（机械制造及其自动化专业论文）面向中小型线束企业的管控一体化研究.pdf

上海大学硕士学位论文 摘要 面向订单的线束制造过程，需要解决线束生产现场黑箱操作、数据传输效 率低、应用间信息孤岛的问题；同时技术的发展也对企业管控一体化提出了动 态联合、易于扩充和变动灵活的要求。论文的主要研究工作是基于网络技术解 决设计、控制和管理信息的分离、基于w e b 服务技术解决系统、平台异构和基 于s 9 5 标准解决应用间信息异构等三个技术体系组成的中小型线束企业管控一 体化的综合解决方案，以实现线束企业设计、制造、管理信息的集成化管理， 线束的一体化生产。全文按照以下思路展开： 分析比较现有的管控一体化体系结构，根据中小型线束企业的特点，提出 恰合中小型线束企业的管控一体化模型。在此模型的基础上创建了基于w e b 服 务技术体系的中小型线束企业管控一体化框架。设计了线束设备互联方案，为 设计、制造、管理信息集成提供物理数据通道。提出了线束设备数据采集策略， 使得线束生产现场实时信息能够有效地传递给管理信息系统、设备操作指令自 动下发给设备，解决了中小型线束企业生产现场黑箱操作和数据传递效率低的 问题。基于$ 9 5 标准对线束制造过程信息进行科学归类，为建立线束企业管控 信息集成规范奠定基础，按照信息集成规范的研究方法基于已有b 2 m m l 规范 制定线束企业的信息集成规范，归纳了线束企业集成规范的分层结构和制订原 则，并将上述理论、方法应用于集成规范的制订中，并提出s 9 5 标准应用于线 束企业的应用策略。深入研究了论文框架中w e b 服务的分类设计和接口设计， 分析了异构信息集成的映射策略和实现方案，就服务和集成规则的注册方法和 机制予以探讨，设计了基于服务和集成规则注册进行服务查找、调用、数据转 换的具体方法和步骤，为中小型线束企业管控一体化提供了一套完整解决方案。 最后，将基于管控一体化框架设计实现的原型系统应用于某电子有限公司， 该系统的应用结果表明中小型线束企业管控一体化框架是可行的并具有不错的 实用价值。 关键词：管控一体化，信息集成，集成规范，w e b 服务 v 上海大学硕士学位论文 a b s t r a c t i nt h ep r o c e s so fh a r n e s sm a n u f a c t u r i n gw h i c hi sm a d et oo r d e r , t h ep r o b l e m s s u c h 邪o b s c u r eo p e r a t i o n , i n e f f e c t i v ed a t at r a n s m i s s i o na n di n f o r m a t i o n i n d e p e n d e n c e s h o u l db es o l v e d w i t ht h e d e v e l o p m e n t o ft e c h n o l o g i e s ， m a n a g e r n e n t - c o n t r o ls y s t e ms h o u l dm e e tt h en e e do fd y n a m i c 、e x t e n s i b l ea n d f l e x i b l e t h ec h i e fr e s e a r c ho ft h i sp a p e ri sas o l u t i o nw h i c hi sb a s e do nn e t w o r k t e c h n o l o g y 、w e bs e r v i c ea n ds p 9 5t os o l v et h ep r o b l e m ss u c ha ss e p a r a t i n gd i f f e r e n t s o r t so fi n f o r m a t i o n ，i n t e g r a t i n gd i s t r i b u t e da n dh e t e r o g e n e o u ss y s t e m ，i n t e g r a t i n g h e t e r o g e n e o u si n f o r m a t i o n , a n d t h e nt or e a l i z ei n t e g r a t i o n m a n a g e m e n to f d e s i g n i n g 、m a n u f a c t u r i n ga n dm a n a g e m e n ti nt h eh a r n e s se n t e r p r i s e t h em a i n c o n t e n t so f t h ep a p e ra r ea sf o l l o w s ： i na c c o r d i n gt oc h a r a c t e r i s t i co ft h es m a l l m i d d l eh a r n e s se n t e r p r i s e ，t h ep a p e r a n a l y z e st h es 饥1 c n l r eo f t h ee x i s t i n gm a n a g e m e n t - c o n t r o ls y s t e m ；a n dp u tf o r w a r da n o wm a n a g e m e n t - c o n t r o ls y s t e ms t r u c t u r e i nt h eb a s i so ft h i ss t r u c t u r e ，t h i sp a p e r f o u n daf i a m e w o r kw h i c hi sb a s e do nw e bs e r v i c e a d d i t i o n a l l y , ap r o j e c tf o r u n i t i n gt h eh a r n e s se q u i p m e n t si sd e s i g n e dt ob u i l dt h ec h a n n e lt oi n f o r m a t i o n i n t e g r a t i o n as t r a t e g yo f d a t ac o l l e c t i o nt oh a r n e s se q u i p m e n t i sp r o p o s e dt ot r a n s f e r i n f o r m a t i o na n di n s t r u c t i o nt oe q u i p m e n ta u t o m a t i c a l l y b a s e do ns 9 5s t a n d a r d ，t h e p a p e rc l a s s i f i e sm a n u f a c t u r i n gp r o c e s si n f o r m a t i o n a c c o r d i n gt oc r i t e r i o no f b 2 m m l ，t h et h e o r yo fi n f o r m a t i o ni n t e g r a t i o ns p e c i f i c a t i o ni sp r o p o s e d a n dt h e n t h es o l u t i o n so fs 9 5i nh a r n e s se n t e r p r i s ea r ep r o p r o s e d t h em e t h o d so fw e b s e r v i c e sc l a s s i f i c a t i o na n di n t e r f a c ed e s i g na r ee x p l a i n e da n dm a p p i n gs t r a t e g yo f h e t e r o g e n e o u si n f o r m a t i o ni n t e g r a t i o n i s a n a l y s e d t h e nt h ep a p e rd i s c u s s e s m e c h a n i s ma n ds t e pf o rs e r v i c e sa n di n t e g r a t e dr u l e s e n r o l l m e n t , d i s c o v e r i n g a w h o l es u i to f s o l u t i o ni sp r o v i d e df o rs m a l l - m i d d l eh a r n e s se n t e r p r i s e a tl a s t , t h ep r o t o t y p es y s t e mb a s e do na r c h i t e c t u r eo fp a p e ri sa p p l i e dt oa e l e c t r o n i c sc o r p o r a t i o n , t h er e s u l t so ft h i sa p p l i c a t i o ni n d i c a t et h ef e a s i b i l i t ya n d s e r v i c e a b i l i t yo f t h ei n t e g r a t e da r c h i t e c t u r ep a p e rp r o p o s e d k e y w o r d s ：i n t e g r a t i o ns y s t e mo f i n t e g r a t i o n ，i n t e g r a t i o ns p e c i f i c a t i o n ， m a n a g e m e n ta n d c o n t r o l ，i n f o r m a t i o n w 曲s e r v i c e v i 上海大学硕士学位论文 原创性声明 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。 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发 表或撰写过的研究成果。参与同一工作的其他同志对本研究所做的 任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。 本论文使用授权说明 本人完全了解上海大学有关保留、使用学位论文的规定，即： 学校有权保留论文及送交论文复印件，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。 ( 保密的论文在解密后应遵守此规定) n 上海大学硕士学位论文 第一章绪论 1 1 管控一体化的提出 随着市场竞争的激烈化，客户在产品的质量、成本、交货期等方面提出越 来越高的要求，因此对企业信息化技术提出了新的挑战。随着e r p ，d c s 、集 成制造等先进生产模式的采用和推广，制造商发现企业仍有许多问题改善程度 有限，或完全未达到预期目标。e r p 软件缺少足够的车间层自动化控制信息， 无法做到与控制系统紧密相连，不能实时获取、分析、处理生产现场的各类与 产品、生产相关的信息。同时车间层的d c s 、f c s 等先进自动化设备也在不断 发展，由于缺乏足够的企业管理支撑信息，也不能实现对生产的管理与控制。 控制系统如何与企业管理信息系统集成? 管理与控制系统集成又称为管控一体 化研究，越来越多受到重视。 管控一体化是随着近年来制造业信息化发展而来的，其本身不是一个孤立 的概念，而是一个随着企业生产力的发展而不断扩充的体系。在历史上，管控 一体化的内涵涉及到综合自动化、m r p 、e r p 、m e s 等诸多概念，而这一切都 源自于制造业信息化的鼻祖c i m s 。 。 面对诸多系统和概念，本文对管控一体化的定义为：制造企业级集成系统， 是将企业内现场控制、经营管理、管理执行等各层次的智能设备与计算机系统 互连，形成多层次企业网络，建立集成的、开放的、全厂综合自动化的规范信 息平台，有序汇集企业横向( 同一层不同节点的通信) 和纵向( 上、下层之间的通 信) 信息流，通过对经营决策、管理、产品设计、制造过程、现场控制等信息的 综合处理，实现信息和数据共享，从整个企业角度实现各业务流程的优化，从 而达到降低企业制造成本、提高资源利用率、加快产品上市时间的目的。 其中i v i e s ( 制造执行系统) 为企业管控一体化的重要组成部分。本文定义 m e s 为位于上层的计划管理系统与底层的工业控制之间的面向车间的管理信 息系统。 管控一体化与其他先进制造模式的产生和应用背景一样，也是需求与技术 双轮驱动的结果。需求是管控一体化产生和应用的基础，技术是管控一体化的 使能条件。对管控一体化的需求一方面来自于市场竞争的压力，另一方面来自 于企业提高自身生产经营管理水平的需要。控制技术与信息技术，尤其是管理 信息技术的迅速发展和广泛应用，促进了管控一体化的研究和应用。 就信息技术方面而言，建设企业管控一体化的基础与核心任务是数据集成， 上海大学硕士学位论文 或者说是标准化、规范化的信息资源管理，只有在这个基础上才能建立和运行 管控一体化系统。所以，企业要想建立真正的管控一体化，基础与核心任务是 数据集成。所以我们可以这样说：计算机和网络环境的集成是企业管控一体化 实现的硬件基础，而企业的数据集成或企业信息资源管理是企业管控一体化的 软件，也是企业管控一体化的核心部分。因此在进行企业管控一体化的时候， 时刻不能忘记管控一体化的目标是有效的处理数据。 目前，企业自动化系统信息中生产控制信息约占8 5 ，管理信息只占1 5 。 随着管控一体化的实施，在未来的企业中，控制信息将由8 5 下降到4 0 ，管 理信息从1 5 上升到4 0 ，管理信息将成为企业的重要资产，其他信息占2 0 。 由此可见：管控一体化关系着企业的竞争力和生存寿命，是企业经营和发展的 紧迫需要，是制造企业信息集成的一种生动形象的名称，它从企业业务流程角 度准确传神地描述了制造业信息化的关键，体现了企业整个制造过程各制造系 统分散与集中的统一、自治与协同的统一、混沌与有序的统一。 1 2 管控一体化的发展与现状 管控一体化的关键和核心是m e s 。所以，关注管控信息系统的发展和研究 状况基本上就是看m e s 的发展和研究状况。 国外的m e s 研究主要包括如下几个方面： ( 1 ) 适用于各种不同生产环境的专用m e s ，如应用于半导体和m e m s 车间， 强调调度和资源优化的a h e a dm e s t l l ，适用于f m s 系统的m e s l 2 1 。它们针对 车间某些特定生产问题提供有限的功能和自成一体的相应软件系统，具有实旋 快、投入少等优点，但通用性和可集成性差。 ( 2 ) 集成化m e s ，如用于半导体制造企业的m e s 系统【3 1 。它通过采用统一 的逻辑数据库和产品及过程模型为特定车间环境提供了更多的应用功能，但仍 缺少通用性和广泛的集成能力，难以随业务过程变化重新配置。 ( 3 ) 可集成的m e s ，如用于虚拟企业的n i i p s m a r t 4 j 。它应用面向对象技 术和模块化应用组件技术，使系统具有便于客户化、可重构和可扩展等特性。 ( 4 ) 智能第二代的m e s 解决方案【5 】，其核心目标是通过更精确的过程状态 跟踪和更完整的数据记录以获取更多的数据来更方便地进行生产管理和改善系 统性能，并通过分布在设备中的智能来保证车间生产的自动化。 ( 5 ) 可扩充的m e s ，如日本信息促进委员会和一些企业伙伴( 如s o f i x 有限 公司等) 支持的o p e n m e s 项目【6 】。它主要应用了面向对象框架方法，并对m e s 的每个功能组给出了对象模型、部件模型和部件协作关系。而且为了实现框架 2 上海大学硕士学位论文 无关性，采用了j a v a 和c o r b a 技术。 ( 6 ) 面向大规模定制生产的m e s ，如欧联盟资助的i m s 和i s t 项目之一 p a b a d i s l 刀( p l a n ta u t o m a t i o nb a s e do nd i s t r i b u t e ds y s t e m s ) 。它不仅提供一般 m e s 的功能，而且通过更为关注每个产品的整个开发过程，对产品实现更好的 生产控制，具有柔性自动化、容错、可重构和真正面向产品的特点。这种m e s 综合应用软件a g e n t 和网络技术，便于分布的资源提供者和消耗者通过合作获 得尽可能好的生产计划。 我国国家“十五”8 6 3 计划将i v i e s 作为重点研究课题进行资助，取得了一批 研究与应用成果。杨建军等提出面向敏捷制造的车间先进管理控制系绀引。中国 科学院沈阳自动化研究所的于海斌等提出了可集成制造执行系统的体系结构、运 行机制和开发方法，并对该系统的市场进行了分析与预测【9 1 。刘晓冰等为解决车 间生产管理软件通用性和可移植性差的弊端，研究了可重构的m e s 1 0 】。它基于 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代理技术，提 出了适用于制造行业的车间制造执行系统平台的体系结构，以实现快速重组车间 生产业务过程和适应企业敏捷化生产的需要，增强车间生产管理软件的可扩充 性、可重构性和可移植性。 总体来说，与西方发达国家相比，我国无论是在m e s 技术深度与应用广度上 都存在较大差距。十一五期间，离散制造m e s 将作为8 6 3 计划m e s 研究与应用的 重点。 当前的m e s 技术实现管控系统集成主要是通过a p i 函数来实现信息在各个 层次和各个系统之间的传输和交互。展望中的m e s 技术构想用人工智能领域中的 a g e n t 技术来实现系统之间的信息交互。不管是目前使用的a p i 技术，还是展望中 的a g e n t 技术，将管理系统和控制系统集成的时候，前提都是系统结构甚至代码 对集成商来说是透明的。也就是很好的将异构系统、异构数据库、异构层次集成 起来，通常采用的集成方法有以下两种： ( 1 ) 在一个通用的环境中重新开发现有的系统，使得他们能够共享相同的表 达方式、推理机制以及知识的语义。通常是利用现行的部门或行业标准来实现。 ( 2 ) 构造一个框架，使得现有的系统能够以尽可能少的修改来合成为一体、 从而实现彼此的通讯和合作。通过增加一个同构的层次结构，将各个系统之间的 交互在这个层次上进行，这样一方面可以利用以前的信息资源、另一方面又可以 以较小的代价实现各个子系统之间的交互【1 1 1 。 这两种方法各有所长、适用面各不相同。对于现在企业中采用m e s 将多层系 统集成，现实中更倾向于采用第二种方法，其优势在于能够充分利用现有的系统， 以较低的代价解决系统集成问题。 上海大学硕士学位论文 1 3 中小型线束企业的特点及其管控一体化的现状 1 3 i 中小型线束企业的特点 汽车工业的不断发展促使线束产业得到快速提升，汽车线束主要是以金属 端子与导线线材、密封圈等经压接加工后组装成线束部件应用于汽车中，是整 车的神经系统。近年来，随着电子信息产业的飞速发展、制造业专业分工细化 和先进制造技术的影响，除了汽车工业外，在家电、通讯、计算机、工业设备 以及各种消费类电子产品等批量制造行业，也改变了传统的配线方式而采用配 套线束产品，线束及相关产品也逐步形成了行业标准。目前，线束产品已被普 遍认为是一种具有广阔发展前景的大类产品。 国内线束生产所形成的熟练技术能力及材料配套能力已吸引了美国、日本、 欧洲、台湾等地区的整机和线束配件厂商纷纷将线束产品相关加工厂办到了国 内，因此国内已经成为具有一定特色的国际线束加工基地，在经济发达的省可 达一、二百家。 国内的线束企业大部分为中小型企业，他们具有自己独特的特点： ( 1 ) 中小型线束企业比大型的线束企业面临更激烈的市场竞争，企业要想凭 借利润率不高的线束产品在市场上占有一席之地，就必须大幅降低成本、加大 产量、提高生产率来获取一定的利润。 ( 2 ) 随着轿车家庭化、家用电器平民化，对汽车、家用电器等整机的配置要 求也将愈来愈多样化、复杂化、非标准化，线束厂生产几万套、甚至几十万套 完全一样线束的局面将被打破。线束生产呈现出“多品种，小批量”的特点， 线束产品和服务都在走向定制化。 ( 3 ) 由于客户需求变化越来越快，线束企业的订单变化频繁、物料替代复杂。 ( 4 ) 线束作为汽车、家用电器的中枢神经，对质量要求比较高，很多整机厂 对线束企业的质量要求苛刻n i p p m 。而且一旦线束产品出现质量不符合事件， 很难修复使用，高质量事故直接导致企业过多的浪费。 ( 5 ) 线束的产品结构复杂，涉及多种电子元器件，不能像机械产品一样很容 易地明确区分零组件的父子关系。 ( 6 ) 线束产品相对简单，工艺路线也不是很复杂。 ( 7 ) 中小型线束企业的自动化程度偏低，企业内人员素质总体水平不高，企 业的资金和技术力量相对薄弱。 ( 8 ) 中小型线束企业正处于成长阶段，企业的内外部环境处于不断的变化和 发展中，与整机厂有一定的附属关系。 4 上海大学硕士学位论文 1 3 2 中小型线束企业管控一体化现状 我国线束行业面临的新的历史机遇是用信息技术和其他先进适用技术改造 线束生产过程和企业管理体系，进一步提高线束行业的整体素质和国际竞争力。 信息化大潮对线束行业产生了一定程度的影响，目前在全面信息化建设方 面已取得阶段性成果的线束企业为该行业中的大型企业，如德尔福、莱尼等， 中小型线束企业的进展并不快。由于各个线束企业的技术水平参差不齐，线束 加工设备涵盖了手工生产的半自动化设备、计算机控制的单机自动化装备，如： 电脑自动剥线机、全自动开线压接机等；以及具有监控系统的先进自动化系统； 信息化程度涉及手工设计、计划、统计到个别部门应用信息化软件，如财务系 统、c a d 系统、小型e r p 系统，以及大型企业的计算机集成制造系统。按照 企业的技术水平和管理水平，线束企业的信息化现状如下表： 企业规模 主要产品。 信息系统r 低蝴产品如家电线柬一般有办公自动化，财务电算化等系统，无 小型一 等一阿络。 中档产品如仪表线柬；一般已经架设办公阿络，有c a d 、中低档卫靴 中型一出口产品如低价汽车和办公自动化系统有部分全自动设备，但 线柬一基本没有联眄一 基本实现计算机集成制造。一 高档产品，主要是中高 管理和技术屋聂蔫c a d 、c a p p 、c a m 、p d m 、 大型。 级汽车配套线柬，e r p 、c a q 、工作流等系统：车间层有m e s 系统；生产现场实现设备联同一 表1 1 线束企业信息化现状 1 4 中小型线束企业管控一体化的目标 很多大型线束企业在全球生产制造集成化和信息化潮流的带领下，采用先 进的生产经营管理模式和信息系统，利用高速发达的信息技术协调各部门的业 务活动，提高企业经营效率和市场占有率。大量中小型线束企业，随着业务规 模的快速增长和海外订单的逐渐增多，也开始规划和实施先进的生产与管理信 息系统，并呈现出越来越多的需求。 为减少浪费大量中小型线束企业积极引入先进的精益生产管理模式，通过 包括“看板”在内的一系列手段管理和组织生产，有效控制整个制造过程中在 制品和原材料的库存量，但企业对市场的反复变化并不能做出快速而有效的回 应。为提高企业的业务效率和信息透明度，获得与国际客户合作的机会，他们 也开始实施e r p 系统。但e r p 的使用并没有改变企业生产现场的黑箱操作。 激烈的市场竞争使得中小型线束企业的生存和发展受到多个方面的威胁： 5 上海大学硕士学位论文 ( 1 ) 、生产设备之间形成诸多“自动化孤岛”。部分中小型线束企业虽己基本 实现了基础自动化，但这些自动化系统都是以单元生产设备为核心进行检测与 控制的，生产设备之间形成诸多“自动化孤岛”。线束生产的特殊性也决定了， 线束生产企业或多或少还存在一些半自动化的设备和手工操作工序，这些设备 或工序和自动化设备之间也会形成“信息孤岛”，这种“信息孤岛”式的单机自 动化缺乏信息资源的共享和生产过程的统一管理。 ( 2 ) 、计划与控制自动化之间存在间隙。企业的上层管理者不能及时、直观 的了解生产现场的运行情况，中小型线束企业传统的生产现场管理是一黑箱作 业：控制与管理脱节，无法实现信息共享。 ( 3 ) 、计划与执行之问存在时空间隙。中小型线束企业急单、插单和订单取 消等现象经常发生，客户需求无法精确控制，制造环境也经常动态变化，设备 出现故障或者被占用、前期出现不合格品等会造成数量变化和生产秩序混乱， 导致原来计划的失效。 ( 4 ) 、生产数据传递的及时性和准确性不够。目前，大部分中小型线束企业 生产现场数据的收集、整理通过纸制报表传递，由相关人员录入到管理信息系 统或直接提供报表给决策人员查阅；管理信息系统的生产计划或工程技术系统 的图纸、工艺路线等信息也不能自动传递到生产现场。信息的可靠性差、传输 效率低也会导致生产现场协调调度不及时，影响产品产量和合格率。 线束企业必须利用有限的资金投入，排除发展过程中面临的各种威胁，优 化产品结构，实现高质量、低能耗、低成本的生产，方能在竞争中获胜。这就 要求生产在向高速化、自动化发展的同时，必须实现实时高效率的生产管理， 提高企业的决策管理水平，并加强生产管理和各生产环节之间的衔接，充分发 挥现有资源的生产能力，对市场的变化做出快速响应，以解决中小型线束企业 中普遍存在的生产现场黑箱操作造成的生产成本高、反应速度慢，以及信息传 递缓慢导致的工作效率低等方面的问题。 为了改善现状，本文提出新型中小型线束企业管控一体化框架模型，其主 要目标： 采用新模型、新技术降低管控一体化巨额实施成本，消除中小型线束 企业信息化的最大障碍。 更加关心系统的快速实施、易操作性和快速获得收益，减轻由于r r 技 术经验缺乏等诸多使用限制。 具有良好的灵活性和扩展性满足企业不断变化发展的需要；有效 协助企业在快速应对市场变化的前提条件下准时提供质优价廉的产品 和服务，获取丰厚收益。 6 上海大学硕士学位论文 既面向中小型线束企业的共同需求，同时又可满足企业个性化特点， 以适应不同自动化技术水平与信息化程度的线束企业。 本文重点针对大量中小型线束企业的需求，寻求一条提高企业生产效率和 竞争力的低成本的信息化道路。 1 5 论文研究的意义 由于线束功能的多样化，装配厂对零件厂即时提供合适零配件的要求将彻 底打破传统的生产方式和供货方式。目前较有实力的线束厂都已向装配厂所在 地集结，以适应快速反应的要求，在美国和欧洲，线束厂的供货时限己缩短到 九十分钟。此外，由于全自动带检测的高性能压接机的问世、新工艺的出现、 新设备的完善、以及整车工程更改频繁、供货周期缩短，传统、作坊式、手工 操作的线束生产方式将逐渐被淘汰。我国线束行业虽己形成了较为完整的生产 体系，但其技术、装备和管理水平仍然是落后的。线束制造技术与国外相比还 存在一定的差距，如图1 1 所示。 制造技术控制技术 钽 基础元件制造技术线柬制遗技术检测控制过程控制 代 导线端子基壅 压接 装配基的 手段 方法 有箍性 p v c 绝缘层铜质、铣质平 熟固性酚醛 铙接挂锤 外理人工目翱低压 认为外形特征 钎焊不可控散装人工把关差 多股芯线片堑鼍断直漉回路 为对插基座压接 阻燃性绝缘锅台金材料、 热塑性塑料可控式压接 单一工装抗拉强度 普通拉力机， 敷理统计可琢警 层，多胜1 譬复针孔型、片簧扳，简单流 执撕强度 芯线型，音叉性 带自镬装置趣声碹焊接电桥控制图可控制 水线 电压降 全环保性薄壁 复合型锕台金 全环慑性塑 零位移斑术 逻辑关系，气 由i c 卡控 束绝缘层，高密 局部凉复组 料二次镄紧 可控式压接， 娃，。平 徽机 制设备自圩 度多股芯线合结梅型装置，气密栓 剩礁接密性，鞋干扰 台。技术动检蔫 当前 国外 专用功能导 信：i 兰证竺嚣雹害制 全特性计算机同络控 线光缆 导电靠腔软性线路板零缺陷加工 现状 制不符合白毁 图1 1 我国线束制造技术的发展过程及与国外的差距 线束行业为我国国民经济的重要产业之一，为国民经济的持续发展做出了 积极的贡献。如何赶超国外先进的线束制造技术，提升我国线束企业特别是中 小型线束企业在全球化市场中的竞争力，是我们发展经济不得不考虑的问题。 管控一体化系统已经在许多主要的大型制造企业成功运行，这些系统的成 功实施，为这些企业带来了巨大的经济效益；经过统计，该系统的经济价值如 下图所示： 7 上海大学硕士学位论文 图1 2 管控一体化系统的经济价值 随着国内企业信息化应用水平的不断提高，中小型线柬企业也逐渐认识到 通过管控一体化来实现企业信息的全面汇通，形成实时化的生产管理和线束设 计是提高企业敏捷性和快速应对市场变化的一个重要因素。 下游客户的苛刻需求和订单的不断变化、按订单生产的生产方式为中小型 线束企业面临的生存环境。在这样的环境下实现中小型线束企业的管控一体化 具有重要的意义： ( 1 ) 将管控一体化引入中小型线束企业，使企业的销售部门能及时掌握车间 的实时生产情况，避免签订不合理的合同、避免出现合同价格低于生产成本、 交货期根本无法保证等问题；生产调度人员能及时掌握生产的历史情况和实时 数据，方便根据实际产能进行小订单合并，制订科学合理的生产调度计划，对 生产部门进行科学指挥与协调；生产部门也能及时掌握当前的各项订单情况、 生产计划指令，快速准确的根据调度计划安排班组生产。 ( 2 ) 在中小型线柬企业引入管控一体化，可以加强成本管理和综合调度。线 束企业本身利润薄，要想获取丰厚的利润必须降低产品成本，可以通过管控一 体化加强对原材料、水电气、人员和设备工时的全面监控与调度。采集相关消 耗的实时数据，管理与分析相关数据，制定出合理的考核指标；综合调度管理 各种资源，发挥其最大效益；综合管理生产现场，减少次品、废品和不必要的 损耗，避免无效劳动。 ( 3 ) 在中小型线束企业引入管控一体化，可提高经营管理的决策效率。企业 经营管理过程中，常常面临各种艰难的决策，而市场波动频繁，契机一瞬即逝， 如果企业经营管理者不能快速进行决策，即使最终可以得出正确的决定，也可 能坐失良机。所以在激烈的市场竞争中，通过管控一体化，经营者的管理决策 不仅可以保证其正确性，也可以提高其时效性。 中小型线束企业实施管控一体化已有许多成熟的商品软件及基于这些软件 的整套信息化方案。但是商品软件过于通用而难以满足线束制造个性要求，针 对特定工厂的工程开发又难以在线束行业推广，本论文的意义在于通过对线束 企业深入调研分析，探索一条新的管控一体化道路，通过原型验证，可以推广 8 上海大学硕士学位论文 应用到多种类型的线束企业。 1 6 论文的主要研究内容 本论文来源于上海飞乐集团技术中心的线束加工行业信息化调研项目，在 总结调研结果的基础上，分析y d , 型线束企业信息化环境与需求，针对当前中 小型线束企业生产现场黑箱操作、数据传输效率低下、应用间信息孤岛的问题， 重点研究： 一个模型：针对中小型线束企业的管控一体化框架模型； 两个数据库：管控一体化的实时数据库与关系数据库 三个接口：现场设备与m e s 的接1 ：3 ，m e s 与e r p 的接1 ：3 ，管理系统 与技术系统的接口。 最后通过原型实验系统验证了新模型的合理性及s 9 5 标准在中小型线束企 业管控一体化应用的可行性。全文内容共分六章，第一章到第六章主要内容如 下： 第一章：介绍论文的研究背景、研究现状、研究目标、研究意义及研究内 容。 第二章：研究了管控一体化相关理论及正在发展中的制造信息交换标准 $ 9 5 ，分析比较现有的管控一体化体系结构，根据中小型线束企业的特点，提出 恰好中小型线束企业需求的管控一体化模型。 第三章：在管控一体化新模型的基础上，提出了基于w e b 服务技术体系和 制造业务标准s 9 5 进行管控一体化的总体方案，创建了基于w e b 服务的中小型 线束企业管控一体化框架，并详细论述了其中的关键技术。 第四章：本章主要讨论了基于w e b 服务的中小型线束企业管控一体化框架 的设计和实现。详细阐述了管控一体化子系统的设计和实现，分析了基于s 9 5 标准制定线束企业信息集成规范的方法和原则，进而提出基于统一交互模型标 准化服务接口的设计模式。并对框架实现中涉及的服务和规则注册机制进行了 阐述。 第五章：本章以某电子有限公司为应用背景，分析基于新模型及管控一体 化框架设计实现的原型系统在企业中的具体应用过程，依据应用结果分析了模 型和框架的可行性。 第六章：总结了论文的主要研究内容，指出论文研究工作中存在的不足和 完善方向。 9 上海大学硕士学位论文 第二章管控一体化理论在中小型线束企业的应用 2 1 管控一体化相关理论研究 2 1 1 综合控制技术的发展 管控一体化是在综合控制技术日益完善、信息技术应用范围不断扩大、企 业的设计生产管理模式日益创新的趋势下产生的。工业综合自动化是指产品设 计、生产制造、和生产管理的全面自动化，其中产品设计和生产管理是软科学 的范畴，而生产制造自动化则是技术装备的范畴，以计算机应用为代表的信息 技术是实现管控一体化的主要驱动力。 工业自动化的发展同控制理论、仪表、计算机以及有关学科的发展紧密相 关，也随着加工工艺和技术装备的不断发展而发展，在过去的近半个世纪过程 中，大致经历了以下三个阶段：7 0 年代以前可以看作是第一阶段，这一时期应 属于自动化孤岛模式的阶段，其控制目标只能是保证生产平稳和少出事故。 7 0 8 0 年代是发展的第二阶段，分布式工业控制计算机系统( d c s ) 得到大力的发 展，为实现先进控制创造了条件，多变量预测控制等先进控制方法的应用，使 自动化达到了新的水平。8 0 年代后期，随着多学科问的相互渗透与交叉，人工 智能和智能控制被引入实际的过程控制中。信号处理技术、数据库、通讯技术 以及计算机网络的发展为实现高水平的自动控制提供了强有力的技术工具。工 业自动化开始突破自动化孤岛的传统模式，采用计算机集成制造的思想和方法 来组织、管理和指挥整个生产过程，出现了集控制、优化、调度、管理于一体 的新模式【1 2 】。整个管控一体化的发展历程如图2 1 所示。 鼍甚毫磊 s 皇乎* a a朗- 妒，* 黼 蝴m i 。* 一一一- 肿辫a r , j t ； 图2 1 管控一体化的发展历程 1 0 上海大学硕士学位论文 2 1 2 e r p 理论 企业资源计划e r p ( e n t e r p r i s er e s o u r c ep l 锄n i n 曲的基本思想是将企业的业 务流程看作一个紧密连接的供应链，将供应商和企业内部的采购、生产、销售 以及客户紧密联系起来，便于对供应链上的所有环节进行有效管理，实现对企 业的动态控制和各种资源的集成与优化，为企业提供全方位的解决方案。 可从管理思想、软件产品、管理系统三个层次给出它的含义【”】： 是由美国著名的计算机技术咨询和评估集团g g i ( g a r t n e rg r o u ph l c ) 提出 的一整套企业管理系统体系标准，其实质是在m r p i i 基础上进一步发展而形成 的面向供应链( s u p p l yc h a i n ) 的管理思想。 是综合应用了客户机服务器体系、关系数据库结构、面向对象技术、图 形用户界面、第四代语言( 4 g l ) 、网络通讯等信息产业成果，以e r p 管理思想 为灵魂的软件产品。 是整合了企业管理理念、业务流程、基础数据、人力物力、计算机硬件 和软件于一体的企业资源管理系绀。 e r p 面向客户从整个企业的层面制定生产计划，进行统筹管理，宏观上使 企业运行处于最优状态。因此，以企业战略管理和资源计划为核心的e r p 赢得 了越来越多企业的认可。如s a p 、o r a c l e 、b a a n 等主要的e r p 系统软件公司， 过去几年总的e r p 销售额达到几十亿美元。但随着e r p 应用的深入，企业发 现了两方面新的问题： 一方面，e r p 以利润最大化为目标，从全局高度制定计划和进行管理时， 需要实时了解工厂的信息和实际性能，如订单的进度、物料的有效利用率、设 备的使用情况、工时定额信息等。 另一方面，e r p 在计划制定时不可能把生产过程和市场中的不确定性及未 来的变化趋势等未知因素准确地考虑在内，致使e r p 制定的计划常常和工厂层 的实际情况脱节，在执行过程中需要根据条件的变化人为地修改和调整，这些 成为企业竞争力的进一步提高的瓶颈【1 5 1 。由于内在特性的限制，e r p 系统和控 制系统都不能解决上述两方面的问题。 由于e r p 是管理层信息系统，抽象程度高，相对底层而言属于静态的管理。 特别是企业规模的大型化和生产的国际化，使得由e r p 直接实现对成千上万的 人员和复杂多样的设备进行实时管理目前来说是不可想象的1 1 6 。另一方面，尽 管控制层设备的自动化水平在不断提高，但控制系统针对某一设备和过程进行 控制的本质并没有改变，所以其难以完成对工厂层生产过程所涉及的作业、人 员、物料和设备等的管理、调度和跟踪及相关数据和信息的收集和提取【 】。 上海大学硕士学位论文 从上述情况可以看出，企业信息化在工厂层出现了一定程度的间断，这阻 碍了企业生产效率的提高，而e r p 系统和控制系统在短期内由于内在的局限性 无法实现工厂层信息系统应具有的功能，因此，为了解决生产计划的适应性以 及增加底层生产过程的信息流动，面向工厂的制造执行系统m e s 应运而生。 2 1 3 m e s 理论 2 0 世纪9 0 年代先进制造研究机构( 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 ) 提出了“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 s ，m e s ) 的概念，并将 m e s 定位于重点解决车问生产管理问题。1 9 9 2 年，一些有识之士发起并成立了 国际性组织m e s 国际联合会( 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a s s o c i a t i o n ， m e s a ) ，它是以宣传m e s 思想和产品为宗旨的贸易联合会，并帮助其成员组 织在企业界推广m e s 制定了一系列研究、分析和开发计划。自m e s 国际联合 会成立以来，该组织相继发布了七份m e s 白皮书，与此同时，国际上一些著名 软件厂商和企业界纷纷响应并加入这一组织。 美国先进制造研究机构a m r 将m e s 定义为“位于上层的计划管理系统与 底层的工业控制之间的面向车间层的管理信息系绀1 8 】，它是实现车问生产管理 与控制功能的各种软硬件的集合。它为操作人员管理人员提供计划的执行、跟 踪以及所有资源c 人、设备、物料、客户需求等) 的当前状态等信息。m e s 国际 联合会对m e s 的定义如下：m e s 能够通过信息传递对从订单下达到产品完成 的整个生产过程进行优化管理。当工厂发生实时事件时，m e s 能够对此及时地 做出反应和报告，并用当前的准确数据对它们进行分析和处理。这种对状态变 化的迅速响应使m e s 能够减少企业内部没有附加值的活动，有效地指导工厂的 生产运作过程，从而使其既能提高工厂及时交货能力，改善物料的流通性能， 又能提高生产回报率。m e s 还通过双向的直接通讯在企业内部和整个产品供应 链中提供有关产品生产行为的关键任务信息。 随着市场经济的发展和完善，企业的制造车间逐步向分厂制转变，其角色 也由传统的企业成本中心向利润中心转变，位于车间级起着控制执行作用的制 造执行系统m e s 具有十分重要的作用，它填补了计划管理层和底层控制之间的 “鸿沟”，如图2 2 所示，成为计划管理系统和设备控制系统之间的桥梁和纽带， 是制造企业实现敏捷化和全局优化的关键系统。 上海大学硕士学位论文 图2 2m e s 系统的桥梁和纽带作用 制造执行系统是面向制造过程的，他必然与其他的制造管理系统共享和交 互信息，这些系统包括供应链管理系统、企业资源计划管理系统( 、客户关系 管理系统、计算机辅助工艺设计系统以及底层控系统等信息系统。 总之，m e s 建立了以生产作业管理为中心的计算机辅助车间管理信息系 统，实现了作业计划编制、物料收发流转、生产统计、质量分析、成本控制和 设备能力等管理的一体化，达到了生产作业的优化调度和制造资源的合理配置， 为企业缩短制造周期、降低生产成本、提高制造质量提供了有效的信息化手段。 2 1 4i s a $ 9 5 标准 i s a - s 9 5 标准( 以下简称$ 9 5 ) 是正在形成中的m e s 标准，从1 9 9 7 年开始 美国国家标准局( a n s i ) 和仪表、系统、自动化学会( i s a ) 开始启动编制$ 9 5 企业控制系统集成标准的工作。$ 9 5 是针对企业信息化中没有通用的集成模型、 用户交流困难、不同供应商集成困难、集成后维护困难等问题而制定的标准。 s 9 5 为一个系列标准，共有六部分组成，其中第一和第三部分已被正式批 准为国际标准国际标准化组织国际电工委员会的i e c i s 0 6 2 2 6 4 。第四至 第六部分还在起草过程中。标准各部分的内容见表2 1 嗍。 美国标准名棒r国际嗣匿名称， 标准标琢 a n s l 僻a 一9 50 00 i - 2 0 0 0 0匝c i s o6 2 2 6 4 - 12 0 0 3 + 模型与术语m o d e l s a n d 倍m m o l o 蜀坤 a n s i i s a 一9 50 00 2 - 2 0 0 1 0i e c i s 06 2 2 6 4 22 0 0 4 = 对象模型属性o b e