面向全業(yè)務(wù)過程的制造資源網(wǎng)關(guān)方法研究

張明，田錫天，耿俊浩

(西北工業(yè)大學(xué) CAPP與制造工程軟件研究所，陜西 西安 710072)

面向全業(yè)務(wù)過程的制造資源網(wǎng)關(guān)方法研究

張明，田錫天，耿俊浩

(西北工業(yè)大學(xué) CAPP與制造工程軟件研究所，陜西 西安 710072)

針對企業(yè)全部業(yè)務(wù)過程中存在的制造資源管理不一致等問題，提出了制造資源網(wǎng)關(guān)方法，在類與實例中間添加一層虛擬節(jié)點對制造資源進行自由分類，利用游離屬性的組合來實現(xiàn)類的標(biāo)示；在此基礎(chǔ)上采用種、項、件三層制造資源管理模式，建立各層詳細動態(tài)映射關(guān)系，實現(xiàn)了不同業(yè)務(wù)階段對制造資源的自由調(diào)用、跨階段路由與協(xié)同。

制造資源管理；網(wǎng)關(guān)；分類

0 引言

企業(yè)全業(yè)務(wù)過程是指產(chǎn)品設(shè)計、工藝設(shè)計、生產(chǎn)調(diào)度、資源計劃等全部過程，其業(yè)務(wù)系統(tǒng)涵蓋了PLM系統(tǒng)、ERP系統(tǒng)、MES系統(tǒng)等。隨著信息化技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用，企業(yè)不同業(yè)務(wù)階段積累了大量的復(fù)雜數(shù)據(jù)，為企業(yè)全業(yè)務(wù)過程和應(yīng)用系統(tǒng)(包括PLM，ERP等)中統(tǒng)一、準(zhǔn)確、有序的制造資源數(shù)據(jù)一致化管理帶來了嚴峻的挑戰(zhàn)。結(jié)合航空發(fā)動機制造行業(yè)的實際需求、制造信息化的發(fā)展趨勢[1]以及前期研究成果，本文認為面向航空發(fā)動機制造企業(yè)全業(yè)務(wù)過程的制造資源數(shù)據(jù)跨階段協(xié)同存在管理不一致等突出問題。例如面向生產(chǎn)的動態(tài)工藝規(guī)劃和支持動態(tài)工藝的生產(chǎn)規(guī)劃要求制造資源能夠跨工藝和生產(chǎn)階段進行協(xié)同，但是兩個階段對制造資源的分類和使用方式的不同造成了制造資源數(shù)據(jù)的不一致性，這不僅表現(xiàn)在PLM系統(tǒng)內(nèi)部，在工藝數(shù)據(jù)與ERP系統(tǒng)進行集成時也十分明顯。

制造資源數(shù)據(jù)作為制造數(shù)據(jù)中的重要部分，國內(nèi)外學(xué)者對此進行了大量的研究，如文獻[2]研究了面向服務(wù)的基于元模型的統(tǒng)一制造資源建模；文獻[3] 面向變批量生產(chǎn)的制造資源配置技術(shù)。

上述研究解決了復(fù)雜系統(tǒng)的制造資源建模，初步實現(xiàn)了不同系統(tǒng)的集成。但是目前各個子系統(tǒng)設(shè)計的制造資源模型是相互獨立的，彼此之間不能進行緊密的集成，使得制造資源數(shù)據(jù)局限于簡單的傳遞和局部的調(diào)用。因此提出了面向航空發(fā)動機全業(yè)務(wù)過程的制造資源網(wǎng)關(guān)方法，并研究其關(guān)鍵技術(shù)，最后通過應(yīng)用實例證明該方法的有效性。

1 制造資源網(wǎng)關(guān)方法

制造資源網(wǎng)關(guān)方法是指，在企業(yè)的全業(yè)務(wù)(產(chǎn)品設(shè)計、工藝設(shè)計、生產(chǎn)調(diào)度、資源計劃等)過程中，制造資源在系統(tǒng)內(nèi)部或系統(tǒng)之間進行互通(傳輸和調(diào)用)時，用于提供協(xié)議轉(zhuǎn)換、路由選擇、數(shù)據(jù)交換等系統(tǒng)兼容功能的解決方案。

制造資源網(wǎng)關(guān)方法原理如圖1所示，把制造資源模型利用種、項、件三層模式管理，利用制造資源網(wǎng)關(guān)方法不同的業(yè)務(wù)系統(tǒng)可以自由的查詢、調(diào)用制造資源數(shù)據(jù)。

圖1 制造資源網(wǎng)關(guān)方法原理

制造資源網(wǎng)關(guān)方法的核心在于兩個方面:1) 制造資源的自由分類和標(biāo)示技術(shù);2) 制造資源類的多級動態(tài)映射技術(shù)。通過自由分類技術(shù)，使航空發(fā)動機制造企業(yè)的不同業(yè)務(wù)部門可以根據(jù)各自的業(yè)務(wù)流程對制造資源進行自由的分類，為制造資源個性化管理和一致化管理提供了基礎(chǔ)；通過多級動態(tài)映射技術(shù)，使企業(yè)不同階段的制造資源可以動態(tài)映射與匹配關(guān)聯(lián)。

2 基于制造資源網(wǎng)關(guān)的自由分類技術(shù)

制造過程的協(xié)同要求對制造資源能夠進行數(shù)據(jù)層面的統(tǒng)一管理，從而減小系統(tǒng)的復(fù)雜程度和增加應(yīng)用的靈活性。自由分類技術(shù)是異構(gòu)制造資源一致化管理的技術(shù)基礎(chǔ)，因此根據(jù)面向?qū)ο蟮乃枷氩⒔Y(jié)合制造資源的特性提出了一種面向企業(yè)全業(yè)務(wù)過程的基于制造資源網(wǎng)關(guān)的自由分類技術(shù)。

自由分類技術(shù)是指在數(shù)據(jù)庫的類與實例中間添加一層虛擬分類節(jié)點，通過游離的關(guān)鍵屬性(分類屬性)組合來實現(xiàn)制造資源類的標(biāo)示，如圖2所示。自由分類技術(shù)實現(xiàn)的關(guān)鍵模塊為屬性、分類管理和資源對象。

圖2 自由分類原理圖

1) 屬性：提出一種新的屬性管理方式，把制造資源對象的屬性分為業(yè)務(wù)屬性和分類屬性，如圖3所示。業(yè)務(wù)屬性反映了制造資源本身的特性，如熔點、密度等；分類屬性反映了制造資源的規(guī)格化信息，即尺寸信息。在此基礎(chǔ)上建立游離的屬性(分類屬性)，以取代以往在每個類型底下建立詳細屬性的方式。然后根據(jù)需要靈活地給分類綁定屬性，這樣既減少了工作量，減輕了系統(tǒng)的負擔(dān)，也增加了類型標(biāo)示的靈活性，為實現(xiàn)自由分類和動態(tài)標(biāo)示提供了基礎(chǔ)。

圖3 某材料屬性分析

2) 分類體系：在對象與實例(對應(yīng)數(shù)據(jù)庫中類與實例)之間添加一層虛擬分類節(jié)點，建立起自由分類體系，如圖2所示。把游離屬性關(guān)聯(lián)到分類上，對類進行標(biāo)示。每個資源類都能動態(tài)定義其各自分類屬性；子類可以繼承父類的屬性，并能修改繼承的屬性值；分類結(jié)構(gòu)可以根據(jù)企業(yè)的業(yè)務(wù)需求動態(tài)的擴展，實現(xiàn)原理如圖2所示。對象5B100/MW-0097的業(yè)務(wù)屬性可以歸納為名稱、描述、所有者等；分類屬性包括直徑、總長、材料等。經(jīng)過分析總結(jié)，對象5B100/MW-0097隸屬于類5B100-中心鉆，把游離屬性(直徑、總長、材料)掛接到分類實現(xiàn)其標(biāo)示。另外游離屬性可以用來標(biāo)示多個分類，即實現(xiàn)了游離屬性的重用。企業(yè)可以按照各自業(yè)務(wù)流程和應(yīng)用系統(tǒng)(如CAPP)的需要，動態(tài)靈活的構(gòu)建適合各自業(yè)務(wù)過程的制造資源分類體系。

3) 對象分類：把資源對象發(fā)送到自由分類模塊進行分類，可以創(chuàng)建多個相同或者不同的實例。資源對象的業(yè)務(wù)屬性是隨著資源對象實例化而創(chuàng)建的，而分類屬性是在對象實例化并進行自由分類后自動進行關(guān)聯(lián)的。如圖3所示，材料牌號#40對應(yīng)的硬度、泊松比等業(yè)務(wù)屬性是創(chuàng)建#40對象時確定的；而把#40做成不同的外形會對應(yīng)不同的直徑、長度等等，所以分類屬性在制造資源經(jīng)過上節(jié)的分類管理后進行關(guān)聯(lián)，即實現(xiàn)了資源對象#40的自由分類。

在對象和實例中間添加一層虛擬節(jié)點可以實現(xiàn)對制造資源的靈活分類，利用游離屬性的組合來實現(xiàn)分類的標(biāo)示。自由分類技術(shù)為異構(gòu)制造資源的跨業(yè)務(wù)階段一致化管理提供了相同技術(shù)基礎(chǔ)，為制造資源跨階段路由和協(xié)同奠定了數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。

3 基于種、項、件模式的航空發(fā)動機制造資源多級動態(tài)映射技術(shù)

制造資源在自由分類后，把類，分類，屬性等在不同的業(yè)務(wù)系統(tǒng)中進行映射關(guān)聯(lián)，以實現(xiàn)制造資源數(shù)據(jù)跨階段的協(xié)同管理。所以本文提出了種、項、件的制造資源管理模式，并建立制造資源網(wǎng)關(guān)各級動態(tài)映射的關(guān)系，如圖4所示。

圖4 種、項、件的關(guān)系圖

制造資源的多級動態(tài)映射指建立分層的映射關(guān)系，從粗到精逐步實現(xiàn)不同階段的制造資源的動態(tài)關(guān)聯(lián)。在制造資源種、項、件三層映射關(guān)系下，通過分析各層內(nèi)部(包括類、分類、屬性等層)對應(yīng)關(guān)系，建立完整的映射關(guān)系表。

1) 種：要素和基本屬性相同的對象，即資源對象。它是制造資源模型的基本組成，在系統(tǒng)中擁有唯一的標(biāo)識代碼(Item ID)。

2) 項：組成制造資源的對象實例，是“種”的引用。種可以對應(yīng)個不同的實例，即項，擁有唯一的標(biāo)示(Part ID)。

3) 件：構(gòu)成實例的數(shù)量(基本計量單位)的單體，擁有自己唯一的標(biāo)識代碼(Piece ID)。

把制造資源數(shù)據(jù)細化，提煉出種、項、件三個層次。種為數(shù)據(jù)源，項可以繼承種，件為項的一個單體。在PLM系統(tǒng)中刀具對象5B100/MW-0097可以關(guān)聯(lián)10×8，8×6等規(guī)格，而在ERP系統(tǒng)中10×8規(guī)格對應(yīng)多把刀具，實現(xiàn)了一個對象對應(yīng)多個實例，如圖5所示。由于不同系統(tǒng)管理對象的不同，給制造資源的跨階段一致化管理帶來了困難。把PLM系統(tǒng)中的規(guī)格(項)與ERP系統(tǒng)中的PLM系統(tǒng)管理對象(種)建立映射關(guān)系， PLM系統(tǒng)中的實例單體(件)與ERP系統(tǒng)中的實例建立映射關(guān)系，得到PLM與ERP系統(tǒng)三層映射關(guān)系，為各個層次的詳細映射奠定了基礎(chǔ)。

細化種、相、件的映射關(guān)系，即建立每層下的類、分類、實例、屬性等映射關(guān)系。在PLM內(nèi)部，自由分類技術(shù)使PLM內(nèi)的各個業(yè)務(wù)系統(tǒng)可以進行同級的動態(tài)映射。從底層數(shù)據(jù)庫角度來看，即類與類、分類與分類、屬性與屬性等進行映射關(guān)聯(lián)。在PLM與ERP之間建立映射關(guān)系時，由于管理對象的變化(如圖5所示)，需建立PLM與ERP的不同級映射。建立PLM中的類與ERP中的表、分類與組標(biāo)示、屬性與列、關(guān)鍵屬性與主鍵的映射，形成細化的每層映射關(guān)系。詳細映射關(guān)系及其作用如表1所示。

表1 制造資源網(wǎng)關(guān)中多級動態(tài)映射關(guān)系

在自由分類的基礎(chǔ)上，利用種、項、件的三層制造資源管理方式，建立各個層的詳細映射關(guān)系。基于種、項、件的多級動態(tài)映射技術(shù)實現(xiàn)制造資源的跨階段路由和協(xié)同等功能，為實現(xiàn)制造資源的一致化管理提供了理論。

4 應(yīng)用實例

制造資源網(wǎng)關(guān)方法在某航空發(fā)動機制造企業(yè)中進行了應(yīng)用。根據(jù)具體業(yè)務(wù)部門需要建立起制造資源自由分類體系，如圖6所示。在企業(yè)協(xié)同平臺中建立制造資源對象刀具5B100/MW-009，并賦予業(yè)務(wù)屬性(名稱、描述等)。把對象刀具5B100/MW-0097發(fā)送到分類體系進行分類，并賦予分類屬性，以方便業(yè)務(wù)對象的管理和檢索及其他業(yè)務(wù)系統(tǒng)(CAPP系統(tǒng))的調(diào)用。PLM和ERP系統(tǒng)進行基于種、項、件三層模式的映射，如圖6所示。PLM系統(tǒng)中的項為5B100/MW-0097對應(yīng)的實例10×8，8×6等，件為項的單體(如10×8)。ERP需要管理的為某些型號的數(shù)量，編號等信息，所以ERP中的種為10×8，8×6等規(guī)格的5B100/MW-0097刀具，項為所有規(guī)格為8×6的刀具，件為某個8×6的刀具(如編號為0097-8×601)。ERP系統(tǒng)可以緊密的調(diào)用PLM中的項、件數(shù)據(jù)，另外其他業(yè)務(wù)過程的系統(tǒng)(如工藝設(shè)計系統(tǒng))可以自由調(diào)用分類管理體系。

圖6 制造資源網(wǎng)關(guān)方法應(yīng)用實例

在企業(yè)協(xié)同平臺的基礎(chǔ)上，利用制造資源網(wǎng)關(guān)方法建立起制造資源庫，管控企業(yè)全業(yè)務(wù)過程的制造資源。自由分類技術(shù)使企業(yè)的不同業(yè)務(wù)階段可以根據(jù)自己的需求對制造資源進行分類管理；動態(tài)映射技術(shù)使制造資源可以在企業(yè)的不同業(yè)務(wù)階段進行流動、調(diào)用，最終實現(xiàn)了制造資源在企業(yè)全業(yè)務(wù)過程中的一致化管理。

5 結(jié)語

通過分析面向企業(yè)全部業(yè)務(wù)過程制造資源的特點，提出了利用制造資源網(wǎng)關(guān)管理制造資源的方法，以解決制造資源在全業(yè)務(wù)過程管理中存在的數(shù)據(jù)冗余、數(shù)據(jù)不單源等問題。制造資源管理方法在某航空發(fā)動機制造企業(yè)得到了驗證，實現(xiàn)了制造資源單一數(shù)據(jù)源的管控和不同業(yè)務(wù)階段對制造資源的合理管理，對未來航空發(fā)動機制造企業(yè)制造資源管理具有指導(dǎo)作用。

[1] 楊叔子，吳波，李斌.再論先進制造技術(shù)及其發(fā)展趨勢[J].機械工程學(xué)報，2006，42(1)：1-5.

[2] 韋韞，李東波，童一飛.面向服務(wù)的基于元模型的統(tǒng)一制造資源建模研究[J]. 中國機械工程，2012，23(15):1818-1824.

[3] 王慶安，胡小秋. 面向變批量生產(chǎn)的制造資源配置技術(shù)研究[J].機械制造與自動化，2006，06:77-79.

Research on Gateway Method of Manufacturing Resources for Entire Workflows

ZHANG Ming， TIAN Xi-tian，GENG Jun-hao

(Northewestern Polytechnical Univesity Institute of CAAP & Manufacturing Engineering Sottware Xi'an 710072,China)

In order to solve the disaccord of the manufacturing resource mangagement in the entire workflows，the gateway method of manufacturing resources is put forward. A layer of virtual nodes is added between classes and instances for free classification and the combination of free attribute is used to identity the classes. On the base of the free classification，the management mode of Type-Item-Piece is adopt to bulid the mapping relationgship of the each layer.By this method，data redundancy owing to the disaccord of the manufacturing resource mangagement is solved and free invoking and the inter-stage collaboration is achieved.

manufacturing resources; management gateway;classification

張明(1986-)，男，碩士研究生，研究方向為制造信息化。

TP391

B

1671-5276(2014)02-0207-03

2013-02-18