网络化制造异构信息演化研究与应用

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3.0 赵德峰 2024-11-19 5 4 1.5MB 65 页 15积分
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摘 要
随着机械制造业的迅猛发展，机械零件中积累和蕴涵了越来越多的制造信息。
网络化制造信息对制造业的影响越来越大，而投入产品中的信息量的大小成为了
一件产品价值和成本的决定因素之一，制造信息的度量因此也显得越来越重要。
以往，人们都是对网络化制造信息进行定性地研究，而没有对其做过定量地计算。
本文从网络化制造异构数据信息的度量来进行考察，定量地研究网络化制造信息，
其研究成果将有助于对机械零件信息含量或其增量进行定量地计算与评估。
本文阐述了网络化制造信息的基本概念和研究的状况，对以下内容进行了研
究：
首先分析产品生命周期过程中网络化制造各环节的特点以及每个阶段对信息
的需求，并对网络化制造异构数据的存在形式进行总结和分类，明确本文所研究
异构信息的范围。
接着基于 TBS 模型，对产品生命周期各个阶段中的信息进行描述和度量。在
该过程的产品概念设计和工程设计阶段，以 TBS 为中间桥梁和纽带，通过使用熵
的理论对信息度量计算进行详细的分析和研究。并对加工制造阶段中工序、工步
的设计信息做详细的度量计算。
最后研究网络化制造中信息格式的演化。主要分析与研究网络化制造信息关
系数据存储格式与 XML 格式数据进行转换，并且保证转换后的数据与原来数据之
间的语义约束相符合，实现关系格式数据与 XML 格式数据之间的无损转换。并结
合举升装置的具体设计，对其需求分析阶段和概念设计阶段中的客户需求信息、
举升装置概念设计模型，采用 XML 进行信息的描述。
关键词：网络化制造 信息度量 演化 信息格式 XML
ABSTRACT
With the rapid development of manufacturing, more and more manufacturing
information is accumulated and gathered in mechanical parts. Network manufacturing
information has more and more effect on the manufacturing, so the amount of
information being put into the products becomes one of the determining factors of one
product’s value or cost. Therefore, it is more and more important to measure the
manufacturing information. The network manufacturing information is always studied
qualitatively before, but not quantitatively. The thesis will be investigated from the
measurement of network manufacturing heterogeneous data to study network
manufacturing information quantitatively. The research results would be helpful for
quantitative calculation and evaluation of mechanical parts’ information content or it’s
incrementation.
The thesis elaborates the basic concept and research situation of the networked
manufacturing information. The following contents are studied respectively.
Firstly, analyzing the each stage traits and information needs of the networked
manufacturing in the product lifecycle. And summarizing and classifying the form of
network manufacturing heterogeneous data. Defining the research range of
heterogeneous information.
Secondly, describing and measuring the information of each stage in the product
lifecycle based on TBS model. Analyzing and studying the measurement of the
information using the entropy’ theory in the stage of concept design and engineering
design which is based on TBS as a bridge and a linkage. And calculating the process
and step work of the design information in the stage of manufacturing.
Lastly, studying the format evolution of the network manufacturing information.
Mainly analyzing and studying the conversion between relational data format and XML
data format of network manufacturing information. And ensuring the same semantic
constraints of the data after the conversion. So achieving the target of no loss
conversion between them. Describing the information of customer requirement and
lifting device’ concept design model in the stage of requirement analysis and concept
design according to the design of the lifting device.
Keywords: Network Manufacturing, Information Measurement,
Evolution, Information Format, XML
目 录
中文摘要
ABSTRACT
第一章 绪 论...............................................................................................................1
§1.1 研究背景...........................................................................................................1
§1.2 国内外研究现状概述.......................................................................................2
§1.2.1 网络化制造信息度量方法 ........................................................................ 2
§1.2.2 异构数据的整合 ........................................................................................ 2
§1.3 本文研究目的以及研究内容............................................................................3
§1.3.1 研究的主要意义 ......................................................................................... 3
§1.3.2 研究的主要内容 ......................................................................................... 3
第二章 网络化制造各环节的信息需求.........................................................................5
§2.1 网络化制造中各环节的特点...........................................................................5
§2.2 网络化制造中的异构信息...............................................................................6
§2.2.1 网络化制造中的异构形式 ........................................................................ 6
§2.2.2 异构信息 .................................................................................................... 7
§2.3 网络化制造中各环节对信息的需求...............................................................8
§2.3.1 产品需求分析阶段对信息的需求 ............................................................ 8
§2.3.2 产品概念设计阶段对信息的需求 ............................................................ 9
§2.3.3 产品工程设计阶段对信息的需求 ............................................................ 9
§2.3.4 产品加工制造阶段对信息的需求 .......................................................... 10
§2.3.5 产品服务支持阶段对信息的需求 .......................................................... 10
§2.4 本章小结.........................................................................................................11
第三章 信息内涵的演化.............................................................................................12
§3.1 TBS 设计方法概述 ......................................................................................... 12
§3.2 需求阶段中的产品信息.................................................................................12
§3.3 概念设计阶段信息度量.................................................................................13
§3.3.1 概念设计中的功能分类 .......................................................................... 14
§3.3.2 表达 CRI 功能......................................................................................... 17
§3.3.3 建立 CRI 的模糊矩阵............................................................................. 19
§3.3.4 CRI 模糊矩阵的简化 ............................................................................... 20
§3.3.5 CRI 重要度的确定 ................................................................................... 22
§3.3.6 概念设计方案的评定 .............................................................................. 23
§3.4 工程设计阶段信息度量.................................................................................25
§3.4.1 零件设计信息的表达 .............................................................................. 26
§3.4.2 零件设计信息的度量 .............................................................................. 27
§3.5 加工制造阶段信息度量.................................................................................32
§3.5.1 工步设计信息的计算 .............................................................................. 33
§3.5.2 工序设计信息的计算 .............................................................................. 34
§3.5.3 制造过程设计信息的计算 ...................................................................... 34
§3.6 服务支持阶段信息描述.................................................................................35
§3.7 应用实例.........................................................................................................36
§3.8 本章小结.........................................................................................................37
第四章 信息格式演化研究.........................................................................................38
§4.1 网络化制造信息格式转换概述.....................................................................38
§4.2 XML 数据到关系数据的转换研究................................................................40
§4.2.1 XML 数据信息与关系数据库之间的信息交换原理 ............................. 40
§4.2.2 关系数据信息到 XML 文档的映射 ....................................................... 41
§4.2.3 XML 文档到关系数据库结构的映射 ..................................................... 42
§4.2.4 XML 文档之间数据信息的交互 ............................................................. 42
§4.3 产品信息的 XML 描述..................................................................................43
§4.3.1 举升装置需求分析阶段的 XML 描述 ................................................... 43
§4.3.2 举升装置概念设计阶段的 XML 描述 ................................................... 44
§4.4 本章小结.........................................................................................................46
第五章 异构数据转换系统设计与开发.....................................................................47
§5.1 异构数据转换系统体系结构的选择.............................................................47
§5.2 异构数据转换系统开发平台及工具.............................................................48
§5.3 数据库设计.....................................................................................................49
§5.3.1 数据库概念结构设计 .............................................................................. 49
§5.3.2 数据库逻辑结构设计 .............................................................................. 50
§5.4 异构数据转换系统实现与应用.....................................................................50
§5.4.1 系统登录 .................................................................................................. 50
§5.4.2 CRI 管理 ................................................................................................... 51
§5.4.3 XML 信息与数据库之间的转换 ............................................................. 51
§5.5 本章小结.........................................................................................................53
第六章 总结与展望.....................................................................................................54
§6.1 全文总结.........................................................................................................54
§6.2 研究展望.........................................................................................................55
参考文献.........................................................................................................................56
在校期间公开发表的论文和承担科研项目及取得成果.............................................61
致 谢.............................................................................................................................62
第一章 绪论
1
第一章 绪 论
§1.1 研究背景
在我国国民经济中，最基础的工业部门是制造业，因为它决定了一个国家的
发展水平。供人们使用的生活消费品或者工业品行业，都是通过用可用的资源或
者能源加工制造出来的。制造业涉及到我国国民经济的各行各业，其中包括建筑、
机械、电子、食品、军工、轻工、航天等。因此，我国国民经济与综合国力的支
柱产业是制造业[1-3]。
随着 21 世纪的到来，信息技术和计算机网络技术得到迅猛发展，制造业的制
造环境也正在发生着根本性的变化。实施网络化制造，已经是现代制造业的主要
发展趋势之一。当前在发达国家，网络化制造所涉及到的有关技术的研究与应用
发展非常快。我国制造业也应该充分认识到所面临的挑战与机遇，加快网络化制
造技术的发展。网络化制造技术的大力发展，将有利于我国制造资源利用率的提
高，制造成本的降低，企业的制造能力和制造水平的提高，企业整体的优化及整
体水平与综合效益的提高。因此，我国应该大力发展网络化制造技术，用它来对
我国传统制造业改造与提升，发挥后发的优势，以实现我国制造业的跨越式的发
展[4]。
网络制造环境下新产品的研究、开发、设计、制造、管理、营销和服务已经
不再局限于在一座城市，一个地区，甚至一个国家[5-7]。企业之间的兼并和收购已
经成为了激烈竞争的必然结果，这就使得企业的规模急速膨胀，其内部的生产、
管理和决策方法多种多样，但系统之间信息的交换却成为了瓶颈。而且随着现代
产品的复杂度与科技含量的不断提高，单一企业已经不能胜任产品开发的全过程。
于是，利用现代的计算机与网络技术，进行企业间的联盟与合作，这样就能充分
利用各自的资源和技术优势，进行取长补短，从而获得整体的优化。虚拟企业就
是在这种情况之下应运而生，虚拟企业是一种组织经营活动的方法。产品的开发
与生产不再局限于在单个企业之中，产品的开发过程需要更多的领域，更多学科
的人员参与[8-9]，从而在进行协同设计的过程中就会存在异构数据的问题。
本论文的部分研究内容收到国家自然科学基金项目（50505030）《基于蚁群生
态模型的区域性网络化制造动态联盟研究》，和上海市曙光计划资金项目（07SG51）
《基于仿生优化的制造网格系统资源配置研究与应用》的资助。
网络化制造异构信息演化研究与应用
2
§1.2 国内外研究现状概述
§1.2.1 网络化制造信息度量方法
近年来，许多学者对于信息化制造、制造信息的集成与共享、制造信息的度
量、网络化制造等方向进行了大量的研究[10-13]。Paul认为，一种基于Agent的以供
应链重建与知识密集型活动为特征的网络化制造模式，为企业的集成提供了一种
开放式的框架[14-16]。Lawrence、Matthews等在RAC公司研究出了一种叫PRICE的参
数费用模拟方法，这种方法是利用费用参数之间的各种复合关系来进行的，而这
些复合关系又可以通过线性与非线性回归分析历史数据所得到。文献[17]指出在制
造系统工程的框架下，对制造信息系统的体系结构与支撑技术进行了阐述。文献[18]
在制造信息学的理论方法方面进行了深入探讨。美国Ageis公司推出了制造信息学
软件系统Discoverant，它可用于制造故障的分析和过程的改善，可对分散制造数据
源的大量数据进行统计分析与模式识别，具有数据可视化的能力。
§1.2.2 异构数据的整合
在数据集成与网络信息技术的领域中，如何解决信息“信息孤岛”问题，并
且更好地利用网络上浩如烟海的异构信息，一直是一个具有挑战性的研究热点。
现在我们面对的信息库一般由成千上万个异构信息源所组成，其中有传统的数据
库，文件系统，以及HTML，XML等半结构化的数据。但是由于平台的差异，数
据库技术以及通信协议等方面的不相同，使得各数据源之间的互操作变得相当的
复杂、困难。
近年以来，众人对异构数据的整合进行了许多的研究。其中段海英[19]提出了
基于XML与SOAP协议的中间件解决方案。郭晓辉等人[20]提出了运用J2EE API来处
理网络化制造环境中异构CAD数据共享问题的解决方案。金海等人[21]介绍了通过
SOAP消息进行代理与服务节点之间的信息交换，实现了分布式的异构环境下的互
操作性。陈广学等[22]介绍了网络的概念及其特点，对空间信息网络及其关键技术
进行了探讨，并且对网络技术在信息资源共享以及在空间信息服务中的应用前景
进行了重点讨论。Ali.A等人[23] 提出了一套网络环境下动态资源管理的服务。
Fukuda Munehiro等人[24]提出了基于网络中间件技术的代理协同对数据资源的管理
与监控策略。Xiufen Fu等人[25]结合有关的关键技术和编程技巧，做出了一个获取
和整合网络数据库的解决方案。
摘要：

摘要随着机械制造业的迅猛发展，机械零件中积累和蕴涵了越来越多的制造信息。网络化制造信息对制造业的影响越来越大，而投入产品中的信息量的大小成为了一件产品价值和成本的决定因素之一，制造信息的度量因此也显得越来越重要。以往，人们都是对网络化制造信息进行定性地研究，而没有对其做过定量地计算。本文从网络化制造异构数据信息的度量来进行考察，定量地研究网络化制造信息，其研究成果将有助于对机械零件信息含量或其增量进行定量地计算与评估。本文阐述了网络化制造信息的基本概念和研究的状况，对以下内容进行了研究：首先分析产品生命周期过程中网络化制造各环节的特点以及每个阶段对信息的需求，并对网络化制造异构数据的存在形式进...

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