 技术的电子商务和应用集成规范【他1 ，它是世界上应用最多的商务语言标 准。o a g i s 基于x m l 语言，其基本思想是将企业信息系统之间的集成看作系 统之间业务对象文档( x m l 文档) 的传递 6 4 1 。2 0 0 1 年，o a g i s 标准提供了对 e b x m l 的支持；2 0 0 2 年，北美汽车业界开始采用o a g i s 作为应用集成标准。 我国部分学者也在开始研究和应用o a g i s 标准。陈伟等在文献 6 5 1 中介绍了 o a g i s 规范，从组件、交互、应用程序开发模式的观点描述了一个针对中小企 业的应用集成平台原型系统。齐建军在文献 6 6 ，6 7 q a 利用o a g i s 研究并实现了 基于制造资源优化配置的制造过程集成管理系统，总结了o a g i s 集成规范在 制造企业信息集成中的应用和发展方向。阎志华在文献 6 8 e p 基于w e b 服务和 o a g i s 的虚拟企业信息系统体系结构，研究利用w e b 服务技术和o a g i s 来提 高虚拟企业信息系统的集成能力。因此，在o a g i s 的基础上，研究信息集中的 操作来实现信息的交流是切实可行的。 3 信息集成的其它标准 为了进一步规范信息集成，许多团体、政府机构、组织也正在参与研究和 制定技术标准和模型。这些研究涉及制造、控制、管理等技术和分布式对象技 术、集成技术、平台技术、互操作技术等，主要包括以下工作 6 1 , 6 9 1 ：欧洲技术委 员会c e nt c 3 1 0 w g i 正在为制造业制订高级信息集成解决方案；标准化组织 o m g ( o b j e c tm a n a g e m e n tg r o u p ) 的制造分会( m f g d t f , m a n