第 1 章 绪论
1.1研究背景
信息化是企业走向现代化的必由之路[1]，结合精益化管理模式[2,3,4]，发展新型制造业是必然趋势。制造执行系统的核心是通过从毛坯到入库的全过程管理、综合技术、成本、质量等以业务的全方位视野搭建面向车间全员参与的协同制造平台的方式，为上层计划管理和底层生产执行提供了沟通桥梁。同时，在当前社会化生产的前提下，企业越发将纯粹的加工等专业生产进行外协性质的剥离，但装配环节以及关键零件的生产一般都牢固的控制并在自身的业务体系中越发重要。伴随着机电技术的持续深入发展，产品的复杂度也日益提升，相对应的装配执行过程的复杂性、柔性化等要求也越来越高。作为支持装配类型生产的装配执行系统也日益得到了广泛而深入的研究，尤其是复杂产品的装配也日益得到了工业界和学术界的广泛重视。伴随着企业对快速响应制造以及精益生产等要求的提升，复杂产品的装配执行过程也越发呈现关联化、协同化、柔性化的特点。尤其在当前激烈的竞争环境下，企业为了适应市场变化，经营和生产流程也处于持续而深入的深度转变过程中，从而对装配执行系统的规划、配置和执行等提出了动态调整、柔性适应的要求。对于制造执行过程中管理者对于车间现场自上而下的监管以及从车间现场向管理者和设计人员自下而上信息反馈的实时性是装配制造执行系统需要解决的问题。与此同时，各种形式不确定情况的出现和随之产生的复杂装配制造信息成为装配制造执行系统对制造执行过程进行管理的难点，严重影响了企业对装配制造执行过程的整体管理水平。
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1.2国内外相关技术研究概况
企业信息系统主要涉及三个层面：计划层、执行层、控制层，三层企业集成信息模型如图 1.1 所示。其中计划层的各类企业资源计划 MRP-II (Material Requirement Planning)/ERP(Enterprise Resources Planning)应用普及，控制层的可编程控制器 PLC（Programmable Logic Controller）、集散型控制系统 DCS（Distributed Control System）应用广泛，但是对于中间的执行层，生产过程中无法得到切实可行的作业计划做指导；工厂管理人员和操作人员难以在生产过程中跟踪产品的状态数据、不能有效地控制在制品库存，而用户在交货之前无法了解定单的执行状况。针对这种情况，20 世纪 80 年代美国先进制造研究机构 AMR[5,6]（Advanced Manufacturing Research）将 MES 作了如下定义：MES 是位于上层计划管理系统与底层工业控制之间的，面向车间层的管理信息系统。因此制造执行系统既自上而下的承接了计划层的生产任务传达给车间现场，又自下而上的将生产现场的信息收集整理并反馈给计划层。它为了计划的顺利执行而跟踪所有的资源的状态，包括人员、设备、物料的状态。因此说，MES 是连接企业上层计划管理层和车间控制层的桥梁，在制造企业中起着越来越重要的作用[7.8]。MES 需要与计划层和控制层进行信息交互，通过企业的信息流来实现企业信息的集成。
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第 2 章 基于工作流的装配集成监控与柔性业务协同技术体系
2.1 引言
柔性的业务过程协同是企业实施信息化需要重点关注的内容[60,61]。在当前日趋激烈的市场竞争态势下，企业借助于信息化系统实现快速响应制造的需求也日益迫切。但在当前复杂、动态的生产环境下，传统的基于固定模式的业务流程处于深度的冲击改变之中，也必须面向快速响应制造需求进行适应性的调整与提升。装配执行系统作为典型的信息化系统，在执行过程监控和业务协同方面同样面临着集成监控、柔性配置、动态调整的迫切需求。在执行过程监控方面，目前一般采用基于订单及其展开式工艺路线的方式进行执行进度的监控，并形成以工序节点为核心的制造执行数据包，为实现可视化、有序化的执行过程监控提供了良好的支撑，但对于装配型生产而言，齐套控制是其中的核心，尤其在当前加工和装配符合发展的背景下，实现集成监控就成为必须要解决的问题[62]。在业务协同方面，目前一般通过人员角色权限的配置实现基于功能模块的业务关联，但信息化系统的实施不是一蹴而就的事情，具有循序渐进、逐步深入的需求，从而为系统功能配置提出了柔性化、逐步演进的需求，另外，车间生产过程中存在大量的生产扰动，传统的基于工作流模板及其实例化的处理形式难以有效的适应业务流程发生变更后的快速调整要求，更多的提出了在运行过程中的动态变更要求。本论文结合上述需求，通过引入和改进工作流运行技术，将其应用在集成监控、柔性配置以及动态调整等方面，建立基于工作流的执行过程监控与业务协同技术体系，为后续的研究奠定基础。
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2.2 复杂产品装配生产特点分析
对于制造业来说，尤其对于飞机、轮船、汽车等这样的大型军用、民用产品而言，装配的技术水平、装配质量、故障处理速度、平均故障发生时间等等指标都影响着一个企业的竞争力。复杂产品的装配一般具有过程复杂、流程协调频繁等特点，尤其在自动化水平不高的情况下，以人为主的协同仍然是实现有序、协调、可控和高效装配的主要形式，同时复杂装配由于涉及到的大量的物料齐套，齐套过程控制是需要重点关注的内容，是影响装配周期的主要因素。复杂产品的装配生产过程有如下特点：与机加工情况不同，装配过程的零部件种类多，数量大，其生产流程体现为具有串并结合特点的协调性生产过程。对于汽车、飞机、船舶等复杂产品而言，其生产流程是很复杂的庞大的工业化生产过程，装配流程的复杂性为制造执行监控提出了更高的柔性组织要求。一方面，装配流程的复杂性决定了执行过程实时监控需要更严谨的信息管控、更繁琐的数据采集工作；另一方面，装配流程复杂性也决定了业务协同的复杂性。
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第 3 章 面向复杂关联生产的装配执行过程集成监控技术...... 24
3.1 引言 ......... 24
3.2 复杂关联生产的内涵分析 ......... 24
3.3 装配执行过程集成监控基本概念 ......... 26
3.4 基于工艺流程的生产流程映射技术 ..... 27
3.5基于集成工作流的装配执行过程数据采集与状态监控.........31
3.6装配执行过程齐套控制技术.....33
3.7本章小结.......37
第 4 章 基于工作流的柔性系统配置与业务协同技术........ 39
4.1 引言 ......... 39
4.2 装配执行过程中的业务协同问题分析 ....... 39
4.3 基于隐式工作流的业务-功能状态关联控制技术........ 40
4.4 基于显式工作流的业务问题协同处理技术 ..... 46
4.5 本章小结 ....... 57
第 5 章 图形化工作流建模与数据管理技术...... 59
5.1 引言 ......... 59
5.2 工作流开发技术问题分析 ......... 59
5.3 工作流对象结构设计 ..... 61
5.4 工作流定制及变更技术 ....... 65
5.5 状态驱动的工作流运行控制及数据文件管理技术 ..... 71
5.6 本章小结 ....... 72
第 6 章 系统开发与实现
6.1 引言
结合国防基础科研项目“三维数字化建模与制造执行技术研究与开发”的要求，对装配制造执行系统进行了丰富和完善，自主设计并开发了图形化工作建模、工作流定制及变更功能，通过这几方面功能的实现，从而对装配执行过程集成监控、柔性配置以及动态调整三方面的研究成果进行了工程化的事件与应用验证，为了突出本文研究的技术特点，结合研究工作的主体，本章将重点阐述基于工作流的装配执行过程集成监控与柔性业务协同技术的实现。首先简述系统的开发和运行环境、系统框架结构和功能组织，然后结合应用实例，根据产品装配管理的实际业务流程，分节介绍系统的功能实现情况和应用效果。以往针对快速响应制造执行系统（RRMES）的开发是使用的 B/S 模式。B/S（Browser/Server，浏览器/服务器）模式又称 B/S 结构。在这种结构下，用户工作界面是通过 IE 浏览器来实现的。B/S 最大的缺点是对企业外网环境依赖性太强，由于各种原因引起企业外网中断都会造成系统瘫痪。针对制造型企业系统更新速度慢、外网速度慢等问题，采取 C/S 结构模式来提高系统响应速度。C/S（Client/Server）结构模式，即客户机和服务器结构，是指在一台服务器上进行服务的发布，并在客户机上进行客户端的安装。C/S 模式的优点是能充分发挥客户端 PC 的处理能力，很多工作可以在客户端处理后再提交给服务器。对应的优点就是客户端响应速度快。同时降低服务器的负载，提高运行速度。
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总结
本文针对复杂产品装配问题进行了研究，建立了基于工作流的集成监控与柔性业务协同技术体系，引入和改进工作流运行技术，并将其应用在集成监控、柔性配置以及动态调整等方面。构建了订单-齐套-工艺关联关系模型，将工艺流程向生产流程映射，并基于执行状态进行监控；运用基于状态图的隐式工作流配置技术实现业务-功能关联控制，实现了柔性业务协同；建立基于结构矩阵的动态调整模型，针对实际生产过程的技术问题和质量问题构建结构矩阵进行动态的工作流变更调整。本文完成的主要工作和研究成果如下：
1. 提出了基于工作流的装配集成监控与柔性业务协同技术体系结构。结合复杂产品装配生产的特点,提出了装配执行过程监控理论，包括复杂产品监控概念、装配监控目标、对象与实现技术手段与方法。
2. 构建了复杂关联生产订单-齐套-工艺三者之间关联关系模型，通过分析工艺流程和生产流程特点提出了面向工作流的生产流程映射技术，建立基于工作流的执行过程数据采集与状态控制机制，形成了齐套过程控制机制，支持了面向复杂关联生产的装配执行过程集成监控。
3. 从系统配置以及业务协同的需求出发，提出了基于隐式工作流的业务-功能状态关联控制技术，结合实际需求提出了功能模块关联状态控制规则；提出了基于显示工作流的业务问题协同处理技术，在工作流程模板以及实例化应用基础上，进一步引入设计结构矩阵概念，实现了工作流模型的有效建模，并重点结合工作流执行过程中的流程变更调整需求，从节点及分支的增/删和分支结构转化等两个方面，描述了变更调整下的 DSM 模型转换，为形成柔性、可调的工作流技术提供了支持。
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参考文献（略）