华中科技大学
硕士学位论文
支持网络化制造的车间资源集成若干关键技术研究
姓名：左革成
申请学位级别：硕士
专业：机械电子工程
指导教师：饶运清;黄刚
20050427
III 摘 要 网络化制造通过采用先进的网络技术制造技术和其他相关技术实现企业内部信息的共享集成企业间的协同制造执行系统(MES)是CIMS 中的重要一环它位于上层的企业生产计划管理系统与底层的工业控制之间其目标是实现车间生产过程及其相关制造资源的集成并对其进行有效管理跟踪和控制但是迄今为止的大部分MES 系统都缺乏对车间资源的进一步整合以及同企业上层企业联盟的信息交互所以本文提出了网络化MES 解决方案开发了面向动态联盟的支持网络化
制造的车间资源集成执行系统
论文首先介绍了课题的研究背景来源和目的综述了区域网络化制造的研究现状和体系结构分析了支持网络化制造的MES 技术发展状况提出了在网络化制造环境下车间MES 存在的问题指明了在网络化制造环境下进行车间制造资源内部集成
外部公布的必要性和可行性 根据对成都王牌车辆厂等单位的调研论文提出了在网络化制造体系中车间制造资源建模的网络层次结构
使用了多Agent 和UML 技术对车间资源进行了静态和动
态的建模
最后建立了支持网络化制造的车间资源集成框架
并提出了网络化集成MES 解决方案
基于上述研究工作和成果本项目组基于.NET 平台开发了网络化MES 原型系统对系统需求分析功能模块数据库设计进行了详细论述该系统已得到实际运用并在论文中给出了系统的部分界面显示
最后
对全文进行了总结
并指出了在支持网络化制造环境下MES 中车间资源集成的进一步研究方向与发展目标 关键词制造执行系统
MES 网络化制造 资源集成 多智能体系统(MAS)
Abstract
As an advanced manufacturing mode, networked manufacturing can achieve not only information sharing and integration within enterprise but also collaboration of different enterprises with the aid of advanced manufacturing technology, networked technology and related technologies. As an important part of CIMS, Manufacturing Executing System (MES) is the production management system on the shop floor, which fills the communication gap between the manufacturing planning system (e.g. MRPII/ERP) and the control system. It aims to integrate the production process in terms of labors, materials, equipments and work-in-progresses so as to achieve the effective production and control on the shop floor. However, most existent MES systems lack the ability to integrate the manufacturing resources and communicate with other information systems within the enterprise or with other enterprises.This thesis presents a networked MES solution, where a manufacturing resource integration execution system is developed to support networked manufacturing for virtual manufacturing organizations.
The background, objective and significance of the project are introduced. The essence, functions and research on "Regional Networked Manufacturing" are summarized. The development of networked manufacturing MES technology is discussed. The disadvantages of the traditional MES in the networked manufacturing environment are put forward. Meanwhile, the necessity and feasibility of the manufacturing resource integration modeling and information issuance are pointed out.
According to the investigation in Chengdu Wangpai Vehicle Company, the network hierarchy for the shop floor resource modeling is proposed. The multi-agent-based static manufacturing resource model and the UML-based dynamic model are both developed. Lastly, the integration architecture of the manufacturing resource modeling in the networked shop floor environment is established and the solution of the integrated and networked MES is presented.
Base on the achievement above, a prototype of the networked MES based on DOTNET is described. The requirement analysis, function description and database design are discussed in detail. This system is put into practical use, and some examples are given.
Finally, the conclusions are drawn and the further research directions of MES in a networked manufacturing environment are pointed out.
Key Words: Manufacturing Execution System(MES) Networked manufacturing resource integration multi-agent system (MAS)
IV
1 1 绪 论
1.1 课题的背景来源及目的 网络化制造是网络经济时代的必然产物因此它在包括中国在内的世界上很多国家都受到普遍重视网络化制造的核心是利用计算机网络跨越不同企业之间存在的空间差距通过企业之间的信息集成业务过程集成和资源共享为企业开展异地协同设计制造网上营销供应链管理等提供技术支撑和手段实现产品商务的协同产品设计的协同产品制造的协同和供应链的协同从而缩短产品的研制周期和研制费用提高整个产品链和制造群体的竞争力
车间层的生产管理与信息资源集成是企业生产系统和CIMS 中的重要一环车间作为制造企业的物化中心产品最终要通过车间制造出来车间生产计划制造资源的状态等最终决定了一个企业的实际生产能力产品质量状况车间生产及管理自动化是实施企业CIMS 整体解决方案的共性核心关键技术车间生产管理及其信息系统的敏捷性在很大程度上决定着整个企业的敏捷性[1][2]为适应敏捷化的车间制造环境制造执行系统MES:Manufacturing Execution System 的概念近十年来逐步形成并得到迅速发展[1-6]MES 是位于企业上层生产计划MRPII/ERP 和底层工业控制之间
面向车间层的生产管理技术与实时信息系统
MES 的任务是根据上级下达的生产计划充分利用车间的各种生产资源生产方法和丰富的实时现场信息快速低成本
地制造出高质量的产品 以产品生产为主线车间不仅是制造计划的具体执行者也是制造信息的反馈者更是大量实时制造信息的集散地对车间制造资源及制造过程的优化管理是提高企业核心竞争力的关键问题之一在网络化制造环境下根据中国目前制造业特别是中小企业的现状不大可能对企业的现有制造资源进行大规模更新因此充分利用现有资源和现代信息技术对车间的各类系统进行网络化改造和车间MES 中各类资源的集成可以充分提升车间信息化程度实现企业各层的信息互通给企业带来极大的经济效益提高中国制造业核心企业竞争力研究支持网络化制造的车间MES 制造资源的集成也是实现我国制造业资源集成与共享的基础和前提
本课题来源于国家863计划资助项目支持网络化制造的车间资源集成与制造过程管理项目编号为2003AA411120和国家863计划资助项目成德绵区域网络
2 化制造系统的开发与应用项目编号为
2002AA414050
1.2 网络化制造系统研究综述
1.2.1 网络化制造的基本概念 计算机网络技术的迅速发展为现代制造企业跨地域跨行业以及为企业内部实现信息实时传递和技术的交流共享提供了可执行的条件制造业面临的是全球性的市场
资源技术和人员的竞争
制造将不再是传统意义上制造而是一个以Internet 技术为基础跨国界全球性的大制造概念即我们所称的网络化制造Network-based
Manufacturing
这就需要建立一种市场需求驱动的
具有快速响应机制的网络化制造模式这将是当前乃至今后若干长的时期内制造业所面临的最紧迫的任务之一是制造企业摆脱困境赢得市场掌握竞争主动权的关键[7]
香港理工大学李荣彬教授针对香港制造业发展提出了
分散网络化生产系统(Dispersed Network Production System)的概念[8]据此发展由李荣彬和同济大学的张曙教授联合提出DNMS Dispersed Networked Manufacturing System ,并由重庆大学作为主研单位之一完成863/CIMS 主题的重大项目之一的现代集成制造系统应用网络在网络化制造的系统模式网络化制造的单元技术网络化制造集成技术安全技术网络化制造平台等研究方面取得了一定的成果重庆大学的但斌刘飞等人从网络化制造的集成性出发提出了NIMS Networked Integrated Manufacturing System 的概念[9]
指出网络化制造是指基于网络包括Internet Intranet Extranet 的制造企业的各种制造活动包括市场运作产品设计和开发物料资源组织生产加工过程产品运输与销售售后服务等
及其涉及的制造技术和制造系统
北方交通大学的齐书增邓亮波等提出了智能网络化制造平台的概念[10]华中科技大学的杨叔子院士等提出了企业集成环境下的MAS
Multi-Agent System 网络制造模式和基于CORBA 的制造模式
[11][12] 国外研究人员也对网络化制造相关概念给出了定义与网络化制造相关的提法主要有Networked Manufacturing e-manufacturing e-factory 等
网络化制造可以看作是e-manufacturing 的一种主要的实现技术和系统 综上网络化制造特征的基础上我们可以定义网络化制造为网络化制造是企业为了应对知识经济和制造全球化的挑战实施的以快速响应市场需求和提高企业竞争
3 力为主要目标的一种先进制造模式通过采用先进的网络技术制造技术和其他相关技术构建面向企业特定需求的基于网络的制造系统
[7]
1.2.2 开展网络化制造研究与应用的意义 开展网络化制造能促进我国制造业企业的信息化并通过信息化带动工业化的发展进程实现用高新技术改造和提升传统产业的目标可以从整体上提高我国制造业的水平提高企业竞争力促进我国制造业走向世界并为提高我国制造业在世界经
