（機械制造及其自動化專業(yè)論文）面向中小型線束企業(yè)的管控一體化研究.pdf

上海大學碩士學位論文 摘要 面向訂單的線束制造過程，需要解決線束生產現場黑箱操作、數據傳輸效 率低、應用間信息孤島的問題；同時技術的發(fā)展也對企業(yè)管控一體化提出了動 態(tài)聯合、易于擴充和變動靈活的要求。論文的主要研究工作是基于網絡技術解 決設計、控制和管理信息的分離、基于w e b 服務技術解決系統、平臺異構和基 于s 9 5 標準解決應用間信息異構等三個技術體系組成的中小型線束企業(yè)管控一 體化的綜合解決方案，以實現線束企業(yè)設計、制造、管理信息的集成化管理， 線束的一體化生產。全文按照以下思路展開： 分析比較現有的管控一體化體系結構，根據中小型線束企業(yè)的特點，提出 恰合中小型線束企業(yè)的管控一體化模型。在此模型的基礎上創(chuàng)建了基于w e b 服 務技術體系的中小型線束企業(yè)管控一體化框架。設計了線束設備互聯方案，為 設計、制造、管理信息集成提供物理數據通道。提出了線束設備數據采集策略， 使得線束生產現場實時信息能夠有效地傳遞給管理信息系統、設備操作指令自 動下發(fā)給設備，解決了中小型線束企業(yè)生產現場黑箱操作和數據傳遞效率低的 問題?；? 9 5 標準對線束制造過程信息進行科學歸類，為建立線束企業(yè)管控 信息集成規(guī)范奠定基礎，按照信息集成規(guī)范的研究方法基于已有b 2 m m l 規(guī)范 制定線束企業(yè)的信息集成規(guī)范，歸納了線束企業(yè)集成規(guī)范的分層結構和制訂原 則，并將上述理論、方法應用于集成規(guī)范的制訂中，并提出s 9 5 標準應用于線 束企業(yè)的應用策略。深入研究了論文框架中w e b 服務的分類設計和接口設計， 分析了異構信息集成的映射策略和實現方案，就服務和集成規(guī)則的注冊方法和 機制予以探討，設計了基于服務和集成規(guī)則注冊進行服務查找、調用、數據轉 換的具體方法和步驟，為中小型線束企業(yè)管控一體化提供了一套完整解決方案。 最后，將基于管控一體化框架設計實現的原型系統應用于某電子有限公司， 該系統的應用結果表明中小型線束企業(yè)管控一體化框架是可行的并具有不錯的 實用價值。 關鍵詞：管控一體化，信息集成，集成規(guī)范，w e b 服務 v 上海大學碩士學位論文 a b s t r a c t i nt h ep r o c e s so fh a r n e s sm a n u f a c t u r i n gw h i c hi sm a d et oo r d e r , t h ep r o b l e m s s u c h 邪o b s c u r eo p e r a t i o n , i n e f f e c t i v ed a t at r a n s m i s s i o na n di n f o r m a t i o n i n d e p e n d e n c e s h o u l db es o l v e d w i t ht h e d e v e l o p m e n t o ft e c h n o l o g i e s ， m a n a g e r n e n t - c o n t r o ls y s t e ms h o u l dm e e tt h en e e do fd y n a m i c 、e x t e n s i b l ea n d f l e x i b l e t h ec h i e fr e s e a r c ho ft h i sp a p e ri sas o l u t i o nw h i c hi sb a s e do nn e t w o r k t e c h n o l o g y 、w e bs e r v i c ea n ds p 9 5t os o l v et h ep r o b l e m ss u c ha ss e p a r a t i n gd i f f e r e n t s o r t so fi n f o r m a t i o n ，i n t e g r a t i n gd i s t r i b u t e da n dh e t e r o g e n e o u ss y s t e m ，i n t e g r a t i n g h e t e r o g e n e o u si n f o r m a t i o n , a n d t h e nt or e a l i z ei n t e g r a t i o n m a n a g e m e n to f d e s i g n i n g 、m a n u f a c t u r i n ga n dm a n a g e m e n ti nt h eh a r n e s se n t e r p r i s e t h em a i n c o n t e n t so f t h ep a p e ra r ea sf o l l o w s ： i na c c o r d i n gt oc h a r a c t e r i s t i co ft h es m a l l m i d d l eh a r n e s se n t e r p r i s e ，t h ep a p e r a n a l y z e st h es 饑1 c n l r eo f t h ee x i s t i n gm a n a g e m e n t - c o n t r o ls y s t e m ；a n dp u tf o r w a r da n o wm a n a g e m e n t - c o n t r o ls y s t e ms t r u c t u r e i nt h eb a s i so ft h i ss t r u c t u r e ，t h i sp a p e r f o u n daf i a m e w o r kw h i c hi sb a s e do nw e bs e r v i c e a d d i t i o n a l l y , ap r o j e c tf o r u n i t i n gt h eh a r n e s se q u i p m e n t si sd e s i g n e dt ob u i l dt h ec h a n n e lt oi n f o r m a t i o n i n t e g r a t i o n as t r a t e g yo f d a t ac o l l e c t i o nt oh a r n e s se q u i p m e n t i sp r o p o s e dt ot r a n s f e r i n f o r m a t i o na n di n s t r u c t i o nt oe q u i p m e n ta u t o m a t i c a l l y b a s e do ns 9 5s t a n d a r d ，t h e p a p e rc l a s s i f i e sm a n u f a c t u r i n gp r o c e s si n f o r m a t i o n a c c o r d i n gt oc r i t e r i o no f b 2 m m l ，t h et h e o r yo fi n f o r m a t i o ni n t e g r a t i o ns p e c i f i c a t i o ni sp r o p o s e d a n dt h e n t h es o l u t i o n so fs 9 5i nh a r n e s se n t e r p r i s ea r ep r o p r o s e d t h em e t h o d so fw e b s e r v i c e sc l a s s i f i c a t i o na n di n t e r f a c ed e s i g na r ee x p l a i n e da n dm a p p i n gs t r a t e g yo f h e t e r o g e n e o u si n f o r m a t i o ni n t e g r a t i o n i s a n a l y s e d t h e nt h ep a p e rd i s c u s s e s m e c h a n i s ma n ds t e pf o rs e r v i c e sa n di n t e g r a t e dr u l e s e n r o l l m e n t , d i s c o v e r i n g a w h o l es u i to f s o l u t i o ni sp r o v i d e df o rs m a l l - m i d d l eh a r n e s se n t e r p r i s e a tl a s t , t h ep r o t o t y p es y s t e mb a s e do na r c h i t e c t u r eo fp a p e ri sa p p l i e dt oa e l e c t r o n i c sc o r p o r a t i o n , t h er e s u l t so ft h i sa p p l i c a t i o ni n d i c a t et h ef e a s i b i l i t ya n d s e r v i c e a b i l i t yo f t h ei n t e g r a t e da r c h i t e c t u r ep a p e rp r o p o s e d k e y w o r d s ：i n t e g r a t i o ns y s t e mo f i n t e g r a t i o n ，i n t e g r a t i o ns p e c i f i c a t i o n ， m a n a g e m e n ta n d c o n t r o l ，i n f o r m a t i o n w 曲s e r v i c e v i 上海大學碩士學位論文 原創(chuàng)性聲明 本人聲明：所呈交的論文是本人在導師指導下進行的研究工作。 除了文中特別加以標注和致謝的地方外，論文中不包含其他人已發(fā) 表或撰寫過的研究成果。參與同一工作的其他同志對本研究所做的 任何貢獻均已在論文中作了明確的說明并表示了謝意。 本論文使用授權說明 本人完全了解上海大學有關保留、使用學位論文的規(guī)定，即： 學校有權保留論文及送交論文復印件，允許論文被查閱和借閱；學 ?？梢怨颊撐牡娜炕虿糠謨热荨?( 保密的論文在解密后應遵守此規(guī)定) n 上海大學碩士學位論文 第一章緒論 1 1 管控一體化的提出 隨著市場競爭的激烈化，客戶在產品的質量、成本、交貨期等方面提出越 來越高的要求，因此對企業(yè)信息化技術提出了新的挑戰(zhàn)。隨著e r p ，d c s 、集 成制造等先進生產模式的采用和推廣，制造商發(fā)現企業(yè)仍有許多問題改善程度 有限，或完全未達到預期目標。e r p 軟件缺少足夠的車間層自動化控制信息， 無法做到與控制系統緊密相連，不能實時獲取、分析、處理生產現場的各類與 產品、生產相關的信息。同時車間層的d c s 、f c s 等先進自動化設備也在不斷 發(fā)展，由于缺乏足夠的企業(yè)管理支撐信息，也不能實現對生產的管理與控制。 控制系統如何與企業(yè)管理信息系統集成? 管理與控制系統集成又稱為管控一體 化研究，越來越多受到重視。 管控一體化是隨著近年來制造業(yè)信息化發(fā)展而來的，其本身不是一個孤立 的概念，而是一個隨著企業(yè)生產力的發(fā)展而不斷擴充的體系。在歷史上，管控 一體化的內涵涉及到綜合自動化、m r p 、e r p 、m e s 等諸多概念，而這一切都 源自于制造業(yè)信息化的鼻祖c i m s 。 。 面對諸多系統和概念，本文對管控一體化的定義為：制造企業(yè)級集成系統， 是將企業(yè)內現場控制、經營管理、管理執(zhí)行等各層次的智能設備與計算機系統 互連，形成多層次企業(yè)網絡，建立集成的、開放的、全廠綜合自動化的規(guī)范信 息平臺，有序匯集企業(yè)橫向( 同一層不同節(jié)點的通信) 和縱向( 上、下層之間的通 信) 信息流，通過對經營決策、管理、產品設計、制造過程、現場控制等信息的 綜合處理，實現信息和數據共享，從整個企業(yè)角度實現各業(yè)務流程的優(yōu)化，從 而達到降低企業(yè)制造成本、提高資源利用率、加快產品上市時間的目的。 其中i v i e s ( 制造執(zhí)行系統) 為企業(yè)管控一體化的重要組成部分。本文定義 m e s 為位于上層的計劃管理系統與底層的工業(yè)控制之間的面向車間的管理信 息系統。 管控一體化與其他先進制造模式的產生和應用背景一樣，也是需求與技術 雙輪驅動的結果。需求是管控一體化產生和應用的基礎，技術是管控一體化的 使能條件。對管控一體化的需求一方面來自于市場競爭的壓力，另一方面來自 于企業(yè)提高自身生產經營管理水平的需要。控制技術與信息技術，尤其是管理 信息技術的迅速發(fā)展和廣泛應用，促進了管控一體化的研究和應用。 就信息技術方面而言，建設企業(yè)管控一體化的基礎與核心任務是數據集成， 上海大學碩士學位論文 或者說是標準化、規(guī)范化的信息資源管理，只有在這個基礎上才能建立和運行 管控一體化系統。所以，企業(yè)要想建立真正的管控一體化，基礎與核心任務是 數據集成。所以我們可以這樣說：計算機和網絡環(huán)境的集成是企業(yè)管控一體化 實現的硬件基礎，而企業(yè)的數據集成或企業(yè)信息資源管理是企業(yè)管控一體化的 軟件，也是企業(yè)管控一體化的核心部分。因此在進行企業(yè)管控一體化的時候， 時刻不能忘記管控一體化的目標是有效的處理數據。 目前，企業(yè)自動化系統信息中生產控制信息約占8 5 ，管理信息只占1 5 。 隨著管控一體化的實施，在未來的企業(yè)中，控制信息將由8 5 下降到4 0 ，管 理信息從1 5 上升到4 0 ，管理信息將成為企業(yè)的重要資產，其他信息占2 0 。 由此可見：管控一體化關系著企業(yè)的競爭力和生存壽命，是企業(yè)經營和發(fā)展的 緊迫需要，是制造企業(yè)信息集成的一種生動形象的名稱，它從企業(yè)業(yè)務流程角 度準確傳神地描述了制造業(yè)信息化的關鍵，體現了企業(yè)整個制造過程各制造系 統分散與集中的統一、自治與協同的統一、混沌與有序的統一。 1 2 管控一體化的發(fā)展與現狀 管控一體化的關鍵和核心是m e s 。所以，關注管控信息系統的發(fā)展和研究 狀況基本上就是看m e s 的發(fā)展和研究狀況。 國外的m e s 研究主要包括如下幾個方面： ( 1 ) 適用于各種不同生產環(huán)境的專用m e s ，如應用于半導體和m e m s 車間， 強調調度和資源優(yōu)化的a h e a dm e s t l l ，適用于f m s 系統的m e s l 2 1 。它們針對 車間某些特定生產問題提供有限的功能和自成一體的相應軟件系統，具有實旋 快、投入少等優(yōu)點，但通用性和可集成性差。 ( 2 ) 集成化m e s ，如用于半導體制造企業(yè)的m e s 系統【3 1 。它通過采用統一 的邏輯數據庫和產品及過程模型為特定車間環(huán)境提供了更多的應用功能，但仍 缺少通用性和廣泛的集成能力，難以隨業(yè)務過程變化重新配置。 ( 3 ) 可集成的m e s ，如用于虛擬企業(yè)的n i i p s m a r t 4 j 。它應用面向對象技 術和模塊化應用組件技術，使系統具有便于客戶化、可重構和可擴展等特性。 ( 4 ) 智能第二代的m e s 解決方案【5 】，其核心目標是通過更精確的過程狀態(tài) 跟蹤和更完整的數據記錄以獲取更多的數據來更方便地進行生產管理和改善系 統性能，并通過分布在設備中的智能來保證車間生產的自動化。 ( 5 ) 可擴充的m e s ，如日本信息促進委員會和一些企業(yè)伙伴( 如s o f i x 有限 公司等) 支持的o p e n m e s 項目【6 】。它主要應用了面向對象框架方法，并對m e s 的每個功能組給出了對象模型、部件模型和部件協作關系。而且為了實現框架 2 上海大學碩士學位論文 無關性，采用了j a v a 和c o r b a 技術。 ( 6 ) 面向大規(guī)模定制生產的m e s ，如歐聯盟資助的i m s 和i s t 項目之一 p a b a d i s l 刀( p l a n ta u t o m a t i o nb a s e do nd i s t r i b u t e ds y s t e m s ) 。它不僅提供一般 m e s 的功能，而且通過更為關注每個產品的整個開發(fā)過程，對產品實現更好的 生產控制，具有柔性自動化、容錯、可重構和真正面向產品的特點。這種m e s 綜合應用軟件a g e n t 和網絡技術，便于分布的資源提供者和消耗者通過合作獲 得盡可能好的生產計劃。 我國國家“十五”8 6 3 計劃將i v i e s 作為重點研究課題進行資助，取得了一批 研究與應用成果。楊建軍等提出面向敏捷制造的車間先進管理控制系紺引。中國 科學院沈陽自動化研究所的于海斌等提出了可集成制造執(zhí)行系統的體系結構、運 行機制和開發(fā)方法，并對該系統的市場進行了分析與預測【9 1 。劉曉冰等為解決車 間生產管理軟件通用性和可移植性差的弊端，研究了可重構的m e s 1 0 】。它基于 車間生產業(yè)務的構件化設計思想，采用通用對象請求代理結構和多代理技術，提 出了適用于制造行業(yè)的車間制造執(zhí)行系統平臺的體系結構，以實現快速重組車間 生產業(yè)務過程和適應企業(yè)敏捷化生產的需要，增強車間生產管理軟件的可擴充 性、可重構性和可移植性。 總體來說，與西方發(fā)達國家相比，我國無論是在m e s 技術深度與應用廣度上 都存在較大差距。十一五期間，離散制造m e s 將作為8 6 3 計劃m e s 研究與應用的 重點。 當前的m e s 技術實現管控系統集成主要是通過a p i 函數來實現信息在各個 層次和各個系統之間的傳輸和交互。展望中的m e s 技術構想用人工智能領域中的 a g e n t 技術來實現系統之間的信息交互。不管是目前使用的a p i 技術，還是展望中 的a g e n t 技術，將管理系統和控制系統集成的時候，前提都是系統結構甚至代碼 對集成商來說是透明的。也就是很好的將異構系統、異構數據庫、異構層次集成 起來，通常采用的集成方法有以下兩種： ( 1 ) 在一個通用的環(huán)境中重新開發(fā)現有的系統，使得他們能夠共享相同的表 達方式、推理機制以及知識的語義。通常是利用現行的部門或行業(yè)標準來實現。 ( 2 ) 構造一個框架，使得現有的系統能夠以盡可能少的修改來合成為一體、 從而實現彼此的通訊和合作。通過增加一個同構的層次結構，將各個系統之間的 交互在這個層次上進行，這樣一方面可以利用以前的信息資源、另一方面又可以 以較小的代價實現各個子系統之間的交互【1 1 1 。 這兩種方法各有所長、適用面各不相同。對于現在企業(yè)中采用m e s 將多層系 統集成，現實中更傾向于采用第二種方法，其優(yōu)勢在于能夠充分利用現有的系統， 以較低的代價解決系統集成問題。 上海大學碩士學位論文 1 3 中小型線束企業(yè)的特點及其管控一體化的現狀 1 3 i 中小型線束企業(yè)的特點 汽車工業(yè)的不斷發(fā)展促使線束產業(yè)得到快速提升，汽車線束主要是以金屬 端子與導線線材、密封圈等經壓接加工后組裝成線束部件應用于汽車中，是整 車的神經系統。近年來，隨著電子信息產業(yè)的飛速發(fā)展、制造業(yè)專業(yè)分工細化 和先進制造技術的影響，除了汽車工業(yè)外，在家電、通訊、計算機、工業(yè)設備 以及各種消費類電子產品等批量制造行業(yè)，也改變了傳統的配線方式而采用配 套線束產品，線束及相關產品也逐步形成了行業(yè)標準。目前，線束產品已被普 遍認為是一種具有廣闊發(fā)展前景的大類產品。 國內線束生產所形成的熟練技術能力及材料配套能力已吸引了美國、日本、 歐洲、臺灣等地區(qū)的整機和線束配件廠商紛紛將線束產品相關加工廠辦到了國 內，因此國內已經成為具有一定特色的國際線束加工基地，在經濟發(fā)達的省可 達一、二百家。 國內的線束企業(yè)大部分為中小型企業(yè)，他們具有自己獨特的特點： ( 1 ) 中小型線束企業(yè)比大型的線束企業(yè)面臨更激烈的市場競爭，企業(yè)要想憑 借利潤率不高的線束產品在市場上占有一席之地，就必須大幅降低成本、加大 產量、提高生產率來獲取一定的利潤。 ( 2 ) 隨著轎車家庭化、家用電器平民化，對汽車、家用電器等整機的配置要 求也將愈來愈多樣化、復雜化、非標準化，線束廠生產幾萬套、甚至幾十萬套 完全一樣線束的局面將被打破。線束生產呈現出“多品種，小批量”的特點， 線束產品和服務都在走向定制化。 ( 3 ) 由于客戶需求變化越來越快，線束企業(yè)的訂單變化頻繁、物料替代復雜。 ( 4 ) 線束作為汽車、家用電器的中樞神經，對質量要求比較高，很多整機廠 對線束企業(yè)的質量要求苛刻n i p p m 。而且一旦線束產品出現質量不符合事件， 很難修復使用，高質量事故直接導致企業(yè)過多的浪費。 ( 5 ) 線束的產品結構復雜，涉及多種電子元器件，不能像機械產品一樣很容 易地明確區(qū)分零組件的父子關系。 ( 6 ) 線束產品相對簡單，工藝路線也不是很復雜。 ( 7 ) 中小型線束企業(yè)的自動化程度偏低，企業(yè)內人員素質總體水平不高，企 業(yè)的資金和技術力量相對薄弱。 ( 8 ) 中小型線束企業(yè)正處于成長階段，企業(yè)的內外部環(huán)境處于不斷的變化和 發(fā)展中，與整機廠有一定的附屬關系。 4 上海大學碩士學位論文 1 3 2 中小型線束企業(yè)管控一體化現狀 我國線束行業(yè)面臨的新的歷史機遇是用信息技術和其他先進適用技術改造 線束生產過程和企業(yè)管理體系，進一步提高線束行業(yè)的整體素質和國際競爭力。 信息化大潮對線束行業(yè)產生了一定程度的影響，目前在全面信息化建設方 面已取得階段性成果的線束企業(yè)為該行業(yè)中的大型企業(yè)，如德爾福、萊尼等， 中小型線束企業(yè)的進展并不快。由于各個線束企業(yè)的技術水平參差不齊，線束 加工設備涵蓋了手工生產的半自動化設備、計算機控制的單機自動化裝備，如： 電腦自動剝線機、全自動開線壓接機等；以及具有監(jiān)控系統的先進自動化系統； 信息化程度涉及手工設計、計劃、統計到個別部門應用信息化軟件，如財務系 統、c a d 系統、小型e r p 系統，以及大型企業(yè)的計算機集成制造系統。按照 企業(yè)的技術水平和管理水平，線束企業(yè)的信息化現狀如下表： 企業(yè)規(guī)模 主要產品。 信息系統r 低蝴產品如家電線柬一般有辦公自動化，財務電算化等系統，無 小型一 等一阿絡。 中檔產品如儀表線柬；一般已經架設辦公阿絡，有c a d 、中低檔衛(wèi)靴 中型一出口產品如低價汽車和辦公自動化系統有部分全自動設備，但 線柬一基本沒有聯眄一 基本實現計算機集成制造。一 高檔產品，主要是中高 管理和技術屋聶蔫c a d 、c a p p 、c a m 、p d m 、 大型。 級汽車配套線柬，e r p 、c a q 、工作流等系統：車間層有m e s 系統；生產現場實現設備聯同一 表1 1 線束企業(yè)信息化現狀 1 4 中小型線束企業(yè)管控一體化的目標 很多大型線束企業(yè)在全球生產制造集成化和信息化潮流的帶領下，采用先 進的生產經營管理模式和信息系統，利用高速發(fā)達的信息技術協調各部門的業(yè) 務活動，提高企業(yè)經營效率和市場占有率。大量中小型線束企業(yè)，隨著業(yè)務規(guī) 模的快速增長和海外訂單的逐漸增多，也開始規(guī)劃和實施先進的生產與管理信 息系統，并呈現出越來越多的需求。 為減少浪費大量中小型線束企業(yè)積極引入先進的精益生產管理模式，通過 包括“看板”在內的一系列手段管理和組織生產，有效控制整個制造過程中在 制品和原材料的庫存量，但企業(yè)對市場的反復變化并不能做出快速而有效的回 應。為提高企業(yè)的業(yè)務效率和信息透明度，獲得與國際客戶合作的機會，他們 也開始實施e r p 系統。但e r p 的使用并沒有改變企業(yè)生產現場的黑箱操作。 激烈的市場競爭使得中小型線束企業(yè)的生存和發(fā)展受到多個方面的威脅： 5 上海大學碩士學位論文 ( 1 ) 、生產設備之間形成諸多“自動化孤島”。部分中小型線束企業(yè)雖己基本 實現了基礎自動化，但這些自動化系統都是以單元生產設備為核心進行檢測與 控制的，生產設備之間形成諸多“自動化孤島”。線束生產的特殊性也決定了， 線束生產企業(yè)或多或少還存在一些半自動化的設備和手工操作工序，這些設備 或工序和自動化設備之間也會形成“信息孤島”，這種“信息孤島”式的單機自 動化缺乏信息資源的共享和生產過程的統一管理。 ( 2 ) 、計劃與控制自動化之間存在間隙。企業(yè)的上層管理者不能及時、直觀 的了解生產現場的運行情況，中小型線束企業(yè)傳統的生產現場管理是一黑箱作 業(yè)：控制與管理脫節(jié)，無法實現信息共享。 ( 3 ) 、計劃與執(zhí)行之問存在時空間隙。中小型線束企業(yè)急單、插單和訂單取 消等現象經常發(fā)生，客戶需求無法精確控制，制造環(huán)境也經常動態(tài)變化，設備 出現故障或者被占用、前期出現不合格品等會造成數量變化和生產秩序混亂， 導致原來計劃的失效。 ( 4 ) 、生產數據傳遞的及時性和準確性不夠。目前，大部分中小型線束企業(yè) 生產現場數據的收集、整理通過紙制報表傳遞，由相關人員錄入到管理信息系 統或直接提供報表給決策人員查閱；管理信息系統的生產計劃或工程技術系統 的圖紙、工藝路線等信息也不能自動傳遞到生產現場。信息的可靠性差、傳輸 效率低也會導致生產現場協調調度不及時，影響產品產量和合格率。 線束企業(yè)必須利用有限的資金投入，排除發(fā)展過程中面臨的各種威脅，優(yōu) 化產品結構，實現高質量、低能耗、低成本的生產，方能在競爭中獲勝。這就 要求生產在向高速化、自動化發(fā)展的同時，必須實現實時高效率的生產管理， 提高企業(yè)的決策管理水平，并加強生產管理和各生產環(huán)節(jié)之間的銜接，充分發(fā) 揮現有資源的生產能力，對市場的變化做出快速響應，以解決中小型線束企業(yè) 中普遍存在的生產現場黑箱操作造成的生產成本高、反應速度慢，以及信息傳 遞緩慢導致的工作效率低等方面的問題。 為了改善現狀，本文提出新型中小型線束企業(yè)管控一體化框架模型，其主 要目標： 采用新模型、新技術降低管控一體化巨額實施成本，消除中小型線束 企業(yè)信息化的最大障礙。 更加關心系統的快速實施、易操作性和快速獲得收益，減輕由于r r 技 術經驗缺乏等諸多使用限制。 具有良好的靈活性和擴展性滿足企業(yè)不斷變化發(fā)展的需要；有效 協助企業(yè)在快速應對市場變化的前提條件下準時提供質優(yōu)價廉的產品 和服務，獲取豐厚收益。 6 上海大學碩士學位論文 既面向中小型線束企業(yè)的共同需求，同時又可滿足企業(yè)個性化特點， 以適應不同自動化技術水平與信息化程度的線束企業(yè)。 本文重點針對大量中小型線束企業(yè)的需求，尋求一條提高企業(yè)生產效率和 競爭力的低成本的信息化道路。 1 5 論文研究的意義 由于線束功能的多樣化，裝配廠對零件廠即時提供合適零配件的要求將徹 底打破傳統的生產方式和供貨方式。目前較有實力的線束廠都已向裝配廠所在 地集結，以適應快速反應的要求，在美國和歐洲，線束廠的供貨時限己縮短到 九十分鐘。此外，由于全自動帶檢測的高性能壓接機的問世、新工藝的出現、 新設備的完善、以及整車工程更改頻繁、供貨周期縮短，傳統、作坊式、手工 操作的線束生產方式將逐漸被淘汰。我國線束行業(yè)雖己形成了較為完整的生產 體系，但其技術、裝備和管理水平仍然是落后的。線束制造技術與國外相比還 存在一定的差距，如圖1 1 所示。 制造技術控制技術 鉭 基礎元件制造技術線柬制遺技術檢測控制過程控制 代 導線端子基壅 壓接 裝配基的 手段 方法 有箍性 p v c 絕緣層銅質、銑質平 熟固性酚醛 鐃接掛錘 外理人工目翱低壓 認為外形特征 釬焊不可控散裝人工把關差 多股芯線片塹鼉斷直漉回路 為對插基座壓接 阻燃性絕緣鍋臺金材料、 熱塑性塑料可控式壓接 單一工裝抗拉強度 普通拉力機， 敷理統計可琢警 層，多勝1 譬復針孔型、片簧扳，簡單流 執(zhí)撕強度 芯線型，音叉性 帶自鑊裝置趣聲碹焊接電橋控制圖可控制 水線 電壓降 全環(huán)保性薄壁 復合型錒臺金 全環(huán)懾性塑 零位移斑術 邏輯關系，氣 由i c 卡控 束絕緣層，高密 局部涼復組 料二次鐨緊 可控式壓接， 娃，。平 徽機 制設備自圩 度多股芯線合結梅型裝置，氣密栓 剩礁接密性，鞋干擾 臺。技術動檢蔫 當前 國外 專用功能導 信：i 蘭證竺囂雹害制 全特性計算機同絡控 線光纜 導電靠腔軟性線路板零缺陷加工 現狀 制不符合白毀 圖1 1 我國線束制造技術的發(fā)展過程及與國外的差距 線束行業(yè)為我國國民經濟的重要產業(yè)之一，為國民經濟的持續(xù)發(fā)展做出了 積極的貢獻。如何趕超國外先進的線束制造技術，提升我國線束企業(yè)特別是中 小型線束企業(yè)在全球化市場中的競爭力，是我們發(fā)展經濟不得不考慮的問題。 管控一體化系統已經在許多主要的大型制造企業(yè)成功運行，這些系統的成 功實施，為這些企業(yè)帶來了巨大的經濟效益；經過統計，該系統的經濟價值如 下圖所示： 7 上海大學碩士學位論文 圖1 2 管控一體化系統的經濟價值 隨著國內企業(yè)信息化應用水平的不斷提高，中小型線柬企業(yè)也逐漸認識到 通過管控一體化來實現企業(yè)信息的全面匯通，形成實時化的生產管理和線束設 計是提高企業(yè)敏捷性和快速應對市場變化的一個重要因素。 下游客戶的苛刻需求和訂單的不斷變化、按訂單生產的生產方式為中小型 線束企業(yè)面臨的生存環(huán)境。在這樣的環(huán)境下實現中小型線束企業(yè)的管控一體化 具有重要的意義： ( 1 ) 將管控一體化引入中小型線束企業(yè)，使企業(yè)的銷售部門能及時掌握車間 的實時生產情況，避免簽訂不合理的合同、避免出現合同價格低于生產成本、 交貨期根本無法保證等問題；生產調度人員能及時掌握生產的歷史情況和實時 數據，方便根據實際產能進行小訂單合并，制訂科學合理的生產調度計劃，對 生產部門進行科學指揮與協調；生產部門也能及時掌握當前的各項訂單情況、 生產計劃指令，快速準確的根據調度計劃安排班組生產。 ( 2 ) 在中小型線柬企業(yè)引入管控一體化，可以加強成本管理和綜合調度。線 束企業(yè)本身利潤薄，要想獲取豐厚的利潤必須降低產品成本，可以通過管控一 體化加強對原材料、水電氣、人員和設備工時的全面監(jiān)控與調度。采集相關消 耗的實時數據，管理與分析相關數據，制定出合理的考核指標；綜合調度管理 各種資源，發(fā)揮其最大效益；綜合管理生產現場，減少次品、廢品和不必要的 損耗，避免無效勞動。 ( 3 ) 在中小型線束企業(yè)引入管控一體化，可提高經營管理的決策效率。企業(yè) 經營管理過程中，常常面臨各種艱難的決策，而市場波動頻繁，契機一瞬即逝， 如果企業(yè)經營管理者不能快速進行決策，即使最終可以得出正確的決定，也可 能坐失良機。所以在激烈的市場競爭中，通過管控一體化，經營者的管理決策 不僅可以保證其正確性，也可以提高其時效性。 中小型線束企業(yè)實施管控一體化已有許多成熟的商品軟件及基于這些軟件 的整套信息化方案。但是商品軟件過于通用而難以滿足線束制造個性要求，針 對特定工廠的工程開發(fā)又難以在線束行業(yè)推廣，本論文的意義在于通過對線束 企業(yè)深入調研分析，探索一條新的管控一體化道路，通過原型驗證，可以推廣 8 上海大學碩士學位論文 應用到多種類型的線束企業(yè)。 1 6 論文的主要研究內容 本論文來源于上海飛樂集團技術中心的線束加工行業(yè)信息化調研項目，在 總結調研結果的基礎上，分析y d , 型線束企業(yè)信息化環(huán)境與需求，針對當前中 小型線束企業(yè)生產現場黑箱操作、數據傳輸效率低下、應用間信息孤島的問題， 重點研究： 一個模型：針對中小型線束企業(yè)的管控一體化框架模型； 兩個數據庫：管控一體化的實時數據庫與關系數據庫 三個接口：現場設備與m e s 的接1 ：3 ，m e s 與e r p 的接1 ：3 ，管理系統 與技術系統的接口。 最后通過原型實驗系統驗證了新模型的合理性及s 9 5 標準在中小型線束企 業(yè)管控一體化應用的可行性。全文內容共分六章，第一章到第六章主要內容如 下： 第一章：介紹論文的研究背景、研究現狀、研究目標、研究意義及研究內 容。 第二章：研究了管控一體化相關理論及正在發(fā)展中的制造信息交換標準 $ 9 5 ，分析比較現有的管控一體化體系結構，根據中小型線束企業(yè)的特點，提出 恰好中小型線束企業(yè)需求的管控一體化模型。 第三章：在管控一體化新模型的基礎上，提出了基于w e b 服務技術體系和 制造業(yè)務標準s 9 5 進行管控一體化的總體方案，創(chuàng)建了基于w e b 服務的中小型 線束企業(yè)管控一體化框架，并詳細論述了其中的關鍵技術。 第四章：本章主要討論了基于w e b 服務的中小型線束企業(yè)管控一體化框架 的設計和實現。詳細闡述了管控一體化子系統的設計和實現，分析了基于s 9 5 標準制定線束企業(yè)信息集成規(guī)范的方法和原則，進而提出基于統一交互模型標 準化服務接口的設計模式。并對框架實現中涉及的服務和規(guī)則注冊機制進行了 闡述。 第五章：本章以某電子有限公司為應用背景，分析基于新模型及管控一體 化框架設計實現的原型系統在企業(yè)中的具體應用過程，依據應用結果分析了模 型和框架的可行性。 第六章：總結了論文的主要研究內容，指出論文研究工作中存在的不足和 完善方向。 9 上海大學碩士學位論文 第二章管控一體化理論在中小型線束企業(yè)的應用 2 1 管控一體化相關理論研究 2 1 1 綜合控制技術的發(fā)展 管控一體化是在綜合控制技術日益完善、信息技術應用范圍不斷擴大、企 業(yè)的設計生產管理模式日益創(chuàng)新的趨勢下產生的。工業(yè)綜合自動化是指產品設 計、生產制造、和生產管理的全面自動化，其中產品設計和生產管理是軟科學 的范疇，而生產制造自動化則是技術裝備的范疇，以計算機應用為代表的信息 技術是實現管控一體化的主要驅動力。 工業(yè)自動化的發(fā)展同控制理論、儀表、計算機以及有關學科的發(fā)展緊密相 關，也隨著加工工藝和技術裝備的不斷發(fā)展而發(fā)展，在過去的近半個世紀過程 中，大致經歷了以下三個階段：7 0 年代以前可以看作是第一階段，這一時期應 屬于自動化孤島模式的階段，其控制目標只能是保證生產平穩(wěn)和少出事故。 7 0 8 0 年代是發(fā)展的第二階段，分布式工業(yè)控制計算機系統( d c s ) 得到大力的發(fā) 展，為實現先進控制創(chuàng)造了條件，多變量預測控制等先進控制方法的應用，使 自動化達到了新的水平。8 0 年代后期，隨著多學科問的相互滲透與交叉，人工 智能和智能控制被引入實際的過程控制中。信號處理技術、數據庫、通訊技術 以及計算機網絡的發(fā)展為實現高水平的自動控制提供了強有力的技術工具。工 業(yè)自動化開始突破自動化孤島的傳統模式，采用計算機集成制造的思想和方法 來組織、管理和指揮整個生產過程，出現了集控制、優(yōu)化、調度、管理于一體 的新模式【1 2 】。整個管控一體化的發(fā)展歷程如圖2 1 所示。 鼉甚毫磊 s 皇乎* a a朗- 妒，* 黼 蝴m i 。* 一一一- 腫辮a r , j t ； 圖2 1 管控一體化的發(fā)展歷程 1 0 上海大學碩士學位論文 2 1 2 e r p 理論 企業(yè)資源計劃e r p ( e n t e r p r i s er e s o u r c ep l 鋤n i n 曲的基本思想是將企業(yè)的業(yè) 務流程看作一個緊密連接的供應鏈，將供應商和企業(yè)內部的采購、生產、銷售 以及客戶緊密聯系起來，便于對供應鏈上的所有環(huán)節(jié)進行有效管理，實現對企 業(yè)的動態(tài)控制和各種資源的集成與優(yōu)化，為企業(yè)提供全方位的解決方案。 可從管理思想、軟件產品、管理系統三個層次給出它的含義【”】： 是由美國著名的計算機技術咨詢和評估集團g g i ( g a r t n e rg r o u ph l c ) 提出 的一整套企業(yè)管理系統體系標準，其實質是在m r p i i 基礎上進一步發(fā)展而形成 的面向供應鏈( s u p p l yc h a i n ) 的管理思想。 是綜合應用了客戶機服務器體系、關系數據庫結構、面向對象技術、圖 形用戶界面、第四代語言( 4 g l ) 、網絡通訊等信息產業(yè)成果，以e r p 管理思想 為靈魂的軟件產品。 是整合了企業(yè)管理理念、業(yè)務流程、基礎數據、人力物力、計算機硬件 和軟件于一體的企業(yè)資源管理系紺。 e r p 面向客戶從整個企業(yè)的層面制定生產計劃，進行統籌管理，宏觀上使 企業(yè)運行處于最優(yōu)狀態(tài)。因此，以企業(yè)戰(zhàn)略管理和資源計劃為核心的e r p 贏得 了越來越多企業(yè)的認可。如s a p 、o r a c l e 、b a a n 等主要的e r p 系統軟件公司， 過去幾年總的e r p 銷售額達到幾十億美元。但隨著e r p 應用的深入，企業(yè)發(fā) 現了兩方面新的問題： 一方面，e r p 以利潤最大化為目標，從全局高度制定計劃和進行管理時， 需要實時了解工廠的信息和實際性能，如訂單的進度、物料的有效利用率、設 備的使用情況、工時定額信息等。 另一方面，e r p 在計劃制定時不可能把生產過程和市場中的不確定性及未 來的變化趨勢等未知因素準確地考慮在內，致使e r p 制定的計劃常常和工廠層 的實際情況脫節(jié)，在執(zhí)行過程中需要根據條件的變化人為地修改和調整，這些 成為企業(yè)競爭力的進一步提高的瓶頸【1 5 1 。由于內在特性的限制，e r p 系統和控 制系統都不能解決上述兩方面的問題。 由于e r p 是管理層信息系統，抽象程度高，相對底層而言屬于靜態(tài)的管理。 特別是企業(yè)規(guī)模的大型化和生產的國際化，使得由e r p 直接實現對成千上萬的 人員和復雜多樣的設備進行實時管理目前來說是不可想象的1 1 6 。另一方面，盡 管控制層設備的自動化水平在不斷提高，但控制系統針對某一設備和過程進行 控制的本質并沒有改變，所以其難以完成對工廠層生產過程所涉及的作業(yè)、人 員、物料和設備等的管理、調度和跟蹤及相關數據和信息的收集和提取【 】。 上海大學碩士學位論文 從上述情況可以看出，企業(yè)信息化在工廠層出現了一定程度的間斷，這阻 礙了企業(yè)生產效率的提高，而e r p 系統和控制系統在短期內由于內在的局限性 無法實現工廠層信息系統應具有的功能，因此，為了解決生產計劃的適應性以 及增加底層生產過程的信息流動，面向工廠的制造執(zhí)行系統m e s 應運而生。 2 1 3 m e s 理論 2 0 世紀9 0 年代先進制造研究機構( a d v a n c e dm a n u f a c t u r i n gr e s e a r c h a m r ) 提出了“制造執(zhí)行系統”( m a n u f a c t u r i n ge x e c u t i o ns y s t e m s ，m e s ) 的概念，并將 m e s 定位于重點解決車問生產管理問題。1 9 9 2 年，一些有識之士發(fā)起并成立了 國際性組織m e s 國際聯合會( m a n u f a c t u r i n ge x e c u t i o ns y s t 鋤a s s o c i a t i o n ， m e s a ) ，它是以宣傳m e s 思想和產品為宗旨的貿易聯合會，并幫助其成員組 織在企業(yè)界推廣m e s 制定了一系列研究、分析和開發(fā)計劃。自m e s 國際聯合 會成立以來，該組織相繼發(fā)布了七份m e s 白皮書，與此同時，國際上一些著名 軟件廠商和企業(yè)界紛紛響應并加入這一組織。 美國先進制造研究機構a m r 將m e s 定義為“位于上層的計劃管理系統與 底層的工業(yè)控制之間的面向車間層的管理信息系紺1 8 】，它是實現車問生產管理 與控制功能的各種軟硬件的集合。它為操作人員管理人員提供計劃的執(zhí)行、跟 蹤以及所有資源c 人、設備、物料、客戶需求等) 的當前狀態(tài)等信息。m e s 國際 聯合會對m e s 的定義如下：m e s 能夠通過信息傳遞對從訂單下達到產品完成 的整個生產過程進行優(yōu)化管理。當工廠發(fā)生實時事件時，m e s 能夠對此及時地 做出反應和報告，并用當前的準確數據對它們進行分析和處理。這種對狀態(tài)變 化的迅速響應使m e s 能夠減少企業(yè)內部沒有附加值的活動，有效地指導工廠的 生產運作過程，從而使其既能提高工廠及時交貨能力，改善物料的流通性能， 又能提高生產回報率。m e s 還通過雙向的直接通訊在企業(yè)內部和整個產品供應 鏈中提供有關產品生產行為的關鍵任務信息。 隨著市場經濟的發(fā)展和完善，企業(yè)的制造車間逐步向分廠制轉變，其角色 也由傳統的企業(yè)成本中心向利潤中心轉變，位于車間級起著控制執(zhí)行作用的制 造執(zhí)行系統m e s 具有十分重要的作用，它填補了計劃管理層和底層控制之間的 “鴻溝”，如圖2 2 所示，成為計劃管理系統和設備控制系統之間的橋梁和紐帶， 是制造企業(yè)實現敏捷化和全局優(yōu)化的關鍵系統。 上海大學碩士學位論文 圖2 2m e s 系統的橋梁和紐帶作用 制造執(zhí)行系統是面向制造過程的，他必然與其他的制造管理系統共享和交 互信息，這些系統包括供應鏈管理系統、企業(yè)資源計劃管理系統( 、客戶關系 管理系統、計算機輔助工藝設計系統以及底層控系統等信息系統。 總之，m e s 建立了以生產作業(yè)管理為中心的計算機輔助車間管理信息系 統，實現了作業(yè)計劃編制、物料收發(fā)流轉、生產統計、質量分析、成本控制和 設備能力等管理的一體化，達到了生產作業(yè)的優(yōu)化調度和制造資源的合理配置， 為企業(yè)縮短制造周期、降低生產成本、提高制造質量提供了有效的信息化手段。 2 1 4i s a $ 9 5 標準 i s a - s 9 5 標準( 以下簡稱$ 9 5 ) 是正在形成中的m e s 標準，從1 9 9 7 年開始 美國國家標準局( a n s i ) 和儀表、系統、自動化學會( i s a ) 開始啟動編制$ 9 5 企業(yè)控制系統集成標準的工作。$ 9 5 是針對企業(yè)信息化中沒有通用的集成模型、 用戶交流困難、不同供應商集成困難、集成后維護困難等問題而制定的標準。 s 9 5 為一個系列標準，共有六部分組成，其中第一和第三部分已被正式批 準為國際標準國際標準化組織國際電工委員會的i e c i s 0 6 2 2 6 4 。第四至 第六部分還在起草過程中。標準各部分的內容見表2 1 嗍。 美國標準名棒r國際嗣匿名稱， 標準標琢 a n s l 僻a 一9 50 00 i - 2 0 0 0 0匝c i s o6 2 2 6 4 - 12 0 0 3 + 模型與術語m o d e l s a n d 倍m m o l o 蜀坤 a n s i i s a 一9 50 00 2 - 2 0 0 1 0i e c i s 06 2 2 6 4 22 0 0 4 = 對象模型屬性o b e