摘 要：为支持网络化制造环境下联盟企业之间的资源共享和协同工作，提出了构建面向网络化制造的资源共享服务平台的技术方案。给出了该平台的功能体系结构，详细分析了网络化制造模式下的资源获取和集成技术、共享资源的网络化和集成化管理技术、基于资源共享的异地企业协同工作技术、基于应用服务提供商模式的网络化制造服务技术，以及基于Web服务的虚拟企业应用系统集成技术等关键使能技术，并通过原型系统的开发和初步应用验证了该技术方案的可行性和实用性。
关键词：网络化制造；资源共享服务平台；虚拟企业；协同工作
引言
中国制造业在网络化制造进程中，迫切需要建立公共的信息和知识资源库，如产品设计资源库、工艺资源库、标准件库等，共享这些资源对于提高企业的技术创新能力，加速新产品开发，开展协同设计和制造将起到非常重要的作用。因此，通过网络共享和优化配置分散在各个企业中的制造资源，是网络化制造模式的重要特征之一。能够集成多方面资源、具有多种功能的资源共享服务平台将成为网络化制造的一种重要技术使能工具，可以有效地支持企业实施网络化制造［1~3］。
1 资源共享服务平台的功能体系结构
一个功能全面的面向网络化制造的资源共享服务平台，应通过联盟企业之间的资源共享和优化配置，支持企业之间进行技术合作、制造过程协作和企业业务过程重组等活动，建立战略合作伙伴关系，增强企业竞争力，以占领更多市场份额的通用协作支持平台。它区别于其他众多信息网的主要特点，是对企业间协同工作过程的支持，以及以协作支持为引导的、贯穿于网络建设及信息和技术服务始终的理念和方法。
根据上述设计思想，本文构建的面向网络化制造的资源共享服务平台的功能体系结构， 主要是通过Internet/Intranet获取各联盟企业中的可共享资源并加以归整，在此基础上，使各联盟企业实现资源共享，并为联盟企业间的相互协作提供支持，同时还为联盟企业的Web服务注册与发现提供标准的平台环境，以实现虚拟企业应用系统集成。为此，面向网络化制造的资源共享服务平台需要建立以标准资源库、人力资源库、软件资源库、设备资源库和科技成果资源库等为核心的公共数据中心，在此基础上，为联盟企业提供资源集成与管理，企业间协同工作支持，网络化制造服务与统一描述、发现和集成(Universal Description, Discovery and Integration, UDDI)规范的使能注册中心，以及共享资源维护与安全控制等服务功能。其功能体系结构如图1所示。
1.1 公共数据中心
公共数据中心是利用信息技术，特别是通过Internet/Intranet建立的制造业网上制造资源信息库， 使信息和知识为尽可能多的需求者服务， 并通过有效地连接和共享各个分散企业的制造资源，加快企业产品的设计和开发速度，使企业资源得以优化利用［4］。在网络化制造模式下，可共享制造资源为各联盟企业之间协作提供支持的首要条件就是对其进行分析、归整、组织、系统化和数字化，并实现集中管理。因此，建立公共数据中心是资源共享服务平台建设的关键，其首要任务是规划、搜集、获取和整理可共享的制造资源。
1.2 功能系统
功能系统直接面向网络化制造的资源共享服务功能，它在公共数据中心所管理的可共享资源支撑下，利用应用工具集，便捷地为各联盟企业提供各种资源共享服务功能。功能系统主要提供如下5项具体资源共享服务：
（1）资源集成与管理 一是对共享资源进行管理，以利于资源的组织、规划、协调和调控；二是根据网络化制造系统对资源的动态需求，将各种共享资源进行快速重构，以适应不断变化的市场竞争环境。
（2）企业协同工作支持 在虚拟企业范围内，为联盟企业之间的协作（主要包括合作伙伴选择、异地协同设计和异地协同制造）提供技术和信息支持，即提供一种企业间相互合作的平台环境，以便通过网络将分布在各地的联盟企业联系在一起进行协同工作，缩短产品开发周期，增强市场竞争力。
（3）网络化制造服务 提供一种具有高技术、专业化、社会性和公共服务功能的新型服务模式，即通过互联网为各联盟企业提供应用服务的新型服务中介。它不仅仅是简单的技术支持，还包括设计、加工、管理和市场营销等应用软件服务，也包括为缺乏设计、加工、管理能力的企业提供相应的制造能力服务，以提高虚拟企业内各中小企业的敏捷性和市场响应能力，以及企业群的整体竞争力。
（4）UDDI使能的注册中心 UDDI规范是一个面向Internet环境下企业应用系统之间集成与共享的标准，它提供了通过程序来注册和发现Web服务的机制。因此，UDDI使能的注册中心的主要功能是作为Web服务的注册中心，也可以被虚拟企业内的服务请求企业用来发现所需要的Web服务，以及选择最佳的提供Web服务的企业。
（5）共享资源维护与安全控制 为实现共享资源的发布、删除、修改等自动化、网络化和安全化操作提供支持。
1.3 应用工具集
资源共享服务平台所提供的资源量大类多，共享服务功能齐全。因此，必须设有相应的工具为资源共享者提供便利，这些工具统称为应用工具集。
（1）用户登录与注册工具 其功能是实现新用户的注册和注册后的用户登录到相关权限的功能区，以利用相应权限控制下的资源共享服务平台提供的各种功能。
（2）资源浏览和查询工具 资源浏览和查询是资源共享服务平台提供的最基本的应用工具，其主要功能是让用户方便地了解服务平台中共享资源的种类和具体细节，并帮助用户迅速查找到所需要的资源。
（3）共享资源封装工具 共享资源封装一方面是为了实现资源的即插即用，另一方面是为了提高个体制造资源的智能性，使异构的制造资源之间具有信息交互与协调，以及制造任务规划与自适应能力，快速地集成到网络化制造系统中。
（4）协同工作支持工具 协同工作支持工具主要是根据网络化制造对协同工作环境的要求，提供网络通信、多媒体协同交互、3维模型与2维图形的协同浏览、过程监控以及冲突消解与协调等功能。
2 关键使能技术
2.1 网络化制造模式下资源获取和集成技术
图2所示为本文提出的资源共享服务平台支持下的网络化制造资源获取和集成模型，该模型分别基于语义Web技术和多Agent技术。nextpage
从图2中可以看出，资源获取层根据功能分为左右两个功能系统。右边的为元数据管理系统，具有智能搜索功能，能够自动搜索网络上的可共享资源；可动态地抽取元数据，存储到专门的元数据库中；为资源共享服务平台提供元数据定义、浏览、查询、维护和输出等功能。该系统利用可扩展标记语言(eXtended Markup Language, XML)作为标准的描述元数据的语言，交换格式由模式DTD来限制。在XML基础上，利用资源描述框架（Resource Description framework，RDF）语言强大的资源描述能力，在网络上搜索相关的资源信息。左边为模型中与具体资源交换数据和信息的部分，它利用元数据库提供的资源信息，把资源共享服务平台获取资源的请求分发到具体的资源，并把资源信息经组合后返回给资源共享服务平台。分发和组合过程有赖于元数据管理系统提供的信息。该系统为资源共享服务平台屏蔽了Internet上错综复杂的分散资源环境，提供了一个全局虚拟资源环境。通过Internet获取的新资源由资源共享服务平台的资源管理功能模块负责管理。
资源集成过程由资源共享服务平台资源集成过程控制Agent和网络化制造系统中各联盟企业内的资源Agent通过动态交互完成。过程控制Agent的功能主要包括优化集成计划、提供动态资源集成工具，以及对网络化制造系统进行动态监控与管理等。当某个资源出现故障或受到一些突然的、不可预知的变化，或一些不确定因素的影响而引起资源的状态发生变化时，将自动向过程控制Agent报告，同时引发各个相关的Agent之间的通讯，过程控制Agent将根据新的资源状况动态地进行再调度，这时各个Agent充分发挥自治能力，保证整个网络化制造过程优化地、持续地进行下去。
2.2 共享资源的网络化和集成化管理技术
共享资源的网络化和集成化管理主要是适应联盟企业查询与检索各种制造资源信息的要求。为了有效地管理大量的共享制造资源，可采取层次管理的思想，建立一套统一的分类标准，而且在任何应用状态中，均应该明确一个主分类标准，以实现有效的操作指引。在建立分类标准时，优先考虑把国家制定的分类标准作为企业制造资源的分类标准。在层次结构中，企业作为叶节点，被当成实体对待，同时各种制造资源均可应用面向对象的分析方法将其看作实体，通过类的继承、聚合和派生等操作进行演绎，从而形成完整的共享制造资源管理模型，将分布式、异构的企业资源集成起来，形成逻辑上统一的集中管理的共享资源，实现虚拟企业中各联盟企业及联盟企业内不同部门间对共享资源的透明访问，以及访问过程中的权限控制。
2.3 基于资源共享的异地企业协同工作技术
为企业之间的协同工作提供支持，是构建面向网络化制造的资源共享服务平台的根本目的。资源共享服务平台支持下的异地企业协同工作系统存在两类站点，即提供超文本传输协议(Hyper Text Transport Protocol,HTTP)及相关服务的应用服务方（资源共享服务平台）和开展协同应用、接受服务的应用请求方（企业）。企业用户作为客户端发起协同应用，资源共享服务平台的服务器提供了协同工作中需要的资源和相应的环境，可供企业在需要时下载。同时，其他联盟企业可同时对资源共享服务平台的服务器发起协同工作请求，资源共享服务平台以同样的模型回复多个企业的请求。其运作流程如图3所示，包括建立协作关系、异地协同设计和异地协同制造3个阶段。
（1）建立协作关系 根据市场机遇或订单确定拟设计、开发和制造的产品，通过资源共享服务平台寻求可能的协作资源信息，并同时发布寻求协作伙伴/招标信息；然后由其他企业根据自身资源优势和核心竞争力竞标，最终组建虚拟企业，建立协作关系。
（2）异地协同设计 在完成总体设计的情况下，分解设计任务，并在企业间协同工作支持中心和网络化制造服务中心的协调控制，以及公共数据中心提供的共享资源支持下，联盟企业异地协同完成设计。
（3）异地协同制造 在完成异地协同设计的基础上，根据订单或市场时间要求制定基于产品物料清单(Bill of Material, BOM)的制造进度计划，然后各联盟企业根据要求，在公共数据中心提供的共享资源支持下，以并行工程的方式进行异地协同制造，整个制造过程的进度协调由企业间协同工作支持中心和网络化制造服务中心负责完成。
2.4 基于ASP模式的网络化制造服务技术
应用服务提供商（Application Service Provider，ASP）模式是以服务商为中介的新的先进制造模式， 是企业/服务商将应用软件及相关硬件通过Internet远程租赁给联盟企业/客户，利用集中管理的设施为联盟企业/客户提供应用配置、托管、产品设计计算与绘图、信息与资源管理等访问服务，以低运营成本提供的一套应用解决方案［5］。其实质是以应用为中心，以“出售”应用访问和集中管理为宗旨，实现一对多服务和按合同交付的目标。
基于ASP模式的网络化制造服务的目的是为网络化制造提供统一的中介服务平台支撑模型，并在该操作平台的统一控制下，以Internet为纽带，以服务中心为载体，以为远程用户、服务中心、协同制造企业提供方便快捷的技术信息平台、电子商务平台和制造服务平台等为宗旨，在远程用户、服务中心和协同制造企业之间搭建一座桥梁，动态优化资源，提供专业技术服务，达到实现异地协同设计与制造、缩短新产品研制周期、降低制造成本的目的，并最终实现网络化制造系统的动态配置、运行调度和协同等服务机制，进而完成产品的设计与制造全过程。
2.5 基于Web服务的虚拟企业应用系统集成技术
Web服务是一个能够在Internet环境下使用XML消息访问的接口，该接口描述了一组可访问的操作/服务。 在网络化制造环境下，虚拟企业内某联盟企业将可对外共享的应用系统通过Web服务在资源共享服务平台或企业站点上进行封装，并用Web服务描述语言（Web Service Description Language，WSDL）进行统一描述，WSDL提供了用XML描述Web服务具体实现细节的一套规范，使程序能够自动识别Web服务；然后企业将其在资源共享服务平台的UDDI使能的注册中心进行注册，这样其他联盟企业就可以再通过注册中心查找并发现该Web服务，并通过发送简单对象访问协议（Simple Object Access Protocol，SOAP）消息来调用该Web服务［6］。作为一种基于文本的协议，SOAP是以XML的形式提供的一个轻量级的用于分布式环境中交换信息的机制，目的是通过大量异构程序和平台之间的互操作，实现跨企业的应用系统集成和资源共享。图4所示为基于Web服务的虚拟企业应用系统集成框架。
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3 原型系统的开发
基于对面向网络化制造的资源共享服务平台功能体系结构和关键使能技术的分析，笔者研制开发了一个基于浏览器/服务器/数据库三层网络体系结构的资源共享服务平台原型系统，它是以网站的形式出现的。在原型系统开发过程中，基于目前实际运作和推广应用的需要，将系统的功能进行了重新组合和划分，规划的主体功能框架包括公共数据中心、远程协同设计中心、远程制造服务中心、客户服务中心和站点导航等5个功能模块，系统的主页面如图5所示。
（1）公共数据中心 该中心主要提供信息资源服务，包括常用资料、专业标准、工程材料、制造企业、技术成果、人才资源、设备资源以及产品等各种信息资源的发布、查询、检索、匹配和管理等功能。图6所示为基于Web的制造信息资源集成化管理系统主页面。该系统主要包括工程项目管理、工艺文件管理、工艺资源管理、图文档管理、工装管理、任务管理以及工时管理等7个独立的子系统，实现了制造信息资源集成与共享，是一个功能较完善的产品制造过程信息资源管理的计算机网络系统［7］。
（2）远程协同设计中心 该中心的特色之一在于它能够在网络化制造过程中为联盟企业提供协作平台和工具。从主页面上进入远程协同设计中心，客户就可以进入协同工作环境。在这一环境中，协作企业可以实时地就协作事宜进行交流，其中一个重要的交流内容就是产品的设计方案。图7所示为系统的异地设计图纸浏览和批注页面。同时，协同设计中心还提供了基于Internet的机构设计、机械传动设计、标准零部件设计以及机械强度计算等技术资源服务。
（3）远程制造服务中心 该中心主要为网络化设计和制造过程提供有限元分析、产品工艺设计和快速成型制造等技术支持，图8所示为基于ASP模式的远程有限元分析服务系统的主页面。经过注册的合法授权企业用户可通过Internet访问该服务系统，经过签订电子合同并在线支付一定的费用后，就可以提交有限元分析服务请求，享受到快捷、便利和可靠的高水平技术服务，从而为中小型企业产品的快速创新开发提供技术保障，增强企业的敏捷性［8］。
（4）客户服务中心 该中心主要提供与资源共享服务平台使用有关的一些用户服务，如客户的注册或删除、登录密码更改、权限管理、在线收取费用以及意见建议与反馈等。
（5）站点导航 主要帮助用户尽快了解系统的功能并指导用户正确快捷地使用该系统。
目前，该平台已在多个制造业信息化研究和开发项目中得到初步应用，并取得了良好的效果。实践证明，该技术方案可行，原型系统具有功能丰富、运行稳定可靠、操作维护方便和用户界面友好等特点，在制造资源的远程共享、优化配置，以及企业间协同工作支持等方面发挥了积极的促进作用，为更深入地进行网络化制造模式的研究和推广提供了有价值的参考。
4 结束语
资源的共享和优化配置是实施网络化制造的基础和前提。针对制造业的特点并结合信息技术和网络技术，本文提出了构建面向网络化制造的资源共享服务平台的技术方案，详细讨论了平台的功能体系结构和关键使能技术，为我国制造业在网络化制造模式下的资源共享与服务技术进行了有益的探索。原型系统的不断完善和进一步的推广应用，将是下一步研究和开发工作的重点。
