1.1　全球化趨勢

世界各國之間在經(jīng)濟(jì)上越來越多地相互依存，不可能離開全球化的市場而獨(dú)立地求得本國經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，必須與國際接軌，充分利用國際市場的信息、資本、資源、技術(shù)、商品和服務(wù)，在平等競爭的基礎(chǔ)上，互利互惠，相互合作。經(jīng)濟(jì)的全球化、市場的國際化、貿(mào)易和投資的自由化，以及服務(wù)的世界化，促進(jìn)了競爭，提高了效率，鼓勵了革新，增加了新的資本投資和加快了經(jīng)濟(jì)增長速度［1～3］。隨著越來越多的國家接受自由市場思想，全球自由貿(mào)易體制的逐步建立和完善，世界大市場的逐步形成以及全球交通運(yùn)輸系統(tǒng)和通訊網(wǎng)絡(luò)的建立，國際間的經(jīng)濟(jì)貿(mào)易交往與合作更加頻繁和緊密，競爭愈來愈激烈。這股全球化的洪流正推動著世界經(jīng)濟(jì)穩(wěn)健、快速、持續(xù)地增長。這使得制造產(chǎn)業(yè)、制造技術(shù)和產(chǎn)品逐步走向國際化，導(dǎo)致在全球范圍內(nèi)重新分布和組合。競爭的加劇將促使競爭對手利用一切可以利用的制造資源，主動積極地尋求市場機(jī)遇，靈捷地響應(yīng)和適應(yīng)客戶多樣化的消費(fèi)需求，高質(zhì)量地為全球顧客服務(wù)，從而獲得規(guī)模經(jīng)濟(jì)，促進(jìn)企業(yè)的發(fā)展與壯大。

1.2　客戶化市場驅(qū)動

世界制造業(yè)正面臨著一個不確定性的、急劇變化的、競爭日趨激烈的國際化市場［3］。
　　
(1)客戶驅(qū)動市場　客戶驅(qū)動著市場，市場牽動制造企業(yè)，制造業(yè)從生產(chǎn)為中心轉(zhuǎn)向市場需求為中心，從企業(yè)為主導(dǎo)轉(zhuǎn)向客戶為主導(dǎo)，以滿足客戶需求為目標(biāo)。
　　
(2)客戶對制造產(chǎn)品的要求　集中表現(xiàn)為多品種、變批量、高性能、高質(zhì)量、高可靠性、交貨期短、合理的價格、完善的行銷及售后服務(wù)等，而且這些要求是隨著客戶的經(jīng)濟(jì)及其它條件的變化而不斷變化的，由此導(dǎo)致制造業(yè)面對一個產(chǎn)品壽命期短、更新快、動態(tài)快速多變、穩(wěn)定性差和難以預(yù)測的市場。
　　
(3)物質(zhì)產(chǎn)品與服務(wù)的交融　在從產(chǎn)品的設(shè)計與生產(chǎn)到行銷與售后服務(wù)等過程中必須為全球范圍內(nèi)的客戶提供優(yōu)質(zhì)與全方位的滿意服務(wù)，這是制造企業(yè)贏得客戶、開拓和占領(lǐng)市場的重要因素。
　　
(4)合作基礎(chǔ)上的市場競爭　由于一個企業(yè)的資金、人員素質(zhì)與知識和技能、設(shè)施與設(shè)備、設(shè)計與開發(fā)、制造能力、營銷能力等都存在著局限性，在全球范圍內(nèi)日趨激烈的市場競爭中不可能取勝，因此必須進(jìn)行企業(yè)間的合作，形成以競爭為基礎(chǔ)和合作協(xié)同為主導(dǎo)、風(fēng)險共擔(dān)、利益共享、共存共榮的機(jī)制，充分實現(xiàn)資本、資源、技術(shù)、人才、信息和知識的交流與共享，優(yōu)勢互補(bǔ)、分工協(xié)作，才能積極有效、主動、快速響應(yīng)和適應(yīng)市場，奪取競爭勝利。以這種競爭與合作機(jī)制為基礎(chǔ)，借助于計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)、遠(yuǎn)程通訊技術(shù)及裝備，以及四通八達(dá)的交通運(yùn)輸網(wǎng)絡(luò)，使在地域上分布的企業(yè)組成能適應(yīng)當(dāng)今和跨世紀(jì)市場需求變化的、有競爭能力的、動態(tài)可變的企業(yè)聯(lián)盟，是實現(xiàn)在遠(yuǎn)比過去更廣闊的范圍內(nèi)，充分有效利用比過去更廣泛的資源，靈活快速響應(yīng)全球范圍內(nèi)用戶需求，提供優(yōu)質(zhì)服務(wù)的最佳模式。

1.3　科技進(jìn)步

本世紀(jì)中葉以來，微電子、計算機(jī)、通訊、網(wǎng)絡(luò)、信息、自動化等科學(xué)技術(shù)的迅猛發(fā)展，掀起了以信息技術(shù)為核心的“第三次”，正牽引著人類進(jìn)入工業(yè)經(jīng)濟(jì)時代最鼎盛的時期，并已叩響知識經(jīng)濟(jì)時代的大門［4］。正是這些高新科學(xué)技術(shù)在制造領(lǐng)域中的廣泛滲透、應(yīng)用和衍生，推動著制造業(yè)的深刻變革，極大地拓展了制造活動的深度和廣度，促使制造業(yè)日益向著高度自動化、智能化、集成化和網(wǎng)絡(luò)化的方向蓬勃發(fā)展。

在全球化浪潮的沖擊和高速發(fā)展的高科技的推動下，制造企業(yè)的經(jīng)營、生產(chǎn)戰(zhàn)略與活動應(yīng)面向全球，充分合理利用以信息技術(shù)為代表的高科技，建立和實現(xiàn)基于分布式網(wǎng)絡(luò)化體系結(jié)構(gòu)的組織、生產(chǎn)和管理模式，以快速、靈活地組織和利用各種分布的、異構(gòu)的制造資源，謀求企業(yè)間的相互合作、共同尋求市場機(jī)遇，在激烈的市場競爭中求得生存與發(fā)展?！?P>

2　分布式網(wǎng)絡(luò)化制造系統(tǒng)的總體構(gòu)想

建立和實現(xiàn)基于計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的分布式制造系統(tǒng)模式，是對傳統(tǒng)制造模式的揚(yáng)棄與創(chuàng)新。近些年來，在理論上已初具系統(tǒng)，在實踐中亦取得成效的先進(jìn)制造生產(chǎn)模式主要有柔性生產(chǎn)、智能制造、精益生產(chǎn)和敏捷制造等，在總結(jié)這些成果的基礎(chǔ)上，結(jié)合當(dāng)前國內(nèi)外制造業(yè)的基本形勢，本文提出了分布式網(wǎng)絡(luò)化制造系統(tǒng)（distributednetworked-manufacturingsystem,DNMS）的初步構(gòu)想，分布式網(wǎng)絡(luò)化制造系統(tǒng)是一種由多種、異構(gòu)、分布式的制造資源，以一定互聯(lián)方式，利用計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)組成的、開放式的、多平臺的、相互協(xié)作的、能及時靈活地響應(yīng)客戶需求變化的制造系統(tǒng)，是一種面向群體協(xié)同工作并支持開放集成性的系統(tǒng)。其基本目標(biāo)是將現(xiàn)有的各種在地理位置上或邏輯上分布的異構(gòu)制造系統(tǒng)企業(yè)，通過其Agent連接到計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)中去，以提高各個制造系統(tǒng)企業(yè)間的信息交流與合作能力，進(jìn)而實現(xiàn)制造資源的共享，為尋求市場機(jī)遇，及時、快速地響應(yīng)和適應(yīng)市場需求變化，贏得競爭優(yōu)勢，求得生存與發(fā)展奠定了堅實的基礎(chǔ)，從而也為真正實現(xiàn)制造企業(yè)研究與開發(fā)、生產(chǎn)、營銷、組織管理及服務(wù)的全球化開辟了道路。

分布式網(wǎng)絡(luò)化制造系統(tǒng)具有如下特點：
(1)層次結(jié)構(gòu)的相似性　分布式網(wǎng)絡(luò)化制造系統(tǒng)具有一定的層次性，從下到上一般可分為單元級、車間級、系統(tǒng)企業(yè)級等不同的層次，而且在不同的層次上都具有相似的體系結(jié)構(gòu)，即同一層次中各結(jié)點都通過其Agent利用計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)相互連接，而處于低層次的系統(tǒng)，則作為一個整體通過其在上一網(wǎng)絡(luò)層次中的代理連接到上一層次的網(wǎng)絡(luò)中去?！　?BR>(2)分布式、開放的體系結(jié)構(gòu)　在分布式網(wǎng)絡(luò)化制造系統(tǒng)中，處于同一網(wǎng)絡(luò)層次中的各個結(jié)點在邏輯結(jié)構(gòu)上或地理位置上是分布的，無主從之分，能獨(dú)立地、自主地完成各自的子任務(wù)，但為完成系統(tǒng)的整體任務(wù)，彼此間還需進(jìn)行大量的交互活動，包括信息、數(shù)據(jù)的交流與共享，相互協(xié)商、協(xié)調(diào)與合作以協(xié)同完成任務(wù)。
(3)良好的容錯能力、可擴(kuò)展和可重組性
(4)互聯(lián)性　各結(jié)點通過計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)，以一定邏輯互聯(lián)方式實現(xiàn)連接和通訊。
(5)互操作性　各結(jié)點或應(yīng)用系統(tǒng)間能夠交互作用、相互協(xié)調(diào)與合作以協(xié)同完成共同的任務(wù)。
(6)數(shù)據(jù)、知識和信息的分布性　各個結(jié)點都有各自的以各種形式（如文件、數(shù)據(jù)庫、知識庫和電子表格等）存在的數(shù)據(jù)、知識和信息資源。
(7)多樣化　硬件平臺、操作系統(tǒng)和應(yīng)用平臺的多樣化?！?P>

3　分布式網(wǎng)絡(luò)化制造系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)

在繼承當(dāng)前制造技術(shù)的基礎(chǔ)上，構(gòu)建和實現(xiàn)分布式網(wǎng)絡(luò)化的制造系統(tǒng)需要計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、分布式對象技術(shù)、多自主體系統(tǒng)(multi-agentsystem,MAS)技術(shù)以及數(shù)據(jù)庫等關(guān)鍵技術(shù)的支撐。在此，僅就分布式對象技術(shù)及其主要標(biāo)準(zhǔn)和多自主體系統(tǒng)技術(shù)作簡單介紹。

3.1　分布式對象技術(shù)及其標(biāo)準(zhǔn)

為在分布的、多種異構(gòu)制造資源的基礎(chǔ)上構(gòu)造起分布式網(wǎng)絡(luò)化制造系統(tǒng)，以有效地實現(xiàn)資源與信息共享、相互協(xié)調(diào)與合作以協(xié)同完成整體目標(biāo)，因此系統(tǒng)集成就成為十分突出的問題。解決系統(tǒng)集成問題的有效途徑就是遵循開放系統(tǒng)原則，采用標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)，建立集成軟件環(huán)境。一種可分布的、可互操作的面向?qū)ο髾C(jī)制——分布式對象技術(shù)，對實現(xiàn)分布異構(gòu)環(huán)境下對象之間的互操作和協(xié)同工作以構(gòu)建起分布式系統(tǒng)具有十分重要的作用和意義。其主要思想是，在分布式系統(tǒng)中引入一種可分布的、可互操作的對象機(jī)制，把分布于網(wǎng)絡(luò)上可用的所有資源封裝成各個公共可存取的對象集合，采用客戶服務(wù)器(CS)結(jié)構(gòu)和模式實現(xiàn)對對象的管理和交互，使得不同的面向?qū)ο蠛头敲嫦驅(qū)ο蟮膽?yīng)用可以集成在一起［5］。

許多計算機(jī)廠商、標(biāo)準(zhǔn)化組織等紛紛制定了分布式對象技術(shù)的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)［5，6］。其中，國際對象管理組織OMG發(fā)布的公共對象請求代理結(jié)構(gòu)(commonobjectbrokerarchitecture,CORBA)，為分布異構(gòu)環(huán)境下各類應(yīng)用系統(tǒng)的集成，實現(xiàn)應(yīng)用系統(tǒng)之間的信息互訪、知識共享和協(xié)同工作提供了良好的可遵循的規(guī)范、技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和強(qiáng)有力的支持，它通過客戶服務(wù)器對象間的交互而實現(xiàn)資源的實時共享。CORBA具有軟硬件的獨(dú)立性、分布透明性、語言的中立性，以及面向?qū)ο蟮臄?shù)據(jù)管理等優(yōu)點，從而成為當(dāng)前十分有效的一種集成機(jī)制。因此得到包括IBM、HP、DEC、Microsoft等在內(nèi)的計算機(jī)與軟件廠商和Xopen、OSF以及COSEAlliance等國際聯(lián)盟的積極支持和采納，已有幾個遵循此標(biāo)準(zhǔn)的產(chǎn)品問世［5，6］。

基于CORBA標(biāo)準(zhǔn)實現(xiàn)的系統(tǒng)集成和應(yīng)用開發(fā)環(huán)境在企業(yè)中將會有潛在的巨大的應(yīng)用前景，在逐步實現(xiàn)企業(yè)生產(chǎn)和管理的自動化與智能化，提高生產(chǎn)率，增強(qiáng)和提高企業(yè)及時快速響應(yīng)和適應(yīng)市場的能力等方面都將起到積極的推動作用?；贑ORBA標(biāo)準(zhǔn)的系統(tǒng)是一個能跨越不同地理位置、穿越不同網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)、屏蔽實現(xiàn)細(xì)節(jié)、實現(xiàn)透明傳輸、集成不同用戶特長的基于CS模式、面向?qū)ο?、開放的分布式計算集成環(huán)境。

3.2　多自主體系統(tǒng)技術(shù)

多自主體系統(tǒng)理論與技術(shù)在制造領(lǐng)域中的應(yīng)用與實現(xiàn)，將給制造系統(tǒng)企業(yè)帶來巨大變化［7］。制造系統(tǒng)是由若干完成不同制造子任務(wù)的環(huán)節(jié)組成的，如訂貨、設(shè)計、生產(chǎn)、銷售等，各個環(huán)節(jié)上的各功能子系統(tǒng)既相互獨(dú)立，又相互協(xié)同，以提高產(chǎn)品的市場競爭力和企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益為目標(biāo)，共同完成制造任務(wù)。因此可以說整個制造過程是一種典型的多自主體問題求解過程，系統(tǒng)企業(yè)中的每一部門（或環(huán)節(jié)）相當(dāng)于該過程中的一個自主體(Agent)。制造系統(tǒng)企業(yè)中的每一子任務(wù)、功能、問題或單元設(shè)備等都可由單個Agent或組織良好的Agent群來代理或?qū)崿F(xiàn)，并通過它們的交互和相互協(xié)商、協(xié)調(diào)與合作，來共同完成制造任務(wù)。將制造系統(tǒng)企業(yè)模擬成多自主體系統(tǒng)可以使系統(tǒng)易于設(shè)計、實現(xiàn)與維護(hù)，降低系統(tǒng)的復(fù)雜性，增強(qiáng)系統(tǒng)的可重組性、可擴(kuò)展性和可靠性，以及提高系統(tǒng)的柔性、適應(yīng)性和敏捷性等?！?P>

4　原型系統(tǒng)

基于這一構(gòu)想，我們利用StarBus2.2，開發(fā)了一個分布式網(wǎng)絡(luò)化制造原型系統(tǒng)。該原型系統(tǒng)由系統(tǒng)經(jīng)理、任務(wù)規(guī)劃、設(shè)計和生產(chǎn)者4個結(jié)點組成。

4.1　系統(tǒng)組成
　　
(1)系統(tǒng)經(jīng)理　
系統(tǒng)經(jīng)理包括數(shù)據(jù)庫服務(wù)器和系統(tǒng)Agent。前者提供一個全局?jǐn)?shù)據(jù)庫，它可供原型系統(tǒng)中獲得權(quán)限的結(jié)點進(jìn)行數(shù)據(jù)的查詢、讀取、存儲和檢索等操作；后者則負(fù)責(zé)該原型系統(tǒng)在網(wǎng)絡(luò)上與外部的交互，通過Web服務(wù)器在Internet上發(fā)布該原型系統(tǒng)的主頁，網(wǎng)上用戶可通過訪問該主頁獲得該系統(tǒng)的有關(guān)信息，并決定是否由該原型系統(tǒng)來滿足自己的需求，這可通過填寫和提交該主頁向用戶提供的定單登記表來向該原型系統(tǒng)發(fā)出定單，系統(tǒng)Agent決定是否接受這些定單，如接受，就將其存入數(shù)據(jù)庫服務(wù)器的全局?jǐn)?shù)據(jù)庫中；另一方面，系統(tǒng)Agent還負(fù)責(zé)監(jiān)視該原型系統(tǒng)上各個結(jié)點間的交互活動，如記錄和實時顯示結(jié)點間發(fā)送和接收消息的情況、任務(wù)的執(zhí)行情況等。

(2)任務(wù)規(guī)劃　
任務(wù)規(guī)劃結(jié)點的主要功能是對定單進(jìn)行規(guī)劃、分解成若干子任務(wù)，并通過招標(biāo)—投標(biāo)的方式將這些子任務(wù)分配給各個結(jié)點。該結(jié)點由一個任務(wù)經(jīng)理和它的代理——任務(wù)經(jīng)理Agent組成。

任務(wù)經(jīng)理的主要功能如下：①訪問全局?jǐn)?shù)據(jù)庫獲取網(wǎng)絡(luò)用戶的定單；②根據(jù)定單進(jìn)行任務(wù)登記；③將任務(wù)分解成若干子任務(wù)；④查詢其它結(jié)點的類型、能力和其它信息；⑤基于價格機(jī)制，通過談判進(jìn)程以招標(biāo)—投標(biāo)的方式將這些子任務(wù)分配給網(wǎng)上其它結(jié)點。任務(wù)經(jīng)理Agent主要負(fù)責(zé)如下事務(wù)：①網(wǎng)絡(luò)注冊，以使該結(jié)點能加入到原型系統(tǒng)中，獲得相應(yīng)的權(quán)限；②與系統(tǒng)中其它結(jié)點進(jìn)行交互；③管理本地數(shù)據(jù)庫，包括數(shù)據(jù)查詢、修改、添加、刪除等；④取消注冊，以使該結(jié)點退出本系統(tǒng)。

(3)設(shè)計　
設(shè)計結(jié)點是一個計算機(jī)輔助設(shè)計系統(tǒng)。該結(jié)點是由一個CAD工具及其代理——CADAgent組成的。CAD工具是一個工具軟件包，用于幫助設(shè)計人員根據(jù)用戶要求進(jìn)行產(chǎn)品設(shè)計；而CADAgent則負(fù)責(zé)網(wǎng)絡(luò)注冊、取消注冊、數(shù)據(jù)庫管理、與其它結(jié)點的交互、決定是否接受設(shè)計任務(wù)和向任務(wù)發(fā)放者提交任務(wù)等事務(wù)。

(4)生產(chǎn)者　
生產(chǎn)者包括一臺加工中心和它的Agent——機(jī)床Agent。該加工中心配置有我們在華中Ⅰ型數(shù)控系統(tǒng)的基礎(chǔ)上開發(fā)的智能自適應(yīng)數(shù)控系統(tǒng)［8］、刀具狀況監(jiān)控模塊以及自診斷和自修復(fù)模塊，可以提高加工效率、降低成本、保障設(shè)備運(yùn)行的可靠性和安全性。此外，還具有與外部環(huán)境進(jìn)行交互的能力。其主要任務(wù)是，①利用串口或網(wǎng)絡(luò)適配器與其機(jī)床Agent進(jìn)行信息交流，包括從機(jī)床Agent接受控制命令、數(shù)據(jù)和相關(guān)文檔，將有關(guān)機(jī)床的運(yùn)行狀態(tài)和結(jié)果傳送給機(jī)床Agent；②根據(jù)從機(jī)床Agent接受的控制命令、數(shù)據(jù)和相關(guān)文檔完成加工任務(wù)。機(jī)床Agent的主要功能如下：①與網(wǎng)絡(luò)上其它結(jié)點的Agent進(jìn)行交互，包括談判、協(xié)商和信息與數(shù)據(jù)交流等；②進(jìn)行推理并作出決策以決定是否接受子任務(wù)，如不接受，則尋求其它能接受該子任務(wù)的結(jié)點，并進(jìn)行任務(wù)遷移；如接受，則對該子任務(wù)進(jìn)行規(guī)劃以確定其行為活動；③利用串口或網(wǎng)絡(luò)適配器與其加工中心進(jìn)行信息交流，即將控制命令、數(shù)據(jù)和相關(guān)文檔傳送給加工中心，并接受加工中心傳送來的有關(guān)機(jī)床運(yùn)行狀態(tài)和結(jié)果的信息；④對機(jī)床Agent自身和加工中心的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)控。

4.2　系統(tǒng)運(yùn)作

該系統(tǒng)中的每個結(jié)點必須通過網(wǎng)絡(luò)注冊，才能成為該原型系統(tǒng)的正式成員以獲得相應(yīng)的權(quán)限，才能與系統(tǒng)中的其它結(jié)點進(jìn)行協(xié)作，共同完成系統(tǒng)任務(wù)。整個原型系統(tǒng)的運(yùn)作過程。

(1)任一網(wǎng)絡(luò)用戶都可以通過訪問該原型系統(tǒng)的主頁獲得該系統(tǒng)的相關(guān)信息（包括系統(tǒng)特征、能力和所承諾的服務(wù)等），系統(tǒng)主頁是由Web服務(wù)器在Internet上發(fā)布的。此外，用戶還可通過填寫和提交系統(tǒng)主頁所提供的用戶定單登記表，向該系統(tǒng)發(fā)出定單。

(2)如果接到并接受網(wǎng)絡(luò)用戶的定單，系統(tǒng)Agent就將其存入全局?jǐn)?shù)據(jù)庫，任務(wù)規(guī)劃結(jié)點可以從全局?jǐn)?shù)據(jù)庫

來源：CADCAM