網絡環境下制造資源建模研究

高長元，祁 凱

（哈爾濱理工大學 管理學院，哈爾濱 150040）

網絡環境下制造資源建模研究

高長元，祁 凱

（哈爾濱理工大學 管理學院，哈爾濱 150040）

文章針對網絡化制造的特點，從產品形成過程的全生命周期角度對制造資源進行分類。在此基礎上，結合面向對象的思想與XML技術，對網絡環境下的制造資源進行建模。以某軸承廠為例，描述制造資源的建模過程，使該模型具有可擴展性及柔性，同時滿足制造資源重用、制造資源共享及制造資源快速搜索的需求，為實現企業內及企業間的資源共享及資源重構奠定基礎。

網絡化制造；制造資源；資源建模；XML

0 引言

我國制造業面臨著前所未有的機遇和挑戰。實施網絡化制造正是為了適應當前經濟全球化、區域經濟發展、行業經濟發展和重大技術裝備研發的需求而采用的一種先進制造模式，也是企業為了自身發展而采取的加強國際合作、參與國際競爭、開拓市場、降低成本和實現定制化生產的需要[1]。資源建模可以為企業資源提供統一的描述方法，是實現網絡化制造中資源共享、動態聯盟中虛擬企業資源優化配置的重要基礎[2]。目前國內外對于資源建模的研究還處于初級階段，在前期的系統分析和設計階段一般都沒有考慮資源共享，資源配置等問題，一般是在技術實施時才考慮資源的集成等。在比較成熟的建模方法中，只有兩種比較詳細完整地描述了資源視圖：IEM[3]和CIMOSA[4]方法，但是它們取得的成果大都還處于理論研究階段，需要開發真正實用的建模工具，并在實際應用中完善和驗證。

基于此，本文根據網絡化制造的特點，結合已有的資源分類方法，考慮到產品形成過程的全生命周期，對制造資源進行分類研究。并從資源重用、資源共享及資源的快速搜索等多個視角對制造資源進行需求分析，在此基礎上，結合面向對象的思想與 XML相結合建立制造資源模型，使該模型具有可擴展性及柔性，為實現企業間及企業內的資源共享及資源重構奠定基礎。

1 網絡環境下制造資源建模需求分析

1.1 制造資源分類

制造資源不僅是企業生產活動的載體，更是企業完成生產任務的最重要的物質基礎[5]。如何對制造資源進行有效的分類，使其能夠統一描述不同制造業所擁有的資源，實現資源共享，成為目前需要解決的問題，同時資源的有效分類也是制造資源建模的基礎。傳統的資源分類要相對簡單，制造資源就是生產設備和人力兩大塊。在網絡化制造背景下，制造資源的內涵和所包括的內容得到了延伸，既包括企業生產系統內部資源要素，同時還包括企業生產系統以外的其他諸多要素，使制造資源的種類變的更加繁多、分類更加復雜[6]。目前，許多學者專家對資源分類進行了相關研究。比較有代表性的是張大勇、徐小飛等[7]在研究敏捷虛擬企業資源建模時將資源分為物料類資源和支持類資源兩大類。王正成[8]從資源提供者的角度，按照各階段制造資源屬性及其在整個活動過程中發揮的作用將制造資源分為7大類，分別為服務類、軟件類、信息類、設備類、物料類、人力類及知識類。盛步云[9]根據企業的層次結構，把制造資源歸為5個層次來描述，即企業層、車間層、單元層、工作站層及設備層。每個層次代表的制造資源都有其屬性和功能。以上學者根據具體問題對制造資源從不同角度進行了詳細分類，但是都沒有考慮產品類，而制造企業的核心競爭力大多都離不開具有本企業特色的產品，特別是客戶需求的多樣化，更是企業需要著重考慮的因素之一。

本文結合已有的資源分類方法，從市場需求角度同時綜合產品形成過程的全生命周期，以產品為核心對制造資源進行分類，這種分類方法可以全面的描述制造資源，為資源共享奠定基礎，同時可以根據這個分類對企業的資源進行有效的配置。產品生命周期(product life cycle)，簡稱PLC，是產品的市場壽命，即一種新產品從開始進入市場到被市場淘汰的整個過程。典型的產品生命周期包括介紹期(或引入期)、成長期、成熟期和衰退期。

根據對產品生命周期及整個生命周期所需的制造資源的總結分析，本文以產品為核心將制造資源分為九大類，具體如圖1所示。

1.2 需求分析

圖1 制造資源分類

圖2 面向對象的制造資源分類

隨著網絡化制造這種先進制造模式的應用，促使在制造資源方面提出了更高的要求，本文從資源共享、資源重組及資源的快速搜索角度分析對制造資源建模的需求。

（1）資源共享。資源共享可以將分布在不同地域、組織或系統中的資源組織起來完成某一特定的任務，使資源得到很高的利用，從而實現各個協作企業的利益最大化。在企業內部，同樣需要資源的共享，企業內各個部門之間的資源有效流動和應用系統例如ERP、PDM之間的信息交換，都是資源共享的體現。而制造資源建模正是實現資源共享的基礎，如果沒有標準規范的資源模型作為基礎，那么就會導致企業間信息導入導出之間的錯誤，企業內各應用系統不能夠有效的集成，造成數據的大量冗余。

（2）資源重用。隨著市場需求的個性化、多樣化發展，企業的產品創新成為獲得競爭優勢的有利手段。如何快速響應不斷變化的市場和客戶需求，是制造業成功的關鍵，在制造業業務過程中重用企業內外部資源是保證快速響應的重要策略。資源共享的根本目的就在于使資源得到最大限度的重用，這就需要建立可重構的資源模型，通過資源的重用快速進行資源重新配置。

（3）資源快速搜索。制造資源的所有者以一定的形式提供自己的全部或部分資源，允許網絡環境下的用戶在一定的規則下，通過一定的手段獲取和使用這些資源。那么企業間如何快速的搜索到所需的資源來滿足自身企業的需求，就要求所建立的資源模型結構靈活。

本文根據資源共享、資源重用及資源的快速搜索對制造資源建模的需求，總結出所建立的資源模型應滿足以下幾點要求：①資源模型中的特征應能全面反映制造資源生命周期各個階段的信息，從而支持快速擴散制造下資源實時共享。②能夠動態地定義和修改制造資源信息，使得資源模型具有可重構性及可擴展性。③制造資源模型應能從形式上為資源數據快速搜索提供支持。

2 網絡環境下的制造資源建模

2.1 制造資源建模方法分析

目前關于制造資源建模的方法已經展開了一些研究，主要的方法有戴毅茹等提出的面向對象的資源建模方法[10]，該建模方法支持基于企業建模體系全生命周期的資源建模，彌補了現有建模體系資源建模的缺陷，但是缺乏對協同企業之間資源共享問題的研究。鄭立斌等提出的基于本體的建模方法[11]，它側重于對企業內外部資源表示方法進行研究，而對于資源之間的聯系并沒有深入分析。高亮等提出的基于XML的建模方法[12]，它針對于目前異構系統集成存在的問題，側重于對XML技術的分析，而對于制造資源的分類并沒有研究。梁峰等提出的基于元資源的建模方法[13]則主要是對制造資源組織進行研究。賀文銳等提出的基于web服務的建模方法[14]，側重于分析資源的信息模型，并基于Web Services實現制造資源管理系統，而對于如何建立資源模型研究的不夠深入。這些方法應用于某一具體問題給出了相應的解決方案，但對于建立滿足資源共享、資源重用以及能夠支持資源快速搜索的資源模型，在某種程度上都具有局限性。

2.2 面向對象的制造資源分類

本文結合面向對象的思想為制造資源的分類進行統一的描述，這樣可以一致地描述制造資源全生命周期中各階段需要關注的資源對象信息和不同企業的資源系統，消除了由于數據表達差異而引起的不同階段、不同企業的模型分歧，使模型的可重用性和可集成性大大增強。根據面向對象的特點，本文將運用資源池、資源型、資源實體及資源組合四大類來統一描述制造資源。面向對象的制造資源分類及其之間的關系如圖2所示。

資源池：企業內部所有資源的匯總，即資源型的集合。根據前文對制造資源的分類，資源池中應包括產品、物料、設備、資金、人員、知識、軟件、硬件、信息九大類資源型。企業間的資源共享相當于不同資源池中的資源搜索及資源流動過程，根據企業的安全性要求，資源型以粗粒度的形式進行封裝，某些資源的詳細信息不允許其他企業搜索及共享。

資源型：是對資源實體的歸類和整理，例如產品類就是資源型，它是企業所有產品的歸類，構成企業的資源分類樹。資源型的分類依據主要是資源能夠完成的功能類型和使用特征。資源型具有層次性，它的繼承性體現在可共享父類數據結構的子類中，同時，可以根據需要擴展和特化父類的屬性與操作。該特征有效地支持資源由高到低的分類結構描述。在制造資源中，具有相似特征的資源集合間可用繼承性體現其相似性。如物料類資源型是半成品及原材料的父類，半成品及原材料可以繼承物料類的物料編碼及物料名稱等基本屬性，根據需要擴展其相應屬性如原材料價格及原材料產地等。

資源實體：是構成資源型的要素，也是企業內的具體資源。它能夠精確的描述資源的屬性，包括資源的基本信息屬性、資源的組織屬性及資源的能力屬性等。以人員類中的生產人員為例，基本信息屬性包括姓名、編號、性別及職位等，組織屬性主要是指該人員所屬的屬的部門屬性，資源的能力屬性主要是描述資源完成企業業務活動的能力。資源實體是模型中最底層，使元信息的集合，它是細粒度的封裝，是實現資源模型可重用及企業內部資源共享的基礎。

資源組合：它是根據企業的運作過程及生產任務的不同將資源實體進行相應的組合，資源的組合是一個動態過程，根據資源的使用情況和狀態進行資源實體的動態關聯。

2.3 基于XML的制造資源表達模型

根據前文對網絡化制造環境下資源的特點及需求分析，既要求資源在企業內部不同應用系統之間能夠資源共享，同時要求資源能夠在網絡上傳遞，實現企業間的資源共享。本文在面向對象對資源進行分類的基礎上，運用可擴展標記語言(extensible markup language,XML)作為加強異構系統互通性的工具，使網絡化制造中的各資源數據的統一和共享，提高資源搜索的速度。XML是面向Web的通用的文檔描述語言，利用XML文件描述和傳遞資源信息，是實現基于Web的資源信息交換的最佳方法。XML作為W3C的一個網絡語言通用的標準，在資源建模方面發揮著巨大優勢：首先，在實際的應用中，制造資源并不能純粹地表示成二維表的形式，根據前文的分類發現資源型具有多層次的屬性，而XML具有獨特的樹型結構，能夠把資源不加約束地表達，使資源的各個層次關系明了；其次，XML是一種自描述語言，允許用戶自定義標記，不局限于英文，有很強的語義性和靈活性；三是XML模式文件可以定義某一特定領域的XML文檔結構，各企業把制造資源信息綁定在統一的制造資源DTD或XML Schema模型上，能夠實現制造資源最大程度的共享[15]。XML Schema起到與DTD一樣的作用，為一類XML文檔設定一套標準結構。但與DTD不同，XML Schema是用XML編程，這樣可以使廣泛的軟件對它進行分析和編輯。同時XML Schema在支持數據類型等方面比DTD具有更強大的性能，因此本文采用XML Schema對制造資源分類進行描述，如下所示。

基于XML的資源表達有利于資源共享，特別是在網絡環境下制造企業間的資源集成得以實現，增強了企業間的合作。同時有助于更自動化、更精確的制造資源搜索，提高了企業的經營效率，從而增強了企業的競爭優勢。

3 建模實例

本文通過對某軸承廠的調研，對其制造資源進行建模研究。根據對制造資源的九大類分析及面向對象的資源分類，該企業的制造資源也可以由資源池、資源型、資源實體及資源組合來描述。其中資源池就是該軸承廠所有資源的集合，它可以與外界進行資源的傳遞以及資源的共享。資源型可以由本文給出的九大類來描述，它由資源實體構成。根據市場對軸承類型需求的不同，資源實體進行動態組合以滿足客戶個性化需求。對于軸承廠制造資源分類的具體描述如表1所示。

表1 某軸承廠制造資源分類

以物料類資源為例，運用XML Schema方法對其進行建模，由于篇幅有限，給出部分模型信息，如下所示。

以上是基于XML對某軸承廠物料資源的描述，這種描述方法可以很清晰的表達物料的基本信息及層級結構，方便企業數據庫的存儲。同時在企業內部便于與其他系統的信息共享，在企業外部可以實現與其他供應商及客戶的資源集成，提高了軸承廠資源的利用率，增強了企業的競爭優勢。

4 結論

本文根據網絡化制造資源的特點，結合已有的制造資源分類方法，從產品形成的全生命周期角度，以產品為核心將制造資源分為九大類。同時從資源共享、資源重用及資源的快速搜索角度對制造資源建模進行需求分析。為了滿足制造資源建模的要求，結合面向對象的思想，提出運用資源池、資源型、資源實體及資源組合來統一描述制造資源，這樣可以使得資源模型具有良好的擴展性及柔性。為了實現制造資源共享，采用XML Schema對元制造資源進行建模，使網絡化制造中的各資源數據統一和共享，提高資源搜索的速度。最后，以某軸承廠為例，驗證了制造資源的分類及建模的有效性，為其在網絡環境下實現資源共享奠定基礎。

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[14]賀文銳，何衛平．基于Web Services的網絡化制造資源管理的關鍵技術研究[J]．計算機集成制造系統，2004，10（11）．

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（責任編輯/易永生）

F270

A

1002－6487（2011）03-0048-03

國家自然科學基金資助項目(70873029)；黑龍江省科技廳國際科技合作項目（WC03116）；黑龍江省教育廳人文社科重點項目（11522Z031）

高長元(1960-)，男，黑龍江雞西人，教授，博士生導師，研究方向：決策支持系統、企業建模。