面向离散制造业的企业应用集成及其关键技术研究

摘要

以先进(制造、信息、管理等综合)技术调整、改造、提升传统产业是我国制造业向先进制造方向发展的必由之路,而企业应用集成是制造业信息化过程中最为关键的手段之一,它的发展可以避免企业几年乃至几十年的信息化建设被淘汰或闲置,更可以防止花巨资购置的各种IT系统由于“各自为政”在局部提高了效率的同时给全局造成“信息孤岛”。通过实现这些应用的协同工作来提高加工的自动化程度和生产效率,可以有效缩短加工时间和生产周期,从而为现代制造技术的完善和发展提供保证。 随着网络资源的丰富、各领域应用系统的普及、协作理念的被广泛认可,以及分布式数据库、消息中间件等支撑技术的发展,EAI的构造成为可能也变得急需,关于EAI的研究业已成为当今世界各国计算机应用研究的热点。而我国目前在这一领域的研究相对比较落后,在 EAI 方面缺乏统一的规范和参考模型的指导,许多研究工作基本上处于各自为政,独立探索的阶段。目前已经提出并实现的一些体系要么适用范围有限,要么结构先进性不足,存在许多需要改进的地方。因此,结合离散制造业的发展趋势,研究面向离散制造业的企业应用集成及其关键技术无疑具有重要的现实意义和实用价值。 本文从分析离散制造业的特点及信息系统的关注重点出发,借鉴系统动力学和自动控制理论中的建模理论,提出了广义企业动力学模型、制造企业的信息平衡模型和离散制造企业信息集成系统模型等三个理论基础模型,并以此为基础,从数字化制造的角度给出了企业信息的获取、处理和运用的DMEAI环境,对此环境中的驱动要素从多层面、多角度进行了剖析。给出了DMEAI的体系结构、模式以及架构组成,对实现情况和运行过程进行了进一步说明,并阐述了构筑架构所用到的一些支撑技术。 本文结合实际科研项目,在分析制造企业现状的基础上,就面向制造业的企业应用集成包含的三个关键技术:元数据规划及描述、流程和事务、外部联系进行了深入系统的研究:1.介绍了元数据的概念、分类和描述工具,确定了 DMEAI 中元数据的作用、内容、对象模型以及管理方法,首次分析确定了 DMEAI 的五类信息资源,深入的讨论了具体资源对象、事务对象的元数据描述过程,并给出了相应的 XML Schema 树状结构,明确了 DMEAI元数据所覆盖的内容。 2.将经过扩展的高级事务模型引入到过程集成,从直通处理的角度对整个制造过程从基于项目的过程管理进行了系统深入的研究。将传统事务处理模型的基元类型扩充为一个完整的体系,给出了明确的形式化定义,在此基础上给出了最大重试次数、广义完成特性、广义松弛原子性、广义良构性、长事务等概念,并定义了其执行过程。在 XPDL 语言的基础上,对其进行了有效的扩展以满足DMEAI事务性过程描述的需要,形成了DMXPDL语言规范,在此基础上提出了过程定义的多方位表示框架。针对DMEAI过程中企业级长事务持续时间长、需要可部分恢复以及强耦合性的特点,提出了一种基于最小原子事务汇集策略的解决方法,并给出了例证。最后,提出了一种DMEAI环境下事务的提交协议。 3.从分析离散制造企业在信息社会中的定位出发,搭建了一个包括客户、供应商、协作商、分销商、物流供应商等在内的宏观DMEAI体系,在该体系中,处于核心地位的离散制造企业所面对的是一个存在多种类型混合的复杂企业群体。从满足可集成性和建立协作的稳定性角度,建立了可集成型协作企业的评价指标集,运用模糊综合评价和目标规划方法,对协作伙伴的绩效评价和选择问题进行了分析,并在第三章建立的信息资源元数据模型基础上进一步定义了企业间制造信息交换规范。 在理论研究与开发工作的基础上,通过分析模具企业自身的业务特点和信息系统需求,规划构建了基于DMEM的模具制造公共服务平台,通过系统功能的细化分解,清晰地表达了平台体系结构、功能、特点以及运行模式。根据前几章对DMEAI体系结构及其关键技术的研究,在上海烟草机械有限责任公司进行了具体实现,给出了涵盖CAD/CAPP/PDM/ERP/MES/OA/HR/CRM等实际应用的EAI架构,并详细讨论了系统的组成,验证了该体系的有效性和可靠性。最后,总结提出了现代应用集成实施方法,为DMEAI的实施提供了系统的、严格的过程定义。

目录

文摘

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论文说明：缩略语对照表

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第一章绪论

§1.1信息时代制造业的发展

§1.2制造企业信息化发展过程、现状以及存在的问题

§1.2.1发展过程

§1.2.2现状

§1.2.3存在的问题

§1.3 EAI的研究概况

§1.3.1 EAI的概念

§1.3.2 EAI的内涵

§1.3.3 EAI的国内外研究概况

§1.4离散制造业EAI研究的关键技术

§1.4.1数据

§1.4.2消息

§1.4.3流程和事务

§1.4.4外部联系

§1.5课题背景及研究的意义

§1.6本文的主要研究内容及结构安排

本章参考文献

第二章离散制造业的企业应用集成架构

§2.1引言

§2.2离散制造业EAI研究所要解决的问题

§2.2.1离散制造业的概念及特点

§2.2.2离散制造业信息系统的关注重点

§2.2.3离散制造业EAI所面临的问题

§2.3三个基础模型

§2.3.1信息社会广义企业的动力学模型

§2.3.2制造企业的信息平衡模型

§2.3.3离散制造企业信息集成模型

§2.4离散制造业EAI架构

§2.4.1离散制造业EAI的体系结构

§2.4.2 EAI的实现模式

§2.4.3离散制造业EAI架构

§2.5构筑DMEAI框架的支撑技术

§2.5.1 XML

§2.5.2适配器技术

§2.5.3消息机制

§2.5.4 Legacy系统封装

§2.5.5工作流和事务处理

§2.6本章小结

本章参考文献

第三章DMEAI中元数据的规划及描述研究

§3.1元数据概述

§3.2 DMEAI的元数据

3.2.1元数据的作用

3.2.2元数据内容

3.2.3元数据的管理方法

3.2.4元数据对象模型

§3.3 DMEAI中的信息资源

§3.4信息资源的元数据描述

3.4.1信息资源的元数据描述模型

3.4.2 UML向XML Schema的映射

3.4.3对应的XML Schema

3.4.4实例

§3.5事务对象的元数据描述

§3.6本章小结

本章参考文献

第四章DMEAI的过程集成-基于消息和分布式事务的直通处理研究

§4.1面向订单的直通处理

§4.2 DMEAI过程模型的描述和表达

§4.2.1过程模型概述

§4.2.2事务处理概念的引入

§4.2.3基于事务对象层次网络的过程建模

§4.2.4过程模型的描述及DMPDL语言

§4.3长事务的处理

§4.3.1最小原子汇聚方法

§4.3.2最小原子范围的确定方法

§4.3.2处理实例

§4.4 DMEAI中的事务提交协议

§4.4.1传统提交协议

§4.4.2基于汇集替代的两阶段提交协议

§4.5本章小结

本章参考文献

第五章宏观的DMEAI研究

§5.1宏观的DMEAI体系搭建

§5.2离散制造企业可集成型协作伙伴的选择

§5.2.1可集成型协作企业评价指标体系的建立

§5.2.2可集成型协作企业选择的模糊综合评价方法

§5.3企业间制造信息交换规范

§5.3.1产品结构数据交换的XML Schema规范

§5.3.2电子商务数据交换的XML Schema规范

§5.4本章小结

本章参考文献

第六章DMEAI案例与实施方法

§6.1上海烟草机械有限责任公司的DMEAI实证

§6.2基于DMEAI的模具制造公共服务平台

§6.2.1平台体系结构

§6.2.2平台的功能

§6.2.3平台的特点

§6.2.4平台的运营模式

§6.3 DMEAI的实施方法

§6.4本章小结

本章参考文献

第七章结论与展望

§7.1全文总结

§7.2工作展望

致谢

作者在攻读博士学位期间完成的学术论文

作者在攻读博士学位期间参与完成的科研项目