基于制造网格的产品数据管理研究

敏捷制造的战略目的是充分利用全球制造资源、敏捷反应市场，其实现的主要形式是针对市场机遇组建临时的、动态的虚拟企业。如今，在市场竞争日益加剧和经济全球化不断发展壮大的大环境下，虚拟企业正逐渐成为现代制造企业适应竞争的理想模式。基于网格和信息技术的制造网格，能够在最大程度上实现设计、制造、信息，技术资源的共享，克服空间距离给不同企业间的协同带来的障碍，为实现敏捷制造和虚拟企业的运作提供支持，形成具有数字化、柔性化，敏捷化等基本特征的优势互补的协同企业。

    制造网格通过网络将分散在不同企业和社会群体中制造资源进行封装和集成，屏蔽了各资源的异构性和地理分布性，以透明的方式为用户提供各类制造服务，实现各类制造资源的集成和优化运行，并为构建面向虚拟企业面的协同制造提供了协同工作支持环境。产品数据管理(Product Data Management，PDM)是企业信息集成和协同产品开发不可缺少的支撑平台，但现有的PDM大都局限于企业内部产品数据的管理，难以适应动态虚拟企业的多企业间产品数据的协同管理。为此，本文研究基于制造网格的产品数据管理技术，在制造网格平台上构造产品数据管理，为动态虚拟企业提供协同产品开发平台。

1 总体框架

    网格是构筑在互联网上的一组新兴技术，它突破了以往强加在计算资源之上的各种限制，使人们可以以一种全新的、更自由的、更方便的方式使用计算资源，解决更复杂的问题。也可以说，网格是下一代的互联网。网格技术在制造业的应用，为制造业提供了一个公共的制造网格(Manufacturing Grid，MG)平台。该平台以通用网络为基础，以各种制造资源为结点，以网格平台中间件为桥梁，以市场为机遇，由分布异构制造资源动态组成虚拟组织，实现资源共享、协同设计和协同制造。基于MG平台，本文构建了如图1所示的PDM框架，该框架包括网络层、资源层、MG平台层、应用层和界面层。

图1. 基于MG的PDM框架

2 产品数据服务

    PDM管理所有与产品有关的信息。而虚拟企业中的产品协同开发涉及分布于不同地域的多个盟员企业，其产品数据又归属于不同盟员企业，存储于位于不同地域的不同企业的数据库和电子仓中。归属于不同盟员企业的产品数据要以服务的形式为分布在制造网格中任何地方的应用或者用户提供数据服务，PDM系统需要有效地收集、组织和管理参与协同产品开发的各制造网格节点的共享产品数据，并以统一的接口为用户或其它应用系统所调用。

    产品数据的使用者和拥有者分布干不同地域的制造网格节点上，使用者和拥有者之间通常是多对多的关系。当某盟员企业欲使其部分或全部产品数据对制造网格提供数据服务时，可在产品数据注册服务中心注册其产品数据信息，则其他盟员企业即可通过产品数据注册服务中心搜索、发现和调用已注册的产品数据服务。

    产品数据注册服务中心采用轻量目录访问协议(Light weight Directory Access Protocol，LDAP)，以信息目录管理的方式表示、组织和管理备注册盟员企业的产品数据目录信息及产品数据服务质量(Quality of Service，Qos)。当盟员企业将其产品数据注册到产品注册服务中心时，其产品目录和QoS信息将保存至产品数据目录库。当某制造网格节点需要产品数据服务时，PDM系统即向MG平台发送发现服务请求，MG平台以已注册产品目录为侯选集，以请求服务的QoS指标和已注册产品的QoS为匹配条件，调用MG平台的服务发现使能工具，匹配、优选出合适的产品数据目录。当合适的产品数据目录被发现时，通过产品数据目录解析获得产品数据的物理地址，由MG平台的服务调用使能工具在使用者和拥有者之间实现产品数据服务调用。

3 过程管理服务

3.1 过程管理服务框架

    制造网格中的产品开发过程管理根据一系列的产品开发业务过程，将运行在网格环境下的相关网格服务有机地结合在一起，实现在不同的网格服务之间的实时交互和数据传递等工作，确保用户提交的任务能按照一定的顺序依次进行，从而实现虚拟企业的产品开发业务过程自动化。由于制造网格服务的分布性、异构性和动态性，分布于不同地域的产品开发资源需要实时动态调配，其服务资源发现和选择及其复杂。现行PDM事先定义资源的静态工作流管理方式不能适应虚拟制造下产品开发过程管理的需要。为此，本文基于MG平台，参照WfMC支持的工作流参考模型，构建了过程管理框架，该框架包括过程定义、过程引擎、过程监控、过程仿真、过程实例管理5大部分(如图2所示)。

图2. 过程管理框架

3.2 过程服务执行

    在制造别格中，产品开发过程的每一个活动对应的是动态的服务，过程模型只定义了活动对服务的QoS，而未绑定完成活动的具体服务。在过程执行期间，过程引擎服务解析过程模型，控制过程按事先定义的路径流转，并使过程所定义的活动相继处于运行状态。同时，根据活动的QoS需求指标，以候选服务的描述文件的QoS信息为参考，调用匹配算法，搜索匹配符合活动需求条件的服务。通过综合评价算法，优化活动服务选择。当服务被优选后，用户与服务提供者之间进行QoS协商以建立SLA(Service Level Agreements)在调用服务期间的服务协议，签定并预留该服务。在活动被过程引擎初始化之前，若因服务暂停、退出等原因而导致已签定的服务协议毁约，则重新进行服务匹配、服务优选、签约与预约过程。在一个活动被过程引擎初始化时，将活动实例与相应的服务绑定，并通过服务代理来接受和发送相关数据的调用信息。

4 结语

    虚拟企业正逐渐成为现代制造企业适应竞争的理想模式，基于网格和信息技术的制造网格，为实现敏捷制造和虚拟企业的运作提供支持。本文基于制造网格平台，构建了网格制造产品数据管理框架，为动态虚拟企业提供了协同产品开发平台。应用制造网格平台的注册管理使能工具，建立了全局共享的产品数据服务注册中心，为各制造网格节点自由提供和获取产品数据服务提供了有效途径。根据制造网格分布性、异构性和动态性的特点，构建了制造网格的产品开发过程管理服务框架，通过开发资源的动态发现、优选和绑定，实现了虚拟企业的协同产品开发过程管理服务。

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