面向服务的车间制造系统运行模式及支持技术研究

摘要

随着产业链专业分工的不断细化，围绕着特定的制造任务，制造企业在车间制造过程的协作日益频繁，如何从任务协作需求和流程导向的角度对车间资源进行规范化管理和制造任务的优化规划、并提供一种有效的管理运作模式和支持系统是制造企业实现车间制造系统内部、车间制造系统之间在制造过程的协同和优化运行需要解决的重要问题。目前，国内外对制造企业内部的车间制造系统管理、制造执行系统及企业间的动态联盟运作开展了大量的研究，取得了一系列的研究和应用成果，但是，在基于制造服务、制造任务和制造流程有效集成的车间制造系统的运行模式及信息化支持系统的研究则相对较少。本论文结合国家863重点项目面向离散制造的可配置MES产品及行业解决方案(项目编号：2007AA040701)，对支持制造服务、制造任务和制造流程有效集成的车间制造系统运行模式、运作技术以及支持系统等内容进行了研究。
　　 在分析了车间制造系统运行模式概念和特点的基础上，结合现代制造环境的特点，提出了一种面向服务的、以流程化的制造执行链运作为核心的车间制造系统运行模式，该运行模式包含制造服务封装与发布、制造任务下达与任务规划、制造执行链构建以及制造执行链执行过程监控与绩效评价等四个过程，通过制造资源的服务化管理和流程导向的制造执行链运作以支持车间制造系统内部及车间制造系统之间在制造过程的有效管理和协作。
　　 从综合运作技术的层面对面向服务的车间制造系统运行模式的运作技术进行了研究。首先研究了车间制造系统制造资源的服务化建模方法，从支持车间制造资源有效共享和协作的角度建立了制造资源服务化的制造服务概念模型并进行了严格的形式化描述和基于扩展OWL-S的语义化建模实现；其次，针对跨空间的车间制造系统之间围绕着制造任务协作的需求，在分析制造任务规划与分解原则的基础上，提出了一种基于加工对象树的制造任务规划与分解方法，并对分解的任务进行了语义描述；最后，对制造执行链的构建技术进行了研究，具体包括基于AON的制造执行链工作流模型建模、基于制造执行链的制造服务匹配、制造执行链优化模型以及基于OWL-S的制造执行链生成与语义表达技术。
　　 在分析了目前制造执行系统在体系结构和功能框架方面不足的基础上，提出了一种面向服务的、支持跨车间制造系统协同运作及支持底层制造装备集成和制造过程知识管理的制造执行系统体系结构和实现方法模型；并对面向服务的制造执行系统建模技术和基于语义网关的制造执行系统集成技术进行了研究。在面向服务的制造执行系统建模技术研究中，以面向服务的系统体系结构为中心，以制造业务为驱动，综合应用IDEF0、BPM业务流程分析方法和UML可视化系统建模方法，通过建立制造执行系统的功能模型、过程模型、组件模型、服务模型和服务交互模型实现了面向服务的制造执行系统建模。在基于语义网关的制造执行系统集成技术的研究中，提出了基于语义网关的系统集成模式，并对集成对象的语义建模和基于共享本体的语义映射技术进行了研究。
　　 结合所研究的面向服务的车间制造系统运行模式、运作技术及支持系统的体系结构和功能框架，开发了一套面向服务的车间制造执行系统的原型系统，对该原型系统的功能框架和实施模式进行了分析，最后，结合南方英特空调有限公司的实际需求，进行了系统应用和实施，取得了较好的应用效果。

目录

文摘

英文文摘

声明

1绪论

1.1论文的研究背景

1.1.1现代制造业面临的环境分析

1.1.2制造业信息化是促进制造业发展的重要动力

1.1.3面向服务的信息化技术应用是制造业信息化系统发展的重要趋势

1.2论文相关领域的发展及国内外研究现状

1.2.1制造业信息化的相关研究

1.2.2制造执行系统的国内外研究现状

1.2.3面向服务计算技术的国内外应用研究现状

1.2.4研究现状总结

1.3论文研究的目的意义与课题来源

1.3.1论文研究的目的意义

1.3.2课题来源

1.4本文的研究内容安排

2面向服务的车间制造系统运行模式

2.1现代制造环境下车间制造系统面临的压力

2.1.1车间制造系统面临的外部压力

2.1.2车间制造系统面临的内部压力

2.2车间制造系统运行模式的提出

2.2.1车间制造系统运行模式的概念

2.2.2面向服务的车间制造系统运行模式及特点

2.3面向服务的车间制造系统运行模式

2.4面向服务的车间制造系统运行模式运作过程

2.5面向服务的车间制造系统运行模式支撑技术体系

2.5.1基本支撑技术

2.5.2基本构建技术

2.5.3综合运作技术

2.6本章小结

3面向服务的车间制造系统运行模式的运作技术研究

3.1制造服务建模

3.1.1制造服务概念及建模需求

3.1.2制造服务的概念模型

3.1.3制造服务的形式化描述

3.1.4基于扩展OWL-S的制造服务模型实现

3.2制造任务的分解与语义表达

3.2.1制造任务规划与分解的原则

3.2.2基于加工对象树MOT的制造任务规划与分解方法

3.2.3制造任务语义表达

3.3制造执行链构建

3.3.1基于AON的制造执行链工作流模型

3.3.2制造执行链优化与语义描述框架

3.3.3制造服务的语义匹配与评价

3.3.4制造执行链优化模型

3.3.5基于OWL-S的制造执行链生成与语义描述

3.4本章小结

4面向服务的车间制造系统运行模式支持系统研究

4.1制造执行系统概述

4.1.1制造执行系统的概念

4.1.2制造执行系统的功能模型

4.1.3传统制造执行系统的系统架构及存在的不足

4.2面向服务的车间制造执行系统体系结构

4.2.1面向服务架构

4.2.2面向服务的车间制造执行系统体系结构

4.3面向服务的制造执行系统实现方法模型

4.4面向服务的制造执行系统建模方法

4.4.1面向服务的制造执行系统建模方法概述

4.4.2面向服务的制造执行系统建模方法框架

4.4.3面向服务的制造执行系统建模过程

4.5基于语义网关的制造执行系统集成技术

4.5.1系统集成需求分析

4.5.2常见系统集成实现方式

4.5.3基于语义网关的制造执行系统集成框架与模式

4.5.4基于语义映射的系统集成实现技术

4.6本章小结

5原型系统开发与应用案例

5.1引言

5.2需求分析

5.3原型系统的实现

5.4系统实施模式

5.5原型系统的运行实例

5.6应用效果分析

5.7本章小结

6结论与展望

致 谢

参考文献

附 录