當前制造企業(yè)面臨著越來越大的競爭壓力,要求產(chǎn)品交貨周期越來越短、質(zhì)量越來越高、價格越來越低等,面對這些挑戰(zhàn),企業(yè)紛紛采取各種手段和措施,不斷改善和提高自身競爭力。各種手段和措施都是以快速傳遞和處理生產(chǎn)中的各種數(shù)據(jù)、協(xié)調(diào)控制生產(chǎn)進程、提高企業(yè)的快速響應(yīng)能力為目標的企業(yè)信息化技術(shù);都離不開對企業(yè)生產(chǎn)過程及運營狀態(tài)進行實時監(jiān)測、診斷、優(yōu)化和控制。為了達到上述目的,就要對系統(tǒng)及過程狀態(tài)進行描述建模、確定描述狀態(tài)參數(shù),并對數(shù)值進行實時獲取。由于實時數(shù)據(jù)獲取、分析與診斷方法等方面的局限,使得關(guān)于離散制造系統(tǒng)PLM操控平臺的建模、仿真與優(yōu)化研究工作進展緩慢。

  物聯(lián)網(wǎng)的實質(zhì)是利用射頻自動識別(RFID)技術(shù),通過計算機互聯(lián)網(wǎng),最終實現(xiàn)物品(商品)的自動識別和信息的互聯(lián)和共享。其應(yīng)用價值主要表現(xiàn)為讓物體具有智慧、改變?nèi)祟惖纳a(chǎn)方式和生活方式?；谖锫?lián)網(wǎng)環(huán)境下的特點,為課題的研究提供了新的思路和途徑。

  圍繞物聯(lián)網(wǎng)管理、產(chǎn)品生命周期管理可視化、可視化操控建模、可視化操控仿真等研究領(lǐng)域，國內(nèi)外學(xué)者開展了很多相關(guān)研究工作、如浙江大學(xué)的祁國寧教授研究了面向產(chǎn)品生命周期管理的項目管理、東北大學(xué)的王成恩教授研究了產(chǎn)品生命周期建模與管理、文獻研究了制造企業(yè)產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理方面的原理、概念、策略等、在相關(guān)研究中，采用數(shù)學(xué)模型參數(shù)控制方法與附加某種假設(shè)條件與實際制造系統(tǒng)運行情況差異較大，無法在復(fù)雜系統(tǒng)PLM中獲得有效應(yīng)用、常規(guī)智能方法和仿真技術(shù)由于其本身的局限性，只能適用于PLM的特定對象、由于PLM的建模與優(yōu)化對提高制造業(yè)競爭力具有重要的作用，國外知名高技術(shù)公司投入了相當大的人力和財力，結(jié)合PLM中的特定對象研究開發(fā)自動化技術(shù)，取得了一些實用成果，但這些研究缺乏普遍性，無法適應(yīng)我國制造企業(yè)需要、因此，迫切需要從復(fù)雜PLM控制與優(yōu)化的實際需求出發(fā)，將智能方法與優(yōu)化理論相結(jié)合，采用多學(xué)科交叉融合的手段，研究新的控制結(jié)構(gòu)和方法，以便形成較為完整的PLM實時、智能建模與優(yōu)化理論體系、通過高性能的優(yōu)化算法，在典型的復(fù)雜PLM中進行應(yīng)用驗證，為發(fā)展具有我國自主知識產(chǎn)權(quán)的面向物聯(lián)網(wǎng)環(huán)境的PLM建模與優(yōu)化軟件奠定堅實的基礎(chǔ)，最終提高我國制造工業(yè)的整體水平。

  1 PLM操控平臺運行原理與操控集成模型

  離散制造系統(tǒng)PLM操控平臺的構(gòu)建有別于流程制造系統(tǒng)，其體系結(jié)構(gòu)和運行原理由于具體制造企業(yè)的類型和特點的不同差異很大、由于整個供應(yīng)鏈上的企業(yè)經(jīng)常采用的系統(tǒng)各不相同，甚至有時候存在無法集成，給PLM集成操控平臺的構(gòu)建帶來了困難、因此，系統(tǒng)集成商需要提供開發(fā)者和實施者具有制造系統(tǒng)行業(yè)特色的離散制造系統(tǒng)管控一體化集成服務(wù)、開發(fā)商要根據(jù)制造系統(tǒng)實際情況，開發(fā)不同的功能模塊，無疑增加了PLM集成操控平臺的復(fù)雜程度、而物聯(lián)網(wǎng)獲取實時信息數(shù)據(jù)簡單化的特點，使得實時信息采集和處理方面有了很大地改善，為PLM集成操控平臺的構(gòu)建及一體化集成服務(wù)提供了依據(jù)、基于物聯(lián)網(wǎng)的特點，離散制造系統(tǒng)PLM操控平臺的功能應(yīng)包括:①參與方賬戶管理；②供應(yīng)鏈上資源與需求發(fā)布；③制造過程能力評估與分析；④制造現(xiàn)場管理；⑤操控模塊管理與支持平臺維護管理等、通過集成平臺，整個供應(yīng)鏈上的企業(yè)圍繞產(chǎn)品全壽命周期，結(jié)合自身企業(yè)的特點可共享與整合平臺上提供制造資源和制造任務(wù)、例如，當某一企業(yè)有富余生產(chǎn)能力的數(shù)控機床、檢測設(shè)備、分析軟件等軟硬件制造資源時，可通過平臺進行虛擬化云端接入，基于網(wǎng)絡(luò)提供制造服務(wù)；與此同時，平臺上有服務(wù)需求的某企業(yè)離散制造系統(tǒng)，可通過集成平臺在更大范圍內(nèi)尋找所需制造資源，并可低成本按需定制所需制造服務(wù)。

  離散制造系統(tǒng)PLM操控平臺體系考慮從供應(yīng)商到顧客，實現(xiàn)產(chǎn)品全過程的動態(tài)管控一體化、從計劃層到操作層，從企業(yè)內(nèi)部的采購部門到銷售部門，從企業(yè)外部的上下游企業(yè)等，實現(xiàn)平臺的層次結(jié)構(gòu)和邏輯關(guān)系整體規(guī)劃和數(shù)據(jù)統(tǒng)一，是構(gòu)建離散制造系統(tǒng)PLM操控平臺的基礎(chǔ)、在分析現(xiàn)有相關(guān)研究成果基礎(chǔ)上，包括網(wǎng)絡(luò)化制造系統(tǒng)遠程控制技術(shù)、云制造服務(wù)平臺共性關(guān)鍵技術(shù)、離散制造系統(tǒng)PLM管理信息系統(tǒng)平臺的內(nèi)涵、離散制造系統(tǒng)管控一體化運行模式建模理論、車間制造層數(shù)據(jù)采集與生產(chǎn)運營層信息轉(zhuǎn)換機制等，建立了離散制造系統(tǒng)PLM操控平臺的體系架構(gòu)如圖1所示。

圖1 離散制造系統(tǒng)PLM操控平臺的體系架構(gòu)

  由圖1可以看出，要構(gòu)建離散制造系統(tǒng)PLM可視化操控的技術(shù)體系應(yīng)包括的主要功能模塊有:①平臺基礎(chǔ)層、其功能是為PLM操控平臺提供云服務(wù)、云存儲、云數(shù)據(jù)庫構(gòu)建和云網(wǎng)絡(luò)鏈接等；②平臺集成運行環(huán)境層、其功能為保證系統(tǒng)運行的安全、監(jiān)控與管理等系統(tǒng)基礎(chǔ)層環(huán)境，提供一系列的工具集，支持在基礎(chǔ)層上進行制造資源與任務(wù)需求的發(fā)布、能力匹配等；③制造資源層、其功能是提供智能終端以及各種服務(wù)資源，通過統(tǒng)一注冊發(fā)布工具，形成標準接口的云構(gòu)件，不同需求方可以根據(jù)自己的需要采用云端接入方式進行匹配與調(diào)用；④平臺服務(wù)構(gòu)件層、其功能是存儲并管理各類粗細粒度不等的服務(wù)構(gòu)件，服務(wù)構(gòu)件的不同組合可以形成不同的業(yè)務(wù)種類，以便于不同的業(yè)務(wù)模型進行調(diào)用；⑤各部門業(yè)務(wù)模型層、其功能是能夠調(diào)用不同的服務(wù)組件響應(yīng)不同的部門業(yè)務(wù)需求，圍繞產(chǎn)品PLM為供應(yīng)鏈上的用戶需求提供最佳匹配、快速供需引導(dǎo)、跟蹤記錄管理流程。

  在物聯(lián)網(wǎng)環(huán)境下，離散制造系統(tǒng)PLM操控平臺的體系從滿足制造過程的TQCSE5方面信息集成出發(fā)，構(gòu)建面向管理決策層的、簡單直觀顯示以產(chǎn)品為中心的企業(yè)運作過程及PLM方面的各類實時信息，提供操控建議、操控效果預(yù)測與仿真等的可視化操控平臺如圖2所示、由圖2可以看出，可視化PLM操控平臺運行原理中最為重要的兩部分為PLM系統(tǒng)可視化操控集成模型和PLM可視化操控技術(shù)。

  提高產(chǎn)品質(zhì)量、保證生產(chǎn)計劃進度、優(yōu)化利用資源、降低制造成本、維護系統(tǒng)穩(wěn)定、提高系統(tǒng)效率等是導(dǎo)入PLM系統(tǒng)的主要目標、根據(jù)這些目標，研究導(dǎo)入PLM系統(tǒng)可視化操控集成模型，包括需求模型、數(shù)據(jù)模型、事件模型、操控模型和仿真模型等、其中，需求模型從PLM的操控目標和操控內(nèi)容的角度，描述PLM可視化操控的需求；數(shù)據(jù)模型對滿足PLM可視化操控需求的各類數(shù)據(jù)進行了描述，包括數(shù)據(jù)內(nèi)容、粒度、來源、頻率等，是PLM數(shù)據(jù)采集、組織、管理和可視化的依據(jù)；事件模型對PLM操控事件進行定義，并建立事件與PLM數(shù)據(jù)之間的關(guān)系，是PLM運行狀態(tài)分析與診斷的依據(jù)；操控模型描述各事件的處理方法、操控對象與操控策略；仿真模型主要用于預(yù)測操控指令的效果及對PLM系統(tǒng)未來狀態(tài)的影響、根據(jù)PLM操控的目標和內(nèi)容，分析反映PLM狀態(tài)的數(shù)據(jù)及其最終來源，分析觸發(fā)PLM操控的外部事件和內(nèi)部事件及其處理方法，研究事件處理方法對PLM狀態(tài)的影響，建立描述需求、數(shù)據(jù)、事件、操控、仿真等內(nèi)容及其相互關(guān)系的PLM可視化操控集成模型。

圖2 PLM操控平臺運行原理

  運用WitnessSIMBASDK仿真優(yōu)化軟件，對建立PLM可視化操控集成模型進行仿真、驗證和完善所建立模型、針對PLM數(shù)據(jù)具有多源性、分布性、異構(gòu)性、海量性、實時性等特點，利用實時數(shù)據(jù)庫、分布式數(shù)據(jù)庫、數(shù)據(jù)融合與數(shù)據(jù)挖掘、可視化、虛擬儀器/儀表等技術(shù)的研究成果，根據(jù)PLM可視化操控的需求，從而實現(xiàn)PLM數(shù)據(jù)過濾、管理與可視化技術(shù)。

  2 PLM平臺操控技術(shù)引擎和管理工具

  構(gòu)建離散制造系統(tǒng)PLM操控平臺是一項較復(fù)雜的系統(tǒng)工程，平臺參與方的合作及參與程度直接影響系統(tǒng)的開發(fā)成敗、為提高集成平臺的開發(fā)效率和開發(fā)質(zhì)量、降低開發(fā)風(fēng)險與開發(fā)成本、提高平臺的標準化程度和集成度，要求在現(xiàn)有理論和技術(shù)基礎(chǔ)上，依據(jù)平臺標準規(guī)范和體系結(jié)構(gòu)，開發(fā)出來一整套系列化的、適應(yīng)我國制造企業(yè)的系統(tǒng)PLM操控平臺共性引擎套件和管理工具集、PLM可視化操控技術(shù)是采集和管理從PLM中采集的信息，以直觀的方式向操作人員顯示PLM實時狀態(tài)、操控決策所需數(shù)據(jù)、診斷結(jié)果與操控建議，并對ERP所下達的計劃指令進行效果仿真，提高PLM操控決策的科學(xué)性，實現(xiàn)PLM優(yōu)化運行、圍繞“信息獲取→運行監(jiān)視→系統(tǒng)操控→信息再獲取”的PLM操控環(huán)路，研究數(shù)據(jù)管理與可視化技術(shù)、PLM在線診斷與操控決策技術(shù)和操控效果預(yù)測與仿真技術(shù)，為構(gòu)建PLM系統(tǒng)可視化操控提供技術(shù)指導(dǎo)，其平臺框架如圖3所示。

圖3 物聯(lián)網(wǎng)環(huán)境下PLM系統(tǒng)操控平臺框架

  (1)PLM可視化操控技術(shù)及各關(guān)鍵技術(shù)功能、數(shù)據(jù)管理與可視化技術(shù):PLM系統(tǒng)數(shù)據(jù)具有多源性、分布性、異構(gòu)性、海量性、實時性等特點，根據(jù)PLM的操控目標和操控內(nèi)容，平臺可以對PLM中的數(shù)據(jù)進行過濾、組織、存儲、檢索與可視化展示、在線診斷與操控決策技術(shù):在數(shù)據(jù)模型、事件模型和操控模型的基礎(chǔ)上，PLM系統(tǒng)狀態(tài)在線診斷與操控決策技術(shù)為計劃、決策、優(yōu)化配置等提供支持、操控效果預(yù)測與仿真技術(shù):基于仿真模型和實時數(shù)據(jù)的PLM操控效果、系統(tǒng)未來狀態(tài)等預(yù)測與仿真技術(shù)，為提高PLM操控的科學(xué)性和優(yōu)化提供支持。

  (2)PLM集成操控平臺的共性引擎套件、離散制造系統(tǒng)PLM操控平臺的共性引擎主要為系統(tǒng)開發(fā)、模型構(gòu)建、應(yīng)用驗證和業(yè)務(wù)推廣提供技術(shù)支撐，主要包括參與主體的評估方法、快速與準確性匹配方法、達成合作協(xié)同邏輯方法、智能業(yè)務(wù)流程管理方法、知識管理工具和技術(shù)方法等、參與主體的評估方法是采用主體信用反饋機制及其信用評價算法，實現(xiàn)主體交易信用信息管理、主體信用評價、主體信用綜合查詢分析、快速與準確性匹配方法是采用制造系統(tǒng)自學(xué)習(xí)服務(wù)搜索算法，通過關(guān)鍵詞、結(jié)構(gòu)特征、本體語義等方式實現(xiàn)制造服務(wù)快速搜索，采用智能語義匹配算法實現(xiàn)制造服務(wù)供與需的匹配、達成合作協(xié)同邏輯方法是采用制造能力交易描述語言實現(xiàn)對整個交易過程的靜態(tài)描述，進行交易實例的構(gòu)建、管控、記錄、智能業(yè)務(wù)流程管理方法是在對離散制造系統(tǒng)制造能力、任務(wù)盤點、云合作交易過程等的多層次、多維度綜合建模，結(jié)合業(yè)務(wù)過程不同的特點，利用信息地圖挖掘算法、信息相似性度量算法以及過程模型檢索算法，利用計算機仿真分析技術(shù)對供應(yīng)鏈上企業(yè)的合作交易過程結(jié)構(gòu)合理性、行為合規(guī)性、活動可調(diào)度性、過程成功率等方面進行分析，實現(xiàn)智能化流程在線管理、知識管理工具和技術(shù)方法是利用數(shù)據(jù)挖掘和分析、行業(yè)知識、企業(yè)內(nèi)外部知識聚合與分類算法，采用在線仿真程序模擬，實現(xiàn)在集成平臺中統(tǒng)一對制造全過程的PLM知識庫建立、語義分析、語義搜索和查詢。

  (3)PLM操控平臺共性管理工具集、離散制造系統(tǒng)PLM操控平臺共性管理工具集的開發(fā)，首先分析平臺使用者的習(xí)慣和以往應(yīng)用工具的特征，在此基礎(chǔ)上構(gòu)建友好的人機交互應(yīng)用工具套件、為實現(xiàn)平臺的易操作性和功能的便捷性，集成平臺的工具集包括統(tǒng)一用戶賬號管理、業(yè)務(wù)管理系統(tǒng)統(tǒng)一應(yīng)用工具、系統(tǒng)管理開發(fā)工具和資源虛擬化應(yīng)用工具等、統(tǒng)一用戶賬號管理能夠?qū)Ω鞣N用戶分類選擇，在一個標準下配置賬號，滿足網(wǎng)上服務(wù)的安全性、統(tǒng)一性和可擴充性的需求、集成平臺系統(tǒng)為多參與主體根據(jù)自身特點和產(chǎn)品功能協(xié)同定制業(yè)務(wù)流程外包提供全生命周期管理功能、系統(tǒng)平臺的管理功能可滿足大容量、高并發(fā)、高可用的操控。

  3 PLM操控平臺的服務(wù)模式

  在物聯(lián)網(wǎng)環(huán)境下，離散制造系統(tǒng)PLM操控平臺要想進入實際應(yīng)用階段，就必須在產(chǎn)品全壽命周期內(nèi)實現(xiàn)供應(yīng)鏈上企業(yè)制造資源的集成和共享，因此，集成平臺需要針對離散制造系統(tǒng)與制造服務(wù)業(yè)務(wù)特點、資源屬性等方面的不同，建立適宜可行的運行服務(wù)模式、PLM操控平臺的運行服務(wù)模式結(jié)合業(yè)務(wù)提供方式、資源類型、參與者類型、服務(wù)商務(wù)種類和盈利模型等、通過在線、離線、在線與離線相結(jié)合等制造服務(wù)模式，使分散的系統(tǒng)資源集中被使用，集中的系統(tǒng)資源在更廣闊的物聯(lián)網(wǎng)環(huán)境發(fā)揮分散服務(wù)作用，這種離散制造系統(tǒng)PLM服務(wù)結(jié)構(gòu)模式如圖4所示。

  由圖4可以看出，制造資源服務(wù)包括在線模式、離線模式以及在線與離線混合模式；在資源模型中有供給模型、需求模型以及供給與需求匹配模型；在機制選擇中有獨立機制、聯(lián)合機制以及混合機制、在服務(wù)和運行模式集合中，“+”意味著擁有核心技術(shù)支持的企業(yè)和供應(yīng)鏈企業(yè)在云端上平等競爭，但是核心企業(yè)可以提供技術(shù)開發(fā)、實施和應(yīng)用資源，使得其在制造系統(tǒng)中可以個性化定制與整合資源配置，以利于其在物聯(lián)網(wǎng)環(huán)境下進行PLM集成操控平臺構(gòu)建中起引導(dǎo)作用。

圖4 PLM平臺服務(wù)結(jié)構(gòu)模式

  4 物聯(lián)網(wǎng)下離散制造系統(tǒng)PLM集成操控平臺的特點

  針對現(xiàn)在PLM集成操控平臺存在實時數(shù)據(jù)獲取、分析與診斷方法等方面的局限，隨著物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的出現(xiàn)及發(fā)展，解決了信息傳遞和數(shù)據(jù)獲取的便捷性和高效性，可以實現(xiàn)PLM操控平臺不同環(huán)節(jié)、部門、系統(tǒng)間的信息交互，其管理過程也將從簡單的靜態(tài)信息獲取處理走向全局的動態(tài)實時信息加工處理，降低制造成本，更迅速、有效地適應(yīng)復(fù)雜市場環(huán)境的變化。

  在生產(chǎn)運營中，企業(yè)難以適應(yīng)復(fù)雜多變的環(huán)境變化，要求產(chǎn)品交貨周期越來越短、質(zhì)量越來越高、價格越來越低等，操控平臺難以進行實時監(jiān)測、診斷、優(yōu)化和控制、在離散制造系統(tǒng)PLM操控平臺體系中，物聯(lián)網(wǎng)對信息獲取和處理方面便捷、高效的特有屬性，保障了從供應(yīng)商到顧客，實現(xiàn)產(chǎn)品全過程的動態(tài)管控一體化、為實現(xiàn)平臺的層次結(jié)構(gòu)和邏輯關(guān)系整體規(guī)劃和數(shù)據(jù)統(tǒng)一提供了充足的理論依據(jù)，使離散制造系統(tǒng)PLM操控集成模型的建立及運行具有可能性。

  物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)對信息獲取和處理的雙向性、實時性等特點簡化了PLM平臺操控技術(shù)引擎和管理工具，技術(shù)體系內(nèi)容統(tǒng)一了標準規(guī)范且開發(fā)了共性引擎管理工具，適應(yīng)了PLM內(nèi)部結(jié)構(gòu)和外部環(huán)境的變化，為內(nèi)部資源優(yōu)化配置、外部市場快速響應(yīng)提供支撐，使得基于物聯(lián)網(wǎng)PLM操控平臺的服務(wù)模式更加完善，使分散的系統(tǒng)資源集中被使用，集中的系統(tǒng)資源在更廣闊的物聯(lián)網(wǎng)環(huán)境發(fā)揮分散服務(wù)作用，更好地適應(yīng)了復(fù)雜多變的市場環(huán)境。

  5 結(jié)束語

  如何在物聯(lián)網(wǎng)環(huán)境下充分利用和整合制造系統(tǒng)的資源供給信息、服務(wù)需求信息、制造能力信息，是合理利用、共享資源、提升制造企業(yè)綜合競爭力的關(guān)鍵、在分析PLM操控平臺運行原理的基礎(chǔ)上，構(gòu)建了集成操控模型、圍繞平臺開發(fā)的技術(shù)引擎和管理工具集，給出了物聯(lián)網(wǎng)環(huán)境下PLM系統(tǒng)操控平臺框架、在現(xiàn)有平臺核心理論和技術(shù)、平臺的標準與規(guī)范、平臺共性引擎和共性管理工具、平臺的體系結(jié)構(gòu)的框架內(nèi)，提出了適應(yīng)大容量、高并發(fā)、高沖突操控環(huán)境的PLM平臺服務(wù)和運行模式，為云制造服務(wù)需求和資源響應(yīng)提供信息平臺支撐。

  由于系統(tǒng)的設(shè)計存在數(shù)據(jù)易被竊取的風(fēng)險，且實施費用較高，僅僅在理論上做了一些研究，設(shè)計方案仍需進一步完善，以便今后實際應(yīng)用，這也是后續(xù)研究的重點。