制造业自动化的企业集成系统研究展望

　　集成是由部分构成整体、由单元构成系统的主要途径，集成就是通过接口实现不同功能系统之间的数据交换和功能互连，集成意味着将分散的异构部件联合在一起形成一个协同的整体，从而实现更强的功能，完成各个部分不能独自完成的任务。企业集成是指通过连接所有必须的系统和异构功能实体来方便跨越组织界限的信息流、控制流和物料流的传递，改进企业内的通信、合作与协调，从而将企业组成一个协调的整体，达到提高生产率、柔性和管理水平的目的。

　　企业集成系统是在企业单元技术和系统得到广泛应用的基础上，通过集成形成的支持企业生产经营的集成化系统。相对于单元技术系统，集成系统具有覆盖范围广、功能多、系统结构复杂等特点。

　　制造业的企业集成是一个系统的将现场以及管理层和企业层的人力和机器作为一个整体组织成协同型企业集成系统的典范。可以利用业务流程软件和制造执行系统(MES)来满足全自动化的计算机集成要求。目前主要问题依然是在关于企业层和制造车间层之间的界面，需要根据产品的生命周期、生产工艺和企业内外的人力推动闭环内的管理和经营决策，从而调整生产进度。目前网络化企业的实现由于缺乏企业系统之间的互操作性遇到了暂时困难。该领域中研究的目的是为技术突破创造上游条件从而避免企业投资被信息技术(IT)要约的递增变化所牵制，而前景取决于可以在公司、人员和团体之间创建的为生成共享知识和财富的协同网络。创建成功的协同网络需要许多重要的基础条件，如通用参考模型、有效的协同机制和方法、基于开放式架构的配套基础设施、再现成功案例的设计的工程方法学以及规范化的市场技术和工具。

　　业务模型和制造模型的无缝集成需要企业工程模型和工具来全面描述一个集成制造系统的信息化方面。然而，时至今日，虽然在企业建模和集成领域已经存在一些高级标准，但是它们却还未被广泛认可，也未用于行业中。

　　1、制造业对企业集成系统解决方案的需求

　　1.1 企业集成和互操作性研究面临的挑战

　　企业集成是从20世纪90年代起开发出来的研究领域，是对计算机集成制造(CIM)的拓展。企业集成研究主要包括两个不同的研究对象：企业建模和信息技术。企业集成是企业工程的主要组成部分，涉及用于分析、设计和连续将企业保持在整合状态的成套方法、模型和工具，这一点值得注意。在当前的工业和经济环境下，企业系统需要经常重构以便适应变化的市场需求和技术进展。被视为企业系统工程基础的企业架构，已作为帮助股东管理系统工程和变化的一种工具而出现了。它不仅仅是IT问题，更重要的是对战略决策和组织方面的挑战。

表1 关于企业集成和互操作性研究面临的挑战

　　一个集成系统系列必须且必然可以相互操作，但是互操作性系统不一定为集成形式。集成处理组织问题时可能以一种不太正式的形式(由于涉及到人)，这使集成更难解决一些，而互操作性则更侧重于技术问题。兼容性比互操作性更简单一些。兼容性意味着系统／单元不干涉彼此的运行，但是不具有交换服务的能力。互操作性系统一定是可以兼容的，但是反之则不一定。为了通过鲁棒性信息交换实现人际网络，所有人都必须跳出兼容性范围。总之，互操作性处于兼容性和完全集成之间。一定要从本质上区分兼容性、互操作性和集成的概念，否则可能会引起混淆。当兼容性明显为最低要求时，在一套系统或单元内预期的互操作性和集成的程度将由那些系统的底层功能水平所决定。

　　根据制造业自动化系统对企业集成和互操作性的需求，笔者分析了与将来的研究工作有关的趋势和问题。这些严峻的挑战根据表1的分类可以概括划分如下：挑战之1：协同网络的组织；挑战之2：企业建模和参考模型：挑战之3：企业与流程模型的互操作性；挑战之4：企业模型的校核、验证和确认；挑战之5：模型重用与模型库。

　　1.2对制造业系统环境中的企业架构选择

　　企业应用系统互操作性的问题可以根据不同的观点和看法来定义。这些方面对应于建模框架和企业架构，根据线性尺度的演化观点来看，如果某个应用系统与其它系统之间的互操作程度越高，它与高级抽象模型及其语义之间的关联就会越强。因此互操作性发展过程在文献资料中常被归类为所谓的“互操作性等级”(见表2)。

　　一个广为认可的信息系统互操作性模型是LISI模型(信息系统互操作性等级模型)。LISI主要根据系统互操作性的复杂程度进行分类(包括：隔离系统、对等网络环境下的连接级互操作性、分布式环境下的功能互操作性、集成环境下的领域级互操作性、通用环境下的企业级互操作性)。LISI关注系统之间的技术互操作性和互操作的复杂性。该模型不涉及与互操作性系统的建造和维护有关的环境和组织问题。于是人们承认这一局限性并提出了OIM模型(组织互操作性成熟度模型)，将LISI模型扩展到更为抽象的命令和控制支持层(包括：独立级、自组织级、协作级、集成级、统一级)。除组织互操作性外，交换流的内容类型也是一个有待解决的问题。为解决该问题，NATO C3面向互操作性的技术体系结构参考模型(NC3TA)主要论及技术互操作性并确定了互操作性等级与子级(包括：非结构化数据交换、结构化数据交换、数据无缝共享和信息无缝共享)。这些等级划分将用于数据的交换和解释通过结构化和自动化来提高操作有效性的方法中。

　　此外在概念领域，文献4推出了LCIM模型(概念互操作性等级模型)，可以对技术模型如LISI范围外的概念互操作性等级进行评估。系统互操作性不仅仅是技术问题(如LISl或LCIM所述)，同时也是组织机构问题(如OIM)。互操作性的这些方面与欧洲互操作性框架“，中所述的定义相符，在欧洲互操作性框架(EIF)中讨论了互操作性的3个方面(即组织、语义和技术)。

表2成熟度模型
(本文不涉密)
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