（材料加工工程专业论文）面向动态联盟的网络化制造协作平台及其关键技术研究.pdf

上海交通大学博士学位论文 面向动态联盟的网络化制造协作平台及其关键技术研究 摘要 网络化制造是为了应对知识经济和制造全球化的挑战，利用先进的网络技术，实现设备、 人力、技术、信息等资源的共享和集成，并对产品的全生命周期内活动实现有效监控、评估 和决策的先进制造模式它强调企业间的协作和全社会范围内的资源共享，提高企业设计创 新能力和制造敏捷性，实现产品设计制造的低成本和高效率目标 在上海市制造信息化示范工程。上海烟草机械有限责任公司计算机集成制造系统”项目 的支持下，本文对面向动态联盟的网络化制造协作平台体系结构，制造资源的建模与搜索、 制造资源的优化配置、制造过程的监控等关键技术进行了深入研究，建立了面向动态联盟的 网络化制造协作平台的集成运行环境实例。 针对动态联盟网络化制造的特点，本文将动态联盟企业的网络层次模型从传统的五级递 阶控制结构简化为联盟协作层、联盟企业层和制造单元层三层，提出了一种动态联盟下网络 化制造协作平台( n e t w o r k e dm a n u f a c t u d n gc o l l a b o r a t i o np l a t f o r mf o rd y n a m i ca l l i a n c e ， d an m c p ) ；提出了d an m c p 功能体系和软件构架；利用w e b 服务技术构建了协作平台 集成框架，将遗留应用程序进行w e bs e r v i c ew r a p p e r 封装，实现了平台与联盟企业内外部 制造系统的松耦合集成；最后利用i d e f 和u m l 建模语言构建了d an m c p 的功能模型和 信息模型，对d an m c p 的体系结构进行了全面分析。 制造资源的获取是动态联盟网络化制造系统构建的前提。本文将资源获取过程分为制造 本体库、任务定义模块、资源定义模块和基于任务模型的资源匹配模块等四部分；采用联合 结构，定义了网络化制造任务；构建了基于u m l 建模语言的制造资源模型；结合当前语义 w e b 的研究结果，利用本体语言o w l 建立了网络化制造资源本体；定义了基于语义w e b 的衡量制造资源分布情况的制造资源聚合度概念，构建了基于语义w e b 的网络化制造资源 搜索框架，实现了制造资源能力匹配算法，提高了制造资源的查准率，降低了冗余信息。 为了解决p e m 网无法计算网络化制造链评价参数的问题，本文对p e t r i 网进行扩展，增 加了“或”变迁及库所属性和变迁函数等元素。同时，扩展了p e t r i 网的网络化制造链建模 方法，构建了网络化制造资源的优化配置过程，提出了层次分析法( a n a l y t i ch i e r m c h y p r o c e s s ，a h p ) 、扩展p e t r i 网( p e t r in e t ) 和遗传算法( g e n e t i ca l g o r i t h m ，g a ) 相结合的 网络化制造资源优化配置算法，实现了单任务可选择多个合作伙伴的网络化制造链全局最优 配置。 在上述研究的基础上，构建了网络化制造生产过程控制模型。根据网络化制造生产过程 i 固 上海交通大学博士学位论文 监控机制，提出了反向搜索协调机制，即从处于工艺顺序最末端的任务开始反向向前逐步进 行任务协同；采用分布式工作流技术和松耦合的方式，实现了联盟企业r 作流的互操作，使 协作项目联盟企业生产过程得以协调管理和监控；分析了网络化制造过程中冲突的主要表现 形式，并提出了冲突消解策略。 最后，结合上海烟草机械有限责任公司信息集成项目，建立了d an m c p 的集成运行 实例。对系统的功能特性、集成特性进行了分析，实现了动态联盟网络化制造系统的信息集 成和过程集成。 关键词：网络化制造 p e 啊网 动态联盟 分布式工作流 制造本体 囝 上海交通大学博士学位论文 r e s e a r c ho nn e t w o r k e dm a n u f a c t u r i n gc o l l a b o r a t i o n p l a t f o r ma n dk e yt e c h n o l o g i e sf o rd y n a m i ca l l i a n c e a b s t r a c t f a c i n gt h ec h a l l e n g eo fk n o w l e d g ee c o n o m ya n dm a n u f a c t u r i n gg l o b a i z a t i o n ，n e t w o r k e d m a n u f a c t u r i n gi sb e c o m i n ga r la d v a n c e dm a n u f a c t u r i n gm o d e , w h i c hn o to n l ys h a r ea n di n t e g r a t e t h e u 酷s u c h e q u i p m e n t s h u m a nb e i n gr & o o u r g e sa n dt e c h n o l o g ya p p l y i n ga d v a n c e d i n f o r m a t i o nn e t w o r kt e c h n o l o g y , b u ta l s os u p e r v i s ea n dv a l u ea 1 1a c t i v i t i e sd u r i n gt h ef u l ll i f eo f p r o d u c t s t h eg o o de f f e c ti ne n t e r p r i s e si st h a tc 锄i m p r o v ec r e a t i v ec o m p e t e n c e i n n o v a t i o n e f f i c i e n c ya n dm a n u f a c t u r i n ga g i l i t y ；r e d u c et h ec o s to fp r o d u c td e s i g na n dm a n u f a c t u r eb y e m p h a s i z i n g o i li n t e r - f i n nc o l l o c a t i o na n dr e s o u l es h a r i n gi nt h ew h o l e s o c i e t y b a s e do ns h a n g h a im a n u f a c t u r i n gi n f o r m a t i o nd e m o n s t r a t i o ne n g i n e e r i n gp r o j e c t “c o m p u t e r i n t e g r a t i o nm a n u f a c t u r i n gs y s t e mn f s h a n g h a lt o b a c c om a c h i n ec o l t d 竹 t h i sp a p e ri se n g a g e di n r e s e a r c ho nt h ea r c h i t e c t u r eo fn e t w o r k e dm a n u f a c t u r i n gc o l l a b o r a t i o np l a t f o r m ，a n dk e y t e c h n o l o g i e ss u c ha sm o d e l i n g , s e a r c h i n ga n do p t i m i z a t i o nc o n f i g u r eo fm a n u f a c t u r i n gr e s o u r c e , m o n i t o r i n gm a n u f a c t u r i n gp r o c e s s a tl a s t , a ni n s t a n c eo f n e t w o r k e dm a n u f a c t u r i n gc o l l a b o r a t i o n p l a t f o r mf o rd y n a m i ca l l i a n c e ( d an m c p ) i sa c h i e v e d i nt h i sp a p e r , n e t w o r kh i e r a r c h ym o d e lo fd y n a m i ca l l i a n c et r a n s f e r st r a d i t i o n a lf i v el e v e l s h i e r a r c h i c a lc o n t r o lf r a m e w o r kt ot h r e el e v e l si n c l o d ea l l i a n c ec o l l a b o r a t i o nl e v e l a l l i a n c ef i r m l e v e la n dm a n u f a c t u r eu n i tl e v e l ak i n do fd an m c pa n di t sf u n c t i o n & s o f t w a r ea r c h i t e c t u r e a f ep r e s e n t e d u s i n gl o o s ec o u p l i n gm o d e l d a _ n m c pi si n t e g r a t e dw i t l li n t e rm a n u f a c t u r i n g s y s t e mo fa l l i a n c ee n t e r p r i s e sb yc o n s t i t u t i n gc o l l a b o r a t i o np l a t f o r mi n t e g r a t i o nf r a m ea n d e n c a p s u l a t i n gl e g a c ya p p l i c a t i o np r o g r a m sa p p l y i n gw e bs e r v i c et e c h n o l o g y d a n m c p a r c h i t e c t u r ei sa n a l y z e db yc o n s t i t u t i n gi t si n f o r m a t i o nm o d e la n df u n c t i o nm o d e lu s i n gi d e fa n d u m l m o d e l i n gl a n g u a g e m a n u f a c t u r i n gr e s o u r c eg a i np r o c e s sc o n s i s t so f m a n u f a c t u r i n go n t o l o g yl i b r a r y , t a s kd e f i n i t i o n m o d u l e ，r e s o u m ed e f i n i t i o na n dt a s k - r e s o u r c em a t c hm o d u l e n e t w o r k e dm a n u f a c t u r i n gt a s k m o d e li sd e f i n e db a s e do nu n i ts t n l c n u m a n u f a c t u r i n gr c s o u r o 。m o d e li sc o n s t i t u t e db a s e do n u m l a c c o r d i n gt ot h el a s tr e s e a r c hr e s u l ta b o u ts e m a n t i cw e b ，n e t w o r k e dm a n u f a c t u r i n g r e s o u r c eo n t o l o g yi sb u i l tu pa p p l y i n go n t o l o g yl a n g u a g e - o w l i no r d e rt oj u d g et h ed i s t r i b u t i o n a b o u tm a n u f a c t u r i n gr e s o u r c e ，m a n u f a c t u r i n gr e s o u r c e p o l y m e r i z a t i o nd e g r e e i sd e f i n e d i n a c c o r d a n c ew i t hn e t w o r k e dm a n u f a c t u r i n gr e s o u m es e a r c h i n gf r a m eb a s e do i ls e m a n t i cw e b ， m a n u f a c t u r i n gr e s o u r c ec a p a b i l i t ym a t c ha l g o r i t h mi sr e a l i z e d t om a k et h ep e t f in e tc a l c u l a t et h ee v a l u a t i o np a r a m e t e r so fn e t w o r k e dm a n u f a c t u r i n gc h a i n ， i l l 上海交通大学博士学位论文 n o r m a lp e t r in e ti se x t e n d e dt h r o u g ha d d i n g “o r t r a n s i t i o nt y p e ，p l a c ep r o p e r t ya n dt r a n s i t i o n f u n c t i o n a tt h es a m et i m e ，m o d e l i n gm e t h o do fn e t w o r k e dm a n u f a c t u r i n gc h a i nb a s e do nt h e e x t e n d e dp e t r in e ta n do p t i m i z a t i o nc o n f i g u r ep r o c e s so fn e t w o r k e dm a n u f a c t u r i n g 玎渤u “燃i s p u tf o r w a r d i tp r o p o s e s o p t i m i z a t i o nc o n f i g u r ea l g o r i t h mo fn e t w o r k e dm a n u f a c t u r i n g r e s o u r c e sc o m b i n e sa n a l y t i ch i e r a r c h yp r o c e s s , e x t e n d e dp e t r in e ta n dg e n e t i ca l g o r i t h mt o r e a l i z eb e s tc o n f i g u r a t i o no fn e t w o r k e dm a n u f a c t u r i n gc h a i nw h i c ho n et a s kc a ns e l e c tm u l t i p a r t n e r s b a s i n gt h er e s e a r c ho v e r , an e t w o r k e dm a n u f a c t u r i n gp r o c e s sc o n t r o l m o d e li sb u i l tu p i n a c c o r d a n c ew i t hn e t w o r k e dm a n u f a c t u r i n gp r o c e s sm o n i t o r i n gm e c h a n i s m ，ar e v e r s es e a r c h h a r m o n ym e c h a n i s mi se x p o u n dt og r a d u a l l yr e v e r s ec o o p e r a t ea h e a df r o mt e r m i n a lt a s ki n p r o c e d u r es e q u e n c e m u t u a lo p e r a t i o no fw o r k f l o wo fa l l i a n c ee n t e r p r i s e si sb u i l tu pt om a n a g e a n dm o n i t o rt h em a n u f a c t u r i n gp r o c e s so fa l l i a n c ee n t e r p r i s e si nac o l l a b o r a t i o np r o j e c ta p p l y i n g d i s t r i b u t i n gw o r k f l o wa n dl o o s ec o u p l i n gm a n n e lt h r o u g ha n a l y z i n gm a i nc o n f l i c tf o r m si n n e t w o r k e dm a n u f a c t u r i n gp r o c e s s ，as t r a t e g yo f e l i m i n a t i n gc o n f l i c ti sp u tf o r w a r d f i n a l l y , b a s e d o i l t h e p r o j e c t o f c o m p u t e r i n t e g r a t i o n m a n u f a c t u r i n g s y s t e m o f s h a n g h a i t o b a c c o m a c h i n ec o l t d ，t h ei n t e g r a t i n gr u n n i n ge n v i r o n m e n to fd an m c p i sb u i l ta sc h a r a c t e r sa b o u t f u n c t i o na n di n t e g r a t i o na 地d e t a i l e d t h ei n f o r m a t i o na n dp r o c e s si n t e g r a t i o no fa l l i a n c e e n t e r p r i s e si sr e a l i z e d k e y w o r d s ：n e t w o r k e dm a n u f a c t u r i n g ；d y n a m i ca l l i a n c e ；d a _ n m c p ；s e m a n t i cw e b ； m a n u f a c t u r i n go n t o l o g y ；p e t r in e t ；d i s t r i b u t i n gw o r k f l o w w 上海交通大学 学位论文原创性声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下， 独立进行研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本 论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品成果。对本 文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。 本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。 学位论文作者签名：壬盖l 鸯 日期：工岬年1 月二g 日 上海交通大学 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， 同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版， 允许论文被查阅和借阅。本人授权上海交通大学可以将本学位论文的 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 描等复制手段保存和汇编本学位论文。 保密口，在年解密后适用本授权书。 本学位论文属于 不保密豳。 ( 请在以上方框内打“4 ”) 学位论文作者签名：壬王店 日期：2 叼年7 月，r 日 指导教师签名： 日期：口) 年夕月咖 上海交通大学博士学位论文 1 1 引言 第一章绪论 在当今知识经济时代，制造业发生了翻天覆地的变革，跨国公司为主导，制造业全球化， 产业链不断细分，科技中心控制制造中心和制造业信息化、虚拟化、绿色化的趋势不断增强。 2 l 世纪的制造业正在从以机器为特征的传统技术时代，向着以信息为特征的系统技术时代 迈进1 1 1 。 模具工业在制造业中占有重要地位，利用模具制造出的零件，在汽车、飞机、仪器仪表 等机电产品中占6 0 7 0 ；在电视机、录音机，计算机等电子产品中占8 0 以上；在白行车、 洗农机、电冰箱等轻工产品中占8 5 以上。模具生产具有单件加工为主、加工形状复杂、制 造工艺复杂和制造质量要求高等特点。因此模具制造过程对设计技术、加工设备等都提出了 很高的要求 我国除了一些大型的企业集团和专业模具制造商自身拥有雄厚的模具技术力量和制造 能力外，模具企业大都是中小企业，从作坊式的企业成长起来。甚至目前仍有许多模具企业 是作坊式的管理，在模具交货期( t ) 、成本( c ) 、质量( q ) 、服务( s ) 和环境( e ) 等方面问 题层出不穷。面对激烈的市场竞争，落后的管理手段和水平，使模具企业中的管理和技术人 员疲于奔命i l ”。 模具制造是典型的离散性制造。柔性和敏捷性是离散性制造企业充分利用外部制造资 源提高市场反应能力的关键。柔性是制造企业根据客户需求变化及时对生产组织、资源、人 员和业务过程进行动态重组的根本保证，而且很大程度上影响和决定企业快速响应和适应市 场变化的“敏捷性”。制造企业的柔性不仅仅是技术上的柔性，而且更重要的还应具备组织、 管理和人员上的柔性。随着社会、经济以及计算机、通信、网络、人工智能等技术发展，企 业的柔性和敏捷性得到了发展和实现 为了实现企业的柔性和敏捷性，国内外大量的研究人员对2 l 世纪的制造业发展战略进行 了研究，并从不同的方面提出了一系列新思想和新方法。其中包括著名的计算机集成制造系 统( c o m p u t e ri n t e g r a t e dm a n u f a c t u r i n gs y s t e m ) 【2 0 i 、并行工程( c o n c u r r e n te n g i n e e r i n g ) p r 、精益生产( l e a np r o d u c t i o n ) 2 2 1 ，敏捷制造( a g i l em a n u f a c t u r i n g ) 1 2 3 , 2 4 1 、分形企 业( f r a c t a lc o m p a n y ) 【“、全能制造系统( h o l o n i cm a n u f a c t u r i n gs y s t e m ，h m s ) 1 2 6 1 ，虚拟 制造( v i r t u a lm a n u f a c t u r i n g ) 1 2 7 1 希1 动态联盟企业( d y n a m i ca l l i a n c e ) 1 2 8 噜，这些生产 模式的出现，使制造业的运行方式发生了巨人的变化，制造业柔性化、集成化、智能化及网 络化发展到了前所未有的程度。 信息技术和网络技术的迅速发展促进了企业经营管理模式的变革和制造技术的发展，促 进了全球制造业的重组和分工，使单个企业的竞争发展为供应链和企业群体之间的竞争。传 统的组织结构相对同定、制造资源相对集中、以面向产品为特征的制造模式已不适应市场的 要求。网络化制造作为一种新的先进制造模式得到了学术界和企业界的广泛重视。它以市 国 第一章绪论 场为驱动，既有规模生产的效益，又能打破时空阻隔而灵活快捷地在更为广泛范围内组织 各种资源并开展生产经营活动，能快速响应动态多变的全球性市场1 2 - 3 2 1 网络化制造模式以扁平的网络结构来代替传统的金字塔式的递阶结构。以分布协同的控 制方式代替传统的集中控制方式，通过计算机网络将制造企业的各个部分、系统、各个环节 和过程相互联接起来，使企业的各种生产经营活动最大限度地依赖于基于网络的信息交流、 资源共享以及协调与合作。网络化制造能极大地提高企业对基于网络环境的信息获取、融合、 运用和传输及共享资源的能力，以及企业的管理水平和效率。增强企业的对外交流与合作的 能力，使企业具有应对动态多变市场的柔性、敏捷性、可伸缩性和可重组性。 因此，积极开展网络化制造领域的研究已成为制造业发展的必由之路。通过网络化制造 可以把企业上下游业务过程，技术沟通过程，以及企业内部业务管理过程，以i t 形式固定下 来，最终提高企业的经营管理水平，提高企业运转的效率；通过网络化制造可以动态地组合 分散在各个地域的技术优势，分别利用最优的c a d 、c a e 、c a m 技术和制造装备，对整体设计 加工过程提供有力的技术支持，实现全局优化，缩短产品的设计加工周期，最终赢得市场。 1 2 网络化制造及其系统 1 2 1 网络化制造定义及特征 网络化制造是在网络经济下产生并得到广泛应用的先进制造模式。信息技术与网络技 术，特别是因特网( i n t e r n e t ) 技术的迅速发展和广泛应用，促进了网络化制造这一先进制 造模式的研究和应用。国内外专家、学者和研究机构在网络化制造方面进行也广泛研究和应 用实践，取得了丰富成果。 国外研究人员提出的与网络化制造相关的概念有幽“l ：n e t w o r k e dm a n u f a c t u r i n g 、 c o l l a b o r a t i v em a n u f a c t u r i n gn e t w o r k s 、d i s t r i b u t e dm a n u f a c t u r i n g 和e - m a n u f a c t u r i n g 。 他们提出网络化制造( n e t w o r k e dm a n u f a c t u r i n g ) 是利用网络工具和方法实现敏捷制 造，将企业独立的制造过程转化为一个单一的、有效的、跨越整个组织的协同工作流，实现 较大的移动性和连通性。e - m a n u f a c t u r i n g 是通过利用i n t e r n e t 、不受范围限制( 无线、w e b 等) 及可预见的先进信息技术，使制造操控与企业的制造功能对象集成一体的系统方法。 国内研究人员也对网络化制造提出了不同的定义，具有代表性的有： 同济大学张曙教授p ”提出“分散网络化制造的目标是利用不同地区的现有生产资源， 把他们迅速组合成为一种没有围墙的、超越空间约束的、靠电子手段联系的、统一指挥的经 营实体，以便快速推出高质量、低成本的产品。” 重庆大学刘飞教授认为“网络化制造是指基于网络( 包括因特网( i n t e r n e t ) 、企 业内联网( i n t r a n e t ) 、企业外联网( e x t r a n e t ) ) 的制造企业的各种制造活动( 包括市场 逛作、产品设计与开发、物料资源管理、生产加i 过程、产品运输与销售、售后服务等) 及 其涉及的制造技术和制造系统。” 华中理工大学程涛等【4 i l 提出了分布式网络化制造系统的基本组成结构和含义，认为“分 布式网络化制造系统是一种由多种、异构、分布式的制造资源。以一定互联方式，利用计算 2 上海交通大学博士学位论文 机网络组成的，开放式的、多平台的，相互协作的、能及时灵活地响应客户需求变化的制造 系统，是一种面向群体协同工作并支持开放集成性的系统” 清华大学范玉顺教授1 4 2 1 认为：“同络化制造是企业为应对知识经济和制造全球化的挑 战而实施的以快速响应市场需求和提高企业( 企业群体) 竞争力为主要目标的一种先进制造 模式。通过采用先进的网络技术、制造技术及其他相关技术，构建面向企业特定需求的基于 网络的制造系统，并在系统的支持下，突破空间地域对企业生产经营范围和方式的约束，开 展覆盖产品整个生命周期全部或部分环节的企业业务活动( 如产品设计、制造、销售、采购 和管理等) ，实现企业间的协同和各种社会资源的共享与集成，高速度，高质量、低成本地 为市场提供所需的产品和服务。” 上海交通大学严隽琪教授| 4 3 1 认为网络化制造采用因特网为代表的网络技术，使设计制 造各个环节的信息与知识在数字化描述的基础上得到流通与集成，从而使异地的、不同企业 的资源可以共享，从而满足全球化市场用户需求为牵引的快速响应制造活动。 国家科技部在。当前优先发展的高科技产业化重点领域指南( 2 0 0 1 ) m 中指出“网 络化制造是按照敏捷制造的思想，采用因特网技术，建立灵活有效、互惠互利的动态企业联 盟，有效地实现研究、设计、生产和销售各种资源的重组，从而提高企业的市场快速响应和 竞争能力的新模式。” 中国国家计划委员会高技术产业发展司2 0 0 2 年6 月在。网络化制造发展战略研讨会”的 主题报告指出1 4 ，】：“网络化制造是指利用计算机网络，灵活而快速地组织社会资源，将分 散在各地的生产设备资源、智力资源和技术资源等，按资源优势互补的原则，迅速地整合成 一种跨地域的、靠网络联系和统一指挥的制造、运营实体一网络联盟，以实现网络化制造。” 浙江大学顾新建教授嗍、祁国宁教授“1 ，西安交通大学江平宇教授h 8 l 也提出了有关阿 络化制造的概念。 从以上对网络化制造的定义可知，为能够满足在当今时代现代企业发展的需要，其必须 具有以下特征： ( 1 ) 敏捷化，使制造企业( 组织) 具有对动态快速多变、不可预测的市场变化的应变能 力，能够及时响应和适应市场变化，快速、高效地在远比过去更广泛的范用内，乃至全球范 围内组织和优化配置一切可以利用的资源，开展生产经营活动，快捷地将高质量的产品投放 市场。及时优质地满足客户需求，以便赢得市场竞争。强调快速性、柔性和可重组性。 ( 2 ) 柔性化，强调企业组织体系结构扁平化和具有开放性、可伸缩性，管理控制方式 的分布化，以及生产资源、过程的可重构性，以使企业针对不同的生产经营环境可以灵活采 取不同的组织体系结构、动态重构相应的业务过程。 ( 3 ) 网络化，随着i n t e r n e t i n t r a n e t 等网络技术的迅猛发展和普及，逐步实现企业 内部各个层次上的网络化，直至制造企业与外界( 包括其它企业和消费者) 的网络互联互通。 通过企业网络化为制造企业开展设计、生产、管理与营销等过程提供网络运行环境和基础设 施网络化是制造企业信息化、集成化的基础。 ( 4 ) 信息化，利_ i 现代信息技术，通过对信息资源的深化开发和广泛利用，不断提高 企业产品设计与开发、加f ：生产与管理、过程控制、质量监测、经营管理、决策、行销以及 售前和售后服务等的信息处理自动化程度，运作效率和水平，进而提高企业经济效益和企业 市场竞争力的过程。 第一章绪论 ( 5 ) 集成化，在强调分布性的同时，更追求制造企业的系统性、整体性和总体最优化， 所以应在企业网络集成、信息集成的基础上实现功能集成和过程集成，进而在企业之间、企 业与消费者间实现全面集成。 ( 6 ) 智能化，是在制造生产的各个环节中。以一种高度柔性和集成的方式，通过计算 机模拟人类专家的智能活动，进行分析、判断、推理、构思和决策，旨在取代或延伸制造环 境中人的部分脑力劳动，并对人类专家的制造智能进行收集、存贮，完善、共享、继承和发 展。强调整个制造过程、系统的自律白组织能力，以及决策过程的自动化 本文认为f 目络化制造是为了应对知识经济和制造全球化的挑拢，利用先进的信息网络 技术特别是i n t e r n e t 技术，建立在敏捷制造模式和企业信息集成上，利用协作平台。实现 设备，人力、技术等资源的最优配置，对产品全生命周期内活动实现有效监控、评估和决 策，从而提高企业的市场快速响应和竞争能力 1 2 2 网络化制造系统 网络化制造作为未来重要的制造模式，引起了世界各国政府、企业界和研究机构的广泛 重视。特别是从2 0 世纪8 0 年代初期开始，各国政府、企业界和研究机构设立了一系列与网络 化制造相关的研究项目，有力推动了网络化制造技术的发展【柏，辑”1 。例如，美国里海大学 的美国2 1 世纪制造企业战略( 1 9 9 1 ) 、美国国防部和科学基金会资助的“下一代制造” ( 1 9 9 5 ) 、欧洲联盟的“第五框架计划”( 1 9 9 8 2 0 0 2 ) 和“第六框架计划”( 2 0 0 2 2 0 0 6 ) 、 美国国际制造企业研究所发表的美国一俄罗斯虚拟企业网( 1 9 9 7 ) 、韩国的“网络化韩 m 2 1 世纪计划”( 1 9 9 9 ) 和英国剑桥大学正在进行的“全球制造虚拟网络”等。他们对网络 化制造的理解和研究重点各不相同，各具特色。 美国国防部高级研究计划局( d a r p a ) 的敏捷制造网络研究项目i s s ) 致力于制造系统国家 信息基础架构的研究和开发。在该基础架构中，制造企业能共享资源和应用服务，并通过多 代理系统来执行实际制造和制造商务中的各种活动，通过基于知识的系统来完成产品的可制 造性评估，以满足生产调度和规划的要求。 由意大利c a m z z i 研究小组承担的包括欧洲、美国、南美洲、俄罗斯、远东等多个国家、 地区参与的e v e n t 项目的研究出发点就是通过构建虚拟企业网实现不同地区的信息、技术、 资源、服务的集成和共享，并在此基础上构建扩展的敏捷供应链。 i m s 国际合作研究计划中的“网络化制造基础与技术项目”( n e t w o r k e dm a n u f a c t u r i n g f o u n d a t i o n sa n dt e c h n o l o g i e s ，n e 仰o r k s ) ”p 埘，由加拿大l a v a l 大学的s o r c i i e r 研究中 心牵头，主要研究目标是建立网络化制造的基础和使能技术。预期的主要成果有：网络工程 技术，包括设计、优化和仿真技术以支持网络化制造组织的设计和工程实施以及战略管理计 划；网络操作技术，包括操作计划和i 控制技术，以支持产品开发过程、产品的传输过程、产 品再生过程、制造和后勤能力开发过程；学习技术，以支持网络化制造组织在世界范用内的 进化等。 n e t m a n 项目岬1 的目标是开发一个支持敏捷制造网络的操作系统，提供一个网络化制造 系统框架和一个系统的业务框架，支持在动态环境中敏捷制造网络的运作。该项目提出 4 上海交通大学博士学位论文 n e t w a n 中心和n e t m a n 网络新概念，使其不同于其他的分布式制造方式，如生物型制造和合弄 制造系统 中国一欧盟科技合作项目。基于开放网络的交互式工程门户系统的研究与开发” ( d r a g o n ) 项目，其目标是开发一个基于i n t e r n e t 的交互式工程入口，使企业进行必要的信 息交换和共享工程数据，使位于不同地理位置、具有不同文化背景的企业实现网络化制造的 全过程。 美国通用电器公司发表了。计算机辅助制造网络”( c o m p u t e r - a i d e dm a n u f a c t u r i n g n e t w o r k ) 州1 的结构和应用，其目标基于万维网提供多种制造服务，使得成员企业能够通过 万维网快速联结和相互传递，共享分布的制造信息。 网络化制造作为推动我国制造业发展的先进的制造模式，在国内也引起了我国专家、学 者的极大关注，对网络化制造的类型、组成等关键问题作了深入研究。科学技术部于1 9 9 9 年将“网络化制造在精密成形与加工领域的应用研究及示范”课题列入“九五”国家重点科 技攻关计划，以模具为重点展开应用领域的研究，力图从理论与实践上，研究分散网络化制 造的实现方法及其关键技术。国家8 6 3 计划c i m s 主题专家组也较早认识到网络化制造这种新 的生产模式绘制造业带来的变革和机遇，有计划地部署了一系列课题。国内的关于网络化制 造的主要研究有： 华中理工大学提出了“基于a g e n t 的分布式网络化智能制造系统”【4 l ”。其目标是将地 理位置和逻辑上分布的制造系统，通过a g e n t 连接到计算机网络中，提高各制造系统的信息 交流和合作能力，从而实现制造资源的共享，提高企业的市场响应能力和竞争优势。 广东工业大学、香港理工大学和东莞市科委合作开发和实施的“中国制造协作网”( c m c 网) 。其目标是为珠江三角洲的中小型企业提供技术协作、制造协作和业务协作的基于互联 网的支持平台，实现制造资源的共享和业务协作的动态联盟，提高该区域的制造业竞争能力。 贵州工业大学的谢庆生教授提出了基于a s p 模式的网络化制造系统结构i o j j ，并针对我 国发展网络化制造的实际情况着重讨论了基于a s p 模式网络化制造的发展策略。 重庆大学于1 9 9 8 年较早提出“区域性网络化制造系统”的概念岬j ，并于2 0 0 0 年承担了 国家8 6 3 项目“区域性网络化制造系统及应_ i l j 示范工程预研项目”。 相对国外在网络化制造方面的研究，国内在这方面的理论研究和实际使用尚处于起步 阶段，目前研究主要集中于网络化制造系统的构建策略方面，提供集中式服务平台供不同 企业传递相关制造信息，但在制造资源的搜索、评估，配置和控制等网络化制造系统核心 技术方面研究相对较少 1 3 面向动态联盟的网络化制造协作平台 1 3 1 面向动态联盟的网络化制造系统 近几年来，由于信息技术和网络技术，特别是i n t e r n e t 技术的迅速发展和广泛应川，使 按照敏捷制造思想，通过建立动态企业联盟，实现制造资源最优的网络化制造先进模式已成 5 囝 第一章绪论 为当前制造业研究的热点之一。 根据企业组织形态和运行模式的特点，现代制造企业可分为独立企业、企业集团，动态 联盟、制造行业、制造区域等类型。针对不同企业类型，应建立相应的网络化制造系统模式， 包括面向独立企业的网络化制造系统、面向企业集团的网络化制造系统、面向动态联盟的网 络化制造系统、面向行业的网络化制造系统以及面向区域的网络化制造系统【4 9 j 。 面向动态联盟的网络化制造系统以市场订单为驱动，以联盟企业资源优化组合为核心， 以利益分配为基础，以项目管理为纽带，以计算机网络和面向动态联盟网络化协作平台为支 撑，充分发挥联盟企业各自的专长，利用已有技术和生产条件完成新产品的开发和生产。面 向动态联盟的网络化制造系统的建立已成为企业合作模式下的主要发展趋势之一本论文 研究的对象就是面向动态联盟企业的网络化制造系统 1 j 1 1 动态联盟企业形态和特点 动态联盟”是企业为了快速响应出现或根据预测即将出现的市场机遇而联合其他企业 组织的公司或集团( 利益共同体) 。它是某一时间阶段、某一市场需求的产物。它强调通过 企业间的利益共享和风险共担，建立联合竞争、共同盈利的合作机制。这个联合是动态的， 它有一定的生命周期。动态联盟的发起者是最早意识到这一机遇存在的企业，或者是这一未 米产品的关键技术的持有者。 动态联盟企业的目标与传统企业一样，追求最大的市场份额和利润。动态联盟企业具有 适合制造环境变化的柔性、不断发展的竞争力和制造资源、适合市场约束的企业规模和不断 f 儿化全球供应链的目标p l ”。与传统的企业组织方式相比，动态联盟企业具有以下特点： ( 1 ) 市场特性。产品或服务的要求直接来源于用户或企业，也可来源于新兴市场机遇。 ( 2 ) 生产特性。动态联盟企业的生产是根据市场特性基于共同合作和信息管理而建立的。 因为及时响应市场是联盟企业的核心，所以生产过程必须尽量采_ h j 并行工程和合作制 造方法。当不同人员在同一时间进行协同工作时，实时联系非常关键。 ( 3 ) 协作目的。合作伙伴的协作一般基于技术、商业体系、生产能力和资源共享等 ( 4 ) 联盟企业动态性。他们的生命周期较短，联盟企业具有较强的协作性和柔性。 1 3 1 2 动态联盟企业运作的基本组织模式 网络联盟企业是一个由许多盟员企业构成的网状结构，这个网络结构告知我们如何实现 对它的控制和利用。同类型的企业构架方式不同，它们的网络联盟系统也存在差异，运作模 式也不相同p 。从广义上讲，网络联盟企业的基本组织模式可以分为三种。 ( 1 ) 盟主型 这是网络联盟企业的早期的一种常见模式。由于传统制造模式和市场占有不均的惯性作 用，多数市场机遇被那些技术力量雄厚的企业所抓住。这些企业成了产品概念设计和详细设 计的责任者，它们为了最人地获取利润，愿意把那些原材料消耗人，成本高、加i ：复杂、利 润低、易污染环境的部分转包给其它企业，从而形成围绕某一产品的网络联盟企业。在这种 联盟中，前者在产品设计和利益分配上占有主导地位，产品的大部分知识产权被