云环境下离散制造业MES下料优化系统分析与设计

大批量生产的混合型制造企业提供良好的企业信 势，可以为 ＭＥＳ提供 很 好 的 技 术 支 持 环 境，从 而
息管理 。 ［２］
满足离散制造业 需 求 多 样 化、技 术 自 动 化 的 发 展
收 稿 日 期 ：２０１２－０６－０８；修 回 日 期 ：２０１２－０７－１１
基 金 项 目 ：国 家 自 然 科 学 基 金 资 助 项 目 （７１０７１０４５；７０８０１０２４）
目前，对于云 计 算 的 研 究 集 中 于 私 有 云 架 构 的构建。离散制造企业传统的模式是众多下料部 门都拥有自己的 下 料 方 案 形 成 的 计 算 中 心，中 心
备 有 众 多 硬 件 设 备 ，并 且 需 要 大 量 人 员 进 行 维 护 ， 造成企业资源的浪费和信息服务的流失。构建私 有云环境下离散型制造业下料优化系统体系结构 整合了分 散 的 ＩＴ 基 础 信 息 服 务 资 源，有 效 减 少 资源的浪费。最重要的是借助云计算这种先进的 计算模式提高下料优化方案形成的计算速度。传 统的硬件服务计算能力由数据中心可用计算机数 量 决 定 ，云 计 算 具 有 可 扩 展 性 ，它 可 以 整 合 企 业 全 部硬件设备来完 成 其 相 应 计 算，也 可 以 根 据 任 务 紧急程度调度部分硬件资源参与下料方案的 形成。
本、提高产品 质 量 和 服 务 质 量。 制 造 执 行 系 统 适 技术创 新。 私 有 云 是 云 计 算 存 储 模 式 中 的 一
用于钢铁、家电、半导体、医药等不同行业，能够为 种［５］，主要为企业单独提供数据存储和业务 访 问。
单一的大批量生产和既有多品种小批量生产又有 云计算作为２１世纪ＩＴ 应用和计算模式的发展趋
作 者 简 介 ：高 飞 （１９８６－ ），女 ，河 北 沧 州 人 ，合 肥 工 业 大 学 硕 士 生 ．
第１期
高 飞，等：云环境下离散制造业 ＭＥＳ下料优化系统分析与设计
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趋势。 基于 上 述 分 析，本 文 结 合，利 用 私 有 云 通 过 最 佳 策 略 动态地分配网络 和 存 储 的 优 势，增 强 企 业 内 部 数 据 信 息 整 合 、存 储 能 力 ，为 企 业 信 息 管 理 提 供 超 大 容量存储空间 。 ［６］ 围绕系统资源的分布式虚 拟 化 计 算 ，研 究 可 扩 展 的 模 型 方 法 库 ，为 下 料 过 程 优 化 和合理决策提供 了 重 要 支 撑；拓 宽 产 品 的 适 用 范 围，对多型材变截 面 一 维 下 料 和 板 材 二 维 下 料 优 化设计等关键问题进行深入研究。
图 １ 系 统 功 能 结 构
２．１ 功 能 体 系 设 计 （１）数 据 维 护 模 块。 进 行 下 料 优 化 之 前，要
做一些相关的数 据 准 备 工 作，本 功 能 模 块 就 是 针 对下料的准备工 作 而 设 置 的，包 括 数 据 管 理 和 下 料参数设置２个基本功能。
数据管理包括：① 云知识库管理。充分 利 用 云存储的高效性和 动 态 性，把 下 料 方 案 （配 切 表） 与对应的生产产品的信息以案例的形式实时地存
１ ＭＥＳ 下 料 优 化 业 务 介 绍
下料配切是基 础 零 部 件 生 产 的 首 要 环 节，是 广泛存在于制造 型 企 业 中 的 重 要 工 序，对 于 离 散 制造型企业成本消耗的控制至关重要。如何通过 改进工艺水平，降 低 原 材 料 消 耗 是 每 个 制 造 型 企 业关注的焦点。目前离散制造业企业生产环节主 要存在以下问题：
（１．Ｓｃｈｏｏｌ ｏｆ Ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ，Ｈｅｆｅｉ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｈｅｆｅｉ ２３０００９，Ｃｈｉｎａ；２．Ｋｅｙ Ｌａｂｏｒａｔｏｒｙ ｏｆ Ｐｒｏｃｅｓｓ Ｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎ ａｎｄ Ｉｎｔｅｌｌｉ－ ｇｅｎｔ Ｄｅｃｉｓｉｏｎ Ｍａｋｉｎｇ ｏｆ Ｍｉｎｉｓｔｒｙ ｏｆ Ｅｄｕｃａｔｉｏｎ，Ｈｅｆｅｉ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｈｅｆｅｉ ２３０００９，Ｃｈｉｎａ）
Ａｎａｌｙｓｉｓ ａｎｄ ｄｅｓｉｇｎ ｏｆ ｃｕｔｔｉｎｇ ｓｔｏｃｋ ｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎ ｓｙｓｔｅｍ ｏｆ ＭＥＳ ｉｎ ｄｉｓｃｒｅｔｅ ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇ ｅｎｔｅｒｐｒｉｓｅ ｂａｓｅｄ ｏｎ ｃｌｏｕｄ ｃｏｍｐｕｔｉｎｇ
ＧＡＯ Ｆｅｉ １，２， ＳＨＡＯ Ｚｈｅｎ１，２， ＷＡＮＧ Ｘｉａｏ－ｊｉａ１，２
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｃｕｔｔｉｎｇ ｓｔｏｃｋ ｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎ ｉｓ ｃｏｍｂｉｎｅｄ ｗｉｔｈ ｐｒｉｖａｔｅ ｃｌｏｕｄ ｍｏｄｅ ｏｆ ｅｎｔｅｒｐｒｉｓｅ，ａｎｄ ｔｈｅ ｃｌｏｕｄ ｄａｔａ ｃｅｎｔｅｒ ｉｓ ｅｓｔａｂｌｉｓｈｅｄ ｆｏｒ ｔｈｅ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｏｆ ｔｈｅ ｂｏｔｔｏｍ ｒｅｓｏｕｒｃｅｓ ｏｆ ｅｎｔｅｒｐｒｉｓｅ．Ｔｈｅ ｋｅｙ ｓｙｓｔｅｍ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ ｆｏｒ ｔｈｅ ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄ ｖｉｒｔｕａｌｉｚａｔｉｏｎ ｏｆ ｒｅｓｏｕｒｃｅｓ ａｎｄ ｔｈｅ ｅｘｐａｎｄａｂｉｌｉｔｙ ｏｆ ｍｏｄｅｌ ｌｉｂｒａｒｙ ａｒｅ ｉｎｎｏｖａｔｅｄ．Ｔｈｅ ａｒｃｈｉｔｅｃｔｕｒｅ ａｎｄ ｆｕｎｃｔｉｏｎ ｏｆ ｃｕｔｔｉｎｇ ｓｔｏｃｋ ｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎ ｓｙｓｔｅｍ ｕｎｄｅｒ ｃｌｏｕｄ ｃｏｍｐｕｔｉｎｇ ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ ａｒｅ ｄｅｆｉｎｅｄ，ａｎｄ ｔｈｅ ｋｅｙ ｐｒｏｂｌｅｍｓ ｉｎ ｉｔｓ ｒｅａｌｉｚａｔｉｏｎ ｐｒｏｃｅｓｓ ａｒｅ ｄｉｓｃｕｓｓｅｄ．Ｉｔ ｉｓ ｏｆ ｓｉｇｎｉｆｉ－ ｃａｎｃｅ ｔｏ ｏｐｔｉｍｉｚｉｎｇ ｔｈｅ ｃｕｔｔｉｎｇ ｓｔｏｃｋ ｐｒｏｃｅｓｓ ａｎｄ ｍａｋｉｎｇ ｐｒｏｐｅｒ ｄｅｃｉｓｉｏｎｓ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｃｌｏｕｄ ｃｏｍｐｕｔｉｎｇ；ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇ ｅｘｅｃｕｔｉｏｎ ｓｙｓｔｅｍ（ＭＥＳ）；ｃｕｔｔｉｎｇ ｓｔｏｃｋ ｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎ；ｓｙｓ－ ｔｅｍ ｄｅｓｉｇｎ
２ ＭＥＳ 下 料 优 化 需 求 分 析 与 设 计
通过对大型离散制造业企业下料优化现状进 行 深 入 调 研 发 现 ，为 了 增 强 所 开 发 系 统 的 适 应 性 ， 离散型制造业企 业 ＭＥＳ 下 料 优 化 模 块 主 要 有 提 高 下 料 优 化 效 率 、适 应 集 中 下 料 模 式 、注 重 客 户 个 性 需 求 、统 筹 原 料／余 料 下 料 、速 成 下 料 优 化 方 案 、 集成 其 他 信 息 系 统 这 ６ 个 需 求。为 满 足 以 上 需 求 ，下 料 优 化 模 块 可 从 功 能 上 划 分 为 数 据 维 护 、订 单 管 理 、下 料 优 化 、配 尺 表 管 理 和 用 料 管 理 ５ 个 子 模块。每个功能 模 块 实 现 一 组 相 关 功 能，各 功 能 模块内部以及模 块 之 间 的 数 据 存 储、交 互 和 处 理 通过云计算中心实现。系统的主体功能模块构成 如图１所示。
０ 引 言
目前，全 球 各 大 ＩＴ 巨 头 正 以 前 所 未 有 的 规 模投入到云计算 技 术 及 其 产 品 的 普 及 中，云 计 算
制 造 执 行 系 统 （Ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇ Ｅｘｅｃｕｔｉｏｎ Ｓｙｓｔｅｍ，简称 ＭＥＳ）是近１０ａ来 在 国 际 上 迅 速 发
作为一种商业计 算 模 型 和 服 务 模 式，它 将 任 务 分 布于由大量计算机 构 成 的ＩＴ 资 源 池，形 成 “云”，
展、面 向 车 间 层 的 生 产 管 理 技 术 与 实 时 信 息 系 使得各种应用系统能够根据需要直接从云端获取
统 。 ［１］ ＭＥＳ可以为用户提供一个快速反应、有弹
计算能力、存储空间和各种应用服务 。 ［３－４］ 通 过 云
性、精 细 化 的 制 造 业 环 境，帮 助 企 业 有 效 降 低 成 端动态资源的调用，有利于提高效率、降低成本和
（１）在 下 料 方 案 处 理 上，对 于 多 品 种、小 批 量 、混 合 型 生 产 的 制 造 过 程 ，产 品 质 量 和 生 产 成 本 的控制难度都很 大，每 次 几 十 种 甚 至 上 百 种 产 品 的下料方案如果 完 全 靠 人 工 计 算，方 案 的 优 化 程 度 较 低 ；部 分 企 业 从 国 外 引 进 相 应 软 件 ，但 因 系 统 的优化算法等与 公 司 实 际 不 甚 相 符，不 能 达 到 预 期 效 果 ；部 分 企 业 委 托 科 研 机 构 研 发 相 应 系 统 ，针 对性 较 强，但 适 用 性 不 够 广 泛，体 系 结 构 不 甚 明 朗 ，运 行 效 率 有 待 进 一 步 提 高 。
云环境下离散制造业 ＭＥＳ下料优化系统分析与设计
高 飞１，２， 邵 臻１，２， 王 晓 佳１，２
（１．合肥工业大学 管理学院，安徽 合肥 ２３０００９；２．合肥工业大学 过程优化与智能决策教育部重点实验室 ，安徽 合肥 ２３０００９）
摘 要 ：文 章 将 下 料 优 化 的 执 行 与 企 业 私 有 云 相 结 合 ，通 过 构 建 云 数 据 中 心 模 式 为 企 业 底 层 资 源 提 供 应 用 ，对 资源的分布式虚拟化计算、模型方法库的可扩展性等系统 关 键 技 术 进 行 创 新 ；定 义 了 云 环 境 下 的 下 料 优 化 系 统 的 功 能 体 系 和 系 统 架 构 ，讨 论 了 其 实 现 过 程 中 的 关 键 问 题 ，为 下 料 过 程 优 化 和 合 理 决 策 提 供 了 重 要 支 撑 。 关 键 词 ：云 计 算 ；制 造 执 行 系 统 ；下 料 优 化 ；系 统 设 计 中图分类号：ＴＰ１１ 文献标志码：Ａ 文章编号：１００３－５０６０（２０１３）０１－０１０４－０５
第３６卷 第１期 ２０１３ 年 １ 月
合 肥 工 业 大 学 学 报 （自 然 科 学 版 ）