面向网络化制造的中小企业协同管理平台研究

等待

   引言    21世纪，先进制造技术正在推动企业向网络化、协同化、敏捷化、智能化、集成化和虚拟化的方向发展。广义层面上的网络化制造，涵盖了利用网络技术支持企业制造全过程的所有环节。在网络化制造模式下，协同是现代企业进行竞争与合作的必然。
    在网络化制造环境下，企业协同技术的研究包括网络化制造的协同战略、模式、体系结构，产品协同开发原理和实施方法，信息系统协同化，协同质量管理，供应商协同评价系统以及分布式协同建模等内容。基于协作的制造策略，网络化制造使得中小制造企业需要加强与其他企业的协同合作，以应对新的机遇和挑战。目前中小企业的协作化程度还不高，不仅实力不强，缺乏资金和人才，而且缺乏一个能很好满足中小企业管理需求的、为其量身定制的协同管理平台。面向网络化的制造模式，在某种程度上限制了企业间的协同合作。信息化使得多数企业重点关注于内部的协同管理，面对激烈的市场竞争，中小企业强调快速反应和及时调整，充分注重企业和外部的协作。
    1、网络化制造协同联盟与协同管理模式
    1.1 网络化制造协同联盟
    网络化制造协同联盟(Networked Manufacturing Collaboration Alliance，NMCA)是网络化制造范式下的企业协同工作的功能实体集，是由核心企业和其临时或长期存在业务联系的功能实体成员组成的广义扩展组织(如图1)，其目标是通过协同化管理，实现顾客价值。网络化制造环境下，制造企业与外部功能实体可根据机遇组成NMCA。

图1 网络化制造协同联盟组成示意图

    1.2 基于协同管理中心的企业协同管理模式
    网络化制造模式下，将制造企业同外部功能实体的联系视作一个整体，其协同管理的功能中心为一核心企业，可将其映射为网络化制造协同管理中心。其功能是实现核心企业的供应、制造、营销和数据信息处理等，是整个NMCA的协作决策中心、信息处理与交换中心、合作伙伴选择与匹配中心、调度运作中心，以及协同联盟信息系统访问控制中心。协同工程表达的管理思想主要体现在协同性上，即通过功能实体的协同管理，实现信息、技术、资源和人才等的共享，对NMCA中的工作流、信息流、物流及价值传递进行有效计划和协同控制，实现基于协同管理中心的企业间的协同管理模式(如图2)。该模式适用于以制造企业为核心的NMCA；适用于核心企业是供应商或销售商的协同联盟；还可适用于制造企业内部生产经营过程，此时管理中心是企业内部的一个起计划与协调作用的职能部门。

图2 基于协同管理中心的企业协同管理模式

    2、协同管理平台体系框架
    网络化制造协同管理中心是集成平台框架的核心，是企业协同管理平台的核心系统，是协同功能层、过程管理层和数据服务层的具体实现，设计上可采用3层浏览器/服务器(Brower/server，B/S)结构来进行系统的架构，以实现NMCA的用户交互。协同管理中心的功能比较丰富、完整，而且很复杂，通过对多家中小型企业的调查，从企业协同工程、系统工程适用性角度出发，可适当简化和重组其功能结构，以建立一种以核心制造企业为协同管理中心，包括协同规划、选择与匹配、信息交换以及访问控制管理等在内的协同化的集成平台系统(如图3)。重组后的协同中心，将保持企业协同管理和价值链管理的核心思想，也可增强集成平台的适用性和可操作性。

图3 面向网络化制造的中小企业协同管理平台体系结构

    从技术和管理角度，中小型企业协同管理平台系统的特征包括：覆盖NMCA的设计、制造、组织、资源和过程管理等环节中的关键业务，实现组织、产品、过程和资源的协同管理；具有功能简化、模块通用化、易于配置和定制的特点，实施周期短；采用先进管理思想和技术手段，如可扩展标记语言(extensible Markup Language，XML)、供应链管理(Supply Chain Management，SCM)和Web等思想技术；作为一种平台系统，注重主要功能的实现，以开发环境和组件技术等保证系统的可扩充和开放性。
    针对中小型企业，为满足NMCA对企业协同管理平台的要求，从主要组件构成或系统的组成层次角度出发，企业协同管理平台以协同管理中心为核心，由协同功能层、过程管理层、数据服务层、基础环境层和应用层组成5层逻辑结构。
    (1) 协同功能层
    是平台系统的顶层，包括企业协同规划组件、选择与匹配组件(供应商、协作厂、客户等)、信息交换组件和访问控制组件4个功能组件。
    (2) 过程管理层
    包含工作流过程管理控制组件，协调控制协同管理中心和各成员业务功能代理的业务活动。
    (3) 数据服务层
    是网络化制造环境下的数据信息通信接口，包括基于公共对象请求代理体系结构(Common Object Request Broker Architecture，CORBA)的信息接口代理(客户服务接口Agent、计划接口Agent、设计接口Agent、供应接口Agent、生产接口Agent、库存接口Agent)和基于XML的信息接口代理(信息交换接口Agent)。
    (4) 基础环境层
    以局域网(Local Area Network，LAN)、虚拟专用网络(Virtual Private Network，VPN)、Internet/Extranet Intranet为基础，采用网络化的对象分布技术，基于XML技术实现NMCA成员间的协同信息交换与集成；采用CORBA技术，通过对象请求代理(Object Request Broke，ORB)实现企业异构系统间的互操作。
    (5)应用层
    通过协同管理中心的调控实现具体业务的处理。协同管理中心扮演信息交换和系统集成中心的角色。它是NMCA成员信息系统公共功能和服务的提供者，也是公共信息的管理者，以及对成员的应用系统和数据库访问、交互和互操作所需接口的提供者。
    2.1 协同规划
    市场机遇、核心能力和顾客价值监控NMC建立和运行的关键，也是协同规划的出发点，其主要任务是修改调整和监控NMCA的具体操作。通过优化企业价值链，共享NMCA内的产品、采购、生产和库存等主要信息，成员企业提出要求，核心企业汇总，从价值网的全局角度与NMCA成员进行协商、规划。遵循合理的利益和风险分配策略，建立合理的利益和风险分配格局，从而实现/利益共享，风险共担。
    2.2 协同合作伙伴选择与匹配
    核心制造企业根据顾客需求和其他市场信息做出市场预测；根据预测信息和顾客订单制定出需求计划；根据计划中关于产品的时间、质量、成本、服务、管理和能力等要求，量化成对供应商、协作厂及客户等协同合作伙伴的多层次、分阶段的评价指标根据指标进行评审，从协作伙伴档案信息库中获取最佳伙伴，组成NMCA，其中包括建立过程、运行过程以及运行后的评价等3个阶段，主要实现综合评价指标体系的建立、多指标综合评价、模糊选择模型和算法实现等。
    2.3 协同信息交换
    协同管理平台位于NMCA的核心企业，其他成员利用信息传送通道，实现其应用系统与平台的协同信息交换。协同信息交换主要可以分为信息表达和信息传输交换两个方面，在平台中具有一个由信息接口Agent维护管理的基于XML的信息交换岛，通过它从协同平台的单一产品数据源(Single Source of Product Data，SSPD)环境提取数据，或把外界数据加载到协同管理平台上，如图4所示。

图4 协同信息交换

    2.4 协同访问控制访问
    控制以用户认证为前提，对合法用户访问信息的能力和范围进行限制，决定协同用户主体是否被授权对客体进行某种操作。由于存在一些依靠社交协议，由用户自己协调进行访问控制或者赋予同等权限的系统，会导致存取错误、冲突、不一致和非授权访问等诸多问题。NMCA成员具有不同的身份、专业特长和任务分工，不同的数据信息具有不同的共享范围、协同需求和安全性要求，因此，需要制定对协同管理平台的访问控制策略。
    访问控制依赖于对主体合法化的识别，将主体与成员关系和特权相联系，允许经授权用户根据其权限大小访问特定信息。目前的访问控制策略主要有自主访问控制(Mandatory Access Control，MAC)、强制访问控制(Discretionary Access Control，DAC)及基于角色的访问控制(Role-based Access Control，RBAC3种。第三种方式便于授权管理、角色划分、职责分担、目标分级和赋予最小特权，是访问控制发展的趋势。在协同管理平台系统中采用基于用户-角色的信息共享访问控制策略，建立用户信息表systbUT、角色表systbl_RT、信息节点表systbl_PT、用户角色关系表systbl_UT_RT_Relation及角色权限关系表systbl_RT_PT_Relation等基本关系表。图5列出了表的主要字段名及关系。其中，用户信息表用于记录NMCA各成员用户的代码、名称等；角色表用于记录角色的名称、编号等；信息节点表用于记录系统内所建立的基本表和各视图的名称信息等。由于用户和角色、角色和权限的多对多的关系，用户角色关系表用于记录某一角色已授予的用户；角色权限关系表用于记录角色与基本表权限的对应关系。由此实现访问控制策略。

图5 协同访问控制关系表

    2.5 协同过程管理控制
    在网络化制造模式下，业务流程的运作并不局限于一个企业，而是NMCA成员企业部门之间的协同运作。工作流技术将合理地把企业内、外的各种信息资源组织起来，提供对群体协同工作的支持，提高企业运作效率。因此，必须采用工作流技术来实现NMCA的业务流程的协调和监控。
    为满足NMCA对工作流管理的灵活性、可用性、伸缩性、柔性化、可嵌套及对动态应用的支持，基于工作流管理的协同过程管理控制系统结构以过程管理控制引擎为核心，支持NMCA成员的协同工作，实现对企业业务过程的全程支持，主要包括过程模型定义、过程管理控制引擎、全局任务协同监控服务、统一用户界面、应用程序/数据接口、外部应用程序、外部数据库、过程管理数据库、客户和服务器等。
    (1) 过程模型定义
    用于建立计算机可识别的过程管理的定义信息，包括任务、过程、活动、活动间的关联及各种任务、过程、活动的约束条件(如任务操作权限、活动处理时限)等。
    (2) 过程管理控制引擎
    负责引用过程模型、解释过程模型、实例化任务、分解与调度子过程/任务、创建客户工作项任务列表、进行活动模板创建、创建客户活动空间、确定被调用应用程序和工具以及记录执行情况等工作。
    (3) 全局任务协同监控服务
    监控整个工作流的执行、任务的分解与调度、通信代理组件的通信服务。
    (4) 统一用户界面
    为基于角色的用户提供工作环境，包含一个或多个工作空间，为协同建模工具、任务列表处理器等提供接口。
    (5) 应用程序/数据接口
    是协同过程管理控制系统与应用程序之间交换信息的通道。协同工作团队成员依据一组定义规则及已指定的共同目标，进行基于协同访问控制策略之下的项目或任务信息的协同交换，实现协同过程管理控制。
    3、协同管理平台总体技术结构实现方案
    企业协同管理平台的总体技术结构实现方案如图6所示。

图6 企业协同管理平台的总体技术结构

    3.1 基于CORBA和Web的系统封装
    在NMCA的核心企业内存在多种应用服务器(如协同联盟管理、ERP、CRM和协同过程管理等应用服务)，应用服务器通过CORBA服务器与Web服务器建立联系。CORBA Agent驻留在应用服务器端，Web Agent驻留在Web服务器端。首先对应用服务器交互应用需求进行分析，对服务功能进行数据类型和服务接口的接口定义语言(Interface Defining Language，IDL)描述定义，通过CORBA软件总线系统提供的IDL编译器工具转换得到服务器架构文件将调用应用系统的内部接口或其他方式描述实现具体服务功能的实现代码与服务器架构代码联合编译得到的软构件，注册到总线支持环境中，供CORB客户端系统通过ORB调用和访问。用户通过W浏览器访问Web服务器，在Web服务器中调用CORBA客户端，进而获得CORBA的封装服务Web服务器提供相应的协同工具，如电子白板、视频会议、在线交谈和文件共享等。这样，用户通过W浏览器调用CORBA服务，可屏蔽掉CORBA复杂的调用细节。
    3.2 基于Agent的移动通信
    网络化制造模式下，NMCA成员企业应用系统的分布性更加明显。采用Agent技术实现分布式应用系统的移动通信。通信模式可以分为消息传递、方案传递和黑板模式等。  
    通信Agent在平台系统中表现为一种软件模块，驻扎在NMCA的系统中。图7是通信Agent的结构。核心企业成员将信息交给本地通信Agent，本地通信Agent通过协议编码器将信息发送给经过注册处理的另一成员通信Agent并向对方监听代理发出信息发送的消息，对方监听代理监听到信息到达后，将本地通信Age接收的信息经过协议解码器传送给应用系统使用。

图7 通信Agent的结构

    4、企业协同管理平台
    原型系统和应用是某容器制造企业组成的NMCA，依据其生产和营销特点，建立了一个以该容器制造企业为协同管理中心的企业协同管理平台的原型系统。根据实际需求，分为协同合作伙伴的选择与评价分系统、协同过程管理控制分系统、NMCA的协同建模分系统、信息中心和系统管理。协同合作伙伴的选择与评价分系统为实现顾客需求选择与匹配伙伴。通过多视图方法，协同建模分系统对NMC进行分析描述、归纳总结，实现NMCA模型规划是分析、优化以此容器制造企业为核心企业建立的NMCA的功能、过程、活动和行为的基础。协同过程管理控制分系统采用工作流技术来实现NMC业务过程的协调和监控。系统管理为协同管理平台系统的运行提供必要的环境设置，如基于用户-角色的系统访问控制设置、功能定制等。信息中心对各个系统所需的基础信息进行维护、管理及实现协同信息交换。
    平台系统采用B/S/D结构，编程语言采用JS(Java server pages)，Java bean和Visual C++，基于因特网和采用BRI(basic rate interface)接口的综合数字业务网(Integrated Services Digital Network，ISDN)与因特网相连的企业内部网，依据CORBA和Web的系统封装方法，在平台中集成和封装NMCA管理、Agent管理和协同过程管理等分系统，以及AutoCAD，UG，SRM，ADAMS和ANSYS等软件，采用消息传递的Agent通信方式。以协同过程管理控制分系统为例，主要实现任务管理协同过程建模管理、工作空间管理和过程管理等功能。任务管理进行任务分解、调度、发布、执行、跟踪通信代理组件的通信服务。协同过程建模管理实现协同过程建模、模型管理、仿真分析和模型转换等功能。工作空间管理是为成员用户本身及其所在用户组建立不同的工作空间，用户在用户组工作空间可以实时看到同一用户组成员的工作情况。过程管理包括语法检查、过程实例管理、过程监控和资源调用等功能。在核心企业生产计划部下达采购任务后，采购合同的跟踪与异步维护过程由核心企业及其供应商的任务执行Agent共同控制。任务执行Agent登录到协同管理平台系统，依据自身分配权限进行货物状态维护操作。通过这一协同控制，使得核心企业计划部门及时掌控货物状态，为企业资源计划(Enterprise Resource Planning，ERP)系统生产计划的合理制定和安排提供相应的保障。
    依靠协同管理平台，促进了企业实现敏捷化运作，快速响应市场需求变化，满足企业经营的国际化、规模化和现代化的发展需求。
    5、结束语
    面对进入NMCA的中小企业，可使其共享NMCA内的资源，来完成只凭借企业自身的优势无法完成的工作。在当前竞争激烈的市场中，中小企业对协同化信息管理的需求有较大的差异。面向网络化制造模式，如何科学、有效地对中小企业进行协同管理是十分现实的问题。本文针对这一问题提出了一种面向中小型制造企业的协同管理平台的体系结构，并确定了平台构成的关键技术及其解决方案依据原型系统的实现，对网络化制造模式下中小企业的协同技术进行了有益的探索

http://news.mechnet.com.cn/content/2009-03-24/48468.html