（计算机应用技术专业论文）中小型离散制造企业可重构mes构件管理系统的研究.pdf

i n f o r m a t i z a t i o n g r a d u a t es t u d e n t ：c a ib a i j u n s u p e r v i s o r ：p r o f l i ud i a n t i n g c o l l e g eo f i n f o r m a t i o ns c i e n c ea n de n g i n e e r i n g g u i l i nu n i v e r s i t yo f t e c h n o l o g y s e p t e m b e r , 2 0 0 8t oa p r i l ，2 010 研究生学位论文独创性声明和版权使用授权书 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。 所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含他人已经发表或撰写 研究成果，也不包含为获得其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。对论文的 提供过帮助的有关人员已在论文中作了明确的说明并表示谢意。 学位论文作者( 签字) 蕴! 至墅 签字日期：到芝：垒：z 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，有权保留并向国 家有关部门或机构送交论文的印刷本和电子版本，允许论文被查阅和借阅。本人授权( 学 校) 可以将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、汇编学位论文。同时授权中国科学技术信息研究所将本学位论文 收录到中国学位论文全文数据库，并通过网络向社会公众提供信息服务。( 保密的学 位论文在解密后适用本授权书) 本论文是否保密：是 否 如需保密，保密期限为： 学位论文作者签名：存f 昌军 签字日期：羽秒年多月9 e l 导师签字：翻仅，五 签字日期：卿局月夕日 桂林理工大学硕士学位论文 摘要 制造执行系统( m a n u f a c t u r i n ge x e c u t i o ns y s t e m ，m e g ) 是面向车间层的管理信息系 统，它是上层的计划管理系统与底层的工业控制系统之间的纽带。然而，传统m e s 通 用性差，柔性不足，开发难度大，周期长，成本高，软件的可靠性差，系统的可重构性 和可集成性不高。而面向分布式、网络化、构件化、集成化和智能化已成为m e s 发展 的主要方向。 针对传统m e s 在发展过程中的一些不足，国内外学者和有关研究机构对m e s 的可 集成性、可重构性、智能化和敏捷性上进行了积极的探索。但大多数研究只是从软件建 模和开发的角度来构造m e s 集成框架，缺乏从整个制造车间及生产系统的角度研究m e s 本身的功能集成与信息集成，不能从本质上解决m e s 的集成和重构问题。由于m e s 需要 重构的原因主要在于企业业务流程的改变，因此研究m e s 的可重构性，需要从整个企 业生产系统的角度来研究m e s 系统的信息模型和结构重组。 本文以离散制造企业生产车间为背景，针对中小型企业规模小、资金少、多品种、 小批量的特点，对中小型可重构制造执行系统构件库相关问题进行研究。 首先，针对重用构件的粒度问题，从企业业务流程角度运用模糊粗糙集理论对讨论 构件粒度进行分析与划分； 其次，采用x m l 来统一规范构件信息描述，运用d b x m l 开源数据库构建了构件描 述文档库服务器，使用其d ba p i 实现构件描述文档的存储、检索； 接着，采用j a v a 反射机制、j a c o b 、d o m 4 j 等技术，结合工厂、单例模式设计了 j a v a b e a n 和c o m 构件的构件解析器； 最后，以m e s 设备管理为例实现了一个基于s t r u t s + s p r i n g + h i b e r n a t e 的m v c 模式 的j 2 e e 架构的m e s 构件库设备管理模块子系统模型。 关键词：制造执行系统；离散制造；可重构；模糊粗糙集；x m l ；d b x m l ；m v c 桂林理工大学硕士学位论文 a b s t r a c t m e s ( m a n u f a c t u r i n ge x e c u t i o ns y s t e m ) i s ak i n do fw o r k s h o p l a y e r _ o r i e n t e d m a n a g e m e n to fi n f o r m a t i o ns y s t e m , w h i c ha c t s a sal i n kb e t w e e nt h e t o pp l a na n d m a n a g e m e n ts y s t e ma n dt h eb o t t o mi n d u s t r yc o n t r o ls y s t e m h o w e v e r , t h et r a d i t i o n a lm e s h a ss o m es h o r t c o m i n g ，s u c h 船h a r df o rc o m m o nu s e 、l o wf l e x i b i l i t y , h a r dt od e v e l o p ，l o n g p e r i o df o rd e v e l o p i n g , h i g hc o s t , l a c k i n ge n o u g hr e l i a b i l i t ya n dl o wc a p a b i l i t yo ft h e r e c o n s t r u c t i o na n di n t e r g r a t i o n a n dd i s t r i b u t i o n _ o r i e n t e d , n e t w o r kc e n t e r e d , c o m p o n e n e t , i n t e g r a t i o na n di n t e l l i g e n t i z ea r et h em a i no r i e n t a t i o n sf o rd e v e l o p m e n to fm e s ，n o w f o rt h es h o r t a g eo ft r a d i t i o n a lm e si nt h ed e v e l o p m e n tp r o c e s s ，d o m e s t i ca n do v e r s e a 8 s c h o l a r sa n dr e l a t e dr e s e a r c hi n s t i t u t e sh a v ed o n es o m ea c t i v ee x p l o r eo nt h ei n t e g r a t a b i l i t y , r e c o n f i g u r a b i l i t y , i n t e l l i g e n t i z a t i o na n da g i l i t yo fm e s b u tm o s t o ft h es t u d yj u s tc o n s t r u c t e d m e si n t e g r a t i o nf r a m e w o r ki nt e r m so fs o f t w a r em o d e l i n ga n dd e v e l o p i n g s u c hw o r kl a c k r e s e a r c h i n go nt h ef u n c t i o n a li n t e g r a t i o na n di n f o r m a t i o ni n t e g r a t i o no fm e s i t s e l ff r o mt h e w h o l em a n u f a c t u r i n gs h o pa n dm a n u f a c t u r i n gs y s t e m ，s oi tc a n ts o l v et h ei n t e g r a t i o na n d r e c o n s t r u c t i o np r o b l e mo fm e s e s s e n t i a l l y a st h ec h a n g eo fb u s i n e s sp r o c e s sc a u s e i n gt h e n e e do fr e c o n s t r u c t i o no fm e s ，w en e e d s t u d y i n g i n f o r m a t i o nm o d e la n ds 仃u c t u 】呛 r e o r g a n i z a t i o no fm e ss y s t e mf r o mt h es i g h to fw h o l ee n t e r p r i s em a n u f a c t u r es y s t e mw h e n w ed or e s e a r g ho nt h er e c o n f i g u r a b i l i t yo fm e s b es e ti nt h ep r o d u c t i o nd e p a r t m e n to fi n t e r m i t t e n tm a n u f a c t u r i n g , t h i sa r t i c l ed o e ss o m e r e s e a r c ho nc o m p o n e n tb a s eo fs m a l la n dm e d i u m - s i z e dr e c o n f i g u r a b l em a n u f a c t u r i n ga n d o p e r a t i n gs y s t e m ，c o n s i d e r i n gt h e s m a l la n dm e d i u m s i z e de n t e r p r i s eh a st h ec h a r a c t e r i s t i c s s u c ha ss m a l ls c a l e ，l i t t l e 向n d ，m u l t i p l ev a r i e t i e sa n ds m a l la m o u n t f i r s to fa l l ，a i m i n gt ot h eg r a n u l a r i t yp r o b l e mo fr e u s a b l ec o m p o n e n t , t h i sa r t i c l eu s e st h e t h e o r yo fr o u g hf u z z ys e t st oa n a l y s ea n dd i v i d et h ec o m p o n e n tg r a n u l a r i t yi nt h es i g h to fo f e n t e r p r i s e sb u s i n e s sf l o w s e c o n d l y , i tu s e sx m l t od e s c r i b et h ec o m p o n e n ti n f o r m a t i o ni nu n i f i e dr e g u l a t i o n s ， a p p l y s t h eo p e ns o u r c ed bd b x m l f o rb u i l d i n g d e s c r i p t i o n d o c u m e n tb a s es e r v e ro f c o m p o n e n ta n d u s e sd ba p it os t o r ea n dr e t r i v et h ed e s c r i p t i o nd o c u m e n to fc o m p o n e n t t h e n ，i tu s e st h et e c h n o l o g ys u c ha sj a v ar e f l e xm e c h a n i s mj a c o b 、d o m 4 j ，c o m b i n i n g t h ef a c t o r ym o d e la n ds i n g l e t o np a t t e r n ，t od e s i g nj a v a b e a na n dt h ec o m p o n e n tp a r s e ro f c o m c o m p o n e n t i i 桂林理工大学硕士学位论文 a tl a s t , t ot a k et h em e se q u i p m e n tm a n a g e m e n tf o re x a m p l e , i ts e t su pam e s e q u i p m e n tm a n a g e m e n ts u b s y s t e mm o d e lo fj 2 e e | l a m ew h i c hi sb a s e do nt h em v cm o d e l t h a tc o m b i n e ss t r u t s ，s p r i n ga n dh i b e r n a t e k e yw o r d s ：m e s ，d i s c r e t em a n u f a c t u r i n g , r e u s a b l e ，f u z z y r o u g hs e t s ，x m l , d b x m l ，m v c i i i 桂林理工大学硕士学位论文 摘要 目录 a b s t r a c t 目录 第1 章绪论 i i 1 1 1 论文的研究背景l 1 2 国内外研究现状与发展趋势2 1 2 1m e s 的发展历程。：2 1 2 2m e s 现状与趋势3 1 3 论文的研究意义和目标3 1 3 1 研究意义3 1 3 2 研究目标4 1 4 论文的研究内容4 1 5 论文的组织结构。5 第2 章可重构构件粒度分析与划分 6 2 1 中小型离散制造企业m e s 一6 2 1 1 传统m e s 简介及不足6 2 1 2 中小型离散企业的特点7 2 1 3 中小型离散企业对m e s 的方向。7 2 2 基于模糊粗糙集理论的m e s 重构构件粒度分析8 2 2 1 运用模糊粗糙集理论对构件粒度分析9 2 3 小结13 第3 章构件描述存储与检索 3 1m e s 构件的储存方式1 4 3 2 基于x m l 的m e s 构件描述模型l5 3 2 1x m l 简介15 3 2 2m e s 构件的描述1 5 3 2 2 1m e s 构件的自然属性描述1 6 3 2 2 2m e s 构件的关联属性描述1 6 3 2 2 3m e s 构件的接口属性描述1 7 3 2 2 4m e s 构件的总体描述_ 1 7 3 2 2 5 构件描述文档与具体构件的映射实例1 9 3 3m e s 构件描述文档储存机制2 1 3 3 1d b x m l 介绍2 1 3 3 2m e s 构件描述文档在d b x m l 中的存储2 2 3 3 2 1d b x m l 存储模型2 2 i v 桂林理工大学硕士学位论文 3 3 2 2 构件描述文档在d b x m l 中的存储2 3 3 4m e s 构件的检索机制2 5 3 4 1 现有构件检索方法2 6 3 4 2 构件检索规则与算法描述2 6 3 4 2 1 检索规则2 7 3 4 2 2 检索算法描述2 7 3 5 j 、结2 8 第4 章构件解析器的设计 4 1 当前主流构件2 9 4 1 1j a v a b e a n 2 9 4 1 2c o r b a 构件模型( c c m ) ：2 9 4 1 3c o 形d c o m 3 0 4 1 4e j b 。3l 4 2 构件解析器总体设计。3 l 4 2 1x “c o n t e n t 类设计3 2 4 2 2i p a r s e r 接口类设计3 3 4 2 3 解析j a v a b e a n 构件核心类设计。3 3 4 2 4 解析c o m 构件核心类设计3 5 4 2 5p a r s e r f a e t o r y 类设计3 7 4 3 构件解析器功能测试3 8 4 4 j 、结4 0 第5 章构件库管理系统的设计与实现 4 1 5 1 系统体系结构4 1 5 2 系统的开发环境与运行环境_ 4 2 5 3 构件粒度的划分4 3 5 3 1 设备管理模块业务流程建模4 3 5 3 2 设备管理模块构件粒度划分4 4 5 4 系统需求分析4 6 5 5 系统架构说明4 7 5 5 1 用户请求转入s p r i n g 容器4 7 5 5 2 管理组件的依赖4 8 5 5 3 系统分层模型4 8 5 6 实现h i b e r n a t e 持久层j 4 9 5 6 1 实现p o j o 实现类4 9 5 6 2 映射h i b e r n a t e 持久化类5 0 5 6 3 管理s e s s i o n f a c t o r y 51 5 7 实现d a o 层5 2 5 7 1s p r i n g 框架下的d a o 模式5 2 5 7 2 管理持久层连接一5 3 v v i 桂林理工大学硕士学位论文 1 1 论文的研究背景 第1 章绪论 从我国制造业信息化系统的应用情况来看，主要是针对e r p 系统和生产车间自动化 系统的建设。e r p 系统位于企业管理的上层计划层，主要负责收集客户信息、根据产品 库存量及客户订单状况制定相应的产品生产计划和材料需求计划等。生产车间自动化系 统它是位于底层的控制层，主要负责管理机器运行状态、产品、任务加工状况等，向管 理层提供相应的现场检测和统计数据。这种位于企业上层的“计划 与底层的“生产 脱离了位于车间管理层系统的支持，使信息很难实时、准确的在企业上下层中流通。制 造执行系统( m a n u f a c t u r i n ge x e c u t i o ns y s t 锄) 就是为了整体优化中生产计划与生产过程 中的脱节问题而孕育产生的。在e r p m e s p c s 构建企业综合自动化系统三层结构体系 中，m e s 它搭起了计划层与控制层的桥梁。它获取计划层提供的产品库存信息、客户订 单及材料需求等信息制定相应的产品生产计划及产品相关规格、型号、参数资料传递给 控制层；反过来它获取控制层相关任务状态、机器状态及过程参数等进行分析处理，将 定单状况、生产历史及质量数据等反回给计划层。根据实时、准确掌握的生产现场的数 据，作出准确的判断和快速的应对措施，确保生产计划得到合理而快速的修正【l - 5 】。 市场需求的不确定性、技术的更新、业务规则的改变，以及复杂而多变的制造流程， 要求面向离散车间的制造执行系统应该具有可重构的能力，能够快速地实现可配置、可 缩放和可重用【5 】。可重构的制造执行系统是未来制造执行系统的发展方向，也是目前学 术界和工业界研究和应用的热点之一。目前，国内对可重构的制造执行系统进行了广泛 的研究，也取得了一定的成果，如刘晓冰等基于车间生产业务的构件化设计思想，采用 通用对象请求代理结构和多a g e n t 技术，研究了可重构的m e s 6 1 。饶运清等应用基于 c o r b a 分布式对象技术与规范对车间管理各功能构件进行封装和设计，通过基于 c o r b a 开放式系统集成框架，将封装后的功能构件以“即插即用”的方式进行集成，开 发了一个基于c o r b a 的可重构的m e s 原型系统【_ 7 1 。李波等提出可以从m e s 可重构的 适用范围、体系结构、开发阶段和重构粒度4 个方向的维度及层次进行研究，并提出基 于c o r b a 和多a g e m t 的可重构m e s 体系结构，为m e s 的可重构提供了有效的思想方 法和解决方案【8 捌。但是，现有文献很少在分析引起制造执行系统需要重构的因素的基础 上，研究用j 2 e e 技术来实现m e s 的可重构性。 本论文依托广西科技攻关项目( 面向中小企业的虚拟企业网络化服务平台技术研究 与建设，编号：桂科攻0 7 1 9 0 0 1 1 7 ) 和广西研究生教育创新基金项目( 基于组件的中小 型离散制造企业m e s 复用技术研究，编号：2 0 0 8 1 0 5 9 6 0 8 1 2 m 0 3 ) ，结合广西制造业信息 桂林理工大学硕士学位论文 化推广实际情况，着重研究面向中小型离散制造企业的可重构m e s 构件库管理系统。 1 2 国内外研究现状与发展趋势 1 2 1m e s 的发展历程 国际m e s 联合会m e s a ( m a n u f a c t u r i n ge x e c u t i o ns y s t e ma s s o c i a t i o ni n t e r n a t i o n a l ) 对 m e s 给出的定义：m e s 提供从接受订货到制成最终产品全过程的生产活动实现人格化 的信息。它采用当前的和精确的数据，对生产活动进行初始化，及时引导、响应和报告 t 厂的活动，对随时可能发生变化的生产状态和条件作出快速反应，重点削减不会产生 附加值的活动，从而推动有效的工厂运行和过程【1 0 1 。1 9 9 0 年，美国先进制造研究公司 ( a d v a n c e dm a n u f a c t u r i n gr e s e a r c h ，a m r ) 首次提出了制造执行系统m e s 的概念。之 后的几次里程碑式的发展主要有：1 9 9 3 年，a m r 提出了三层企业模型及m e s 集成系统 模型，即p c s m e s e r p 模型；19 9 7 年，国际制造执行系统协会( m a n u f a c t u r i n ge x e c u t i o n s y s t e ma s s o c i a t i o n ，m e s a ) 发表了m e s 白皮书，提出了m e s 的外部环境( 定位) 模 f 销侮，客户1 一服务管理上弋 ( 署匕! 毪垫竺系统) 嚣晋翼鋈 1 蜀圄匿户 l 圄圄圄l l 圄圄圄j 寓、圆圃南 图1 1m e s 功能模型 从2 0 0 0 年开始，美国仪表协会( i s a ) 启动编制了第9 5 个标准，即i s a 9 5 标准。之 后i s a 9 5 标准逐渐成为指导m e s 开发、实施及解决e r p 与m e s 接口问题的一个重要 参考依据，并先后被法国、德国、意大利、日本、英国、肯尼亚等接受为国家标准。从 2 0 0 3 年开始，i s a 9 5 标准正式被i e c 采用，分别在2 0 0 3 年、2 0 0 4 年和2 0 0 7 年作为 i e c 6 2 2 6 4 标准发布。 自m e s 概念提出至今的2 0 年间，m e s 系统软件的开发经历了单功能专用m e s 、 多功能集成m e s 和跨行业集成m e s 几个阶段，但从总体上说，m e s 系统软件的研发还 处在初级阶段，未来的发展方向是实现全行业m e s 及更智能的第二代m e s 。 2 已成为2 0 0 7 年度的国家高技术研究发展计划( 8 6 3 计划) 先进制造技术领域重点项目之 一。该项目主要是结合国内外m e s 现有技术及最新技术发展趋势面向行业应用的可配 置m e s 关键技术研究，建立典型生产模式的m e s 构件库及相应的工具集。 于2 0 0 9 年1 1 月在上海新国际博览中心举行的第八届m e s 开发与应用研究专题研 讨会上，对m e s 未来发展趋势作了深入的探讨。在围绕“m e s 如何推进企业自动化系 统的发展”这一主题讨论中指出了m e s 的行业性强，通用功能占约7 0 ，其余3 0 需 要定制开发。定制化的开发需要一个平台，通过基础的构件来组合而成。 因此可见国内m e s 的主要研究趋势是朝着可配置、可适应、可集成的m e s 体系结 构等方向进行研究i l 。 1 3 论文的研究意义和目标 1 3 1 研究意义 m e s 在我国经过十几年的发展，在系统体系结构、关键技术、功能模块组成等方面的 3 桂林理工大学硕士学位论文 研究已取得了很大的进步，并且随着信息技术的发展，向分布式、网络化、构件化、集 成化和智能化方向发展。但是在我国i v i e s 的起步较晚，有存在着许多方面的问题，如研究 多、开发少，原型多、实际应用少，因此投入到实际工业生产中的应用系统也就更少。 且相当一部分m e s 存在通用性差，柔性不足，开发难度大，周期长，成本高，软件的可靠 性差，系统的可重构性和可集成性不高等不足。 m e s 系统本身的复杂性和m e s 软件构件化研究的不成熟等是造成这些现象的主要原 因，本课题就是针对m e s 的重点研究方向一构件化问题进行研究。对m e s 软件构件化的 过程和方法进行深入研究。 此外，中小型离散制造企业限于公司规模和资金实力，无法购买大型商用m e s 系 统，若能设计较为廉价的m e s ，企业既满足了自身需要，又无需投入高额上线成本，便 能尽快获得投资回报，提高企业竞争力。考虑到在广西制造业中占据多数的中小型企业， 设计和开发适用于中小型企业可重构的m e s 刻不容缓。 就本研究来看，j 2 e e 是s u nm i c r o s y s t e r n s 公司于1 9 9 9 年推出的分布式多层应用的 开发与部署平台，由于其平台无关性和开放标准，如今已成为开发大型分布式应用系统 的主流技术。由于j 2 e e 分布式组件体系结构和平台无关的特性，基于j 2 e e 的制造执行 系统在实现可重构性方面更能适应中小型离散制造企业的发展需求。即使用软件构件复 用技术、中间件技术、集成计算模式、分布式对象等技术来开发与设计m e s ，使得符合 接口标准的功能构件可以方便地以“即插即用”的方式组装到m e s 系统中，从而使m e s 具有可重构性、开放性、模块化、分布式、可移植性、可扩充性和安全性等特点。 1 3 2 研究目标 论文设计并建立一个基于j 2 e e 技术的面向中小型离散制造企业的m e s 构件管理系 统框架。中小企业可以根据自身企业特点和生产要求，对框架中的组件进行充实、剪裁 等调整，以达到系统模型最优化、部署最简化和上线成本最小化。企业采用该m e s 系 统，配合e p r 和p c s 来组织生产和管理，实现全方位立体的企业信息化，提高工作效 率，增加经济效益，增强企业竞争力。 1 4 论文的研究内容 论文将针对制造业信息化建设需求，研究广西中小型离散制造企业的生产管理模式， 归纳总结出共性特点。以此为切入点，针对重用构件的粒度问题，从企业业务流程角度 运用模糊粗糙集理论对构件粒度进行分析与划分；采用x m l 来统一规范j a v a b e a n 、c o m 等构件信息描述；实现构件的存储、检索与组装，并运用了d o m 4 j 、j a c o b 、d b a p i 及j a v a 反射等技术设计了构件解析器，实现了通过x m l 构件描述文档直接解析调用构 4 桂林理工大学硕士学位论文 件等功能。 针对中小型制造企业规模小、资金少的特点，提出一个基于j 2 e e 架构，并应用s t r u t s 、 h i b e r n a t e 、s p r i n g 等开源框架和设计模式的可重构m e s 构件库框架系统。并以设备管理 功能模块作为示例，来说明可重构m e s 构件库的实现方法。中小企业可以根据自身的 产品特点和生产要求，增加、删除或重组系统中的这些组件化模块，以达到系统模型最 优化、部署最简化和上线成本最小化。 1 5 论文的组织结构 本文共分六章，安排如下： 第l 章：绪论。介绍论文的研究背景、现状与发展趋势，明确研究意义，阐述研究 内容和目标，最后列出文章的组织结构。 第2 章：可重构构件粒度分析与划分。分析中小型离散企业的特点以及中小型离散 企业m e s 的发展。阐述构件不同粒度分析的意义，给出问题粒度的描述、粒度粗细的 概念以及不同粒度间的关系，运用了模糊粗糙集理论进行自顶至下的重构粒度分析，论 证粒度分析的性质和粒度选择的方法。 第3 章：构件描述检索与组装。为了屏蔽不同构件之间因设计理念、开发技术方面 的不同而造成的差异，因此运用基于刻面的方法对构件进行描述，开发可重用软件构件 和构件之间相互通信的一组标准的x m l 构件描述信息；为了方便对构件描述信息，采 用了d b x m l 开源数据库建立了构件描述文档信息库，并适当运用d b a p i 对构件描述信 息进行增、删、改等相应的管理；在检索构件方面时，充分结合构件粒度划分规则，设 计出利用数据库检索技术结合构件粒度自粗至细广度优先搜索来实现基于刻面描述的构 件检索方法。 第4 章：构件解析器的设计。首先介绍当前流行的各主流构件，由于当前的主流构 件的设计原理与实现技术、手段各不相同，而在j a v a 平台上还不能直接使用其构件。设 计了一个针对x m l 构件描述文档直接解析构件的方法屏蔽不同构件调用方法让的差异。 第5 章：中小型离散制造企业可重构m e s 构件库管理系统的实现。采用j 2 e e 技术 运用s t r u t s + s p r i n g + h i b e r n a t e 框架对系统进行了开发实现。以设备管理模块为例，对设 备管理模块进行粒度划分，然后按表现层、业务逻辑层、d a o 层、数据持久层的分层模 式对各层分别进行设计并给出了关键代码示例。 第6 章：总结与展望。对论文的工作进行总结，并展望下一步的研究工作。 桂林理工大学硕士学位论文 第2 章可重构构件粒度分析与划分 2 1 中小型离散制造企业m e s 离散制造企业一般是指，生产中处于离散状态的物料经过一系列并不连续的工序的 加工最终组装实现产品的制造企业。典型的离散制造企业主要集中在机械制造、电子电 器、航空制造、汽车制造以及军工等行业【5 】【1 2 1 。 2 1 1 传统m e s 简介及不足 传统的m e s ( t r a d i t i o n a lm e s ，t - m e s ) 是指从2 0 世纪7 0 年代的零星车间级应用发 展到复杂的具有一定集成能力的信息系统，t - m e s 可以简单地分为两大类：第一类是专 用的m e s 系统( p o i n tm e s ) 。如车间维护、生产监控、有限能力调度或是s c a d a 等， 它们是只能解决某个特定的领域问题的应用系统；第二类是集成的m e s 系统( i n t e g r a t e d m e s ) 。该类系统起初是针对一个特定的、规范化的环境而设计的，如航空、装配、半导 体、食品和卫生等行业。虽然在功能上它已实现了与上层计划层事务处理和底层控制层 实时控制系统的集成，但此类系统仍然还是针对于一个特定的行业，缺少通用性和广泛 的集成能力。 尽管t o m e s 软件的研究和开发取得了明显的进展，但是由于系统是基于预先设定 的程式进行系统开发的，因此这类系统在软件的适应性、集成性、成熟度等方面还存在 较大的问题。当生产过程有微小变化时，就可能导致系统不能正常运转，系统的稳定性 差。其具体存在以下几方面不足： 应用范围窄、通用性差。传统m e s 无论其功能多么复杂，均是针对特定的行业、 特定的领域问题开发的如车间生产调度、设备管理等。由于没有一定的技术规范指导， 针对不同行业的m e s 功能基本上无法借鉴和使用，因而只能满足于特定的生产业务流 程，缺少通用性。 缺乏柔性，不易修改和扩充，重构能力和敏捷性差。由于不同行业、不同企业的生 产组织模式不尽相同，甚至同一企业的业务流程也在动态变化中，但传统m e s 针对特 定行业或企业的固定业务流程开发，虽然某些具有集成功能的m e s ，能实现与上层事务 处理和下层控制系统的集成，但也仅仅局限于某个特定的系统或功能系统不能随业务过 程的变化进行功能配置和动态改变。传统m e s 缺乏柔性，不易修改、扩充和配置，当 将其移植到其他生产环境中或组织结构、业务流程等改变时，它将失去应有的作用。此 外，由于传统m e s 在开发时不注意系统的可配置性，并且缺乏一定的技术规范指导， 在生产中不具有为对市场的快速响应和对实际生产环境的应变能力，在信息系统中不具 6 桂林理工大学硕士学位论文 有可重构、可重用和可扩展( 3 r 特性) 的功能。因而使得系统的开发周期长，开发和使用 成本较高，不利于m e s 在广大中小制造企业的迅速推广。 2 1 2 中小型离散企业的特点 从产品形态来说，离散制造的产品相对较为复杂，包含多个零部件，一般具有相对 较为固定的产品结构和零部件配套关系。 从产品种类来说，一般的离散制造型企业都生产相关和不相关的较多品种和系列的 产品。这就决定企业物料的多样性。 从加工过程看，离散制造型企业生产过程是由不同零部件加工子过程或并联或串连 组成的复杂的过程，其过程中包含着更多的变化和不确定因素。从这个意义上来说，离 散制造型企业的过程控制更为复杂和多变。 中小型离散制造业由于产品本身的复杂性，以及典型的订单生产方式，有其显著特 点： 1 、多品种、小批量生产，每个产品都有其特殊性，企业必须按订单组织生产。 2 、由于产品种类多，影响生产过程的不确定因素很多，经常出现紧急订单、设备故 障等情况，使得生产计划发生改变，甚至出现计划与生产实际脱节的现象。 3 、制造过程复杂，生产过程中不确定因素多，凭经验调度无法保证整个生产过程的 协调，过程控制困难，管理难度大。 综上分析这些离散制造企业的特点，可以得出，中小离散制造企业最需要关心的问 题是如何解决生产过程中的生产调度和协调，即如何在保证流程的柔性和尽可能减少生 产成本的情况下，减少各种外来因素，如临时插单、设备故障等对现时生产所造成的影 响。 总之，离散制造业的关键是如何将技术、人、生产三个环节很好地结合在一起。技 术上追求智能化、敏捷化、可视化、低成本；而最根本的环节是需要达成决策共识，从 而能达到提高生产效率、提高制造质量、最大化客户满意度的目的；生产上能够为决策 层提供完备、精确的制造数据、将生产意图无歧义地传递到制造执行层，并得到贯彻 p 2 1 1 8 1 。 2 1 3 中小型离散企业对m e s 的方向 目前，由于传统m e s 在开发时不注意系统的可重构性，并且缺乏一定的技术规范 指导，针对不同行业或企业的m e s 功能基本上无法借鉴和使用，因而使得系统的开发周 期长，开发和使用成本较高，不利于m e s 在广大中小制造企业的迅速推广。中小型离散 制造业的这种多品种、小批量，客户定制化，根据订单生产生产特点迫使中小型离散制 7 桂林理工大学硕士学位论文 造企业需要研究智能第二代m e s 解决方案( m e si i ) 这一先进的生产管理和控制技术来 保证车间生产的优化运行和敏捷性。 针对传统m e s 在发展过程中的一些不足，国内外学者和有关研究机构对m e s 的可 集成性、可重构性、智能化和敏捷性上进行了积极的探索，提出了不少的可集成的m e s 体系结构、采用更多成熟的商业软件和标准体系结构来开发m e s 等方法。但大多数研 究只是从软件建模和开发的角度来构造m e s 集成框架，缺乏从整个制造车间及生产系统 的角度研究m e s 本身的功能集成与信息集成，不能从本质上解决m e s 的集成和重构问 题。 企业的业务活动可以视为一系列管理与决策活动，这些活动的实质是在特定的管理 思想与方法的指导与控制下对相关人员、物料、资金、信息等资源进行合理使用和调度 的过程。施加于这些资源的操作表现为一组信息的收集、存储、加工、传递等事务处理 方法。各种资源之间的相互关联构成了业务活动的基础，业务活动的执行过程表现为在 一组管理规程的指导与控制下，运用施加于资源的有关事务处理方法，完成特定功能的 过程。我们在研究和实际开发中发，m e s 需要重构的原因主要在于企业业务流程的改变。 因此，研究m e s 的可重构性，需要从整个企业生产系统的角度，研究m e s 系统的信息 模型和结构重组。 2 2 基于模糊粗糙集理论的m e s 重构构件粒度分析 在经济全球化日益加深的环境下，企业面临着动态变化的全球市场，制造业生产模 式也由少品种、大批量生产模式转变为多品种、变批量生产模式，激烈的竞争要求企业 动态地组织制造资源以快速响应市场的变化。位于企业上层计划管理与底层工业控制之 间的制造执行系统( m a n u f a c t u r i n ge x e c u t i o ns y s t e m ，简称m e s ) 随之也在不断的发生变 化。要实现制造执行系统的敏捷性，车间必须具备能集成车间内和车间外各种资源、快 速重构各个生产业务过程的能力。通过获取更完整的数据来更方便地进行生产管理，使 企业真正快速响应市场变化i l 纠引。 根据制造执行系统的需要定制大量不同功能和结构的构件是保证m e s 平台的可重 用性和可扩展性的基础。构件一般应采取小而精的结构形式，采用合理的描述方法，既 可方便使用，也可通过封装、继承机制较快地开发出新功能构件，实现预定的任务；但 该方法有构件数量过多，严重影响了系统自动对构件的查找检索和组装技术，同时也加 大了用户对快速重构功能定制的负担，这也给构件的开发带来不便。然而，构件粒度过 大，使系统对原有构件的继承又存在问题，不利于大范围地重用原有系统中的构件【5 卅。 因此，在设计构件中粒度的