面向服务的离散车间可重构制造执行系统研究

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1、面向服务的离散车间可重构制造执行系统研究摘要：为有效地集成生产装备和操作工人实现在线的数据采集与信息交互，提出了一种面向服务的离散车间可重构制造执行系统，该系统通过实时数据采集与信息交互平台的构建，实现了与装备的集成化运行，并为操作工人提供了一个实时的信息采集与信息交互的工作平台。在此基础上，提出了一个四维的系统模型，该模型包括基于模型驱动的系统构建方法、面向服务的系统体系结构、基于服务的可重构单元构建方法和面向服务的系统集成技术。其中，通过模型驱动的系统构建方法，实现了系统模型与系统实现的统一，以及系统的跨平台重构；通过基于服务的可重构单元构建方法0引言   制造执行系统位于企业上层

2、的计划管理系统和底层工业控制系统之间，是面向车间层的管理信息系统。它统一连接着生产计划与制造过程，能够及时反映生产现场的状况，在计划管理和底层控制之间架起了一座桥梁，是实现制造企业信息集成的纽带。通过制造执行系统的实施，能够有效地提高制造企业生产管理效率、管理水平和市场响应能力。   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。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，国内外对可重构的制造执行系统进行了广泛的研

3、究，也取得了一定的成果，如基于多Agent的可重构制造执行系统、基于公共对象请求代理体系结构（CommonObjectRequestBrokerArchitecture，CORBA）的可重构制造执行系统、基于组件的可重构制造执行系统等，但这些研究还很少涉及与装备和操作工人的集成、与第三方制造管理应用服务的集成，以及跨平台的技术重构等方面的问题。   本文在前人研究成果的基础上，提出一种面向服务的离散车间可重构制造执行系统，以服务作为系统的基本组成部分，系统的功能延伸到了车间的生产装备和操作工人，通过实现与生产装备的集成化运行，以及为操作工人提供信息化的工作平台，实现了生产现场数据的在线

4、实时采集。同时，能够有效集成第三方及针对相关行业的系统和服务，以满足特定离散制造行业的制造管理需求；在实现方法方面，建立了基于面向服务的系统体系结构、基于服务的可重构单元构建、模型驱动的系统建模与实现和面向服务的系统集成的四维系统模型，并对模型驱动的系统建模与实现方法，以及基于服务的可重构单元构建方法的关键技术等进行了研究。1面向服务架构的离散车间可重构制造执行系统体系结构   1.1离散车间制造执行系统可重构性需求分析   与流程制造相比，离散制造在制造过程的管理更加复杂，主要表现在：不同的离散产品制造工艺和流程差异很大，工序之间没有严格的界限；工人的技术水平对产品的质量和生产率影响

5、明显；生产的产品品种变化较大，物料供应复杂，需要进行良好的计划和调度等。离散车间制造的这些特点决定了离散车间的制造执行系统比流程行业的制造执行系统要复杂得多，除具备标准的制造执行系统的功能外，离散车间的制造执行系统应具备更大的灵活性和可重构能力。   离散车间制造执行系统的可重构性需求包括：①制造组织结构的可重构性，能支持动态的制造组织建模，以适应离散制造企业灵活多变的组织管理模式；②制造资源的可重构性，能够有效地根据需求快速地对车间资源（如人、设备、工具、技术等）进行重构，为车间的设备和工人提供接口和信息交互平台，能够有效地实现人、技术、设备的集成，以实现对外部变化的快速响应；③制造

6、流程的可重构性，能支持动态的制造管理流程建模，提供可视化的流程建模工具，使制造企业能够根据实际的需求快速地进行流程配置和执行；④技术的可重构性，能适应不同的技术环境，支持技术的重构，以实现不同技术平台之间的互操作，及在不同应用平台的迁移。另外，可集成能力是制造执行系统可重构性的重要保证，有效快捷的集成方式能够使制造执行系统根据外部的需求快速地进行系统重构，这就要求离散车间的制造执行系统能够与企业其他信息系统实现无缝集成，同时它还能即插即用地集成各种数据采集方法、设备，以及第三方的应用软件库，以便快速地构建出满足实际需求的制造执行信息化解决方案。   1.2面向服务的离散车间可重构制造执

7、行系统体系结构   为满足离散车间对制造过程信息化管理的需求，本文应用面向服务计算的系统架构和相关技术，提出了一种面向服务的离散车间可重构制造执行系统，系统由实时数据采集与信息交互层、MES功能服务层、第三方应用服务层、MES业务流程层、MES展现层、系统支撑层和系统集成框架构成，其体系结构和构成如图1所示。该体系结构以服务作为系统的基本功能组成元素，系统的功能由不同粒度的服务实现，每个服务通过良好定义的网络服务描述语言（WebServices