可重構(gòu)制造系統(tǒng)新模型的建立

徐 偉， 吳少雄

（福建工程學(xué)院 交通運(yùn)輸系，福建 福州 350108）

0 引 言

系統(tǒng)在傳統(tǒng)意義上被認(rèn)為應(yīng)在其壽命期內(nèi)對(duì)其自身結(jié)構(gòu)和功能實(shí)現(xiàn)有效保持。但在發(fā)生故障、改變目標(biāo)或者環(huán)境發(fā)生變化時(shí)，可能需要外部干預(yù)才能得以繼續(xù)工作。

在可重構(gòu)制造系統(tǒng)中，故障、目標(biāo)改變等可作為系統(tǒng)組織元素，通過動(dòng)態(tài)修改使其減少或避免對(duì)系統(tǒng)的影響［1－2］。通過這種方式可擴(kuò)展系統(tǒng)的應(yīng)用領(lǐng)域。如可以在電子、通信、控制及制造領(lǐng)域中得到廣泛的應(yīng)用，因?yàn)榧词顾麄兊哪繕?biāo)不同、應(yīng)用程序不同，但概念共同［3］。

實(shí)現(xiàn)的方式是在可重構(gòu)制造系統(tǒng)中形成一個(gè)電子系統(tǒng)控制器，可以把它稱之為重構(gòu)控制器，這個(gè)電子基礎(chǔ)設(shè)施可以依次被重構(gòu)。類似的設(shè)計(jì)方法在制造和電子產(chǎn)品領(lǐng)域中也廣泛存在。哪方面的設(shè)計(jì)可能是重置配置，比較常見的模式是益于處理具有兩個(gè)相同重構(gòu)概念的兩種系統(tǒng)［4－5］。因此，文中將重點(diǎn)研究制造系統(tǒng)的可重構(gòu)。

1 可重構(gòu)系統(tǒng)

1.1 定義

一個(gè)配置對(duì)應(yīng)復(fù)雜系統(tǒng)組件的方式是參數(shù)化和鏈接在一起。這個(gè)配置同時(shí)響應(yīng)外部需求（用戶要求、質(zhì)量、環(huán)境）和內(nèi)部需求（生產(chǎn)力）?？芍貥?gòu)系統(tǒng)有能力按其運(yùn)行需求去從一個(gè)配置轉(zhuǎn)換到另一配置。這種改進(jìn)可由不同的原因引起，如系統(tǒng)目標(biāo)改變、性能缺失、部分故障等。這些系統(tǒng)應(yīng)用于不同的領(lǐng)域，如制造業(yè)、控制、電子、通信或信息學(xué)，通常它們都有相同的規(guī)則［6－8］。

1.2 重組目標(biāo)

可重構(gòu)系統(tǒng)的一個(gè)目標(biāo)是安全快速響應(yīng)［9］，這種響應(yīng)就使其有了從一個(gè)失敗控制過程恢復(fù)的空間。

另一個(gè)目標(biāo)是支持系統(tǒng)需求，這些需求可以是外部（用戶請(qǐng)求、質(zhì)量、環(huán)境變化）或內(nèi)部（生產(chǎn)力、消費(fèi)）［10－11］。

重新配置也可以用來(lái)優(yōu)化系統(tǒng)功能，當(dāng)部分功能不能同時(shí)使用時(shí)，可以通過重新配置實(shí)現(xiàn)。

1.3 重組過程

可重構(gòu)系統(tǒng)的一個(gè)特征是從一個(gè)配置轉(zhuǎn)換為另一個(gè)配置的方式。實(shí)際上，這個(gè)過程就是重構(gòu)過程。這個(gè)過程主要通過重組控制器來(lái)完成，可分為兩個(gè)階段：目標(biāo)狀態(tài)確定和相應(yīng)的應(yīng)用程序確定［12－13］。

首先，確定哪些配置滿足系統(tǒng)要求是第一步。這些配置可以離線或者在線，選擇一個(gè)新的配置替換當(dāng)前的。新配置的選擇要依據(jù)重構(gòu)標(biāo)準(zhǔn)，因?yàn)樗鼤?huì)從各方面影響重構(gòu)質(zhì)量，如時(shí)間、能量消耗、不合格品率等。

然后，系統(tǒng)進(jìn)入新的配置。通過一定的中間配置可以在系統(tǒng)工作時(shí)完成重構(gòu)，并使系統(tǒng)按照新的模式進(jìn)行產(chǎn)品生產(chǎn)，也可以關(guān)閉系統(tǒng)并清空系統(tǒng)后完成重構(gòu)。對(duì)制造系統(tǒng)而言，有相關(guān)的工作流程程序負(fù)責(zé)重置過程中的機(jī)器協(xié)調(diào)。工作流程程序能夠確保整個(gè)系統(tǒng)的安全性和一致性。

2 可重構(gòu)制造系統(tǒng)新模型的建立

下面從組織形式、架構(gòu)等方面來(lái)討論可重構(gòu)制造系統(tǒng)新模型的形式［14－15］。

2.1 組織形式

模型應(yīng)在某一級(jí)別粒度上表示產(chǎn)品和其各組件之間的關(guān)系。該模型并不涉及功能使用方面的細(xì)節(jié)問題。

模型的組織形式如圖1所示。

圖1 模型的組織形式

圖中，一個(gè)可重構(gòu)系統(tǒng)可能根據(jù)兩個(gè)軸被拆分，水平軸使系統(tǒng)的架構(gòu)與其配置分離。這個(gè)體系結(jié)構(gòu)包括組成系統(tǒng)的所有組件（功能、資源）及其鏈接配置。這些組件將通過下面提出的配置組件化和相互聯(lián)系。

垂直軸分離邏輯結(jié)構(gòu)（邏輯子系統(tǒng)）和物理結(jié)構(gòu)（物理子系統(tǒng)）。邏輯子系統(tǒng)包括系統(tǒng)的功能和它們的邏輯操作序列。物理子系統(tǒng)包含組成的資源以及資源的運(yùn)輸，提供了結(jié)構(gòu)執(zhí)行的邏輯子系統(tǒng)。邏輯和物理子系統(tǒng)可以被配置。

2.2 邏輯、物理方面的架構(gòu)

基于MOF類圖的架構(gòu)形式如圖2所示。

圖2 基于MOF類圖的架構(gòu)形式

邏輯架構(gòu)由功能構(gòu)成，可以在系統(tǒng)上執(zhí)行。這些功能放在一起形成功能序列，然后，這些功能序列構(gòu)成產(chǎn)品功能。

物理架構(gòu)包含系統(tǒng)的物理組件。這些組件可以分為固定組件和移動(dòng)組件，固定組件是執(zhí)行固定操作的，運(yùn)輸組件一般通過端口負(fù)責(zé)把產(chǎn)品或零部件從一固定組件傳輸?shù)搅硪粋€(gè)固定組件。端口一般為固定組件的接口，可以將產(chǎn)品分解或合成。兩個(gè)組件之間的運(yùn)輸可以通過實(shí)體命名連接來(lái)描述。一個(gè)運(yùn)輸組件有能力實(shí)現(xiàn)連接。為了實(shí)現(xiàn)連接，它必須將一個(gè)產(chǎn)品從連接源的端口運(yùn)送到目的端口。

邏輯架構(gòu)可以通過潛在功能映射到物理架構(gòu)，從而實(shí)現(xiàn)一個(gè)組件對(duì)應(yīng)一個(gè)功能。

2.3 架構(gòu)的配置

如前所述，可重構(gòu)制造系統(tǒng)的架構(gòu)分解為邏輯架構(gòu)和物理架構(gòu)。同理，配置也可分解為邏輯配置和物理配置兩個(gè)方面，基于MOF類圖的配置形式如圖3所示。

圖3 基于MOF類圖的配置形式

邏輯配置是功能實(shí)例構(gòu)成。而功能可以被定義為行為，其在產(chǎn)品上可以通過一個(gè)功能實(shí)例實(shí)現(xiàn)。這些可以通過操作一個(gè)組件來(lái)實(shí)現(xiàn)。物理配置由邏輯架構(gòu)和連接器構(gòu)成。首先，連接器可以被認(rèn)為是連接實(shí)例。連接器表明了傳輸組件、固定組件以及連接的關(guān)系。其中，傳輸組件主要負(fù)責(zé)產(chǎn)品從起始地向目的地的運(yùn)輸，固定組件負(fù)責(zé)產(chǎn)品運(yùn)作（這些組件可以被視為控制器），連接是指利用傳輸組件進(jìn)行產(chǎn)品傳輸。

物理配置和邏輯配置之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系可以通過操作實(shí)現(xiàn)。有兩種類型的操作，轉(zhuǎn)移操作鏈接一個(gè)功能實(shí)例和一個(gè)連接器。固定操作可以實(shí)現(xiàn)一個(gè)潛在操作與一個(gè)功能實(shí)例的連接。在邏輯架構(gòu)中，眾多的操作在一起可以形成一個(gè)操作序列。

3 結(jié) 語(yǔ)

在研究可重構(gòu)系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，以制造系統(tǒng)為例進(jìn)行了可重構(gòu)制造系統(tǒng)新模型的建立。在模型建立過程中，從組織形式、架構(gòu)和配置等方面進(jìn)行了探討，并最終從這些方面給出了新模型形式。該項(xiàng)研究對(duì)于制造企業(yè)系統(tǒng)重構(gòu)具有一定的指導(dǎo)意義。

關(guān)于文中所提出的可重構(gòu)制造系統(tǒng)模型還在進(jìn)一步的持續(xù)研究和應(yīng)用中，它的進(jìn)一步研究應(yīng)用表現(xiàn)為架構(gòu)和配置可以分解，使系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)局部重構(gòu)，而重構(gòu)結(jié)構(gòu)并不會(huì)對(duì)其它部分產(chǎn)生影響，該種模型形式的表達(dá)正在研究過程中。

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