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)了一個支持分布式制造中實(shí)時遠(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)備的整個發(fā)展和管理生命周期。Xiong Feng等[13]提出了一個關(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，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。

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