面向全业务过程的制造资源网关方法研究

张明，田锡天，耿俊浩

(西北工业大学 CAPP与制造工程软件研究所，陕西 西安 710072)

面向全业务过程的制造资源网关方法研究

张明，田锡天，耿俊浩

(西北工业大学 CAPP与制造工程软件研究所，陕西 西安 710072)

针对企业全部业务过程中存在的制造资源管理不一致等问题，提出了制造资源网关方法，在类与实例中间添加一层虚拟节点对制造资源进行自由分类，利用游离属性的组合来实现类的标示；在此基础上采用种、项、件三层制造资源管理模式，建立各层详细动态映射关系，实现了不同业务阶段对制造资源的自由调用、跨阶段路由与协同。

制造资源管理；网关；分类

0 引言

企业全业务过程是指产品设计、工艺设计、生产调度、资源计划等全部过程，其业务系统涵盖了PLM系统、ERP系统、MES系统等。随着信息化技术的发展和应用，企业不同业务阶段积累了大量的复杂数据，为企业全业务过程和应用系统(包括PLM，ERP等)中统一、准确、有序的制造资源数据一致化管理带来了严峻的挑战。结合航空发动机制造行业的实际需求、制造信息化的发展趋势[1]以及前期研究成果，本文认为面向航空发动机制造企业全业务过程的制造资源数据跨阶段协同存在管理不一致等突出问题。例如面向生产的动态工艺规划和支持动态工艺的生产规划要求制造资源能够跨工艺和生产阶段进行协同，但是两个阶段对制造资源的分类和使用方式的不同造成了制造资源数据的不一致性，这不仅表现在PLM系统内部，在工艺数据与ERP系统进行集成时也十分明显。

制造资源数据作为制造数据中的重要部分，国内外学者对此进行了大量的研究，如文献[2]研究了面向服务的基于元模型的统一制造资源建模；文献[3] 面向变批量生产的制造资源配置技术。

上述研究解决了复杂系统的制造资源建模，初步实现了不同系统的集成。但是目前各个子系统设计的制造资源模型是相互独立的，彼此之间不能进行紧密的集成，使得制造资源数据局限于简单的传递和局部的调用。因此提出了面向航空发动机全业务过程的制造资源网关方法，并研究其关键技术，最后通过应用实例证明该方法的有效性。

1 制造资源网关方法

制造资源网关方法是指，在企业的全业务(产品设计、工艺设计、生产调度、资源计划等)过程中，制造资源在系统内部或系统之间进行互通(传输和调用)时，用于提供协议转换、路由选择、数据交换等系统兼容功能的解决方案。

制造资源网关方法原理如图1所示，把制造资源模型利用种、项、件三层模式管理，利用制造资源网关方法不同的业务系统可以自由的查询、调用制造资源数据。

图1 制造资源网关方法原理

制造资源网关方法的核心在于两个方面:1) 制造资源的自由分类和标示技术;2) 制造资源类的多级动态映射技术。通过自由分类技术，使航空发动机制造企业的不同业务部门可以根据各自的业务流程对制造资源进行自由的分类，为制造资源个性化管理和一致化管理提供了基础；通过多级动态映射技术，使企业不同阶段的制造资源可以动态映射与匹配关联。

2 基于制造资源网关的自由分类技术

制造过程的协同要求对制造资源能够进行数据层面的统一管理，从而减小系统的复杂程度和增加应用的灵活性。自由分类技术是异构制造资源一致化管理的技术基础，因此根据面向对象的思想并结合制造资源的特性提出了一种面向企业全业务过程的基于制造资源网关的自由分类技术。

自由分类技术是指在数据库的类与实例中间添加一层虚拟分类节点，通过游离的关键属性(分类属性)组合来实现制造资源类的标示，如图2所示。自由分类技术实现的关键模块为属性、分类管理和资源对象。

图2 自由分类原理图

1) 属性：提出一种新的属性管理方式，把制造资源对象的属性分为业务属性和分类属性，如图3所示。业务属性反映了制造资源本身的特性，如熔点、密度等；分类属性反映了制造资源的规格化信息，即尺寸信息。在此基础上建立游离的属性(分类属性)，以取代以往在每个类型底下建立详细属性的方式。然后根据需要灵活地给分类绑定属性，这样既减少了工作量，减轻了系统的负担，也增加了类型标示的灵活性，为实现自由分类和动态标示提供了基础。

图3 某材料属性分析

2) 分类体系：在对象与实例(对应数据库中类与实例)之间添加一层虚拟分类节点，建立起自由分类体系，如图2所示。把游离属性关联到分类上，对类进行标示。每个资源类都能动态定义其各自分类属性；子类可以继承父类的属性，并能修改继承的属性值；分类结构可以根据企业的业务需求动态的扩展，实现原理如图2所示。对象5B100/MW-0097的业务属性可以归纳为名称、描述、所有者等；分类属性包括直径、总长、材料等。经过分析总结，对象5B100/MW-0097隶属于类5B100-中心钻，把游离属性(直径、总长、材料)挂接到分类实现其标示。另外游离属性可以用来标示多个分类，即实现了游离属性的重用。企业可以按照各自业务流程和应用系统(如CAPP)的需要，动态灵活的构建适合各自业务过程的制造资源分类体系。

3) 对象分类：把资源对象发送到自由分类模块进行分类，可以创建多个相同或者不同的实例。资源对象的业务属性是随着资源对象实例化而创建的，而分类属性是在对象实例化并进行自由分类后自动进行关联的。如图3所示，材料牌号#40对应的硬度、泊松比等业务属性是创建#40对象时确定的；而把#40做成不同的外形会对应不同的直径、长度等等，所以分类属性在制造资源经过上节的分类管理后进行关联，即实现了资源对象#40的自由分类。

在对象和实例中间添加一层虚拟节点可以实现对制造资源的灵活分类，利用游离属性的组合来实现分类的标示。自由分类技术为异构制造资源的跨业务阶段一致化管理提供了相同技术基础，为制造资源跨阶段路由和协同奠定了数据基础。

3 基于种、项、件模式的航空发动机制造资源多级动态映射技术

制造资源在自由分类后，把类，分类，属性等在不同的业务系统中进行映射关联，以实现制造资源数据跨阶段的协同管理。所以本文提出了种、项、件的制造资源管理模式，并建立制造资源网关各级动态映射的关系，如图4所示。

图4 种、项、件的关系图

制造资源的多级动态映射指建立分层的映射关系，从粗到精逐步实现不同阶段的制造资源的动态关联。在制造资源种、项、件三层映射关系下，通过分析各层内部(包括类、分类、属性等层)对应关系，建立完整的映射关系表。

1) 种：要素和基本属性相同的对象，即资源对象。它是制造资源模型的基本组成，在系统中拥有唯一的标识代码(Item ID)。

2) 项：组成制造资源的对象实例，是“种”的引用。种可以对应个不同的实例，即项，拥有唯一的标示(Part ID)。

3) 件：构成实例的数量(基本计量单位)的单体，拥有自己唯一的标识代码(Piece ID)。

把制造资源数据细化，提炼出种、项、件三个层次。种为数据源，项可以继承种，件为项的一个单体。在PLM系统中刀具对象5B100/MW-0097可以关联10×8，8×6等规格，而在ERP系统中10×8规格对应多把刀具，实现了一个对象对应多个实例，如图5所示。由于不同系统管理对象的不同，给制造资源的跨阶段一致化管理带来了困难。把PLM系统中的规格(项)与ERP系统中的PLM系统管理对象(种)建立映射关系， PLM系统中的实例单体(件)与ERP系统中的实例建立映射关系，得到PLM与ERP系统三层映射关系，为各个层次的详细映射奠定了基础。

细化种、相、件的映射关系，即建立每层下的类、分类、实例、属性等映射关系。在PLM内部，自由分类技术使PLM内的各个业务系统可以进行同级的动态映射。从底层数据库角度来看，即类与类、分类与分类、属性与属性等进行映射关联。在PLM与ERP之间建立映射关系时，由于管理对象的变化(如图5所示)，需建立PLM与ERP的不同级映射。建立PLM中的类与ERP中的表、分类与组标示、属性与列、关键属性与主键的映射，形成细化的每层映射关系。详细映射关系及其作用如表1所示。

表1 制造资源网关中多级动态映射关系

在自由分类的基础上，利用种、项、件的三层制造资源管理方式，建立各个层的详细映射关系。基于种、项、件的多级动态映射技术实现制造资源的跨阶段路由和协同等功能，为实现制造资源的一致化管理提供了理论。

4 应用实例

制造资源网关方法在某航空发动机制造企业中进行了应用。根据具体业务部门需要建立起制造资源自由分类体系，如图6所示。在企业协同平台中建立制造资源对象刀具5B100/MW-009，并赋予业务属性(名称、描述等)。把对象刀具5B100/MW-0097发送到分类体系进行分类，并赋予分类属性，以方便业务对象的管理和检索及其他业务系统(CAPP系统)的调用。PLM和ERP系统进行基于种、项、件三层模式的映射，如图6所示。PLM系统中的项为5B100/MW-0097对应的实例10×8，8×6等，件为项的单体(如10×8)。ERP需要管理的为某些型号的数量，编号等信息，所以ERP中的种为10×8，8×6等规格的5B100/MW-0097刀具，项为所有规格为8×6的刀具，件为某个8×6的刀具(如编号为0097-8×601)。ERP系统可以紧密的调用PLM中的项、件数据，另外其他业务过程的系统(如工艺设计系统)可以自由调用分类管理体系。

图6 制造资源网关方法应用实例

在企业协同平台的基础上，利用制造资源网关方法建立起制造资源库，管控企业全业务过程的制造资源。自由分类技术使企业的不同业务阶段可以根据自己的需求对制造资源进行分类管理；动态映射技术使制造资源可以在企业的不同业务阶段进行流动、调用，最终实现了制造资源在企业全业务过程中的一致化管理。

5 结语

通过分析面向企业全部业务过程制造资源的特点，提出了利用制造资源网关管理制造资源的方法，以解决制造资源在全业务过程管理中存在的数据冗余、数据不单源等问题。制造资源管理方法在某航空发动机制造企业得到了验证，实现了制造资源单一数据源的管控和不同业务阶段对制造资源的合理管理，对未来航空发动机制造企业制造资源管理具有指导作用。

[1] 杨叔子，吴波，李斌.再论先进制造技术及其发展趋势[J].机械工程学报，2006，42(1)：1-5.

[2] 韦韫，李东波，童一飞.面向服务的基于元模型的统一制造资源建模研究[J]. 中国机械工程，2012，23(15):1818-1824.

[3] 王庆安，胡小秋. 面向变批量生产的制造资源配置技术研究[J].机械制造与自动化，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

张明(1986-)，男，硕士研究生，研究方向为制造信息化。

TP391

B

1671-5276(2014)02-0207-03

2013-02-18