網(wǎng)絡(luò)化制造信息服務(wù)研究

北京工業(yè)大學(xué)經(jīng)濟(jì)與管理學(xué)院 蘇超

信息技術(shù)與網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的飛速發(fā)展深刻影響著人類社會的方方面面，也為制造行業(yè)帶來了前所未有的挑戰(zhàn)和變革。最初，網(wǎng)絡(luò)化制造這一概念的提出以分布式技術(shù)為依據(jù)，隨著信息技術(shù)與網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的逐漸成熟，網(wǎng)絡(luò)化制造被賦予了全新含義。[1]網(wǎng)絡(luò)化制造是在經(jīng)濟(jì)全球化背景下，依托信息技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)及制造技術(shù)等相關(guān)技術(shù)，突破空間地域?qū)ζ髽I(yè)生產(chǎn)經(jīng)營范圍及方式的約束，開展覆蓋產(chǎn)品整個(gè)生命周期全部或部分環(huán)節(jié)的企業(yè)業(yè)務(wù)活動（如產(chǎn)品設(shè)計(jì)、制造、銷售、采購、管理等）的一種先進(jìn)制造模式。

網(wǎng)絡(luò)化制造模式通過信息技術(shù)等相關(guān)技術(shù)的使用，達(dá)到了充分利用資源、降低運(yùn)營成本和提高市場需求響應(yīng)時(shí)間等目的。在這些相關(guān)技術(shù)中，信息技術(shù)在網(wǎng)絡(luò)化制造模式實(shí)現(xiàn)過程中起著關(guān)鍵性的作用，而網(wǎng)絡(luò)化制造信息服務(wù)也成為了研究熱點(diǎn)。本文針對網(wǎng)絡(luò)化制造特點(diǎn)，研究了網(wǎng)絡(luò)化制造信息服務(wù)平臺，并就相關(guān)技術(shù)進(jìn)行了探討。

1 網(wǎng)絡(luò)化制造

網(wǎng)絡(luò)化制造是利用信息技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和制造技術(shù)，根據(jù)市場的需求，針對某一具體產(chǎn)品的制造，分散在不同地理位置的企業(yè)憑借其制造資源參與其中。網(wǎng)絡(luò)化制造模式下，構(gòu)建相互協(xié)作優(yōu)勢互補(bǔ)的動態(tài)聯(lián)盟，充分利用各聯(lián)盟企業(yè)的制造資源，以最快的速度合理成本實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品生產(chǎn)制造的過程，彌補(bǔ)了單一企業(yè)制造資源的不足，達(dá)到快速響應(yīng)市場需求變化的目的。網(wǎng)絡(luò)化制造模式是社會發(fā)展的產(chǎn)物，其產(chǎn)生原因主要有以下幾個(gè)方面。

1.1 市場競爭的加劇

伴隨著經(jīng)濟(jì)全球化的浪潮，制造行業(yè)逐步實(shí)現(xiàn)了國際化，制造企業(yè)所在環(huán)境也發(fā)生了根本性的變化。制造企業(yè)面臨著來自全球范圍同類型企業(yè)的競爭壓力，同時(shí)需要滿足客戶的產(chǎn)品多樣性需求。市場競爭的加劇促使制造企業(yè)利用一切可利用的制造資源，主動積極地尋求市場機(jī)遇，靈敏地響應(yīng)客戶多樣化的消費(fèi)需求。網(wǎng)絡(luò)化制造模式就是在這樣的大環(huán)境下產(chǎn)生的。

1.2 區(qū)域經(jīng)濟(jì)發(fā)展的需要

經(jīng)濟(jì)活動的運(yùn)行具有一定的區(qū)域性，區(qū)域經(jīng)濟(jì)發(fā)展需要關(guān)注如何有效利用人力、物力、財(cái)力等資源實(shí)現(xiàn)最優(yōu)的發(fā)展。因此，對于制造業(yè)，其發(fā)展需關(guān)注制造資源的優(yōu)化配置。網(wǎng)絡(luò)化制造模式下，企業(yè)間通過構(gòu)建動態(tài)聯(lián)盟，充分利用各聯(lián)盟企業(yè)的制造資源，實(shí)現(xiàn)了制造資源的高效配置。

1.3 技術(shù)驅(qū)動力

網(wǎng)絡(luò)化制造模式的技術(shù)驅(qū)動力主要有網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、先進(jìn)制造技術(shù)等。網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的迅速發(fā)展和應(yīng)用，不僅深刻地改變了人們生活和交流的方式，也對企業(yè)的生產(chǎn)經(jīng)營方式產(chǎn)生了巨大的影響。制造企業(yè)在Internet、Intranet和Extranet的支持下，通過網(wǎng)絡(luò)來組織和管理企業(yè)的生產(chǎn)經(jīng)營過程，突破了地理空間上的差距給企業(yè)的生產(chǎn)經(jīng)營和企業(yè)間協(xié)同造成的障礙。先進(jìn)制造技術(shù)是微電子技術(shù)、自動化技術(shù)、信息技術(shù)等先進(jìn)技術(shù)給傳統(tǒng)制造技術(shù)帶來的種種變化與新型系統(tǒng)[2]。計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)、計(jì)算機(jī)輔助制造、集成制造系統(tǒng)等先進(jìn)制造技術(shù)的發(fā)展應(yīng)用，使得制造企業(yè)得以在競爭激烈的國際市場中得以生存和發(fā)展。

1.4 企業(yè)信息技術(shù)應(yīng)用范圍的擴(kuò)大

企業(yè)信息化是先進(jìn)生產(chǎn)力的表現(xiàn)，是企業(yè)生存之根本。信息化有利于企業(yè)優(yōu)化生產(chǎn)要素，合理配置資源，進(jìn)而能適應(yīng)瞬息萬變的市場競爭環(huán)境，并獲得最大的經(jīng)濟(jì)效益。企業(yè)信息技術(shù)的應(yīng)用從根本上改變了企業(yè)的經(jīng)營管理方式，其被應(yīng)用于企業(yè)經(jīng)營的多個(gè)方面，網(wǎng)絡(luò)化制造模式的出現(xiàn)正是以此為基礎(chǔ)的。

2 網(wǎng)絡(luò)化制造信息服務(wù)平臺研究

信息化是制造業(yè)發(fā)展的必要條件，而信息服務(wù)平臺的構(gòu)建是企業(yè)開展業(yè)務(wù)并提高運(yùn)營效率的基礎(chǔ)，當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)化制造信息服務(wù)平臺研究可分為三個(gè)方面：車間制造信息服務(wù)平臺研究、區(qū)域制造信息服務(wù)平臺研究和針對遠(yuǎn)程監(jiān)測問題的制造信息服務(wù)平臺研究。

2.1 車間制造信息服務(wù)平臺

車間是實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品制造的實(shí)地場所，也是制造信息的集散地，對產(chǎn)品車間制造過程進(jìn)行信息化是實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)化制造的基本條件，因此，車間制造信息服務(wù)平臺研究是學(xué)者們的研究重點(diǎn)之一。

趙海峰[3]開發(fā)了滿足實(shí)際需求且符合網(wǎng)絡(luò)化制造需要的制造執(zhí)行系統(tǒng)，并應(yīng)用于實(shí)際以驗(yàn)證其有效性。Ming Luo等[4]提出一種用于網(wǎng)絡(luò)化制造系統(tǒng)設(shè)計(jì)的事件驅(qū)動服務(wù)導(dǎo)向性框架，其關(guān)鍵模塊有：動態(tài)資源存儲管理模塊、實(shí)時(shí)監(jiān)控和自動維護(hù)模塊與性能監(jiān)視、診斷和預(yù)測模塊，可以為車間制造系統(tǒng)提供質(zhì)量服務(wù)管理和生產(chǎn)控制功能。Kevin Nagorny等[5]使用多Agent實(shí)現(xiàn)了車間制造自動化系統(tǒng)。

2.2 區(qū)域制造信息服務(wù)平臺

網(wǎng)絡(luò)化制造模式下，區(qū)域內(nèi)企業(yè)根據(jù)自身核心能力提供相應(yīng)的制造資源，通過構(gòu)建相互協(xié)作、優(yōu)勢互補(bǔ)的企業(yè)動態(tài)聯(lián)盟，將分散的制造資源聯(lián)合起來進(jìn)行產(chǎn)品制造。區(qū)域網(wǎng)絡(luò)化制造信息服務(wù)主要為區(qū)域范圍內(nèi)制造企業(yè)提供相應(yīng)的網(wǎng)絡(luò)化制造服務(wù)，目的為實(shí)現(xiàn)區(qū)域范圍內(nèi)制造資源的優(yōu)化配置及優(yōu)勢互補(bǔ)。當(dāng)前，區(qū)域制造信息服務(wù)平臺研究是學(xué)者們的研究重點(diǎn)之一。

易菊蘭[6]為江西省區(qū)域制造業(yè)構(gòu)建了信息化服務(wù)平臺，實(shí)現(xiàn)了供求信息、網(wǎng)上展廳等的查詢與發(fā)布，解決了企業(yè)訂單處理和郵件通信等問題。Liu Lilan等[7]提出了一個(gè)面向服務(wù)的制造網(wǎng)格框架，其通過將單一功能的基本服務(wù)進(jìn)行組合實(shí)現(xiàn)了制造業(yè)務(wù)流程。許琦等[8]提出了一種基于向量空間模型的支持用戶個(gè)性化定制的信息服務(wù)平臺構(gòu)建方案。Varela等[9]通過利用web和xml等技術(shù)設(shè)計(jì)了一種泛在制造系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了不同區(qū)域企業(yè)構(gòu)建虛擬企業(yè)來進(jìn)行產(chǎn)品制造。姚濤等[10]開發(fā)了面向產(chǎn)品設(shè)計(jì)制造流程的機(jī)械產(chǎn)品協(xié)同設(shè)計(jì)制造信息管理平臺。

2.3 針對遠(yuǎn)程監(jiān)測問題的制造信息服務(wù)平臺

網(wǎng)絡(luò)化制造模式是一種突破地域限制、實(shí)現(xiàn)跨區(qū)域制造的先進(jìn)制造模式，遠(yuǎn)程監(jiān)測是實(shí)現(xiàn)這一模式的重要基礎(chǔ)，遠(yuǎn)程監(jiān)測通過互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用實(shí)現(xiàn)制造過程控制和遠(yuǎn)程維護(hù)。針對遠(yuǎn)程監(jiān)測的制造信息服務(wù)平臺研究是學(xué)者們的研究重點(diǎn)之一。

Barot V.等[11]設(shè)計(jì)了一個(gè)支持分布式制造中實(shí)時(shí)遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)傳輸?shù)脑拖到y(tǒng)，其可以有效地分配制造信息到全球的合作伙伴。他們還在文章[12]中針對可重構(gòu)制造系統(tǒng)的遠(yuǎn)程監(jiān)測問題，提出一種新的系統(tǒng)架構(gòu)，其系統(tǒng)組件不僅可運(yùn)行在可重構(gòu)制造環(huán)境，也支持遠(yuǎn)程監(jiān)控設(shè)備的整個(gè)發(fā)展和管理生命周期。Xiong Feng等[13]提出了一個(gè)關(guān)于網(wǎng)絡(luò)協(xié)作系統(tǒng)的設(shè)計(jì)框架，其重要實(shí)現(xiàn)功能為：實(shí)現(xiàn)企業(yè)間信息交流、共享，對產(chǎn)品生產(chǎn)過程進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測產(chǎn)品，協(xié)調(diào)產(chǎn)品生產(chǎn)和原材料、零部件供應(yīng)的進(jìn)度等。

3 網(wǎng)絡(luò)化制造相關(guān)技術(shù)

網(wǎng)絡(luò)化制造模式得以實(shí)現(xiàn)，需要相應(yīng)的技術(shù)支持，主要有制造資源建模技術(shù)、制造資源檢索技術(shù)、制造信息交互技術(shù)等。

3.1 制造資源建模技術(shù)

網(wǎng)絡(luò)化制造模式下，制造資源是企業(yè)進(jìn)行合作的基礎(chǔ)。網(wǎng)絡(luò)化制造信息服務(wù)平臺中海量、動態(tài)、異構(gòu)的制造資源，為了實(shí)現(xiàn)信息共享，需對其進(jìn)行統(tǒng)一建模。當(dāng)前，制造資源建模主要有面向?qū)ο蠼：驼Z義建模兩種。

制造資源面向?qū)ο蠼Ｖ饕遣捎妙惡蛯傩悦枋鲑Y源及其屬性。張宇紅等[14]利UML面向?qū)ο蟮慕y(tǒng)一建模語言建立了相應(yīng)的信息模型。高長元等[15]等將面向?qū)ο蟮乃枷肱cXML技術(shù)相結(jié)合對制造資源進(jìn)行建模。并通過實(shí)例驗(yàn)證了模型的可擴(kuò)展性和柔性。

制造資源語義建模主要通過本體建模，本體是一種能在語義層次上描述資源的建模工具。鄭立斌等[16]在對網(wǎng)絡(luò)化制造資源建模分類進(jìn)行深入探討后,提出了基于OWL的建模方法和面向企業(yè)內(nèi)外部不同需求的組合粒度信息表示方法。

此外，還有學(xué)者根據(jù)具體問題對制造資源進(jìn)行建模。金新娟[17]構(gòu)建了面向零部件資源全生命周期的零部件資源描述模型，提出了便于零部件資源網(wǎng)絡(luò)化和結(jié)構(gòu)化組織管理的五層樹狀結(jié)構(gòu)分類體系以及相應(yīng)的編碼體系，建立了三維零部件資源的參數(shù)化建模等操作規(guī)范以及零部件資源的云端化封裝模型。

3.2 制造資源檢索技術(shù)

網(wǎng)絡(luò)化制造資源檢索是企業(yè)通過計(jì)算機(jī)檢索系統(tǒng)快速、準(zhǔn)確地尋找到分布在不同地域的制造資源，以便高效利用該資源，是網(wǎng)絡(luò)化制造模式的重要組成部分。

貴州大學(xué)的謝慶生教授在基于ASP網(wǎng)絡(luò)化制造的制造資源搜索中，提出了采用多層次信息智能檢索模型。該檢索模型分為四個(gè)層次，依次為：精確檢索、語義檢索、模糊檢索、智能推理，其中智能化程度逐級遞增。當(dāng)前學(xué)者對網(wǎng)絡(luò)化制造資源檢索技術(shù)的研究多以此為基礎(chǔ)，如浙江大學(xué)博士董寶力對web制造資源的語義發(fā)現(xiàn)關(guān)鍵技術(shù)的研究[18]。

3.3 制造信息交互技術(shù)

網(wǎng)絡(luò)化制造的核心是利用網(wǎng)絡(luò)，通過企業(yè)間的信息集成、資源共享，實(shí)現(xiàn)企業(yè)間設(shè)計(jì)協(xié)同、制造協(xié)同、商務(wù)協(xié)同等，進(jìn)而縮短產(chǎn)品的制造周期，降低生產(chǎn)成本，提高市場響應(yīng)速度，增強(qiáng)整個(gè)產(chǎn)業(yè)鏈及動態(tài)聯(lián)盟的競爭力。因此，網(wǎng)絡(luò)化制造和企業(yè)應(yīng)用集成技術(shù)和方法成為國內(nèi)外的研究熱點(diǎn)，有關(guān)網(wǎng)絡(luò)化制造和企業(yè)應(yīng)用集成技術(shù)和方法的研究涉及許多相關(guān)領(lǐng)域，信息交換技術(shù)是其中的重要研究內(nèi)容之一。

針對網(wǎng)絡(luò)化制造和企業(yè)信息集成的分布性和異構(gòu)性，XML由于其特有的語義能力，成為網(wǎng)絡(luò)化制造中企業(yè)交換信息的共同標(biāo)準(zhǔn)。吳濤等[19]建立了一種面向網(wǎng)絡(luò)化制造的信息轉(zhuǎn)換和傳輸模式，實(shí)現(xiàn)了企業(yè)數(shù)據(jù)庫和標(biāo)準(zhǔn)XML文檔間的相互轉(zhuǎn)換。王巍[20]以關(guān)系數(shù)據(jù)庫作為底層數(shù)據(jù)載體，研究了關(guān)系模式數(shù)據(jù)向XML模式數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換的相關(guān)技術(shù)，有機(jī)地將關(guān)系模式同XML模式的模式映射與數(shù)據(jù)庫動態(tài)查詢技術(shù)結(jié)合，實(shí)現(xiàn)了關(guān)系數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)的XML格式數(shù)據(jù)的無損發(fā)布。

此外，還有學(xué)者針對具體問題采用了不同的信息交互技術(shù)。孫軍等[21]設(shè)計(jì)了基于STEP-NC的網(wǎng)絡(luò)化制造信息交換平臺，實(shí)現(xiàn)了遠(yuǎn)程、異質(zhì)、異構(gòu)環(huán)境下的信息共享和交換。張勇[22]也提出了一種基于網(wǎng)絡(luò)化制造的制造信息交換模式。Kim等[23]將產(chǎn)品生命周期管理服務(wù)應(yīng)用于CAD/PDM系統(tǒng)和協(xié)作接口系統(tǒng)之間產(chǎn)品信息的交換，縮短了交貨時(shí)間，提高了響應(yīng)市場需求的速度。

4 結(jié)語

網(wǎng)絡(luò)化制造作為一種先進(jìn)的制造模式，為制造業(yè)帶來了變革，也成為學(xué)者們關(guān)注的研究領(lǐng)域，其中，網(wǎng)絡(luò)化制造信息服務(wù)及其相關(guān)技術(shù)是網(wǎng)絡(luò)化制造研究領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)之一。學(xué)者對網(wǎng)絡(luò)化制造信息服務(wù)平臺進(jìn)行了大量的研究，多是針對不同問題、實(shí)現(xiàn)不同功能的信息服務(wù)平臺研究。同時(shí)，網(wǎng)絡(luò)化制造模式得以實(shí)施的相關(guān)技術(shù)也是學(xué)者研究的重點(diǎn)，XML、本體等技術(shù)在網(wǎng)絡(luò)化制造領(lǐng)域得到了廣泛使用。

[1] 江平宇.網(wǎng)絡(luò)化制造電子服務(wù)理論與技術(shù).北京:科學(xué)出版社,2004.

[2] http://baike.baidu.com/view/696270.htm.

[3] 趙海峰.網(wǎng)絡(luò)化制造模式下MES系統(tǒng)研究與實(shí)現(xiàn)[D].東北大學(xué)博士論文,2008.

[4] Ming Luo, Jing Bing Zhang, Li Wei Tay etc. Eventdriven service oriented framework for integrative serviceability management of networked manufacturing systems. 2009 IEEE/ASME International Conference on Advanced Intelligent Mechatronics Suntec Convention and Exhibition Center,2009.

[5] Kevin Nagorny, Armando Walter Colombo, Uwe Schmidtmann. A service-and multi-agent-oriented manufacturing automation architecture: An IEC 62264 level 2 compliant implementation Computers in Industry,2012(63).

[6] 易菊蘭.區(qū)域網(wǎng)絡(luò)化制造信息服務(wù)平臺的研究與實(shí)現(xiàn)[D].華東師范大學(xué)碩士論文,2007.

[7] Lilan Liu, Yu'an He, Tao Yu, Zonghui Xiong.Research on SOA-based manufacturing grid and service modes .Proceedings of the 6th International Conference on Grid and Cooperative Computing,2007.

[8] 許琦,張國慶,朱成兵,海朋洋.網(wǎng)絡(luò)化制造環(huán)境下的信息服務(wù)平臺研究[J].圖書情報(bào)工作,2009(13).

[9] Varela, Maria Leonilde R. Experimental platform for collaborative inter and intra cellular fuzzy scheduling in an ubiquitous manufacturing system. Communications in Computer and Information Science ,2012.

[10] 姚濤,張毅敏.機(jī)械產(chǎn)品協(xié)同設(shè)計(jì)制造信息管理平臺的開發(fā)[J].機(jī)械管理開發(fā), 2012(6).

[11] Barot V., Harrison R., McLeod C.S., West A.A.etc. "broadcaster": An architectural description of a prototype supporting real-time remote data propagation in distributed manufacturing .IEEE International Conference on Industrial Informatics (INDIN),2009.

[12] Barot V., Harrison R., McLeod, C.S. Distribution of machine information using blackboard designed component for remote monitoring of reconfigurable manufacturing systems.24th IEEE International Conference on Advanced Information Networking and Applications Workshops,2010.

[13] Xiong Feng, Zhang ZhongZhen, Liu YanWu. The study on network collaborative manufacturing system.Proceedings - 1st International Workshop on Knowledge Discovery and Data Mining, WKD,2008.

[14] 張宇紅,王崴,霍敏.基于UML模具網(wǎng)絡(luò)化制造任務(wù)信息建模[J].機(jī)械設(shè)計(jì)與制造,2012(8).

[15] 高長元,祁凱.網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下制造資源建模研究[J].統(tǒng)計(jì)與決策,2011(3).

[16] 鄭立斌,陳全園,顧寄南,代亞榮.網(wǎng)絡(luò)化制造資源建模與搜索的研究[J].機(jī)械設(shè)計(jì)與制造,2012(8).

[17] 金新娟.面向服務(wù)的動態(tài)可配置數(shù)控系統(tǒng)及其關(guān)鍵技術(shù)研究[D].武漢理工大學(xué)博士論文,2012.

[18] 董寶力.web制造資源的語義發(fā)現(xiàn)關(guān)鍵技術(shù)的研究[D].浙江大學(xué)博士論文,2007.

[19] 吳濤,宋豫川,劉飛,張巖.基于XML的網(wǎng)絡(luò)化制造信息轉(zhuǎn)換和傳輸技術(shù)研究[J].現(xiàn)代制造工程,2005(8).

[20] 王巍.基于XML的制造信息格式轉(zhuǎn)換技術(shù)研究[D]. 武漢理工大學(xué)碩士論文,2009.

[21] 孫軍,李麗,王軍,王宛山.面向STEP-NC的網(wǎng)絡(luò)化制造信息交換與平臺設(shè)計(jì)[J].沈陽建筑大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版),2006(4).

[22] 張勇.網(wǎng)絡(luò)化制造中制造信息交換模式的研究[J].現(xiàn)代制造工程,2005(4).

[23] Kim Jong Hwan, Joung Youn-Kyoung, Noh Sang Do. Product information exchanges between CAD/PDM systems and the collaboration portal system using PLM services, 2009.WRI World Congress on Computer Science and Information Engineering,2009.