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[關(guān)鍵詞]MES系統(tǒng)、智能制造、助力
中圖分類號：F714 文獻標識碼：A 文章編號：1009-914X（2017）05-0136-02
1 傳統(tǒng)MES系統(tǒng)的定義與應用
MES系統(tǒng)是制造執(zhí)行系統(tǒng)的簡稱，它是由美國的AMR公司在90年代初期的時候提出來的，目的是為了使MPR計劃的執(zhí)行功能進行加強，把車間作業(yè)現(xiàn)場和MPR計劃進行現(xiàn)場的控制，利用執(zhí)行系統(tǒng)把它們連接起來。這里面所說的現(xiàn)場控制主要指的是數(shù)據(jù)采集器、條形碼、PLC程序控制器、機械手以及各種各樣的檢測和計量的儀器。MES系統(tǒng)通過設(shè)置必要的接口，和廠商之間建立起合作關(guān)系?，F(xiàn)代的MES系統(tǒng)是一種管理系統(tǒng)，它是面向制造企業(yè)和執(zhí)行層的生產(chǎn)信息化。它能夠給企業(yè)提供計劃排程管理、設(shè)備管理、采購和成本管理、對生產(chǎn)過程進行控制、對項目看板進行管理、對底層數(shù)據(jù)進行集成分析、對上層數(shù)據(jù)進行集成分解等等的管理模塊，目的是為企業(yè)打造出一個可靠、全面、可行并且扎實的制造協(xié)同管理的一個平臺。
MES的體系結(jié)構(gòu)經(jīng)歷過兩個發(fā)展歷程，即從T-MES向I-MES的發(fā)展歷程。傳統(tǒng)的MES（即T-MES）是在1960年在零星的車間級應用里面發(fā)展起來的。它又可以分為專用MES和集成MES兩大類。專用的MES是屬于一種自己就是一體的應用系統(tǒng)。它一般是對單一的生產(chǎn)問題來說的。這些問題包括制品的庫存過大、設(shè)備的利用率低以及a品的質(zhì)量不能夠得到更好的保證，它能夠給這些問題去提供有限功能。比如質(zhì)量設(shè)備、設(shè)備的維護、作業(yè)維度、物料管理，還可以適合于某一種特定的生產(chǎn)環(huán)境（如應用于MEMS車間和半導體的MES，應用于FMS系統(tǒng)的MES）。專用的MES具有投入少、實施快等等的優(yōu)點，但是它的可集成性和通用性都比較差。集成MES系統(tǒng)的初衷是為了針對某些特定的行業(yè)（如裝配、半導體、食品和衛(wèi)生、航空等等）特定的環(huán)境而進行設(shè)定的。目前整個的工業(yè)領(lǐng)域都得到了拓展。它在功能上面已經(jīng)實現(xiàn)了與上層處理事務(wù)和下層控制系統(tǒng)進行實時的集成。MES集成化具有相當豐富的應用功能，還具有統(tǒng)一的邏輯數(shù)據(jù)庫和產(chǎn)品及工程的模型等優(yōu)點。但是這類系統(tǒng)一般都會對特定的車間環(huán)境有著特殊的依賴，柔性相對來說也比較差，缺少廣泛的集成能力和通用性，很難伴隨著業(yè)務(wù)的過程發(fā)生變化而進行重新的配置。
可集成MES這個概念是AMR在發(fā)展和分析信息技術(shù)的方面和MES應用的前景之下提出來的，它是將消息機制、組件技術(shù)模塊化應用到MES系統(tǒng)的開發(fā)中，它是兩類傳統(tǒng)的MES系統(tǒng)的結(jié)合。在表現(xiàn)形式方面看，I-MES具有專業(yè)MES系統(tǒng)的特點，就是說可以實現(xiàn)上下兩層的集成。另外，I-MES還具有可擴展、可重構(gòu)、客戶化和互操作等等的特性。能夠?qū)崿F(xiàn)各個不同廠商之間的集成和原有系統(tǒng)方便的進行，目前的基于組件的I-MES是MES發(fā)展的主要的方面。綜合利用成熟的技術(shù)和理論，形成可以適應，可以集成，可以重構(gòu)的MES的框架體系，為了進一步提高MES軟件能夠跨行業(yè)的使用、適應和協(xié)調(diào)能力進行強有力的支持?；诂F(xiàn)在已經(jīng)具有的成果和基礎(chǔ)，發(fā)出符合我國流程工業(yè)和離散制造業(yè)特點及需求的MES軟件系統(tǒng)、構(gòu)件庫和相關(guān)的工具。
2 智能制造的概念及體系架構(gòu)
智能制造的定義是由人類專家和智能設(shè)備一起組成的人和機器一體化的一種智能系統(tǒng)，它主要在制造的過程中進行智能的活動，比如一系列了判斷、分析和決策等等。主要通過人與機器結(jié)合在一起共同做事，進而擴大延伸或者部分的去取代人類的專家從事制造中進行的腦力勞動。它更新了制造及其自動化的概念，并擴展到高度集成化、柔性化和智能化。
產(chǎn)品的智能化一般包括自適應工況、產(chǎn)品的個性化定制與服務(wù)、人機交換、自主決策；而裝備的智能化，是將很多歌專家的經(jīng)驗和他們的專業(yè)知識進行融入感知、執(zhí)行和決策的環(huán)節(jié)，給產(chǎn)品制造在線注入知識進化和學習的能力，比如來說在很多機械裝備里面實現(xiàn)各種動態(tài)信息的制造；車間的智能化，主要表現(xiàn)為一個車間到底要生產(chǎn)什么，車間的設(shè)備的運行狀態(tài)如何，質(zhì)量如何的去管控，物料是否能做到及時的配送，是不是具有生產(chǎn)防范錯誤的系統(tǒng)，是不是有作業(yè)的指導，什么時候可以開始進行生產(chǎn)的統(tǒng)計，產(chǎn)品是不是能進行及時的發(fā)送和運輸?shù)鹊榷伎梢猿晒Φ膶崿F(xiàn)全局的生產(chǎn)和管理控制；工廠的智能化，一般包括智能化生產(chǎn)的管理與控制。智能化的物流與倉儲、智能的生產(chǎn)線和加工中心，還有智能化生產(chǎn)的管理與控制；當然最重要還是要實現(xiàn)一個完整生產(chǎn)現(xiàn)場的智能化控制，舉例而言很多很多的企業(yè)都開始使用了自動化的倉庫，還有沒人引導的小車等等。實現(xiàn)了工廠智能化最應該重視的人與機器的互動。智能制造還體現(xiàn)在建立制造一體化知識庫與產(chǎn)品設(shè)計體系；以生產(chǎn)知識的再次利用和共享作為目標聚焦制造問題下的制約條件，從而進一步建立產(chǎn)品設(shè)計的體系；把那些長期研究目標的工廠和生產(chǎn)過程中的一些知識的共享作為目的，來建立出可以重構(gòu)的生產(chǎn)與生產(chǎn)管理的體系；構(gòu)造建立出柔性的設(shè)備，把研究庫的研究成果加以利用，從而開發(fā)探討出一種柔性人機一體化的新模式，進一步的去探討出大規(guī)模下的生產(chǎn)模式。
關(guān)鍵詞：智能制造設(shè)備聯(lián)網(wǎng)環(huán)控
中圖分類號：S611文獻標識碼： A
1.智能制造概況
智能制造技術(shù)是在現(xiàn)代傳感技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、自動化技術(shù)、擬人化智能技術(shù)等先進技術(shù)的基礎(chǔ)上，通過智能化的感知、人機交互、決策和執(zhí)行技術(shù)，實現(xiàn)設(shè)計過程、制造過程和制造裝備智能化，是信息技術(shù)和智能技術(shù)與裝備制造過程技術(shù)的深度融合與集成。
智能制造集成應用系統(tǒng)由計算機系統(tǒng)、車間物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)、數(shù)據(jù)中心、生產(chǎn)指揮中心、生產(chǎn)數(shù)據(jù)交換應用平臺及數(shù)字化車間系統(tǒng)集成等六部分組成。其中車間物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)可分為生產(chǎn)物聯(lián)網(wǎng)與環(huán)境監(jiān)控物聯(lián)網(wǎng)兩部分，生產(chǎn)物聯(lián)網(wǎng)包括：數(shù)控機床聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)、人機交互界面、現(xiàn)有機床改造、能源管控及設(shè)備管理、生產(chǎn)網(wǎng)絡(luò)無線覆蓋、看板管理、生產(chǎn)過程實時監(jiān)控、電子標簽技術(shù)應用；環(huán)境物聯(lián)網(wǎng)包括：空氣懸浮顆粒物監(jiān)測、噪聲監(jiān)測、有害氣體監(jiān)測。
2.車間物聯(lián)網(wǎng)
車間物聯(lián)網(wǎng)是指的是將車間現(xiàn)場的末端設(shè)備和設(shè)施，包括具備“內(nèi)在智能”的傳感器、智能儀表、移動終端、數(shù)控設(shè)備、視頻監(jiān)控系統(tǒng)等和“外在使能”的如貼上電子標簽的各種物料及工位等智能化物件，通過各種無線或有線的長距離或短距離通訊網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)互聯(lián)互通、應用集成等模式，在企業(yè)局域網(wǎng)環(huán)境下，采用適當?shù)男畔踩Ｕ蠙C制，提供安全可控乃至個性化的實時在線監(jiān)測、定位追溯、報警聯(lián)動、調(diào)度指揮、預案管理、遠程控制、安全防范、遠程維保、在線升級、統(tǒng)計報表、決策支持、領(lǐng)導桌面等管理和服務(wù)功能，實現(xiàn)對“企業(yè)資源”的“高效、節(jié)能、安全、環(huán)?！钡摹肮?、控、營”一體化。車間物聯(lián)網(wǎng)又細分為服務(wù)于生產(chǎn)管理的生產(chǎn)監(jiān)控物聯(lián)網(wǎng)和服務(wù)于職業(yè)健康衛(wèi)生的環(huán)境監(jiān)控物聯(lián)網(wǎng)。
2.1生產(chǎn)物聯(lián)網(wǎng)
2.1.1數(shù)控機床聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)
數(shù)控機床聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)主要包括：網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器、局域網(wǎng)、CAD/CAM計算機、管理系統(tǒng)、聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)主控機、遠程通訊接口、通訊電纜、數(shù)控機床等。
2.1.2人機交互界面
工業(yè)人機交互界面是一種帶微處理器的智能終端，一般用于工業(yè)場合，實現(xiàn)人和機器之間的信息交互，包括文字或圖形顯示以及輸入等功能。工業(yè)人機界面正在向應用范圍更廣的高可靠性智能化信息終端發(fā)展。
觸摸屏人機界面具備豐富的圖形功能，能夠?qū)崿F(xiàn)各種需求的圖形顯示、數(shù)據(jù)存儲、聯(lián)網(wǎng)通訊等功能，且可靠性高，體積小，是工業(yè)場合的首選，可替代工業(yè)PC成為主流的智能化信息終端。工業(yè)人機界面配套組態(tài)軟件，以方便客戶的圖形化編程。
2.1.3現(xiàn)有機床改造
針對現(xiàn)有機床控制系統(tǒng)及通訊接口的不同、普通機床無法聯(lián)網(wǎng)監(jiān)測的，需要對機床進行一些改造，使其至少能夠?qū)崿F(xiàn)在線監(jiān)測功能。
具有控制系統(tǒng)的機床，但既不支持網(wǎng)卡通訊，也不支持宏B采集，一般是一些比較老的機床。對這類機床采用的是專用智能采集硬件的方式進行數(shù)據(jù)采集的。
2.1.4能源管控
為高效利用資源能源，走企業(yè)發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟模式，能源管控中心需要將生產(chǎn)過程中涉及到的電力、水、蒸汽、氧、氮、氬等能源介質(zhì)集中管理，提高企業(yè)調(diào)度自動化水平，更好地保證生產(chǎn)的安全、可靠、經(jīng)濟運行。由于能源介質(zhì)管網(wǎng)遍布全廠，線路長，需要配套建設(shè)能源綜合監(jiān)控系統(tǒng)，作為能源管理現(xiàn)場無人值守的安全技術(shù)措施，在能源中心控制室實現(xiàn)對變電所、混合加壓站等重要場所進行視頻巡檢和環(huán)境集中監(jiān)控，確保在第一時間發(fā)現(xiàn)安全隱患。
2.1.5看板管理
管理看板是發(fā)現(xiàn)問題、解決問題的非常有效且直觀的手段，是優(yōu)秀的現(xiàn)場管理必不可少的工具之一。
管理看板是管理可視化的一種表現(xiàn)形式，即對數(shù)據(jù)、情報等的狀況一目了然地表現(xiàn)，主要是對于管理項目、特別是情報進行的透明化管理活動。它通過各種形式如標語/現(xiàn)況板/圖表/電子屏等把文件上、腦子里或現(xiàn)場等隱藏的情報揭示出來，以便任何人都可以及時掌握管理現(xiàn)狀和必要的情報，從而能夠快速制定并實施應對措施。
2.1.6生產(chǎn)過程實時監(jiān)控
生產(chǎn)過程實時監(jiān)控系統(tǒng)分為兩部分：生產(chǎn)數(shù)據(jù)實時監(jiān)控系統(tǒng)與生產(chǎn)狀態(tài)視頻監(jiān)控兩部分。
生產(chǎn)實時監(jiān)控系統(tǒng)，簡稱RPC，主要實現(xiàn)將企業(yè)各個生產(chǎn)裝置（NC、DCS、PLC等）控制系統(tǒng)實時集中監(jiān)控，并且制作報表以及對實時數(shù)據(jù)進行應用分析。包括數(shù)據(jù)采集接口、實時數(shù)據(jù)庫服務(wù)器（PI、IP21等）、實時數(shù)據(jù)C/S應用和B/S以及制作報表等。
RPC實現(xiàn)底層生產(chǎn)過程實時信息的采集，通過信息集成形成優(yōu)化控制、優(yōu)化調(diào)度和優(yōu)化決策等的判斷或指令。實現(xiàn)流程工業(yè)企業(yè)生產(chǎn)過程的安全、穩(wěn)定、均衡、優(yōu)質(zhì)、高產(chǎn)、低耗的目標；同時，企業(yè)內(nèi)部物流的控制與管理、生產(chǎn)過程成本的控制與管理等生產(chǎn)管理活動都在實時數(shù)據(jù)平臺層完成，使生產(chǎn)過程數(shù)據(jù)和企業(yè)管理數(shù)據(jù)的在實時數(shù)據(jù)平臺中融合與貫通。
生產(chǎn)狀態(tài)視頻監(jiān)控系統(tǒng)以網(wǎng)絡(luò)為依托，以數(shù)字視頻的壓縮、傳輸、存儲和播放為核心，以智能實用的圖像理解和分析為特色。視頻監(jiān)控技術(shù)還可以應用于企業(yè)管理和生產(chǎn)經(jīng)營管理，提高生產(chǎn)效率。數(shù)字視頻監(jiān)控技術(shù)，融合了新興的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、多媒體技術(shù)、視頻技術(shù)，是技術(shù)發(fā)展和社會進步的巨大飛躍。
2.1.7環(huán)境監(jiān)控物聯(lián)網(wǎng)
a)空氣懸浮顆粒物監(jiān)測
懸浮在空氣中的粒徑小于100微米的顆粒物通稱總懸浮顆粒物，其中粒徑小于10微米的稱可吸入顆粒物（PM10）。
車間設(shè)基于TCP/IP協(xié)議空氣懸浮顆粒物監(jiān)測儀，控制標準為pm2.5。監(jiān)測儀直接聯(lián)動車間新風機、排風機等空調(diào)通風設(shè)備，及時進行室內(nèi)空氣換氣，保證生產(chǎn)人員安全，同時針對相應問題做針對性治理。
b)噪聲監(jiān)測
噪聲是一種環(huán)境污染，尤其在工業(yè)生產(chǎn)環(huán)境中。它是一種致人死命的慢性毒素。
強的噪聲可以引起耳部的不適，使工作效率降低。據(jù)測定，超過115分貝的噪聲還會造成耳聾。據(jù)臨床醫(yī)學統(tǒng)計，若在80分貝以上噪音環(huán)境中生活，造成耳聾者可達50％。
為了控制以上噪聲引起的種種不良反應，必須要控制設(shè)備噪聲對人的損害。車間工作位設(shè)置噪聲監(jiān)測裝置，監(jiān)控員工所接收到的噪聲水平。
c)有害氣體監(jiān)測
經(jīng)常遇到的有害氣體有：一氧化碳（CO)、二氧化硫(SO2)、二氧化氮(NO2)、硫化氫(H2S)等。
氣體控制指標為：一氧化碳（CO)
有害氣體監(jiān)測儀直接聯(lián)動車間新風機、排風機等空調(diào)通風設(shè)備，及時進行室內(nèi)空氣換氣，保證生產(chǎn)人員安全。
3.生產(chǎn)信息基礎(chǔ)平臺
3.1計算機網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)
計算機網(wǎng)絡(luò)的功能主要表現(xiàn)在硬件資源共享、軟件資源共享和用戶間信息交換三個方面。
硬件資源共享?？梢栽谌W(wǎng)范圍內(nèi)提供對處理資源、存儲資源、輸入輸出資源等昂貴設(shè)備的共享，使用戶節(jié)省投資，也便于集中管理和均衡分擔負荷。
軟件資源共享。允許互聯(lián)網(wǎng)上的用戶遠程訪問各類大型數(shù)據(jù)庫，可以得到網(wǎng)絡(luò)文件傳送服務(wù)、遠地進程管理服務(wù)和遠程文件訪問服務(wù)，從而避免軟件研制上的重復勞動以及數(shù)據(jù)資源的重復存貯，也便于集中管理。
用戶間信息交換。計算機網(wǎng)絡(luò)為分布在各地的用戶提供了強有力的通信手段。用戶可以通過計算機網(wǎng)絡(luò)傳送生產(chǎn)數(shù)據(jù)、新聞消息和在線傳輸設(shè)計代碼等活動。
3.2數(shù)據(jù)中心
數(shù)據(jù)中心基礎(chǔ)設(shè)施工程包括數(shù)據(jù)中心機房內(nèi)的裝飾裝修工程、機房空調(diào)系統(tǒng)、機房電氣工程、機房消防系統(tǒng)、機房弱電系統(tǒng)和機房機柜系統(tǒng)。
數(shù)據(jù)中心機房由主機房、輔助區(qū)、支持區(qū)、行政辦公區(qū)組成。
主機房內(nèi)放置大量網(wǎng)絡(luò)交換機、服務(wù)器群、存儲設(shè)備等，是綜合布線和信息網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的核心，也是信息網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)匯聚中心，其特點是網(wǎng)絡(luò)設(shè)備24h不間斷運行，電源和空調(diào)不允許中斷，對機房的潔凈度、溫濕度要求較高。
參考文獻：
[1]張浩,樊留群,馬玉敏.數(shù)字化工廠技術(shù)與應用.機械工業(yè)出版社，2006年4月
[2]劉云浩.物聯(lián)網(wǎng)導論.科學出版社，2011年3月
摘要：認為當前亟需泛在信息制造技術(shù)，使生產(chǎn)制造過程在廣度上實現(xiàn)互聯(lián)互通，在深度上實現(xiàn)信息空間和物理空間的融合。為此，提出了一種泛在信息化智能制造系統(tǒng)及相關(guān)技術(shù)群，實現(xiàn)制造資源的網(wǎng)絡(luò)化互聯(lián)，信息資源的語義化表達和制造服務(wù)的自組織運行。此外，還指出如何實現(xiàn)多種數(shù)據(jù)流的混合傳輸，如何實現(xiàn)異構(gòu)信息的集成與互操作，以及如何面向復雜時空關(guān)系建立抽象模型，是需要解決的挑戰(zhàn)性問題。
關(guān)鍵詞： 智能制造；網(wǎng)絡(luò)化制造；工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)；信息物理融合系統(tǒng)；服務(wù)化
Abstract： In this paper， we consider that ubiquitous information manufacturing technology is needed to realize interconnection in the extent， and achieve integration of cyber space and physical space in the depth. Therefore， a ubiquitously information-based smart manufacturing system and its related enabling technologies are proposed. In this way， manufacturing resources are networked， information resources are semantically described and manufacturing services are self-organized. More challenge problems are also pointed out， such as how to transport mixed data flow， how to integrate and interoperate heterogeneous information， and how to build the abstract model facing the complex space-time relationship.
Key words： smart manufacturing； networked manufacturing； industrial control network； cyber-physical systems； service oriented
制造I經(jīng)歷多年發(fā)展，企業(yè)內(nèi)部業(yè)務(wù)分工日趨明確，總體上可以劃分為兩大領(lǐng)域，即縱向生產(chǎn)管理控制和橫向產(chǎn)品生命周期管理。根據(jù)ANSI/ISA 65[1]和IEC 62264-3[2]的定義，縱向生產(chǎn)管理控制可以概括為3個層次：經(jīng)營決策、計劃調(diào)度和生產(chǎn)控制；橫向產(chǎn)品生命周期涉及4個領(lǐng)域：產(chǎn)品設(shè)計、工程實施、生產(chǎn)運行和產(chǎn)品服務(wù)。隨著自動化、計算機和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，上述不同領(lǐng)域和層次逐漸形成了相應的計算機系統(tǒng)和網(wǎng)絡(luò)，其中計算機系統(tǒng)包括企業(yè)資源計劃系統(tǒng)（ERP）、制造執(zhí)行系統(tǒng)（MES）、數(shù)據(jù)采集與監(jiān)測控制系統(tǒng)（SCADA）、分布式控制系統(tǒng)（DCS），以及包括計算機輔助設(shè)計（CAD）、計算機輔助制造（CAM）、計算機輔助工程（CAE）在內(nèi)的計算機輔助系統(tǒng)（CAX）；網(wǎng)絡(luò)包括互聯(lián)現(xiàn)場設(shè)備、控制器、傳感器的現(xiàn)場總線、工業(yè)以太網(wǎng)、工業(yè)無線網(wǎng)絡(luò)，以及企業(yè)管理所需的以太網(wǎng)和互聯(lián)網(wǎng)等[3]。
然而，種類繁多的系統(tǒng)和網(wǎng)絡(luò)造成了以下兩方面問題：
（1）在廣度上，部分網(wǎng)絡(luò)雖然實現(xiàn)了少數(shù)系統(tǒng)的互聯(lián)互通，但是企業(yè)內(nèi)部仍然存在大量信息孤島，受時間、空間的限制，人與人、系統(tǒng)與系統(tǒng)、人與系統(tǒng)之間還無法建立起廣泛的互聯(lián)，信息無法在企業(yè)內(nèi)部高效地流轉(zhuǎn)；
（2）在深度上，數(shù)字化制造的發(fā)展，雖然初步形成了信息空間的概念，但是信息空間還未能實現(xiàn)與物理制造空間的深度融合，無法根據(jù)物理空間的需求，主動提供數(shù)據(jù)、應用和服務(wù)。
綜上所述，當前制造業(yè)企業(yè)亟需廣泛、深度互聯(lián)的基礎(chǔ)，縱向上打破系統(tǒng)之間的壁壘，橫向上打通信息與物理的隔閡，實現(xiàn)跨層次、跨領(lǐng)域的業(yè)務(wù)集成，提高制造業(yè)企業(yè)的運行效率和敏捷性。
與此同時，隨著芯片制造、無線寬帶、射頻識別、信息傳感及網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)等信息通信技術(shù)（ICT）的發(fā)展，信息網(wǎng)絡(luò)已更加全面、深入地融合人與人、人與物，乃至物與物之間的現(xiàn)實物理空間與抽象信息空間，并向無所不在的泛在網(wǎng)絡(luò)方向演進[4]。
根據(jù)國際電信聯(lián)盟的定義，泛在網(wǎng)絡(luò)是指在預訂服務(wù)的情況下，個人和/或設(shè)備無論何時、何地、何種方式以最少的技術(shù)限制接入到服務(wù)和通信的能力[5]。泛在網(wǎng)絡(luò)可以將信息空間與物理空間深度融合，其服務(wù)能夠以無所不在、無所不包、無所不能的方式，實現(xiàn)在任意時間、地點，任意的人、物都能順暢地通信，獲得個性化的信息服務(wù)。
顯然，泛在網(wǎng)絡(luò)的相關(guān)理念、技術(shù)和方法有助于解決制造業(yè)當前面臨的問題。正是在這種背景下，有學者提出了泛在信息制造技術(shù)的概念：泛在信息制造技術(shù)是以泛在網(wǎng)絡(luò)為基礎(chǔ)，以泛在感知為核心，以泛在服務(wù)為目的，并以泛在智能拓展和提升為目標的綜合性、一體化的信息處理技術(shù)[6]。
泛在信息制造技術(shù)為解決制造業(yè)當前面臨的問題提供了全新的思路和手段：將物理制造空間中跨層次、跨領(lǐng)域的物理制造資源映射到信息空間，從廣度上打破信息壁壘，實現(xiàn)人、制造設(shè)備、生產(chǎn)過程的泛在互聯(lián)互通；在深度上實現(xiàn)制造信息空間與物理空間的深度融合，按需提供主動的智能制造服務(wù)。因此，泛在信息制造技術(shù)的提出符合當前技術(shù)發(fā)展趨勢和產(chǎn)業(yè)需求。
1 泛在信息化智能制造
系統(tǒng)的架構(gòu)
根據(jù)泛在信息制造技術(shù)的內(nèi)涵，基于該技術(shù)的泛在信息化智能制造系統(tǒng)應當要滿足以下3方面的功能需求。
（1）制造實體網(wǎng)絡(luò)化：分布式物理資源接入、數(shù)據(jù)感知和信息傳輸，要求系統(tǒng)具備網(wǎng)絡(luò)化能力；
（2）信息資源模型化、語義化：多尺度、異構(gòu)虛擬資源的統(tǒng)一組織，要求虛擬資源的形式是模型化的，并且具備豐富的語義；
（3）制造能力服務(wù)化：支持多種應用業(yè)務(wù)協(xié)作式運行，需要系統(tǒng)為不同的業(yè)務(wù)提供核心服務(wù)。
為此提出了如圖1所示的泛在信息化智能制造系統(tǒng)的4層架構(gòu)，包括：泛在化感知層、全互聯(lián)制造網(wǎng)絡(luò)層、語義化信息集成層和服務(wù)化制造應用層。
首先，網(wǎng)絡(luò)化是泛在信息化制造系統(tǒng)的本質(zhì)特征。針對制造系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)化的特殊需求提出了兩層的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，其中泛在化感知層實現(xiàn)與生產(chǎn)過程密切相關(guān)的現(xiàn)場物理資源泛在接入、感知，在此之上全互聯(lián)制造網(wǎng)絡(luò)層使現(xiàn)場級傳感網(wǎng)、控制網(wǎng)與企業(yè)級管理網(wǎng)、互聯(lián)網(wǎng)實現(xiàn)扁平化、對等化互聯(lián)。
其次，模型化是信息空間的虛擬信息資源統(tǒng)一組織的必要形式，語義化是異構(gòu)模型能夠跨層次、跨領(lǐng)域集成的核心。一方面，模型化是信息資源集中組織的有效手段；另一方面，語義化是模型能夠進行跨層次、跨領(lǐng)域異構(gòu)集成的核心。針對這種需求提出了語義化信息集成層，基于模型化和語義化手段，實現(xiàn)跨層次、跨領(lǐng)域虛擬信息資源的統(tǒng)一組織、集成和管理。
最后，服棧是制造物理空間與虛擬信息空間實現(xiàn)集成的技術(shù)手段。制造服務(wù)聚集在信息空間根據(jù)具體業(yè)務(wù)特點，按需進行組合，實現(xiàn)制造應用的動態(tài)自組織。因此，針對系統(tǒng)服務(wù)化的需求提出了服務(wù)化制造應用層，為具體的制造應用業(yè)務(wù)運行提供核心服務(wù)。
2 泛在信息化智能制造
系統(tǒng)的支撐技術(shù)群
圖1所示的泛在信息化智能制造系統(tǒng)的架構(gòu)需要相應技術(shù)群才能支撐其系統(tǒng)特征。本節(jié)分別總結(jié)了各層相應的技術(shù)群。
2.1 面向泛在化感知的無線傳感網(wǎng)
技術(shù)群
面向泛在化感知的無線傳感網(wǎng)技術(shù)群是指實現(xiàn)工業(yè)現(xiàn)場傳感器、控制器、生產(chǎn)設(shè)備接入、感知和控制的一系列無線傳感技術(shù)[7]。作為泛在信息化制造系統(tǒng)中虛擬信息空間與物理制造空間的接口，該技術(shù)群一方面從物理制造空間獲取數(shù)據(jù)并映射入信息空間；另一方面接收信息空間的指令，完成對物理制造過程的控制。如圖2所示，該技術(shù)群具體包括兩方面：物理資源接入技術(shù)[8]和物理過程感知技術(shù)[9]。在資源接入方面，包括面向多種協(xié)議的物理資源即插即用技術(shù)，即根據(jù)協(xié)議類型、設(shè)備類別、生產(chǎn)流程等信息動態(tài)適配多種網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，為資源構(gòu)建邏輯鏈路，滿足其通信關(guān)系。在感知方面的主要支撐技術(shù)包括智能傳感器技術(shù)[10]和以無線射頻識別（RFID）為代表的智能識別技術(shù)[11]等。
在無線傳感網(wǎng)技術(shù)的支撐下，工業(yè)現(xiàn)場的信息泛在化感知和設(shè)備可移動運行促進信息流轉(zhuǎn)，提升系統(tǒng)運行效率和信息―物融合深度。此外，無線傳感網(wǎng)模塊化、可重構(gòu)、即插即用等特點，能夠最大限度滿足底層系統(tǒng)對可組合性的需求，實現(xiàn)協(xié)作運行。
2.2 面向全互聯(lián)制造網(wǎng)絡(luò)的組網(wǎng)與
傳輸技術(shù)群
面向全互聯(lián)制造網(wǎng)絡(luò)的組網(wǎng)與傳輸技術(shù)群是指實現(xiàn)工廠全覆蓋，管理和控制業(yè)務(wù)混流傳輸，并提供安全可靠保障的一系列組網(wǎng)與傳輸技術(shù)。作為泛在信息化制造系統(tǒng)中完成網(wǎng)絡(luò)化互聯(lián)的核心，該技術(shù)群基于互聯(lián)網(wǎng)的傳輸控制協(xié)議（TCP）/互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議（IP）架構(gòu)實現(xiàn)對工廠管理網(wǎng)絡(luò)、控制網(wǎng)絡(luò)、傳感網(wǎng)絡(luò)進行全面互聯(lián)，并與互聯(lián)網(wǎng)集成，實現(xiàn)無縫信息傳輸。如圖3所示，該技術(shù)群的組成主要體現(xiàn)在兩個方面：一是對當前現(xiàn)場傳感網(wǎng)、設(shè)備網(wǎng)采用的專用傳輸協(xié)議的IP化設(shè)計[12]，具體包括針對嵌入式設(shè)備的IP 協(xié)議裁剪技術(shù)、針對嵌入式設(shè)備的低開銷IP 協(xié)議實現(xiàn)技術(shù)、面向完整和裁剪后IP 的多協(xié)議適配和轉(zhuǎn)換技術(shù)和輕量級IP 設(shè)備的管理與維護技術(shù)；二是信息流混合傳輸服務(wù)質(zhì)量（QoS）保障技術(shù)[13]，具體包括面向扁平網(wǎng)絡(luò)的實時流交換傳輸技術(shù)、面向異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)的資源動態(tài)認知與管理技術(shù)和面向混合業(yè)務(wù)流的流量控制技術(shù)。
上述技術(shù)群通過IP化手段，實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)扁平化，同時提供混合傳輸保障機制，實現(xiàn)了不同業(yè)務(wù)的按需服務(wù)。
2.3 面向時空動態(tài)制造信息資源的
語義化集成技術(shù)群
面向時空動態(tài)制造信息資源的語義化集成技術(shù)群是指實現(xiàn)制造業(yè)中跨層次、跨領(lǐng)域的海量、異構(gòu)信息資源語義化描述、存儲、集成、組織與管理的一系列技術(shù)群[14]。如圖4所示，該技術(shù)群主要包括3個方面。首先，底層網(wǎng)絡(luò)中信息資源如原始數(shù)據(jù)等，其質(zhì)量不高，存在大量錯誤、不完整或多余的原始數(shù)據(jù)。因此，需要采用數(shù)據(jù)清洗技術(shù)、過濾技術(shù)、壓縮技術(shù)和消冗技術(shù)等，處理質(zhì)量較差的原始信息資源，保證其正確性[15]。其次，泛在信息化制造系統(tǒng)中大量跨層次、跨領(lǐng)域信息資源不具備統(tǒng)一的格式。因此，采用數(shù)據(jù)建模等語法轉(zhuǎn)換技術(shù)對多種語法格式的信息資源進行規(guī)范化處理，保證信息的語法一致性[16]。最后，異構(gòu)信息資源只有具備統(tǒng)一的語義，才能實現(xiàn)語義級互操作性，直接被跨層次、跨領(lǐng)域的應用業(yè)務(wù)訪問和使用[17]。因此，采用語義轉(zhuǎn)換技術(shù)，對模型化后的信息資源進行語義標注，構(gòu)建統(tǒng)一的語義模型。
在上述技術(shù)群支撐下，跨層次、跨領(lǐng)域的虛擬信息資源實現(xiàn)了模型化、語義化組織與管理，在統(tǒng)一層面上根據(jù)上層應用業(yè)務(wù)的特點，為其提供所需的信息資源。
2.4 面向制造業(yè)務(wù)的服務(wù)化技術(shù)群
面向制造業(yè)務(wù)的服務(wù)化技術(shù)群是指一系列實現(xiàn)物理/虛擬資源服務(wù)化封裝、注冊、查詢、組合、部署與管理的技術(shù)，以模塊化、服務(wù)化的模式，完成制造應用的動態(tài)自組織[18]。如圖5所示，該技術(shù)群主要分為3類：一是服務(wù)的封裝和注冊技術(shù)，是指采用服務(wù)化和虛擬化手段，將各種資源進行服務(wù)化封裝，并在服務(wù)庫中完成注冊[19]；二是服務(wù)的查詢與組合技術(shù)，是指根據(jù)應用業(yè)務(wù)的需求，在服務(wù)庫中查找合適的服務(wù)，并根據(jù)規(guī)則進行組合[20]；三是服務(wù)的部署與管理技術(shù)，是指將服務(wù)部署到具體的軟硬件資源上，并根據(jù)具體的業(yè)務(wù)要求對服務(wù)的執(zhí)行過程進行監(jiān)測、控制與調(diào)度，滿足共享資源上不同業(yè)務(wù)的運行要求。服務(wù)化首先將軟、硬件資源抽象為簡單的計算、存儲、傳輸?shù)然痉?wù)，在此基礎(chǔ)上，根據(jù)服務(wù)的組合規(guī)則，將基本服務(wù)組合為復雜的諸如加工、控制、監(jiān)測、診斷、設(shè)計等服務(wù)，并且在面向具體業(yè)務(wù)實例化之后，可以滿足不同業(yè)務(wù)的應用需求。
正是在服務(wù)化的這種特性支撐下，系統(tǒng)能夠以開放的、可擴展的方式集成多種服務(wù)。并且能夠隨著業(yè)務(wù)的需求變化動態(tài)組織相應的服務(wù)，使得系統(tǒng)功能具備可演進性。
3 實現(xiàn)泛在信息化制造
面臨的技術(shù)挑戰(zhàn)
3.1 異構(gòu)動態(tài)網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下，多流混合
傳輸?shù)穆窂揭?guī)劃與流量控制
泛在信息化制造系統(tǒng)的全互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)基于IP將傳感網(wǎng)、控制網(wǎng)、管理網(wǎng)互聯(lián)構(gòu)成扁平化的異構(gòu)傳輸網(wǎng)絡(luò)，實現(xiàn)控制、管理和知識流的混合傳輸，但控制流傳輸需要保障實時性、可靠性，管理流和知識流傳輸需要保障吞吐量和帶寬利用率，管理人員的移動性使得網(wǎng)絡(luò)拓撲和知識流的傳播具有很強的動態(tài)性。
綜上所述，針對控制、管理和知識流不同的應用需求和負載特征，同時考慮工業(yè)物理網(wǎng)異構(gòu)和拓撲結(jié)構(gòu)的動態(tài)變化，構(gòu)建針對時延、可靠性、能耗、帶寬利用率等混合關(guān)鍵性指標的網(wǎng)絡(luò)資源調(diào)度策略和控制方法，是泛在信息化制造所面臨的技術(shù)挑戰(zhàn)之一。
3.2 工業(yè)多維、異構(gòu)信息資源的集成
與互操作
泛在信息化制造需要構(gòu)建跨域、跨層的統(tǒng)一信息資源組織與管理體系，但設(shè)計域，實施域，運行域，維護域涉及多維異構(gòu)的信息資源。一方面信息格式不同，既有結(jié)構(gòu)化的生產(chǎn)數(shù)據(jù)、控制指令、設(shè)計模型等，也有非結(jié)構(gòu)化的聲音、圖像、文本等信息；另一方面是信息的含義不同，各領(lǐng)域涵蓋了多個學科，包括物理、化學等工藝知識，熱學、力學等結(jié)構(gòu)知識和電子、電氣等自動化知識。因此，如何構(gòu)建可集成、互操作的統(tǒng)一信息模型是泛在信息化制造面臨的又一技術(shù)挑戰(zhàn)。
3.3 面向制造物理空間復雜時空
關(guān)系的抽象與建模
泛在信息化制造系統(tǒng)的關(guān)鍵是信息空間能夠準確對物理空間進行抽象與建模，以實現(xiàn)信息與物理的深度融合。制造物理空間生產(chǎn)過程具有明確的時間和空間特性，并且時空特性耦合性強，如描述流程工業(yè)復雜的物理、化學反應過程，通常采用動態(tài)偏微分方程來構(gòu)建相關(guān)的機理模型。而傳統(tǒng)意義上，信息空間的建模和抽象過程多面向離散事件以及解耦的多變量關(guān)系，顯然無法實現(xiàn)對制造物理空間連續(xù)物理過程的抽象和建模。因此，面χ圃煳錮砜占涓叢擁氖笨展叵擔信息空間如何進行描述、抽象和建模，是泛在信息化制造面臨的一大技術(shù)挑戰(zhàn)。
4 結(jié)束語
當前，在中國相繼推出“工業(yè)化信息化兩化融合”“互聯(lián)網(wǎng)+”行動計劃、“中國制造2025”等一系列頂層設(shè)計方案的大背景下，無論是代表傳統(tǒng)力量的制造業(yè)，還是代表新興力量的互聯(lián)網(wǎng)界，都在積極探索中國制造的創(chuàng)新模式，如何尋找到符合中國特色的智能制造模式成為共同關(guān)注的焦點。泛在信息化制造正是在制造業(yè)內(nèi)部需求拉動，外部ICT使能技術(shù)推動的基礎(chǔ)上，提出的一種符合當前技術(shù)、政策發(fā)展趨勢的智能制造創(chuàng)新模式，因此開展泛在信息化制造相關(guān)理論研究、技術(shù)攻關(guān)、工程研發(fā)與應用推廣等方面的工作，有利于國家宏觀政策的落實，能夠切實推動中國制造業(yè)轉(zhuǎn)型和自主創(chuàng)新等。
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關(guān)鍵詞：航空制造企業(yè)；商業(yè)智能系統(tǒng)；數(shù)據(jù)挖掘
中圖分類號：TP311.52文獻標識碼：A文章編號：1007-9599 (2012) 02-0000-02
Enterprises Business Intelligence System Design of Aviation Manufacturing
Bi Chongyi,Yang Yanguo,Cheng Liquan
(AVIC Shenyang Liming Aero Engine (Group) Co.,Ltd.,Data Center,Shenyang110043,China)
Abstract:Aviation manufacturing enterprises in the analysis of a business intelligence system based on the needs,Using data mining techniques to build an aviation manufacturer to build business intelligence systems,proposed aviation manufacturing enterprise business intelligence standard structural model of the system.
Keywords:Aviation manufacturing enterprises;Business intelligence systems;Data mining
一、背景
某企業(yè)為航空發(fā)動機制造企業(yè)，航空制造企業(yè)是典型的大型離散制造企業(yè)，相對于其他制造型企業(yè)來說，航空制造企業(yè)有生產(chǎn)零件種類眾多、加工周期較長、工藝復雜、質(zhì)量要求嚴格等特點，這對企業(yè)的管理提出了很高的要求。近幾年隨著PDM、ERP、MES等系統(tǒng)廣泛應用于企業(yè)的設(shè)計制造管理的各個方面，為企業(yè)提升工藝設(shè)計水平、提高生產(chǎn)效率及改進產(chǎn)品質(zhì)量發(fā)揮了重要作用，較好地實現(xiàn)了以信息化帶動工業(yè)化。隨著企業(yè)信息化的不斷成熟和深入，單一的業(yè)務(wù)型系統(tǒng)已經(jīng)不能滿足企業(yè)日趨增長的需求，建立商業(yè)智能系統(tǒng)，為分析和決策提供數(shù)據(jù)信息支持已經(jīng)成為了企業(yè)信息化的更高目標。
二、航空制造企業(yè)商業(yè)智能系統(tǒng)需求分析
商業(yè)智能的關(guān)鍵是從許多來自不同的企業(yè)運作系統(tǒng)的數(shù)據(jù)中提取出有用的數(shù)據(jù)并進行清理，以保證數(shù)據(jù)的正確性，然后經(jīng)過抽取（Extraction）、轉(zhuǎn)換（Transformation）和裝載（Load），即ETL過程，合并到一個企業(yè)級的數(shù)據(jù)倉庫里，從而得到企業(yè)數(shù)據(jù)的一個全局視圖，在此基礎(chǔ)上利用合適的查詢和分析工具、數(shù)據(jù)挖掘工具、OLAP工具等對其進行分析和處理，最后將知識呈現(xiàn)給管理者，為管理者的決策過程提供支持。制造業(yè)商務(wù)智能不同于其他行業(yè)，它具有自身鮮明的應用特點，主要包括：（1）整體數(shù)據(jù)量相對較小，但單個數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)復雜；（2）數(shù)據(jù)的生命周期與產(chǎn)品的生命周期有關(guān)，許多行業(yè)的經(jīng)營數(shù)據(jù)生命周期覆蓋從物資采購到客戶服務(wù)的整個環(huán)節(jié)；（3）制造業(yè)注重過程控制管理，如根據(jù)ISO9001標準制定了供應、生產(chǎn)、銷售、質(zhì)量保證等體系文檔，存在大量完整、系統(tǒng)的非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)，其中包含了許多商務(wù)智能的關(guān)鍵性指標。
通過系統(tǒng)向企業(yè)內(nèi)部決策和管理層人員提供直觀和面向角色的企業(yè)數(shù)據(jù)，幫助他們更好地做出決策和改善業(yè)務(wù)處理流程。而且隨著企業(yè)經(jīng)濟的飛速發(fā)展，商業(yè)智能將是信息系統(tǒng)實施是否成功的最基本的衡量指標。同時業(yè)務(wù)系統(tǒng)和分析系統(tǒng)的分離，針對業(yè)務(wù)系統(tǒng)內(nèi)分析型報表不斷增長的現(xiàn)狀，業(yè)務(wù)系統(tǒng)的性能壓力逐漸增大，為了保證業(yè)務(wù)系統(tǒng)的正常運行，考慮到分析型報表實時性較低的特點，建立獨立的分析系統(tǒng)即可以同時滿足不同類型系統(tǒng)的性能要求，又可以將多業(yè)務(wù)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)統(tǒng)一，減少了系統(tǒng)間的數(shù)據(jù)交互。
三、航空制造企業(yè)商業(yè)智能系統(tǒng)設(shè)計
（一）系統(tǒng)體系架構(gòu)
系統(tǒng)的邏輯體系架構(gòu)是由3層組成如圖
數(shù)據(jù)倉庫構(gòu)建層：實現(xiàn)如何從所有源系統(tǒng)中獲得原始的業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)，并對其進行一致性處理，按主題進行數(shù)據(jù)重組和格式轉(zhuǎn)換，然后傳送并裝載到數(shù)據(jù)倉庫系統(tǒng)中的平臺和過程。
數(shù)據(jù)倉庫管理層：把數(shù)據(jù)存儲到企業(yè)級數(shù)據(jù)倉庫系統(tǒng)中，包括數(shù)據(jù)倉庫預置的模型。
數(shù)據(jù)倉庫分析層：實現(xiàn)如何把數(shù)據(jù)倉庫系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)和分析結(jié)果提供給最終用戶。按照用戶的分析需求，使用報表、隨即查詢、多維分析和數(shù)據(jù)挖掘進行數(shù)據(jù)展現(xiàn)。
1.數(shù)據(jù)倉庫構(gòu)建層。
數(shù)據(jù)倉庫系統(tǒng)需要從多個源數(shù)據(jù)系統(tǒng)中抽取和匯總各種業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)，包括：核心業(yè)務(wù)系統(tǒng)、財務(wù)管理系統(tǒng)等業(yè)務(wù)處理系統(tǒng)及其它管理系統(tǒng)等，這些數(shù)據(jù)源系統(tǒng)是數(shù)據(jù)倉庫系統(tǒng)的數(shù)據(jù)來源。
系統(tǒng)按照滿足分析需求的原則，把上述數(shù)據(jù)源系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)按照主題進行劃分和組織，然后抽取并裝載到數(shù)據(jù)倉庫系統(tǒng)中。
從上述這些系統(tǒng)中獲取數(shù)據(jù)需要三個過程：抽取數(shù)據(jù)、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換和數(shù)據(jù)裝載。
這三個過程是在保證各個數(shù)據(jù)源系統(tǒng)與數(shù)據(jù)倉庫系統(tǒng)能夠成功連接（包括網(wǎng)絡(luò)協(xié)議標準的轉(zhuǎn)換、不同平臺之間的接口）的前提下實現(xiàn)的。
這三個過程主要完成確定從哪個系統(tǒng)中抽取什么樣的數(shù)據(jù)，如何保證來自不同源數(shù)據(jù)系統(tǒng)的同類數(shù)據(jù)的一致性和完整性，如何把轉(zhuǎn)換完成的數(shù)據(jù)裝載到數(shù)據(jù)倉庫系統(tǒng)中，以及如何處理在轉(zhuǎn)換和裝載過程中出現(xiàn)的錯誤。
2.數(shù)據(jù)倉庫管理層。
在數(shù)據(jù)存儲層，數(shù)據(jù)是存放在兩類數(shù)據(jù)庫中：關(guān)系型數(shù)據(jù)庫和多維數(shù)據(jù)庫。數(shù)據(jù)存儲是數(shù)據(jù)倉庫系統(tǒng)的中心。取自多個數(shù)據(jù)源系統(tǒng)的明細數(shù)據(jù)，以及用于分析的集成匯總數(shù)據(jù)都存儲在這個中心。它在邏輯上是一個完整的庫。
3.數(shù)據(jù)倉庫分析層。
數(shù)據(jù)輸出層的功能是使最終用戶通過報表、圖形和其它分析工具的方式簡便、快捷地訪問數(shù)據(jù)倉庫系統(tǒng)中的各種數(shù)據(jù)，得到分析結(jié)果。
（二）數(shù)據(jù)倉庫技術(shù)
數(shù)據(jù)倉庫是系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集與信息展示的橋梁，是商業(yè)智能系統(tǒng)的核心。在數(shù)據(jù)倉庫設(shè)計和開發(fā)過程中主要應用了以下技術(shù)：
1.分區(qū)表和分區(qū)索引。
分區(qū)技術(shù)可以提高可管理性、性能和可用性，為應用帶來極大的好處。通常，分區(qū)可以使某些查詢操作和維護操作的性能大大提高。分區(qū)的分層存檔原理還可以通過根據(jù)數(shù)據(jù)的重要性分配不同存儲介質(zhì)的方法，大大降低存儲設(shè)備的成本。
范圍分區(qū)，數(shù)據(jù)基于分區(qū)鍵值的范圍分配，通常使用時間作為鍵值，將大數(shù)據(jù)量的表進行分區(qū)存儲，使查詢根據(jù)條件訪問正確的分區(qū)。
局部索引，局部索引是針對分區(qū)表的索引，該索引可以與基本分區(qū)表耦合，并“繼承”該表的分區(qū)策略。局部索引的每個分區(qū)僅對應于基礎(chǔ)表的一個分區(qū)。
2.物化視圖。
在數(shù)據(jù)倉庫中，物化視圖經(jīng)常用來實現(xiàn)對數(shù)據(jù)信息的高度聚合，降低在查詢過程中的聚合計算，通過定期刷新操作把聚合結(jié)果存儲在物理對象中，并可以建立索引，提高了報表的查詢速度。
刷新方式，根據(jù)不同的對象采用不同的刷新方式，針對數(shù)據(jù)量小，且數(shù)據(jù)更新頻繁的對象做全表刷新，針對數(shù)據(jù)量大，且數(shù)據(jù)更新不頻繁的對象做增量更新，此方式需啟用物化視圖更新日志。
物化視圖索引，根據(jù)物化視圖聚合的結(jié)果，可以建立不同于源表字段的索引。
重寫功能，啟用重寫功能后數(shù)據(jù)庫可以自動分析查詢語句，判斷是否可由物化視圖聚合后的對象重寫查詢語句，對查詢語句進行“重寫”，從而提高查詢效率?？紤]到BI工具可以實現(xiàn)根據(jù)不同維度，層次選擇不同查詢對象，建議關(guān)閉此功能，由BI工具分析查詢對象，更加靈活容易控制。
3.位圖索引。
在數(shù)據(jù)倉庫的中，通常建立星型模型來實現(xiàn)多維報表分析，其度量對象上的維度列具有低基數(shù)（數(shù)據(jù)差異度?。┑奶攸c，建立位圖索引可以節(jié)省存儲空間，并可以支持星型查詢。
位圖索引，在度量的外鍵上建立位圖索引。
星型查詢，啟用數(shù)據(jù)庫功能star_transformation_enabled。
4.OWB工具。
OWB是oracle目前搭建數(shù)據(jù)倉庫的重要方式，其主要功能是用來完成ETL、模型建立、任務(wù)調(diào)度等工作。在此系統(tǒng)中應用OWB來實現(xiàn)外部數(shù)據(jù)文件的導入和ETL程序包的調(diào)度工作。
外部數(shù)據(jù)文件導入，在OWB中通過建立外部文件和數(shù)據(jù)庫對象的映射，生成DATA LOAD的腳本，將EXCEL文件的數(shù)據(jù)導入到數(shù)據(jù)庫。
計劃執(zhí)行工作流，在OWB中開發(fā)工作流，按照ETL流程調(diào)度數(shù)據(jù)更新包，周期性進行數(shù)據(jù)的更新。
ETL數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換開發(fā)，該步驟是整個技術(shù)實現(xiàn)過程的關(guān)鍵，由于數(shù)據(jù)倉庫涉及到多業(yè)務(wù)主題甚至多系統(tǒng)數(shù)據(jù)的整合，在完成數(shù)據(jù)抽取、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換、數(shù)據(jù)裝載任務(wù)的同時，需要屏蔽數(shù)據(jù)之間的差異，保證數(shù)據(jù)的準確性、一致性、完整性，轉(zhuǎn)換過程中應保持數(shù)據(jù)支持其最細顆粒度層次。
5.BIEE工具。
BIEE是oracle在數(shù)據(jù)挖掘方面的主要工具，其具有強大的建模功能，完善的用戶和權(quán)限管理機制，提供了完整易用的分析平臺、強大的智能展現(xiàn)儀表盤，配合回寫、預警、簡要簿、MS Office插件等功能使用戶可以通過多種方式交互、接收、查詢、分析數(shù)據(jù)。
CUBE搭建，通過使用BIEE可以方便的搭建業(yè)務(wù)模型，建立維度。
用戶和權(quán)限管理，BIEE提供了多種用戶管理和權(quán)限控制的方案，可以靈活的實現(xiàn)數(shù)據(jù)的安全性保證。
多維報表，建立豐富的分析主題和CUBE，使用戶可以靈活組合查詢報表的內(nèi)容，并利用不同的圖表展示。
儀表盤，對報表應用提供強大的展現(xiàn)平。
四、結(jié)論
本系統(tǒng)是針對航空發(fā)動機制造企業(yè)而設(shè)計實施的商業(yè)智能系統(tǒng)，對于航空制造企業(yè)具有一定的通用性，但在具體業(yè)務(wù)活動中，每個企業(yè)還有其自身的特點。
商業(yè)智能系統(tǒng)將幫助企業(yè)的管理層進行快速、準確的決策。直觀、迅速的展現(xiàn)企業(yè)各種業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)信息，直接發(fā)現(xiàn)企業(yè)中的各類問題，使決策管理層能夠盡快關(guān)注，及時解決。它為企業(yè)帶來的是一種經(jīng)過科學武裝的管理思維，給整個企業(yè)帶來的是決策的快速性和準確性，發(fā)現(xiàn)問題的及時性。商業(yè)智能系統(tǒng)將企業(yè)運營過程中多套應用系統(tǒng)產(chǎn)生的信息數(shù)據(jù)進行有效整合處理，為企業(yè)合理定位、精確控制和準確決策提供依據(jù)。隨著企業(yè)信息化的深度應用，海量數(shù)據(jù)的出現(xiàn)，只能通過商業(yè)智能系統(tǒng)選取關(guān)鍵信息，及時反饋。它將成為航空制造企業(yè)提升自身競爭能力的必然選擇。
參考文獻：
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關(guān)鍵詞：制造產(chǎn)品；智能集成；報價系統(tǒng)；非結(jié)構(gòu)化；自學習
Research on an intelligent integrated quoting-price system for manufacturing-products
Abstract:Developing a quoted-price system for manufacturing productions is often in relation to many factors between construction and non-construction.Because of the professional limity,its functions was singleness.So this paper proposes a new conception and measure for it,an intelligent integrated quoting-price system for manufacturing-products to discuss.
Key words:manufacturing products;intelligent integrated;quoting-price system;non-construction;self-learning
1 引言
產(chǎn)品報價是指供貨企業(yè)或公司響應客戶詢價，對客戶所詢目標產(chǎn)品報出的價格和對客戶其他要求所作出的答復。產(chǎn)品報價作為一種經(jīng)濟現(xiàn)象，在市場運行的局部，處在市場活動中的供求雙方由于信息的阻滯，不能順利達成均衡，往往在不均衡狀況下，作出種種選擇?，F(xiàn)實經(jīng)濟活動中，客戶的詢價請求和廠商的報價之間的談判、平衡、交易等等，就是這種經(jīng)濟不均衡性的表現(xiàn)，產(chǎn)品報價這一課題則基于這種現(xiàn)象而存在。雙方交易達成的最終報價則是需求價格和供給價格之間的某一變數(shù)，是暫時的“平衡價格”，而不是均衡價格。制造產(chǎn)品，特別是比較復雜的產(chǎn)品報價，需要許多領(lǐng)域人員的協(xié)調(diào)工作，如技術(shù)、財力、商務(wù)等，必須考慮各種結(jié)構(gòu)化的和非結(jié)構(gòu)化的因素，其中結(jié)構(gòu)化因素如技術(shù)參數(shù)、結(jié)構(gòu)參數(shù)、工藝參數(shù)、制造成本、費用分配比例等比較易于確定的因素。而非結(jié)構(gòu)化因素如最終利潤率、贏得定單的幾率等，則需要考慮企業(yè)內(nèi)外環(huán)境等眾多不確定因素。目前國內(nèi)外一些研究人員進行了部分產(chǎn)品報價系統(tǒng)的研究與開發(fā)，如組合機床、冷庫、工業(yè)爐、通風機等報價系統(tǒng)，這些成果大大促進了這一課題的展開和深入。本文提出一種新的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與方法進行研究。
2 制造產(chǎn)品智能集成報價系統(tǒng)的提出
從信息系統(tǒng)的角度考慮，整個報價過程是一個信息流動和信息處理的過程。包括信息的產(chǎn)生、信息的傳遞、信息的處理、信息的存儲。具有很復雜的信息流，涉及到銷售、經(jīng)營、設(shè)計、會計、生產(chǎn)計劃、采購等等，這種信息流在相關(guān)部門或相關(guān)人員之間的傳播如圖1所示。
圖1 制造產(chǎn)品報價的信息流
其中的結(jié)構(gòu)化因素，如技術(shù)參數(shù)、需求批量、價格范圍、質(zhì)量保證、成本要求等所對應的技術(shù)報價和財務(wù)報價比較易于確定或決策。而非結(jié)構(gòu)化因素，如競爭對手的報價、利潤率、可能的定單確定率、技術(shù)財務(wù)風險等，由于資料或信息欠缺難以作出完美或滿意的決策。
目前，國內(nèi)外所開發(fā)的報價系統(tǒng)依其功能大致可以分為五類，即商務(wù)型報價系統(tǒng)、生產(chǎn)型報價系統(tǒng)、工程型報價系統(tǒng)、投標型報價系統(tǒng)和集成型報價系統(tǒng)。工程型報價系統(tǒng)，實際上是產(chǎn)品選型、初步設(shè)計加成本估算，其最終報價的形成有待提高；而商務(wù)型報價系統(tǒng)，其全部價值是基于產(chǎn)品成本而做的加價判斷或推理。二者各自凸現(xiàn)了自己的重點，如前者對報價的結(jié)構(gòu)化問題處理較好，而后者對報價所涉及的非結(jié)構(gòu)化問題研究得很深刻。然而，制造產(chǎn)品的報價應該是技術(shù)報價、財務(wù)報價及商務(wù)報價的連貫和結(jié)合，必須能夠處理報價決策所需確定的結(jié)構(gòu)和非結(jié)構(gòu)化因素。
制造產(chǎn)品智能集成報價系統(tǒng)概念基于智能決策支持系統(tǒng)(IDSS Intelligent Decision Support System)，集成產(chǎn)品報價系統(tǒng)的目標，就是要使它能夠根據(jù)客戶的詢價請求制定相應的產(chǎn)品報價設(shè)計及根據(jù)企業(yè)內(nèi)外復雜因素制定多種可行的報價方案(包括技術(shù)、財務(wù)、商務(wù)的報價方案)，并輔助決策者選擇滿意方案，輔助實現(xiàn)企業(yè)的經(jīng)營目標。同時，在系統(tǒng)接受和處理報價項目的過程中，不斷學習和積累報價知識和經(jīng)驗，自我完善報價的非結(jié)構(gòu)化部分。
關(guān)鍵詞：復雜機電系統(tǒng)并行設(shè)計
Abstract：Based on the facts that the performance and running state of large-scale complex electro mechanical systems are of the results of the complete coupling of several physical processes and parameters, a basic idea of complete coupling analysis and coupling concurrent design for complex electrom mechanical system is proposed in this paper. And the basic theory frame of coupling analysis and design is discussed. With this method, one will be able to investigate the performance and to build mechanism of oddity state, to obtain the optimum design of complete coupling for a complex electrom mechanical system.
Key word： Complex electro mechanical system concurrent design
中圖分類號：S61文獻標識碼： A 文章編號：
隨著工業(yè)生產(chǎn)過程的日趨復雜化，系統(tǒng)不可避免地存在非線性。如大型交流電機系統(tǒng)、紡織過程等，盡管在很多情況下，當我們考慮系統(tǒng)的某些現(xiàn)象時，可以用系統(tǒng)的線性模型來代替系統(tǒng)的非線性模型，然后，對線性模型實施開展Is1[9]0但更多情況下，不可能用系統(tǒng)的簡單線性模型作為該真實系統(tǒng)的替身。在工程技術(shù)、自然、社會、經(jīng)濟等眾多情況下，人們必須建立真實系統(tǒng)的非線性模型以代替簡單容易處理的線性模型。非線性系統(tǒng)中可能發(fā)生的現(xiàn)象是十分復雜、十分豐富的。嚴格地說，對非線性系統(tǒng)，目前雖然己經(jīng)歷了百年的研究，認識仍很不充分的。
針對現(xiàn)代大型復雜機電系統(tǒng)的性能與運行狀態(tài)是多物理過程和多參數(shù)全局耦合結(jié)果的事實,提出對復雜機電系統(tǒng)進行全局耦合分析及耦合并行設(shè)計的基本思想,探討全局耦合分析與設(shè)計的基本理論框架,以期研究復雜機電系統(tǒng)功能、奇異工況的生成機制,實現(xiàn)復雜機電系統(tǒng)全局耦合最優(yōu)設(shè)計。
目前常用的串行設(shè)計模式、分支與總體組裝式程序,無法反映復雜機電系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)式多重耦合作用與機組工況、功能間的內(nèi)反饋與自組織規(guī)律。優(yōu)良的復雜機電系統(tǒng)的產(chǎn)生和運行,迫切需要基于全局耦合的設(shè)計理論與方法。
基于此,本文在認識復雜機電系統(tǒng)全局耦合事實的基礎(chǔ)上,提出耦合與解耦設(shè)計的學術(shù)思想,以期能為復雜機電系統(tǒng)的設(shè)計、制造與運行提供借鑒,使其具有最優(yōu)結(jié)構(gòu)體系、高效率、動力穩(wěn)定、調(diào)節(jié)靈敏、參數(shù)精確、抗干擾能力強。
這一立意得到國家自然科學基金的支持,1999年將“復雜機電系統(tǒng)耦合與解耦設(shè)計理論與方法”立為重點項目。
一、復雜機電系統(tǒng)的耦合事實
復雜機電系統(tǒng)維數(shù)高,單元數(shù)量大,過程間的耦合錯綜復雜,使系統(tǒng)在結(jié)構(gòu)、功能、行為等方面都與簡單系統(tǒng)有本質(zhì)區(qū)別。復雜機電系統(tǒng)中電參數(shù)主要來源于驅(qū)動與控制2個子系統(tǒng),通過子系統(tǒng)間的關(guān)聯(lián)、集成而與機械系統(tǒng)的力學參數(shù)構(gòu)成機電耦合,從而影響系統(tǒng)的動態(tài)特性和響應特性。
①驅(qū)動源強電磁場與傳動系統(tǒng)機電耦合
對于電機驅(qū)動的復雜機電系統(tǒng),電磁場的磁電參數(shù)與傳動系統(tǒng)的力學參數(shù)交互影響,構(gòu)成耦合。這種耦合常表現(xiàn)為2種方式:一是電磁場產(chǎn)生諧波分量,對傳動系統(tǒng)的振動構(gòu)成直接激勵見圖1。這種激勵在電機驅(qū)動的機電設(shè)備中普遍存在,并隨電機功率的增大而激勵作用增強。諧波分量的頻率成分由電機的驅(qū)動型式?jīng)Q定,交流電機以50Hz為主,整流驅(qū)動的直流電機的頻率成分由整流裝置決定,如三相全橋整流的頻率分量為50Hz的6、12、18等倍頻。
圖1驅(qū)動與傳動系統(tǒng)機電耦合示意圖
功率達數(shù)萬千瓦的軋制機械是這類耦合的典型設(shè)備。對某平整機傳動系統(tǒng)扭振和電磁參數(shù)的現(xiàn)場測試表明,大功率整流裝置的諧波分量(300Hz、600Hz等)產(chǎn)生相應頻率的諧波轉(zhuǎn)矩,使傳動系統(tǒng)產(chǎn)生相應頻率的扭振響應。
另一類耦合是電機的電磁參數(shù)與機械系統(tǒng)的動力參數(shù)構(gòu)成參數(shù)耦合,從而影響整個系統(tǒng)的動力學性能,降低系統(tǒng)穩(wěn)定性,產(chǎn)生參數(shù)激振等自激振動。這種強耦合只有在電機容量大到一定程度后才表現(xiàn)突出,此時電機轉(zhuǎn)子、定子的間隙較大,轉(zhuǎn)子軸心位置的變化影響著電磁場,電磁場的變化又影響轉(zhuǎn)子的運動與振動形態(tài),兩者交互作用。大型發(fā)電機組是具有這種耦合的典型復雜系統(tǒng)。邱家俊等對大型發(fā)電機組中的這類耦合問題已進行深入研究。
②控制系統(tǒng)調(diào)控微變量與機械系統(tǒng)主體運動機電耦合
復雜機電系統(tǒng)中,常以液壓伺服、光電跟蹤、射線、激光等技術(shù)對系統(tǒng)工作載荷、運動狀態(tài)、工作精度等系統(tǒng)的主體功能與工藝目標進行多重網(wǎng)絡(luò)式控制?？刂莆⒆兞繉τ谥黧w運動又是一種干擾,與主體運動的力學參數(shù)構(gòu)成參數(shù)弱耦合,由于計算機控制系統(tǒng)的特點,使得這種弱耦合具有離散變量與連續(xù)變量交互共存的特點,同時控制環(huán)境常受到有色噪聲的干擾,耦合過程常表現(xiàn)為非有理譜密度的隨機動態(tài)過程。
二、復雜機電系統(tǒng)耦合并行設(shè)計
基于復雜機電系統(tǒng)的全局耦合機理,在并行工程環(huán)境下,構(gòu)造多個智能體模擬各耦合對,通過通信實現(xiàn)耦合參數(shù)間的交互過程,進行復雜機電系統(tǒng)的全局耦合分布式并行設(shè)計。其基本模式見圖2。
圖2耦合并行設(shè)計基本模式
復雜機電系統(tǒng)耦合并行設(shè)計的關(guān)鍵問題有:
①并行工程環(huán)境下,代表各耦合對物理過程耦合機制的智能體設(shè)計。構(gòu)造多個智能體模擬各耦合對物理過程的耦合機制,以進行分布式并行協(xié)同求解。為此需尋求各耦合參數(shù)所處領(lǐng)域中領(lǐng)域知識的描述組織方法,求解過程的價值評估方法及求解規(guī)則的選取準則。
②智能體之間交互作用模型及通信模塊設(shè)計。多智能體進行并行協(xié)同求解時,各智能體任一時刻推理規(guī)則的選取都是以自身局部狀態(tài)和耦合狀態(tài)為依據(jù)的。為能及時完成智能體之間的信息傳遞,需建立智能體之間耦合信息傳遞模型,并設(shè)計通用、標準且具有足夠表達能力的通信語言。
③協(xié)同求解策略及協(xié)調(diào)算法研究。在系統(tǒng)共同的目標下,設(shè)計多智能體協(xié)同求解時共同協(xié)作規(guī)劃的選擇策略,并研究根據(jù)求解進展適時對協(xié)作規(guī)劃進行調(diào)整的算法。
④建立并行設(shè)計通用支持平臺。在對耦合機理研究的基礎(chǔ)上,研究并設(shè)計適用于復雜機電系統(tǒng)的開放式并行通用軟件支持平臺。
三、結(jié)語
本文分析了復雜機電系統(tǒng)的基本耦合特點,討論了對復雜機電系統(tǒng)進行全局耦合分析和耦合并行設(shè)計的基本思想和框架,對其中的關(guān)鍵理論與技術(shù)尚屬初步探討,大量的研究工作尚在進行之中。
發(fā)展以高技術(shù)密集為特征的新型復雜機電系統(tǒng),必然要建立在高知識集成的耦合與解耦理論、方法的基礎(chǔ)上,因此本文提出的全局耦合分析與設(shè)計思想將有助于推動新型高性能復雜機電設(shè)備的產(chǎn)生。
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[2]李人厚.智能控制理論和方法.西安:西安電子科技大學出版社,2000
制造業(yè)人才隊伍存在的突出問題，一是結(jié)構(gòu)性過剩與短缺并存，領(lǐng)軍人才和大國工匠緊缺，基礎(chǔ)制造、先進制造技術(shù)領(lǐng)域人才不足；二是人才培養(yǎng)和產(chǎn)業(yè)實際需求脫節(jié)，產(chǎn)教融合不夠深入；三是企業(yè)在制造業(yè)人才發(fā)展中的主體作用尚未充分發(fā)揮；四是制造業(yè)生產(chǎn)一線職工，特別是技術(shù)技能人才的社會地位和待遇整體較低，發(fā)展通道不暢。
智能制造涉及專業(yè)面更廣、技術(shù)難度更大、風險更高，人才培養(yǎng)也面臨新挑戰(zhàn)，需要產(chǎn)學研發(fā)揮各自優(yōu)勢，才能攻克難關(guān)，培養(yǎng)智能制造專業(yè)型、跨學科、系統(tǒng)級人才。同濟大學中德工程學院副院長、國內(nèi)首個工業(yè)4.0智能工廠實驗室主任陳明認為，工業(yè)4.0意味著在產(chǎn)品生命周期內(nèi)整個價值創(chuàng)造鏈的組織和控制將邁上新臺階，從創(chuàng)意、訂單、研發(fā)，到生產(chǎn)、交付，再到廢物循環(huán)利用，包括與之緊密聯(lián)系的各服務(wù)行業(yè)，在各個階段都能更好的滿足日益?zhèn)€性化的客戶需求。
他指出智能制造與工業(yè)4.0包含了三大集成：第一，垂直集成和網(wǎng)絡(luò)化制造。強調(diào)智能工廠和智能車間從上端的信息系統(tǒng)、ERP、PEM到下端的智能化，并在下端形成CPS網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，使得生產(chǎn)車間、生產(chǎn)線打破固定形式，取而代之的是動態(tài)、柔性的組成，即使某個環(huán)節(jié)出現(xiàn)問題，也可以使用其他生產(chǎn)線代替。第二，價值網(wǎng)絡(luò)橫向集成。智能工廠只是工業(yè)4.0的一個單元，橫向集成強調(diào)不同的企業(yè)都要集中在一個網(wǎng)絡(luò)中，通過網(wǎng)絡(luò)形成生態(tài)圈，將上下游的企業(yè)聯(lián)系在一起，最終產(chǎn)生新的服務(wù)模式和商業(yè)模式。第三，端到端的數(shù)字集成。即把最終用戶的需求融合在一起，最后在產(chǎn)品全生命周期發(fā)揮重要的作用，比如可以在大生產(chǎn)線中生產(chǎn)出個性化的產(chǎn)品。
“通過分析工業(yè)4.0與智能制造的發(fā)展特點，我認為中國的人才培養(yǎng)，可以參考德國工業(yè)4.0的人才培養(yǎng)模式。在工I4.0時代，應該將智能制造、工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的先進技術(shù)引入專業(yè)課程當中，讓學生學習先進技術(shù)。學校以前開設(shè)的專業(yè)以及制定的學習內(nèi)容都要進行調(diào)整?！标惷髡f。
工業(yè)4.0在智能制造領(lǐng)域關(guān)聯(lián)的學科很多，所以除了需要大量的專業(yè)型人才外，跨學科人才也十分重要，因此學校人才培養(yǎng)面臨新的挑戰(zhàn)。如何進行人才培養(yǎng)，跨學科人才不再局限于學習一個學科的知識，比如怎樣才能把數(shù)控裝備做得更好？需要數(shù)控專業(yè)人才把控加工質(zhì)量，還需要軟件專業(yè)人才進行軟件控制，這兩個專業(yè)發(fā)生交集，培養(yǎng)的就是系統(tǒng)級人才。
要培養(yǎng)系統(tǒng)級人才和跨學科人才，陳明認為目前有幾個瓶頸需要突破：首先是師資力量，可以通過校企合作來突破。
其次是課程體系建設(shè)，跨學科人才并不是指學習兩個專業(yè)的課程，而是要通過項目，真正提高學生跨學科的實踐能力。
