張明，田錫天，耿俊浩

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

面向全業(yè)務過程的制造資源網關方法研究

張明，田錫天，耿俊浩

(西北工業(yè)大學 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，提出了制造資源網關方法，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)類的標示；在此基礎上采用種、項、件三層制造資源管理模式，建立各層詳細動態(tài)映射關系，實現(xiàn)了不同業(yè)務階段對制造資源的自由調用、跨階段路由與協(xié)同。

制造資源管理；網關；分類

0 引言

企業(yè)全業(yè)務過程是指產品設計、工藝設計、生產調度、資源計劃等全部過程，其業(yè)務系統(tǒng)涵蓋了PLM系統(tǒng)、ERP系統(tǒng)、MES系統(tǒng)等。隨著信息化技術的發(fā)展和應用，企業(yè)不同業(yè)務階段積累了大量的復雜數(shù)據，為企業(yè)全業(yè)務過程和應用系統(tǒng)(包括PLM，ERP等)中統(tǒng)一、準確、有序的制造資源數(shù)據一致化管理帶來了嚴峻的挑戰(zhàn)。結合航空發(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)務過程的制造資源數(shù)據跨階段協(xié)同存在管理不一致等突出問題。例如面向生產的動態(tài)工藝規(guī)劃和支持動態(tài)工藝的生產規(guī)劃要求制造資源能夠跨工藝和生產階段進行協(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)據的不一致性，這不僅表現(xiàn)在PLM系統(tǒng)內部，在工藝數(shù)據與ERP系統(tǒng)進行集成時也十分明顯。

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

上述研究解決了復雜系統(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)據局限于簡單的傳遞和局部的調用。因此提出了面向航空發(fā)動機全業(yè)務過程的制造資源網關方法，并研究其關鍵技術，最后通過應用實例證明該方法的有效性。

1 制造資源網關方法

制造資源網關方法是指，在企業(yè)的全業(yè)務(產品設計、工藝設計、生產調度、資源計劃等)過程中，制造資源在系統(tǒng)內部或系統(tǒng)之間進行互通(傳輸和調用)時，用于提供協(xié)議轉換、路由選擇、數(shù)據交換等系統(tǒng)兼容功能的解決方案。

制造資源網關方法原理如圖1所示，把制造資源模型利用種、項、件三層模式管理，利用制造資源網關方法不同的業(yè)務系統(tǒng)可以自由的查詢、調用制造資源數(shù)據。

圖1 制造資源網關方法原理

制造資源網關方法的核心在于兩個方面:1) 制造資源的自由分類和標示技術;2) 制造資源類的多級動態(tài)映射技術。通過自由分類技術，使航空發(fā)動機制造企業(yè)的不同業(yè)務部門可以根據各自的業(yè)務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；通過多級動態(tài)映射技術，使企業(yè)不同階段的制造資源可以動態(tài)映射與匹配關聯(lián)。

2 基于制造資源網關的自由分類技術

制造過程的協(xié)同要求對制造資源能夠進行數(shù)據層面的統(tǒng)一管理，從而減小系統(tǒng)的復雜程度和增加應用的靈活性。自由分類技術是異構制造資源一致化管理的技術基礎，因此根據面向對象的思想并結合制造資源的特性提出了一種面向企業(yè)全業(yè)務過程的基于制造資源網關的自由分類技術。

自由分類技術是指在數(shù)據庫的類與實例中間添加一層虛擬分類節(jié)點，通過游離的關鍵屬性(分類屬性)組合來實現(xiàn)制造資源類的標示，如圖2所示。自由分類技術實現(xiàn)的關鍵模塊為屬性、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)務屬性和分類屬性，如圖3所示。業(yè)務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，也增加了類型標示的靈活性，為實現(xiàn)自由分類和動態(tài)標示提供了基礎。

圖3 某材料屬性分析

2) 分類體系：在對象與實例(對應數(shù)據庫中類與實例)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。把游離屬性關聯(lián)到分類上，對類進行標示。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；分類結構可以根據企業(yè)的業(yè)務需求動態(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。經過分析總結，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)其標示。另外游離屬性可以用來標示多個分類，即實現(xiàn)了游離屬性的重用。企業(yè)可以按照各自業(yè)務流程和應用系統(tǒng)(如CAPP)的需要，動態(tài)靈活的構建適合各自業(yè)務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聯(lián)的。如圖3所示，材料牌號#40對應的硬度、泊松比等業(yè)務屬性是創(chuàng)建#40對象時確定的；而把#40做成不同的外形會對應不同的直徑、長度等等，所以分類屬性在制造資源經過上節(jié)的分類管理后進行關聯(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)分類的標示。自由分類技術為異構制造資源的跨業(yè)務階段一致化管理提供了相同技術基礎，為制造資源跨階段路由和協(xié)同奠定了數(shù)據基礎。

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

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

圖4 種、項、件的關系圖

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

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。種可以對應個不同的實例，即項，擁有唯一的標示(Part ID)。

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

把制造資源數(shù)據細化，提煉出種、項、件三個層次。種為數(shù)據源，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可以關聯(lián)10×8，8×6等規(guī)格，而在ERP系統(tǒng)中10×8規(guī)格對應多把刀具，實現(xiàn)了一個對象對應多個實例，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系，得到PLM與ERP系統(tǒng)三層映射關系，為各個層次的詳細映射奠定了基礎。

細化種、相、件的映射關系，即建立每層下的類、分類、實例、屬性等映射關系。在PLM內部，自由分類技術使PLM內的各個業(yè)務系統(tǒng)可以進行同級的動態(tài)映射。從底層數(shù)據庫角度來看，即類與類、分類與分類、屬性與屬性等進行映射關聯(lián)。在PLM與ERP之間建立映射關系時，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、分類與組標示、屬性與列、關鍵屬性與主鍵的映射，形成細化的每層映射關系。詳細映射關系及其作用如表1所示。

表1 制造資源網關中多級動態(tài)映射關系

在自由分類的基礎上，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系?；诜N、項、件的多級動態(tài)映射技術實現(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 應用實例

制造資源網關方法在某航空發(fā)動機制造企業(yè)中進行了應用。根據具體業(yè)務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)務對象的管理和檢索及其他業(yè)務系統(tǒng)(CAPP系統(tǒng))的調用。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)可以緊密的調用PLM中的項、件數(shù)據，另外其他業(yè)務過程的系統(tǒng)(如工藝設計系統(tǒng))可以自由調用分類管理體系。

圖6 制造資源網關方法應用實例

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

5 結語

通過分析面向企業(yè)全部業(yè)務過程制造資源的特點，提出了利用制造資源網關管理制造資源的方法，以解決制造資源在全業(yè)務過程管理中存在的數(shù)據冗余、數(shù)據不單源等問題。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)據源的管控和不同業(yè)務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作用。

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

[2] 韋韞，李東波，童一飛.面向服務的基于元模型的統(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. 面向變批量生產的制造資源配置技術研究[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