（管理科学与工程专业论文）网络环境下离散型制造企业制造资源管理研究.pdf

沈阳工业大学硕士学位论文 摘要 本文通过综合运用网络技术及分布式制造的相关理论并结合面向对象技术，开展了 网络环境下制造资源管理的理论和关键技术研究，重点探讨了网络环境下制造资源的建 模、制造资源的表达，自主开发了网络环境下的制造资源信息管理平台。 制造资源管理中最核心部分就是制造资源的分配调度问题，企业日常的生产经营及 战略的制定都与它有着密切的联系。本文首先探讨了生产作业调度中存在的问题，其次， 明确了生产能力最大化这一目标，最后研究了如何进行资源调度优化模型的构建。网络 技术和人工智能的兴起，智能a g e n t 具有许多突出的优点为上述问题的解决提供了可能。 在资源调度系统的设计上，这里结合复合多代理( 姒s ) 技术解决了资源优化调度问题。 网络化制造由于缺乏开放的体系结构、无法实现网络中动态资源的管理、没有形成 统一的标准等，使得网络化制造阻碍了制造业全球化的趋势。本文在分析了制造网络环 境下的制造资源管理的必要性后，探讨了制造网络环境下的制造资源管理系统的结构， 以实现制造资源信息实时有效的管理。 在系统需求分析阶段结合u m l ( 统一建模语言) 技术对整个系统的功能需求进行用 例分析；同时本文基于微软的w i n d o w s d n a 架构，遵从c o m d c o m 标准，以沟通、协调和控 制为宗旨，将企业管理思想和构件、数据库、网络、通信等信息技术有机地融为一体结 合v c + + 编程语言和s q l 数据库实现了系统平台的建立。 要对离散型企业资源进行整合，首先要对企业资源进行建模，以极大提高企业资源 使用效率。因此，本文研究资源模型的建立及制造资源管理系统的开发对优化管理、实 现企业重组、增强企业的柔性和敏捷性等具有重要意义。 关键词：资源管理，多代理技术，资源建模，统一建模语言 网络环境下离散型制造企业的制造资源管理研究 r e s e a r c ho nm a n u f a c t u r i n gr e s o u r c e sm a n a g e m e n to f t h ed i s c r e t et y p e e n t e r p r i s eb a s e do nt h ei n t e r a c t a b s t r a c t b ya p p l y i n gn e t w o r kt e c h n o l o g ya n dt h e o r yo fd i s t r i b u t i n gm a n u f a c t u r es y n t h e t i c a l l ya s w e l la so b j e c to r i e n t e dt e c h n i c t h et e x tp u t sf o r w a r dt h er e s e a r c ho ft h e o r ya n dk e y t e c h n o l o g y r e s e a r c ho ft h e m a n u f a c t u r i n g r e s o u r c e sm a n a g e m e n t p l a t f o r m o nt h e m a n u f a c t u r i n gn e t w o r k 1 1 l em o d e l i n ga n dd e s c r i b i n go ft h em a n u f a c t u r i n gr e s o u r c e sa l e d i s c u s s e dp r i n c i p a l l y t h e nt h ep l a t f o r mf o rm a n u f a c t u r i n gr e s o u r c e sm a n a g e m e n tb a s e do i l t h en e t w o r ki se s t a b l i s h e d 1 1 1 ec o r eo f m a n u f a c t u r i n gr e s o u r c em a n a g e m e n t p a r ti st h ed i s p a t c ho f r e s o u r c e s a n di t h a sc l o s ec o n n e c t i o nw i t ha l lt h et h i n g s ，s u c ha sm a n u f a c t u r i n g ，o p e r a t i o ns t r a t e g ya n ds oo n f i r s to fa l l ，t h ej o bs c h e d u l i n gp r o b l e mw h i c he x i s t i n gw i d e l yi sd i s c u s s e d s e c o n d ，i t c o n s t i t u t e st h ea i mo nm a x i m i z a t i n gp r o d u c t i v i t y a d d i t i o n a l l y , i tr e s e a r c h e sh o wt oe s t a b l i s h t h em o d e lo f r e s o u r c ed i s p a t c h i n g a l o n gw i t ht h er i s i n go fn e t w o r kt e c h n o l o g ya n da r t i f i c i a l i n t e l l i g e n c e ，t h en u m e r o u sm e r i t so fa g e n tp r o v i d et h ep o s s i b i l i t yf o rt h ea b o v eq u e s t i o n i n t h ed e s i g no fd i s p a t c h i n gs y s t e m ，i tc o m p o u n d sm u l t i a g e n tt e c h n o l o g yt os o l v et h ep r o b l e m o f r e s o u r c e sd i s p a t c h b e c a u s eo ft h el a c ko ft h en e t w o r k e dm a n u f a c t u r i n g so p e n i n g ，s t a n d a r da n dd y n a m i c r e s o u r c e sm a n a g e m e n ta n ds oo n ，t h en e t w o r k e dm a n u f a c t u r i n gh i n d e r st h em a n u f a c t u r i n g g l o b a l i z a t i o nt e n d e n c y 1 1 圮t e x ta n m y s e st h en e c e s s i t yo ft h em a n u f a c t u r i n gr e s o u r c e s m a n a g e m e n ti nt h en e t w o r k ，a n dp u t sf o r w a r ds y s t e mc o n f i g u r a t i o no fm a n u f a c t u r i n g r e s o u r c e sm a n a g e m e n tt or e a l i z ee f f e c t i v ea n dr e a l - t i m ea d m i n i s t r a t i o no fm a n u f a c t u r i n g r e s o u r c ei u f o r m a t i o n t h es y s t e mf u n c t i o nd e m a n di sa n a l y s e da p p l y i n gu m lu s ce a s ei nt h es t a g eo fs y s t e md e m a n d a n a l y s i s s i m u l t a n e o u s l yt h e t e x tb a s e so nm i c r o s o f i sw i n d o w sd n ac o n s t r u c t i o n ，c o m p l i e sw i t h c o m i x 2 0 ms t a n d a r dw h i l et a k e sc o m m u n i c a t i o n ，t h ec o o r d i n a t i o na n dt h ec o n t r o la st h eo b j e e t i v e ，i t i n t e g r a t e sm a n a g e m e n tt h o u g h ta n di n f o r m a t i o nt e c h n o l o g i e s 。s u c h 鼬c o m p o n a n 4d a t a b a s e ，n e t w o r k ，a n d c o r r e s p o n d e n c e f i n a l l yi t r e a l i z e st h ee s t a b l i s h m e n to ft h es y s t e mp l a t f o r mc o m b i n i n gt h ev c + + p r o g r a m m i n gl a n g u a g ea n ds q l d a t a b a s e t oi n t e g r a t em a n u f a c t u r i n gr e s o u r c e so ft h ed i s c r e t et y p ee n t e r p r i s e ，w em u s tc a l t yo n t h em o d e l l i n gt h ee n t e r p r i s er e s o u r c e sf i r s tt oe n h a n c et h ee n t e r p r i s er e s o u r c em a n a g e m e n t i i 沈阳工业大学硕士学位论文 a n dm a x i m i z et h ee f f i c i e n c yo fr e s o u r c eu s e s $ t h e r e f o r e ，t h er e s e a r c h eo nt h ee s t a b l i s h m e n t o f m a n u f a c t u r i n gr e s o u r c e sm o d e l i n ga n dt h ed e v e l o p m e n to f m a n a g m e n ts y s t e mh a st h ev i t a l s i g n i f i c a n c et oo p t i m i z et h em a n a g e m e n t ，i m p l e m e n te n t e r p r i s er e o r g a n i z a t i o n ，e n h a n c et h e e n t e r p r i s e sf l e x i b i l i t yo ra g i l i t ya n ds oo n k e yw o r d s ：r e s o u r c em a n a g e m e n t ，m u l t i - a g e n tt e c h n o l o g y ，r e s o u r c em o d e l i n g ， u m l i i l 独创性说明 本人郑重声明：所呈交的论文是我个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的研究成果，也不包含为获得 沈阳工业大学或其他教育机构的学位或证书所使用过的材料。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做了明确的说明并表 示了谢意。 签名：烈蜣， 日期：幽2 1 ：丝 关于论文使用授权的说明 本人完全了解沈阳工业大学有关保留、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。 ( 保密的论文在解密后应遵循此规定) 签名：飘、继、 导师签名：2 整 日期：当塑：主：塑 沈阳工业大学硕士学位论文 1 绪论 1 1 本课题研究的背景 随着市场经济和信息技术的深入发展，制造企业的生存与发展越来越离不开t q c s 准则的制约，即企业应以最快的上市速度( t i m et om a r k e t ，t ) 、最好的质量( q u a i t y ，q ) 、 最低的成本( c o s t ，c ) 、最优的服务( s e r v i c e ，s ) 来满足市场不断变化的制约。传统的制 造企业因其经营管理模式使制造资源不易得到合理的配置，从而严重制约了企业的发 展。随着网络技术的不断成熟和企业联盟概念的日渐普及，利用网络所独具的优势促使 相关企业形成企业联盟，已经成为制造业尤其是网络化制造发展的必然趋势。在这种形 势下如何解决好制造资源合理配置的问题显得非常迫切和必要。 从制造业发展的历程来看，9 0 年代以来的市场则要求企业以最短的时问开发出质 量最高的、用户可接受的新产品，迅速开发出满足用户需求的新产品并尽快上市成为企 业赢得市场竞争的关键。在我国加入w t o 后，我国制造业将面临着更加激烈的市场竞争， 如何提高市场反应速度，以最快的时间，最高的性能价格比，来提供能够满足客户个性 化需求的产品，是决定企业能否生存和发展的关键。要想提高市场响应速度，降低生产 成本，提高生产效率，企业就必须广泛深入地应用信息技术，即大力开展企业的信息化 建设。 广义制造资源是指完成产品整个生命周期的所有生产活动的软、硬件元素，包括了 设计、制造、维护等相关活动过程中涉及的所有元素。狭义制造资源主要指加工一个零 件所需要的物质元素，是面向制造系统底层的制造资源，它主要包括机床、刀具、夹具、 量具和材料等i l j 。 制造资源是工艺过程设计和生产规划调度不可缺少的重要组成部分，既提供对产品 设计、工艺过程设计和制造的支持，又存在着对它们的约束。这是因为：一方面，产品 设计、工艺过程设计和制造需要了解企业资源的制造能力、资源的类型、加工精度和范 围等加工约束信息以及资源的分布情况等，另一方面，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。目前，对制造资源的研究主要局限于特定的应用环境需求，从特定的制造资源中 抽取信息建立资源模型，存在以下不足：缺少统一完整的制造资源定义，必然造成信息 冗余；数据表示的不致性，使系统间信息交换困难；制造资源的数据多处存储，同步 网络环境下离散型制造企业的制造资源管理研究 更新和维护困难。上述缺点，人们很难使传统生产调度系统根据制造环境的当前状态与 制造资源的变化情况( 如设备故障) 等问题动态的优化工艺过程，生成适合作业计划的 工艺文件，从而降低了工艺文件的可执行性【2 】。 从企业自身来看，制造业信息化是实现管理创新的重要途径，是解决当前企业制造 资源闲置、资源有效利用率不高等管理中突出问题的有效措施，是提高制造业整体素质 的需要，是增强制造业的国际竞争力的需要。企业信息化建设己成为带动中国企业创新 和升级的突破口，在提高企业管理水平，促进管理现代化，转换经营机制，建立现代企 业制度，有效降低成本，加快技术进步，增强市场竞争力，提高经济效益等方面都有着 现实和深远的意义1 3 l o w t o 为中国制造业带来最直接的影响就是全球化的竞争。企业将更多地融入世界 经济，加快推进制造业信息化，是我国企业参与国际市场竞争，实现全球资源与市场共 享的重要条件。 1 2 国内外研究现状述评 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，人们从不同角度，对面向各种先进制造模式 的制造资源建模进行了研究。 在研究内容上，从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 面向不同的先进制造模式，并以信息集成为目标的统- s o 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。例如， 张玉云等从工艺设计的角度建立了基于动态制造资源数据库的工艺设计模型；邵新宇等 探讨了面向c i m 以及c e 环境下的制造资源的建模，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；邱晓峰等研究了敏捷制造( a m ) 环境下资源集成系统研究4 4 】。 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 f 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一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直接映射到模型世 沈阳工业大学硕士学位论文 界中的对象，使得模型反映的是事物本质的存在结构，这样用对象作为构成系统的单元， 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。例如，宋玉银等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。 从上面制造资源研究现状看，存在下列问题：对于早期资源模型的描述，大多是局部 的，不完整的，对制造资源缺乏统一完整的定义。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。近期对面向v e 、a m 等模式下的制造资源的研究，虽然从制 造过程总体上建立资源模型，并采用s t e p 标准和面向对象方法等建模工具，但建立的制 造资源模型在内容上大多是个总体框架，面向企业制造资源的总体信息，以便于联盟 企业的选择，而对于涉及制造活动的具体资源信息建模涉及较少。同时所建立的制造资 源模型不能支持网络环境下异质系统的信息交互，模型的柔性、开放性差。 近三十年来，针对制造业方面的先进制造战略、制造模式和制造技术的探索、研究 和应用工作一直就未间断过，新的制造理论、方法、技术、设备、生产和管理模式层出 不穷，先后诞生了许多先进制造哲理、技术与系统，例如柔性制造系统f m s ( f l e x i b l e m a n u f a c t u r i n gs y s t e m ) 、计算机集成制造系统c i m s ( 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 gs y s t e m ) 、并行t 一程c e ( c o n c u r r e n te n g i n e e r i n g ) 、独立制造岛、精 良生产l p ( l e a np r o d u c t i o n ) ，智能制造系统i m s ( i n t e l l i g e n tm a n u f a c t u r i n g s y s t e m ) 、敏捷制造系统a m s ( a g i l em a n u f a c t u r i n gs y s t e m ) 、仿生制造系统b m s ( b i o n i c sm a n u f a c t u r i n gs y s t e m ) 、全能制造系统、全球制造系统、虚拟制造系统 v m s ( v i r t u a lm a n u f a c t u r i n gs y s t e m ) 等。网络化制造及迸一步的基于w e b 的制造哲理 的提出就建筑在上述理论体系及成果之上。 在网络化制造以及基于w e b 的制造技术方面，国内外具有代表性的研究项目和成果 有： ( 1 ) 美国麻省理工学院研究的下一代制造系统( n e x tg e n e r a t i o nm a n u f a c t u r in g 。 n g m ) 论证项目的目标是建立一种基于n g m 的公司，该公司是具有扩展性的全球企业的一 部分，是通过共享相互联系的信息、知识和资源，协同生产产品和服务的一组机构。 ( 2 ) 美国加州大学伯克利分校集成制造实验室的c y b e r c u t 研究项目的实现目标则 网络环境下离散型制造企业的制造资源管理研究 是开发一种能在i n t e r n e t 上快速进行基于w e b 的产品设计与c n c 加工的网络化制造服 务机制。 ( 3 ) 德国的p r o d u k t i o n 20 0 0 框架性项目，其目标是开发面向二十一世纪的现代生 产框架。具体研究内容包括产品开发方法学及生产工艺、面向生产的后勤工程学、面向 生产的信息技术、应用于生产实践的例证等。 ( 4 ) 在国内，熊有伦和谢有柏院士主持的国家自然科学基金重大项目“基于知识的 产品创新的先进制造技术基础研究”的相关予课题涉及到采用m u l t i a g e n t 方法重新整 合制造单元。杨叔子院士沿用m u l t i a g e n t 方法提出了一种分散网络化制造系统的模型 【6 】。 此外，香港理工大学的李荣彬教授从数字工厂的角度提出的分散网络化制造框架、 美国能源部的t e a m ( t e c h n o l o g i e se n a b l i n ga g i l e l a n u f a c t u r i n g ，t e a m ) 项目、智 能制造系统( i m s ) 国际合作项目g l o b a lm a n 2 1 、我国的“8 6 3 ”计划等均在网络化制造 方面提出了自己的方法体系，并己取得了某些阶段性研究成果。同时，在制造资源管理 领域，相关的研究工作及成果也得到了进一步的发展。当前社会上较为流行的制造资源 管理理论，如m r p ( m a t e r i a lr e q u i r e m e n tp l a n i n g ) 、m r p i i ( m a n u f a c t u r i n gr e s o u r c e p l a n n i n g ) 和e r p ( e n t e r p r i s er e s o u r c ep l a n n i n g ) 等，是建立在企业内部制造资源管 理以及生产过程规划的基础上的。这些理论目前己得到广泛认可，依据该理论所开发的 实用软件系统也己经较为成熟并得到了广泛的关注和应用。除此之外，国内外学术界在 制造资源领域的研究成果还包括： ( 1 ) c h a n gx u ef e n g ，a n d r e wk 等建立的制造资源的约束模型； ( 2 ) g a o tx ，h u a n gxx 等建立的产品和制造能力模型框架： ( 3 ) c a s ek 等建立了工艺能力模型： ( 4 ) 上海交通大学陈云、严隽琪等人建立的基于面向对象和s t e p 技术的制造环境模 型：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； ( 5 ) 武汉汽车工业大学盛步云等把制造资源按组织结构分为：企业层、车间层、单 元层、工作站层和设备层，提出了广义制造资源与狭义制造资源的概念； ( 6 ) 河北理工学院宋玉银等人在分析并行工程对制造资源的需求特点的基础上，以 设备为重点，建立了基于s t e p 技术的制造资源能力模型【7 】： ( 7 ) 东南大学的倪中华等人建立的面向快速重组制造系统的c a p p 制造资源模型， 4 沈阳工业大学硕士学位论文 分析了适用于快速重组制造系统的c a p p 对制造资源模型的新要求，建立了制造资源与 工艺设计的关系模型和适应动态变化环境的制造资源模型嗍； 上述研究从多个角度出发建立了相应的制造资源模型，为制造资源本身及其配置工 作的深入开展奠定了基础。然而，着眼于单一企业内部的制造资源模型及能力模型对于 满足新型制造模式的需求已显力不从心。因此，研究和建立网络化制造环境下的制造资 源管理及其优化配置新方法非常必要。 1 3 研究的目的和意义 资源模型的应用为最终实现网络虚拟环境上的资源广泛共享和协同工作，为产品全 生命周期内各个阶段相关设计制造资源和智力知识等信息的集成提供了有效的思路；同 时制造资源管理系统的开发为企业实施先进制造技术提供开放的、易维护的、可重构的 应用开发与系统运行的集成的服务平台，以帮助企业优化或改造内外工作流程，更合理 地分配资源，降低内部运营成本，形成企业的应变能力，从而提高企业整体的效益和效 率。由于资源管理在任何系统中都是研究的重中之重，因此研究网络环境下的制造资源 管理有非常重要的现实意义。 制造资源管理的对象是资源，而制造资源具有史无前例的分布性、动态性和复杂性， 要想充分、合理地利用这些资源，就必须研究一体化的、开放式的制造资源模型、命名、 表示、组织、存储、索引和访问的理论和技术，以便为资源的动态加盟、定位及协同使 用提供支持。而从查阅的国内外文献来看对构建基于网络的制造资源共享的基础制 造资源的建模、描述、资源的存储和挖掘理论与技术的研究不足，没有具体的构建理论 与方法。 对制造资源模型的研究上不足。从查阅的网络化制造的文献来看，它们对制造资源 的研究内容和建模方法存在下列不足或问题。对于早期资源模型的描述，大多是局部 的，不完整的，对制造资源缺乏统一完整的定义；所建立的制造资源模型不能支持网 络环境下异构系统之间的数据交换和共享；所研究的制造资源模型的适用对象是一个 制造信息化中的某一个系统，不适应制造网络平台环境。 对制造资源的存储和挖掘上的研究不足。目前，对制造资源的存储主要是集中式或 联邦式的存储方式，这些方式缺乏制造资源的动态更新、资源的智能化和资源的统一调 度等功能。制造业中数据挖掘主要在企业管理、客户管理、销售管理、电子商务、商务 网络环境下离散型制造企业的制造资源管理研究 智能、库存优化、机器故障诊断和生产调度等方面，而未涉及到制造业中其它领域。因 此，为了促进信息流通和平等贡献，及时了解相关行业的前沿信息，避免企业管理陷入 混乱和盲目之中，提高企业竞争力，提高企业的效率，提高企业的决策理性和经营水平， 研究制造行业中分布式数据库管理系统显得尤为重要1 9 。 网络环境下的制造资源管理系统不仅是来改造和克服上述研究的不足，其目的是建 立一个分类明确，层次清晰，规格统一的制造资源运行机制，并能让制造企业方便的通 过该模式来封装、发布、组织、发现和调用制造资源，达到资源的优化共享，其最终目 的是实现企业的利益最大化。它的研究必将为分布式制造网络后续研究打下坚实基础， 为全社会乃至全球的异构制造资源共享与协同设计成为可能埋下伏笔，并最终将极大地 推进先进制造技术的发展。因此，研究网络环境下的制造资源管理是十分有意义的”0 1 。 1 4 本文研究的主要内容 网络环境下制造资源模型的研究及管理平台的开发是本文的出发点。它的本质是通 过共享地理上分布在多个自治系统中的资源来协同完成某个任务。如何克服这些资源的 异质性和动态性，提供可扩展、可伸缩的互操作性支持，实现企业资源的集成化管理， 这正是资源管理系统要完成的功能。具体地说，本项目将从资源建模理论方法、支持分 布式资源集成的系统结构和平台软件开发等方面开展相关的研究工作。 其研究的主要内容可概括如下： ( 1 ) 制造资源模型研究 了解资源建模的概念与方法，用面向对象语言有效描述企业的资源结构和资源构 成。选择一种最适合本文研究内容角度的分类方法，研究集成化企业的资源模型。 ( 2 ) 生产调度问题的研究 了解和认识生产调度的特点、调度的目标，根据企业要求的生产能力最大这一指标 来确定衡量一个调度优劣的标准，即评价指标。选择一种优化算法作为研究车间j o b s h o p 调度问题的一种策略。 ( 3 ) 资源管理系统的功能分析与结构设计 本文根据企业实际生产和管理的需求，借助u m l 的帮助，全面分析了企业的产、供、 销流程，对资源管理系统的功能需求进行探讨。同时引入多a g e n t 体系结构设计整个 系统的结构，并对资源管理系统中各模块的信息交互及协作进行了研究。 6 沈阳工业大学硕士学位论文 ( 4 ) 制造资源管理平台软件的开发 确定研发内容及技术方案，应用v c + + 编程语言并结合s q l 2 0 0 0 数据库技术设计实 现该平台的软件，使其应用功能完全满足企业和客户的的需求。 1 5 本文的创新之处 另外本文中值得一提的是，在如下两个方面上进行了创新： ( 1 ) 在资源调度系统中将多a g e n t 技术与遗传算法相结合，在资源调度系统的结构 上采用f s c a 结构来解决f l o w s h o p 资源调度问题，通过遗传算法的使用来计算订单在各 单位制造资源上实际的分配状况，以现了资源的最大化利用。 ( 2 ) 本文在系统需求分析和设计阶段，结合了统一建模语言( u m l ) 直观、易于描 述、便于软件人员理解和开发等特点，采用用例图、类图、顺序图等描述了系统的功能 需求，并采用了活动图对系统功能的实现进行了详细的设计。 7 网络环境下离散型制造企业的制造资源管理研究 2 相关概念、理论与方法 2 1 离散型企业特点介绍 制造业按其产品制造工艺过程特点总体上可概括为连续制造和离散制造。相对于连 续制造，离散制造的产品往往由多个零件经过一系列并不连续的工序的加工最终装配而 成。加工和销售此类产品的企业可以称为离散制造型企业。例如属于生产资料生产的机 械、电子设备制造业，属于生活资料生产的机电整合消费产品制造业。 离散制造型企业一般都包含零部件加工、零部件装配成产品等过程。在这类企业中， 有些企业偏重于零部件制造，我们称之为离散加工型企业；有些偏重于装配，我们称之 为装配型企业：有些则加工和装配都主要由自身完成，这类企业无论大小，相对前面两 类企业来说要复杂一些。整个离散制造业就是由此三类企业相互关连配套而组成的产业 链网络 ( 1 ) 特点 离散型制造企业的生产特征是： 生产计划 a ) 影响计划的因素较多，生产计划的制订非常复杂； b ) 能力需求是根据每个产品混合建立，并且很难预测。 生产过程控制 a ) 生产任务多，生产过程控制非常困难： b ) 生产数据多，且数据的收集、维护和检索工作量大： c ) 工作流根据特定产品的不同经过不同的加工车间。因每个生产任务对同一车间 能力的需求不同，因此工作流经常出现不平衡； d ) 因产品的种类变化较多，非标准产品多，设备和工人必须有足够灵活的适应能 力： e ) 通常情况下，一个产品的加工周期较长，每项工作在工作中心前的排队时间很 长，引起加工时间的延迟和在制品库存的增加。 成本管理 a ) 原材料、半成品、产成品、废品频繁出入库、成本计算复杂，需要针对成本对 象并随着生产过程进行成本的归集和分配： 沈阳工业大学硕士学位论文 b ) 使用标准成本法进行成本核算； c ) 注重实际成本和标准成本的差异比较和不同角度的成本分析。 ( 2 ) 行业分布 我国，离散型制造企业分布的行业较广，主要包括：机械加工、电子元器件制造、 汽车、服装、家具、五金、医疗设备、玩具生产等。 2 2 资源建模概述 资源是企业进行生产经营所必须的物质因素。企业经营过程和活动的运行、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。 从广义上讲，企业资源作为一个概念其外延非常广泛，涵盖了企业所有的物的实体，包 括原材料、在制品、产品，包括设备、资金、人员等物化资源，也包括技术、文档、数 据、知识、无形资产、营销体系等无形资源。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。 资源建模是一种建立描述资源模型的方法与技术，它通过定义资源实体及其相互间 的关系来描述企业的资源结构和资源构成。对资源结构的描述需要提供对资源间逻辑关 系，如资源分类方法、分类标准、分类原则的描述方法。对资源实体的描述需要提供对 资源属性，如资源类别、资源的性质和性能、资源的能力等的描述方法i 】。 随着先进制造模式的发展，企业资源正受到越来越多的关注。开展企业资源进行结 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问和经营过程中的 流动、变换进行分析、优化、控制，可以大大提高企业资源管理和使用效率。所以企业 建模中的资源建模变得尤为重要。 2 3 资源建模的概念与方法 2 3 1 资源建模的基本概念 资源模型是一个通过定义企业资源之间的逻辑关系和资源的具体属性，从而描述企 业的资源结构的模型。资源建模是一种建立描述资源模型的方法与技术，它通过定义资 源实体及其相互间的关系来描述企业的资源结构和资源构成。 资源建模方法学的主要研究内容是定义一套完整有效地描述资源及其结构的建模 语言。对资源结构的描述需要提供对资源间逻辑关系，如资源分类方法、分类标准、分 类原则的描述方法。对资源实体的描述需要提供对资源属性，如资源类别、资源的性质 9 网络环境下离散型制造企业的制造资源管理研究 和性能、资源的能力等的描述方法。 集成化企业模型中的资源视图提供了系统中资源模型，它还包含了整个集成化企业 模型受资源约束的情况，包括集成化模型中各过程活动和功能活动是否拥有了发生动态 行为的资源，以及要发生某中动态行为时所必须满足的各种资源约束条件是否已经满足 等f 1 2 】。 企业资源支持企业经营过程的运行，企业经营过程的活动通过对资源的使用和消 耗，实现资源的转化，产生新的零件、产品和服务，实现业务过程的增值。因此，对企 业资源的描述还应该包括资源与企业过程和活动、企业功能、企业组织之间的关联1 1 3 l 。 总之，资源模型是一个范围很广的概念，凡是能够描述资源的结构及其结构之间的 逻辑关系的模型都可以称为资源模型，而资源分类模型作为一种特定的资源模型，具有 结构简单、逻辑关系清晰、符合制造企业习惯的特点。 2 3 2 资源建模的范畴 通常意义上讲，资源是执行企业活动的任何功能实体，包括： 原材料、在制品、产品与半成品 人力资源 技术资源( 包括技术文档、软件等) 设备资源( 包括工具、机器等) 信息资源( 包括数据、知识等) 财务资源( 包括资金、信誉度等) 能源资源 无形资产( 包括品牌、商标、专利、管理机制等) 本文研究的是狭义的制造，主要关心与企业经营过程、企业活动、企业功能的实现 切相关，提供支持资源，如原材料、在制品，产品、人力资源、设备资源、技术资源、 信息资源等。这些资源可以分为三个基本资源类型： 人力资源 设备资源( 包括计算机、制造设备、工具等) 应用资源( 计算机软件等) 2 3 3 资源的属性 一个比较全面的资源建模方法一般要描述资源的以下几个通用属性： 1 0 沈阳工业大学硕士学位论文 ( 1 ) 资源的可重用性：资源是否可以重复使用。一个可重复使用的资源是可以被再 次使用的，否则就是不可重复使用的。例如，机床的刀具是可重复使用的，而涂料一般 是不可重复使用的。 ( 2 ) 资源的共享性：资源是否可被多个过程、活动所共享。例如，机床是可以被多 个制造过程共享的。 ( 3 ) 资源的可移动性：资源是固定位置的，还是可以改变位置的，或是可以移动的。 ( 4 ) 资源的自治性：就可以移动的资源而言，它可以是自治的、非自治的或半自治 的。自治的资源是指资源自己具有决定移动到哪里的能力，非自治的资源是没有能力自 己决定移动方向的，而半自治资源是指可以在其他资源的控制下移动的资源。典型的自 治例子是自动导引小车( a g v ) 。 ( 5 ) 资源的独占性：一个非独占的资源是指其所进行的工作可以被中断，在完成其 他工作后，继续未完成的工作。人是典型的非独占资源，而一般的加工设备是独占资源。 通过以上分析，考虑到企业资源的管理，资源可以由以下的属性精确定义： 资源的标识( i d ) 、资源的类型( 资源在企业结构中的地位) 、资源的性质( 可重 复使用性) 、资源的能力、资源的可用性、资源的作用、资源的位置、资源的状态 2 3 4 资源分类的方法 一般而言，制造资源可按照不同的方式进行分类，这些分类方法从不同的角度对同 一事物进行观察和研究，有其合理及不足之处，下面是目前几种典型的资源分类方式及 内容：按照使用范围，制造资源可分为广义制造资源和狭义制造资源。广义制造资源包 括制造场所、原材料、能源、人力、技术( 包括各种工艺、方法) 、信息、设备、工具、 夹具、物料传输系统等( 如图2 1 所示) 。狭义制造资源是指加工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。这些元素包括机床、刀具、夹具、 量具和材料( 如图2 2 所示) 。其中，夹具资源包括：专用夹具、组合夹具、可调夹具合 成组夹具；组合夹具包括：孔系夹具、槽系夹具等( 如图2 3 所示) 。 网络环境下离散型制造企业的制造资源管理研究 图2 1 广义制造资源 f i g2 1m a n u f a c t u r i n gr e s o u r c ei ng e n e r a l 图2 2 狭义制造资源 图2 3 夹具资源 f i g2 2m a n u f a c t u r i n gf e s o l h c e l a l t o w f i g2 3c l a m pr e s o u r t 汜 按照物理组织结构，制造资源可分为企业层、车间层、单元层、工作站层和设备层 的制造资源。如图2 4 所示，每个层次所代表的制造资源都具有一定的属性和职能：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 单元任务调度和监控；工作站层完成设备控制与动作协调；设备层执行加工、传输和测 量。 图2 4 传统制造资源层次模型 f i g 2 4h i b e r a r e h ym o d e lo f t r a d i t i o n a lm a n u f a c t u r i n gr e s o u r c e 1 2 车间层 单元层 工作站层 设备层 沈阳工业大学硕士学位论文 应指出的是，企业层制造资源信息包括下面三种： ( 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证，并 有利于敏捷制造资源的决策； ( 2 ) 企业n i 能力信息，主要反映企业的产品制造能力，包括资源能力信息和平均 价格水平等。其中，资源能力信息又包括形状和尺寸的加工能力、精度获得能力、几何 约束和技术约束构成的工艺能力、生产批量和生产率构成的生产能力等。 ( 3 ) 按照工艺类型，制造资源又可以分为：下料资源、铸造资源、机加工装配资源、 焊接资源、锻造资源、表面处理资源、装配资源、热处理资源、冲压、物料传输资源、 测量及检验资源、涂装资源等。其中，装配资源包括：热装资源、压装资源、通用装配 资源等，如图2 5 所示。 图2 5 按照工艺类型划分制造资源 f i g2 5m a n u f a c t u r i n gr e s o u r c ec l a s s i f i e db yt e c h n i c s 上述分类和描述将传统制造模式下制造资源所涉及的内容基本囊括在内，但因其立 足点局限于单一企业或企业集团内部，尚无法完全满足分布式制造资源配置的需求。因 此，从网络化制造的角度来看，上述对制造资源的描述有待进一步修改和扩充。 2 3 5 资源建模的方法 目前比较有影响的资源建模方法主要有c i m 一0 s a 和面向对象技术的资源建模方法。 网络环境下离散型制造企业的制造资源管理研究 下面对它们进行简要的介绍。 ( 1 ) c i m o s a 建模方法 计算机集成制造的开放系统结构( c i m o s a ) 是一种对计算机集成制造系统( c i m s ) 进行规划、设计、实施、运行的系统工具。c i m - o s a 的研究目标是对制造工业的c i m s 提供一种参考结构；同时开发出集成的企业环境和基础结构支持其规划、设计、实施和 运行【1 4 1 。 从c i m o s a 资源视图的角度看，c i m o s a 将企业看作是由相互关联的功能实体构成 的，这些功能实体可以向其他功能实体发出请求，并在用户和经营过程的请求下执行功 能操作。 c i m o s a 提供了两个基本的结构对企业的资源需求和资源对象进行建模，即能力集 和资源。在需求定义阶段，只使用能力集从企业活动角度定义企业的资源需求。在设计 说明阶段和实施描述阶段，对能力集与资源结构进行定义，并为其他视图提供资源服务。 能力集在c i m o s a 中是个基本结构，用来支持过程与资源解耦原则的实现。过程与 资源解耦原则的基础是活动和过程为执行任务而请求能力，而资源为执行活动的功能操 作提供能力。 1 ) c i m o s a 的能力集 c i m o s