徐 伟， 吴少雄

（福建工程学院 交通运输系，福建 福州 350108）

0 引 言

系统在传统意义上被认为应在其寿命期内对其自身结构和功能实现有效保持。但在发生故障、改变目标或者环境发生变化时，可能需要外部干预才能得以继续工作。

在可重构制造系统中，故障、目标改变等可作为系统组织元素，通过动态修改使其减少或避免对系统的影响［1－2］。通过这种方式可扩展系统的应用领域。如可以在电子、通信、控制及制造领域中得到广泛的应用，因为即使他们的目标不同、应用程序不同，但概念共同［3］。

实现的方式是在可重构制造系统中形成一个电子系统控制器，可以把它称之为重构控制器，这个电子基础设施可以依次被重构。类似的设计方法在制造和电子产品领域中也广泛存在。哪方面的设计可能是重置配置，比较常见的模式是益于处理具有两个相同重构概念的两种系统［4－5］。因此，文中将重点研究制造系统的可重构。

1 可重构系统

1.1 定义

一个配置对应复杂系统组件的方式是参数化和链接在一起。这个配置同时响应外部需求（用户要求、质量、环境）和内部需求（生产力）。可重构系统有能力按其运行需求去从一个配置转换到另一配置。这种改进可由不同的原因引起，如系统目标改变、性能缺失、部分故障等。这些系统应用于不同的领域，如制造业、控制、电子、通信或信息学，通常它们都有相同的规则［6－8］。

1.2 重组目标

可重构系统的一个目标是安全快速响应［9］，这种响应就使其有了从一个失败控制过程恢复的空间。

另一个目标是支持系统需求，这些需求可以是外部（用户请求、质量、环境变化）或内部（生产力、消费）［10－11］。

重新配置也可以用来优化系统功能，当部分功能不能同时使用时，可以通过重新配置实现。

1.3 重组过程

可重构系统的一个特征是从一个配置转换为另一个配置的方式。实际上，这个过程就是重构过程。这个过程主要通过重组控制器来完成，可分为两个阶段：目标状态确定和相应的应用程序确定［12－13］。

首先，确定哪些配置满足系统要求是第一步。这些配置可以离线或者在线，选择一个新的配置替换当前的。新配置的选择要依据重构标准，因为它会从各方面影响重构质量，如时间、能量消耗、不合格品率等。

然后，系统进入新的配置。通过一定的中间配置可以在系统工作时完成重构，并使系统按照新的模式进行产品生产，也可以关闭系统并清空系统后完成重构。对制造系统而言，有相关的工作流程程序负责重置过程中的机器协调。工作流程程序能够确保整个系统的安全性和一致性。

2 可重构制造系统新模型的建立

下面从组织形式、架构等方面来讨论可重构制造系统新模型的形式［14－15］。

2.1 组织形式

模型应在某一级别粒度上表示产品和其各组件之间的关系。该模型并不涉及功能使用方面的细节问题。

模型的组织形式如图1所示。

图1 模型的组织形式

图中，一个可重构系统可能根据两个轴被拆分，水平轴使系统的架构与其配置分离。这个体系结构包括组成系统的所有组件（功能、资源）及其链接配置。这些组件将通过下面提出的配置组件化和相互联系。

垂直轴分离逻辑结构（逻辑子系统）和物理结构（物理子系统）。逻辑子系统包括系统的功能和它们的逻辑操作序列。物理子系统包含组成的资源以及资源的运输，提供了结构执行的逻辑子系统。逻辑和物理子系统可以被配置。

2.2 逻辑、物理方面的架构

基于MOF类图的架构形式如图2所示。

图2 基于MOF类图的架构形式

逻辑架构由功能构成，可以在系统上执行。这些功能放在一起形成功能序列，然后，这些功能序列构成产品功能。

物理架构包含系统的物理组件。这些组件可以分为固定组件和移动组件，固定组件是执行固定操作的，运输组件一般通过端口负责把产品或零部件从一固定组件传输到另一个固定组件。端口一般为固定组件的接口，可以将产品分解或合成。两个组件之间的运输可以通过实体命名连接来描述。一个运输组件有能力实现连接。为了实现连接，它必须将一个产品从连接源的端口运送到目的端口。

逻辑架构可以通过潜在功能映射到物理架构，从而实现一个组件对应一个功能。

2.3 架构的配置

如前所述，可重构制造系统的架构分解为逻辑架构和物理架构。同理，配置也可分解为逻辑配置和物理配置两个方面，基于MOF类图的配置形式如图3所示。

图3 基于MOF类图的配置形式

逻辑配置是功能实例构成。而功能可以被定义为行为，其在产品上可以通过一个功能实例实现。这些可以通过操作一个组件来实现。物理配置由逻辑架构和连接器构成。首先，连接器可以被认为是连接实例。连接器表明了传输组件、固定组件以及连接的关系。其中，传输组件主要负责产品从起始地向目的地的运输，固定组件负责产品运作（这些组件可以被视为控制器），连接是指利用传输组件进行产品传输。

物理配置和逻辑配置之间的对应关系可以通过操作实现。有两种类型的操作，转移操作链接一个功能实例和一个连接器。固定操作可以实现一个潜在操作与一个功能实例的连接。在逻辑架构中，众多的操作在一起可以形成一个操作序列。

3 结 语

在研究可重构系统的基础上，以制造系统为例进行了可重构制造系统新模型的建立。在模型建立过程中，从组织形式、架构和配置等方面进行了探讨，并最终从这些方面给出了新模型形式。该项研究对于制造企业系统重构具有一定的指导意义。

关于文中所提出的可重构制造系统模型还在进一步的持续研究和应用中，它的进一步研究应用表现为架构和配置可以分解，使系统可以实现局部重构，而重构结构并不会对其它部分产生影响，该种模型形式的表达正在研究过程中。

［1］Toguyeni A K A，Berruet P，Craye E.Models and algorithms for failure diagnosis and recovery in FMSs［C］／／Int.J.of Flexible Manufacturing Systems，2003，15（1）：57－85.

［2］Forst T，Schmelzer S F.Requirements for dynamic production structures in a turbulent environmentdynamic production and organization structures［C］／／Okino N，Tamura H，Fujii S.Advances in production management systems.IFIP，1996：23－26.

［3］Busby J S，Fan I S.The extended manufacturing enterprise：its nature and its needs［J］.International Journal of Technology Management，1993，8（3）：294－308.

［4］Belabbas A，Berruet P.FMS reconfiguration based on petrinets models［C］／／IEEE Int.Conference on System Man and Cybernetics SMC，2004.

［5］Sihn W.Paradigm shift in the corporation：the fractal company［C］／／Okino N，TamuraH，Fujii S.Advances in production management systems.IFIP，1996：305－308.

［6］Mill F，Sherlock F.Biological analogies in manufacturing［C］／／Proceedings of the first international workshop on intelligent manufacturing sys－tems.Lausanne，Switzerland，1998：294－301.

［7］Fujii N，Varrio J，Ueda K.Potential field based simulation of self－organization in biological manufacturing systems［C］／／Proceedings of interna－tional conference on manufacturing system design.97.Magdeburg，Germany：International Conference on Manufacturing System Designc97，1997：185－192.

［8］王成恩.可重构制造模式及系统理论［C］／／863计划自动化领域发展战略研讨会文集.863计划自动化领域发展战略研讨会，1999.

［9］Doll W J.The evolution of manufacturing systems：towards the post－industrial enterprise［J］.OMEGA Int.J.of Mgmt Sci.，1991，19（15）：401－411.

［10］Tomiyama T.A manufacturing paradigm toward the 21st century［J］.Integrated Computer－Aided Engineering，1997，4（1）：159－178.

［11］Tseng M M.Mass customization－opportunities and challenges for high value added products and services［C］／／Proceedings of 4th international conference on computer integrated manufacturing.Singapore：The 4th International Conference on Computer Integrated Manufacturing，1997.

［12］Schierholt K.Knowledge management aspects in process configuration for multiple－variant products［C］／／Proceedings of the first international workshop on intelligent manufacturing systems.Switzerland：Lausanne，1998.

［13］Rosen R W，Beras B，Hassenzahl S L，et al.Towards computer－aided configuration design for the life cycle［J］.Journal of Intelligent Manu－facturing，1996，7（2）：145－160.

［14］王成恩.制造系统的可构成性［J］.计算机集成制造系统，2000（4）：21－25.

［15］郭志平.可重构制造系统的体系结构［J］.内蒙古工业大学学报，2001（2）：116－120.