網絡化制造信息服務研究

北京工業大學經濟與管理學院 蘇超

信息技術與網絡技術的飛速發展深刻影響著人類社會的方方面面，也為制造行業帶來了前所未有的挑戰和變革。最初，網絡化制造這一概念的提出以分布式技術為依據，隨著信息技術與網絡技術的逐漸成熟，網絡化制造被賦予了全新含義。[1]網絡化制造是在經濟全球化背景下，依托信息技術、網絡技術及制造技術等相關技術，突破空間地域對企業生產經營范圍及方式的約束，開展覆蓋產品整個生命周期全部或部分環節的企業業務活動（如產品設計、制造、銷售、采購、管理等）的一種先進制造模式。

網絡化制造模式通過信息技術等相關技術的使用，達到了充分利用資源、降低運營成本和提高市場需求響應時間等目的。在這些相關技術中，信息技術在網絡化制造模式實現過程中起著關鍵性的作用，而網絡化制造信息服務也成為了研究熱點。本文針對網絡化制造特點，研究了網絡化制造信息服務平臺，并就相關技術進行了探討。

1 網絡化制造

網絡化制造是利用信息技術、網絡技術和制造技術，根據市場的需求，針對某一具體產品的制造，分散在不同地理位置的企業憑借其制造資源參與其中。網絡化制造模式下，構建相互協作優勢互補的動態聯盟，充分利用各聯盟企業的制造資源，以最快的速度合理成本實現產品生產制造的過程，彌補了單一企業制造資源的不足，達到快速響應市場需求變化的目的。網絡化制造模式是社會發展的產物，其產生原因主要有以下幾個方面。

1.1 市場競爭的加劇

伴隨著經濟全球化的浪潮，制造行業逐步實現了國際化，制造企業所在環境也發生了根本性的變化。制造企業面臨著來自全球范圍同類型企業的競爭壓力，同時需要滿足客戶的產品多樣性需求。市場競爭的加劇促使制造企業利用一切可利用的制造資源，主動積極地尋求市場機遇，靈敏地響應客戶多樣化的消費需求。網絡化制造模式就是在這樣的大環境下產生的。

1.2 區域經濟發展的需要

經濟活動的運行具有一定的區域性，區域經濟發展需要關注如何有效利用人力、物力、財力等資源實現最優的發展。因此，對于制造業，其發展需關注制造資源的優化配置。網絡化制造模式下，企業間通過構建動態聯盟，充分利用各聯盟企業的制造資源，實現了制造資源的高效配置。

1.3 技術驅動力

網絡化制造模式的技術驅動力主要有網絡技術、先進制造技術等。網絡技術的迅速發展和應用，不僅深刻地改變了人們生活和交流的方式，也對企業的生產經營方式產生了巨大的影響。制造企業在Internet、Intranet和Extranet的支持下，通過網絡來組織和管理企業的生產經營過程，突破了地理空間上的差距給企業的生產經營和企業間協同造成的障礙。先進制造技術是微電子技術、自動化技術、信息技術等先進技術給傳統制造技術帶來的種種變化與新型系統[2]。計算機輔助設計、計算機輔助制造、集成制造系統等先進制造技術的發展應用，使得制造企業得以在競爭激烈的國際市場中得以生存和發展。

1.4 企業信息技術應用范圍的擴大

企業信息化是先進生產力的表現，是企業生存之根本。信息化有利于企業優化生產要素，合理配置資源，進而能適應瞬息萬變的市場競爭環境，并獲得最大的經濟效益。企業信息技術的應用從根本上改變了企業的經營管理方式，其被應用于企業經營的多個方面，網絡化制造模式的出現正是以此為基礎的。

2 網絡化制造信息服務平臺研究

信息化是制造業發展的必要條件，而信息服務平臺的構建是企業開展業務并提高運營效率的基礎，當前網絡化制造信息服務平臺研究可分為三個方面：車間制造信息服務平臺研究、區域制造信息服務平臺研究和針對遠程監測問題的制造信息服務平臺研究。

2.1 車間制造信息服務平臺

車間是實現產品制造的實地場所，也是制造信息的集散地，對產品車間制造過程進行信息化是實現網絡化制造的基本條件，因此，車間制造信息服務平臺研究是學者們的研究重點之一。

趙海峰[3]開發了滿足實際需求且符合網絡化制造需要的制造執行系統，并應用于實際以驗證其有效性。Ming Luo等[4]提出一種用于網絡化制造系統設計的事件驅動服務導向性框架，其關鍵模塊有：動態資源存儲管理模塊、實時監控和自動維護模塊與性能監視、診斷和預測模塊，可以為車間制造系統提供質量服務管理和生產控制功能。Kevin Nagorny等[5]使用多Agent實現了車間制造自動化系統。

2.2 區域制造信息服務平臺

網絡化制造模式下，區域內企業根據自身核心能力提供相應的制造資源，通過構建相互協作、優勢互補的企業動態聯盟，將分散的制造資源聯合起來進行產品制造。區域網絡化制造信息服務主要為區域范圍內制造企業提供相應的網絡化制造服務，目的為實現區域范圍內制造資源的優化配置及優勢互補。當前，區域制造信息服務平臺研究是學者們的研究重點之一。

易菊蘭[6]為江西省區域制造業構建了信息化服務平臺，實現了供求信息、網上展廳等的查詢與發布，解決了企業訂單處理和郵件通信等問題。Liu Lilan等[7]提出了一個面向服務的制造網格框架，其通過將單一功能的基本服務進行組合實現了制造業務流程。許琦等[8]提出了一種基于向量空間模型的支持用戶個性化定制的信息服務平臺構建方案。Varela等[9]通過利用web和xml等技術設計了一種泛在制造系統，實現了不同區域企業構建虛擬企業來進行產品制造。姚濤等[10]開發了面向產品設計制造流程的機械產品協同設計制造信息管理平臺。

2.3 針對遠程監測問題的制造信息服務平臺

網絡化制造模式是一種突破地域限制、實現跨區域制造的先進制造模式，遠程監測是實現這一模式的重要基礎，遠程監測通過互聯網應用實現制造過程控制和遠程維護。針對遠程監測的制造信息服務平臺研究是學者們的研究重點之一。

Barot V.等[11]設計了一個支持分布式制造中實時遠程數據傳輸的原型系統，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]中針對可重構制造系統的遠程監測問題，提出一種新的系統架構，其系統組件不僅可運行在可重構制造環境，也支持遠程監控設備的整個發展和管理生命周期。Xiong Feng等[13]提出了一個關于網絡協作系統的設計框架，其重要實現功能為：實現企業間信息交流、共享，對產品生產過程進行實時監測產品，協調產品生產和原材料、零部件供應的進度等。

3 網絡化制造相關技術

網絡化制造模式得以實現，需要相應的技術支持，主要有制造資源建模技術、制造資源檢索技術、制造信息交互技術等。

3.1 制造資源建模技術

網絡化制造模式下，制造資源是企業進行合作的基礎。網絡化制造信息服務平臺中海量、動態、異構的制造資源，為了實現信息共享，需對其進行統一建模。當前，制造資源建模主要有面向對象建模和語義建模兩種。

制造資源面向對象建模主要是采用類和屬性描述資源及其屬性。張宇紅等[14]利UML面向對象的統一建模語言建立了相應的信息模型。高長元等[15]等將面向對象的思想與XML技術相結合對制造資源進行建模。并通過實例驗證了模型的可擴展性和柔性。

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]在對網絡化制造資源建模分類進行深入探討后,提出了基于OWL的建模方法和面向企業內外部不同需求的組合粒度信息表示方法。

此外，還有學者根據具體問題對制造資源進行建模。金新娟[17]構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絡化和結構化組織管理的五層樹狀結構分類體系以及相應的編碼體系，建立了三維零部件資源的參數化建模等操作規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

網絡化制造資源檢索是企業通過計算機檢索系統快速、準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，是網絡化制造模式的重要組成部分。

貴州大學的謝慶生教授在基于ASP網絡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。當前學者對網絡化制造資源檢索技術的研究多以此為基礎，如浙江大學博士董寶力對web制造資源的語義發現關鍵技術的研究[18]。

3.3 制造信息交互技術

網絡化制造的核心是利用網絡，通過企業間的信息集成、資源共享，實現企業間設計協同、制造協同、商務協同等，進而縮短產品的制造周期，降低生產成本，提高市場響應速度，增強整個產業鏈及動態聯盟的競爭力。因此，網絡化制造和企業應用集成技術和方法成為國內外的研究熱點，有關網絡化制造和企業應用集成技術和方法的研究涉及許多相關領域，信息交換技術是其中的重要研究內容之一。

針對網絡化制造和企業信息集成的分布性和異構性，XML由于其特有的語義能力，成為網絡化制造中企業交換信息的共同標準。吳濤等[19]建立了一種面向網絡化制造的信息轉換和傳輸模式，實現了企業數據庫和標準XML文檔間的相互轉換。王巍[20]以關系數據庫作為底層數據載體，研究了關系模式數據向XML模式數據轉換的相關技術，有機地將關系模式同XML模式的模式映射與數據庫動態查詢技術結合，實現了關系數據庫數據的XML格式數據的無損發布。

此外，還有學者針對具體問題采用了不同的信息交互技術。孫軍等[21]設計了基于STEP-NC的網絡化制造信息交換平臺，實現了遠程、異質、異構環境下的信息共享和交換。張勇[22]也提出了一種基于網絡化制造的制造信息交換模式。Kim等[23]將產品生命周期管理服務應用于CAD/PDM系統和協作接口系統之間產品信息的交換，縮短了交貨時間，提高了響應市場需求的速度。

4 結語

網絡化制造作為一種先進的制造模式，為制造業帶來了變革，也成為學者們關注的研究領域，其中，網絡化制造信息服務及其相關技術是網絡化制造研究領域的研究熱點之一。學者對網絡化制造信息服務平臺進行了大量的研究，多是針對不同問題、實現不同功能的信息服務平臺研究。同時，網絡化制造模式得以實施的相關技術也是學者研究的重點，XML、本體等技術在網絡化制造領域得到了廣泛使用。

[1] 江平宇.網絡化制造電子服務理論與技術.北京:科學出版社,2004.

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

[3] 趙海峰.網絡化制造模式下MES系統研究與實現[D].東北大學博士論文,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.區域網絡化制造信息服務平臺的研究與實現[D].華東師范大學碩士論文,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.網絡化制造環境下的信息服務平臺研究[J].圖書情報工作,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.機械產品協同設計制造信息管理平臺的開發[J].機械管理開發, 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模具網絡化制造任務信息建模[J].機械設計與制造,2012(8).

[15] 高長元,祁凱.網絡環境下制造資源建模研究[J].統計與決策,2011(3).

[16] 鄭立斌,陳全園,顧寄南,代亞榮.網絡化制造資源建模與搜索的研究[J].機械設計與制造,2012(8).

[17] 金新娟.面向服務的動態可配置數控系統及其關鍵技術研究[D].武漢理工大學博士論文,2012.

[18] 董寶力.web制造資源的語義發現關鍵技術的研究[D].浙江大學博士論文,2007.

[19] 吳濤,宋豫川,劉飛,張巖.基于XML的網絡化制造信息轉換和傳輸技術研究[J].現代制造工程,2005(8).

[20] 王巍.基于XML的制造信息格式轉換技術研究[D]. 武漢理工大學碩士論文,2009.

[21] 孫軍,李麗,王軍,王宛山.面向STEP-NC的網絡化制造信息交換與平臺設計[J].沈陽建筑大學學報(自然科學版),2006(4).

[22] 張勇.網絡化制造中制造信息交換模式的研究[J].現代制造工程,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.