引言
集成是由部分構(gòu)成整體、由單元構(gòu)成系統(tǒng)的主要途徑，集成就是通過接口實(shí)現(xiàn)不同功能系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)交換和功能互連，集成意味著將分散的異構(gòu)部件聯(lián)合在一起形成一個(gè)協(xié)同的整體，從而實(shí)現(xiàn)更強(qiáng)的功能，完成各個(gè)部分不能獨(dú)自完成的任務(wù)。企業(yè)集成是指通過連接所有必須的系統(tǒng)和異構(gòu)功能實(shí)體來方便跨越組織界限的信息流、控制流和物料流的傳遞，改進(jìn)企業(yè)內(nèi)的通信、合作與協(xié)調(diào)，從而將企業(yè)組成一個(gè)協(xié)調(diào)的整體，達(dá)到提高生產(chǎn)率、柔性和管理水平的目的。
企業(yè)集成系統(tǒng)是在企業(yè)單元技術(shù)和系統(tǒng)得到廣泛應(yīng)用的基礎(chǔ)上，通過集成形成的支持企業(yè)生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)的集成化系統(tǒng)。相對(duì)于單元技術(shù)系統(tǒng)，集成系統(tǒng)具有覆蓋范圍廣、功能多、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜等特點(diǎn)。
制造業(yè)的企業(yè)集成是一個(gè)系統(tǒng)的將現(xiàn)場(chǎng)以及管理層和企業(yè)層的人力和機(jī)器作為一個(gè)整體組織成協(xié)同型企業(yè)集成系統(tǒng)的典范。可以利用業(yè)務(wù)流程軟件和制造執(zhí)行系統(tǒng)(MES)來滿足全自動(dòng)化的計(jì)算機(jī)集成要求。目前主要問題依然是在關(guān)于企業(yè)層和制造車間層之間的界面，需要根據(jù)產(chǎn)品的生命周期、生產(chǎn)工藝和企業(yè)內(nèi)外的人力推動(dòng)閉環(huán)內(nèi)的管理和經(jīng)營(yíng)決策，從而調(diào)整生產(chǎn)進(jìn)度。目前網(wǎng)絡(luò)化企業(yè)的實(shí)現(xiàn)由于缺乏企業(yè)系統(tǒng)之間的互操作性遇到了暫時(shí)困難。該領(lǐng)域中研究的目的是為技術(shù)突破創(chuàng)造上游條件從而避免企業(yè)投資被信息技術(shù)(IT)要約的遞增變化所牽制，而前景取決于可以在公司、人員和團(tuán)體之間創(chuàng)建的為生成共享知識(shí)和財(cái)富的協(xié)同網(wǎng)絡(luò)。創(chuàng)建成功的協(xié)同網(wǎng)絡(luò)需要許多重要的基礎(chǔ)條件，如通用參考模型、有效的協(xié)同機(jī)制和方法、基于開放式架構(gòu)的配套基礎(chǔ)設(shè)施、再現(xiàn)成功案例的設(shè)計(jì)的工程方法學(xué)以及規(guī)范化的市場(chǎng)技術(shù)和工具。
業(yè)務(wù)模型和制造模型的無縫集成需要企業(yè)工程模型和工具來全面描述一個(gè)集成制造系統(tǒng)的信息化方面。然而，時(shí)至今日，雖然在企業(yè)建模和集成領(lǐng)域已經(jīng)存在一些高級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，但是它們卻還未被廣泛認(rèn)可，也未用于行業(yè)中。
1制造業(yè)對(duì)企業(yè)集成系統(tǒng)解決方案的需求
1．1 企業(yè)集成和互操作性研究面臨的挑戰(zhàn)
企業(yè)集成是從20世紀(jì)90年代起開發(fā)出來的研究領(lǐng)域，是對(duì)計(jì)算機(jī)集成制造(CIM)的拓展。企業(yè)集成研究主要包括兩個(gè)不同的研究對(duì)象：企業(yè)建模和信息技術(shù)。企業(yè)集成是企業(yè)工程的主要組成部分，涉及用于分析、設(shè)計(jì)和連續(xù)將企業(yè)保持在整合狀態(tài)的成套方法、模型和工具，這一點(diǎn)值得注意。在當(dāng)前的工業(yè)和經(jīng)濟(jì)環(huán)境下，企業(yè)系統(tǒng)需要經(jīng)常重構(gòu)以便適應(yīng)變化的市場(chǎng)需求和技術(shù)進(jìn)展。被視為企業(yè)系統(tǒng)工程基礎(chǔ)的企業(yè)架構(gòu)，已作為幫助股東管理系統(tǒng)工程和變化的一種工具而出現(xiàn)了。它不僅僅是IT問題，更重要的是對(duì)戰(zhàn)略決策和組織方面的挑戰(zhàn)。
表1 關(guān)于企業(yè)集成和互操作性研究面臨的挑戰(zhàn)
一個(gè)集成系統(tǒng)系列必須且必然可以相互操作，但是互操作性系統(tǒng)不一定為集成形式。集成處理組織問題時(shí)可能以一種不太正式的形式(由于涉及到人)，這使集成更難解決一些，而互操作性則更側(cè)重于技術(shù)問題。兼容性比互操作性更簡(jiǎn)單一些。兼容性意味著系統(tǒng)／單元不干涉彼此的運(yùn)行，但是不具有交換服務(wù)的能力。互操作性系統(tǒng)一定是可以兼容的，但是反之則不一定。為了通過魯棒性信息交換實(shí)現(xiàn)人際網(wǎng)絡(luò)，所有人都必須跳出兼容性范圍。總之，互操作性處于兼容性和完全集成之間。一定要從本質(zhì)上區(qū)分兼容性、互操作性和集成的概念，否則可能會(huì)引起混淆。當(dāng)兼容性明顯為最低要求時(shí)，在一套系統(tǒng)或單元內(nèi)預(yù)期的互操作性和集成的程度將由那些系統(tǒng)的底層功能水平所決定。
根據(jù)制造業(yè)自動(dòng)化系統(tǒng)對(duì)企業(yè)集成和互操作性的需求，筆者分析了與將來的研究工作有關(guān)的趨勢(shì)和問題。這些嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)根據(jù)表1的分類可以概括劃分如下：挑戰(zhàn)之1：協(xié)同網(wǎng)絡(luò)的組織；挑戰(zhàn)之2：企業(yè)建模和參考模型：挑戰(zhàn)之3：企業(yè)與流程模型的互操作性；挑戰(zhàn)之4：企業(yè)模型的校核、驗(yàn)證和確認(rèn)；挑戰(zhàn)之5：模型重用與模型庫(kù)。
1．2對(duì)制造業(yè)系統(tǒng)環(huán)境中的企業(yè)架構(gòu)選擇
企業(yè)應(yīng)用系統(tǒng)互操作性的問題可以根據(jù)不同的觀點(diǎn)和看法來定義。這些方面對(duì)應(yīng)于建模框架和企業(yè)架構(gòu)，根據(jù)線性尺度的演化觀點(diǎn)來看，如果某個(gè)應(yīng)用系統(tǒng)與其它系統(tǒng)之間的互操作程度越高，它與高級(jí)抽象模型及其語義之間的關(guān)聯(lián)就會(huì)越強(qiáng)。因此互操作性發(fā)展過程在文獻(xiàn)資料中常被歸類為所謂的“互操作性等級(jí)”(見表2)。
一個(gè)廣為認(rèn)可的信息系統(tǒng)互操作性模型是LISI模型(信息系統(tǒng)互操作性等級(jí)模型)。LISI主要根據(jù)系統(tǒng)互操作性的復(fù)雜程度進(jìn)行分類(包括：隔離系統(tǒng)、對(duì)等網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下的連接級(jí)互操作性、分布式環(huán)境下的功能互操作性、集成環(huán)境下的領(lǐng)域級(jí)互操作性、通用環(huán)境下的企業(yè)級(jí)互操作性)。LISI關(guān)注系統(tǒng)之間的技術(shù)互操作性和互操作的復(fù)雜性。該模型不涉及與互操作性系統(tǒng)的建造和維護(hù)有關(guān)的環(huán)境和組織問題。于是人們承認(rèn)這一局限性并提出了OIM模型(組織互操作性成熟度模型)，將LISI模型擴(kuò)展到更為抽象的命令和控制支持層(包括：獨(dú)立級(jí)、自組織級(jí)、協(xié)作級(jí)、集成級(jí)、統(tǒng)一級(jí))。除組織互操作性外，交換流的內(nèi)容類型也是一個(gè)有待解決的問題。為解決該問題，NATO C3面向互操作性的技術(shù)體系結(jié)構(gòu)參考模型(NC3TA)主要論及技術(shù)互操作性并確定了互操作性等級(jí)與子級(jí)(包括：非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)交換、結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)交換、數(shù)據(jù)無縫共享和信息無縫共享)。這些等級(jí)劃分將用于數(shù)據(jù)的交換和解釋通過結(jié)構(gòu)化和自動(dòng)化來提高操作有效性的方法中。
此外在概念領(lǐng)域，文獻(xiàn)4推出了LCIM模型(概念互操作性等級(jí)模型)，可以對(duì)技術(shù)模型如LISI范圍外的概念互操作性等級(jí)進(jìn)行評(píng)估。系統(tǒng)互操作性不僅僅是技術(shù)問題(如LISl或LCIM所述)，同時(shí)也是組織機(jī)構(gòu)問題(如OIM)。互操作性的這些方面與歐洲互操作性框架“，中所述的定義相符，在歐洲互操作性框架(EIF)中討論了互操作性的3個(gè)方面(即組織、語義和技術(shù))。
表2成熟度模型
選擇一個(gè)適當(dāng)?shù)目蚣苁峭七M(jìn)互操作性工程的必要條件，因?yàn)樗鼈兇碇ゲ僮飨到y(tǒng)工程領(lǐng)域的最佳策略。例如，在信息系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法方面，為了解決這一問題，人們提出了一個(gè)關(guān)鍵問題框架，從而能夠有效的聯(lián)系用戶并改進(jìn)集成企業(yè)的模型設(shè)計(jì)。這項(xiàng)開發(fā)是基于企業(yè)建模領(lǐng)域和信息系統(tǒng)設(shè)計(jì)領(lǐng)域中與企業(yè)集成相關(guān)的工作的交叉分析結(jié)果。
企業(yè)集成系統(tǒng)的最終目標(biāo)是實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)集成以便支持企業(yè)內(nèi)部和／或企業(yè)間的經(jīng)營(yíng)。但是為便于通信和信息交換，業(yè)務(wù)集成需要物理集成和應(yīng)用集成的支持。目前許多企業(yè)已實(shí)現(xiàn)了物理集成，許多公司也己著手實(shí)施應(yīng)用集成。對(duì)于業(yè)務(wù)集成來說，雖然自20世紀(jì)80年代起已進(jìn)行了開發(fā)，但至今仍未達(dá)到一個(gè)令人滿意的水平。
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本文標(biāo)題：制造業(yè)自動(dòng)化的企業(yè)集成系統(tǒng)研究展望（上）
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