集成控制模型（精选九篇）
集成控制模型（精选九篇）
集成控制模型 篇1
自90年代以来,企业间的竞争越来越激烈,其竞争形式也发生了巨大的变化,企业快速响应市场的能力已成为企业能否赢得市场竞争的最重要的核心能力。与此同时,信息技术飞速发展并迅速成为支撑企业运行最重要的基础架构[1]。企业信息化的实施极大的提高了企业的运行效率与核心竞争力,但同时也带来了一些问题,其中最重要的一个就是信息安全问题。国际标准组织(ISO)在ISO7498-2中提出了五种信息保护的方式,访问控制就是其中之一。
访问控制在人类有了需要保护的财产时便存在了,如门锁、保险箱、门卫等都可视为广义的访问控制。在信息安全领域,访问控制所关注的问题是信息系统的用户何时以何种方式对信息资源进行操作的问题[2]。几乎所有的企业应用系统都会应用访问控制机制,良好的访问控制策略可以优化信息的共享与交互,否则将会增加管理与实施成本。随着信息技术的发展,传统的访问控制技术如自主访问控制(DAC,Discretionary Access Control)和强访问控制(MAC,Mandatory Access Control)已经不能满足企业环境下访问控制需求[3]。90年代中期出现了基于角色的访问控制模型(RBAC,RoleBased Access Control),RBAC引入了角色的概念,简化了权限管理的复杂性并提高了授权效率[4]。随着工作流技术在企业中的广泛应用,源自最小权限规则的动态授权问题成为研究的热点,传统的RBAC无法解决动态授权问题,于是产生了包括TBAC在内的各种工作流授权模型[5]。
RBAC和TBAC及其各种扩展模型在很大程度上解决了现代企业中的访问控制问题,但是这些模型大多将企业的组织架构用简单的角色及其继承关系来描述,这并不能适应企业日益复杂的组织架构的实际情况。企业模型作为对企业的形式化描述,通过各个视图及其关联对企业进行描述,其组织视图可以良好的描述企业的组织架构,其过程视图是工作流运行系统的元模型,而其资源、信息等视图可以描述企业内需要访问控制的客体[1]。将企业建模理论融合到访问控制领域是一个全新的课题,本文将在此背景下提出了一种新的访问控制模型:基于集成化企业模型的访问控制(IEM-BAC,Integrated Enterprise Model-Based Access Control)。
本文的组织形式如下,第一部分是引言,主要介绍IEM-BAC的产生背景。第二部分详细分析了现代企业环境下对访问控制的需求。第三部分简要介绍集成化企业建模理论。第四部分介绍RBAC和TBAC理论。第五部分给出IEM-BAC模型及其形式化描述。第六部分将IEM-BAC运用到集成化企业建模平台之中。第七部分对前面内容进行总结。
1 现代企业环境下的访问控制需求
现代企业环境下,各种异构的信息系统由于其自身特性对访问控制提出了不同的需求。如文档管理系统需要使用RBAC来进行授权,但同时也需要根据用户和文档的密级属性来进行访问控制;工作流管理系统需要根据任务实例的执行状态动态的控制用户权限[5];CRM系统需要根据传统的RBAC控制用户权限。虽然这些异构的系统访问控制的方式有所不同,但是我们可以将其分为两大类:静态访问控制和动态访问控制。
静态控制:和流程的运行无关的访问控制都属于静态控制,对于静态权限的控制我们可以使用RBAC模型[4],有分配权限的主体将客体的权限分配给其余主体。在企业中,文档一般按照密级划分,只有主体密级高于文档密级的才能进行访问,因此我们需要将RBAC进行适当的扩展,嵌入基于属性的访问控制。
动态控制:和流程运行历史及状态相关的访问控制为动态控制。这部分权限与其关联的任务的执行状态以及时间有关,和任务关联的角色或人员在任务的不同状态时具有不同的权限。这部分权限我们可以参考TBAC模型[5]。工作流机根据任务的状态判断用户对其所关联的任务权限是否有效,如果有效则允许用户进行操作,否则阻止用户进行操作。
现代企业的组织形式日益发生变化,垂直的企业架构已经不能满足企业敏捷性的需求,很多企业的业务使用项目组的形式来进行运作,由此带来了企业组织模型的变化[1]。这种变化对访问控制也提出了新的需求,经典的RBAC对组织结构以角色及其继承关系进行描述,这已经不能适应现代企业的实际情况。我们需要在访问控制模型中包含企业的组织结构以完成更优化的授权。应用企业建模工具建立组织模型,然后将用户与角色的关联转变为用户与组织的关联,这种转化的可以将角色的管理和权限的分配进行解耦并增强访问控制模型对企业组织的描述能力和模型的灵活性。
2 集成化企业建模理论
集成化企业建模理论是由清华大学的范玉顺教授针对现存企业建模存在的问题提出的一种先进的建模理论[1,6]。集成化企业建模体系结构由生命周期维、视图模型维、通用性层次维组成三维立方体。
生命周期维主要研究建模过程的问题,通用层次维将企业模型按粒度抽象为不同的层次。视图模型维包括了过程视图、组织视图、资源视图、文档视图在内的多种视图,不同的视图描述企业的不同侧面,其中过程模型作为核心,将其余模型通过关联与引用联系起来。
集成化企业建模中的组织模型用来定义企业组织形式和人员模型。组织模型由组织单元、虚拟组织单元、工作组、人员、角色、职位等元素组成。组织单元之间的隶属关系构成企业的组织树,组织结构树描述了企业的静态模型。为了便于对企业进行管理,引入了虚拟组织单元,用于表示企业高层管理人员对几个下级部门的管辖权。工作组描述的则是企业中动态的组建的跨部门的人员组合,主要用于对项目进行描述。角色描述完成一种企业职能所需要的具有特定技能或职位的人员属性,而职位是面向企业行政责任的组织属性,代表企业人员在管理上的等级关系[1]。
组织模型描述了企业精确的组织架构,这种描述弥补了传统的RBAC中对企业组织模型描述能力的不足。在IEM-BAC模型中使用企业组织模型来描述访问控制模型中的组织关系,这样不仅能够增强访问控制模型对组织的描述能力,还能够将授权与角色的管理解耦。
集成化企业模型的资源、产品、信息等视图描述了企业的各种需要保护的要素,这些要素将成为访问控制的对象。
3 RBAC,TBAC
传统的DAC和MAC访问控制模型不能满足企业环境下的访问控制。1992年,David Ferraiol和Kuhn第一次提出了基于角色的访问控制模型(role based access control,RBAC)[3]。在RBAC中定义了用户、角色、权限三种主要元素,它的基本思想是:将客体权限授予角色,用户通过扮演角色而获得权限,用户和权限没有直接的关联。在企业环境下,企业中的角色以及角色的权限是比较固定的,相对而言人员的流动要更大一些。所以直接对人员进行授权是比较耗时且易于出错的,而在人员和权限之间加上角色层,这样有利于人员与权限的解耦,减少管理成本。完整的RBAC还引入了权责分离(SoD,Seperation of Duty)以及角色的继承,完整的RBAC模型如图1所示[4]。
现代企业的运行离不开业务流程,而每个业务流程又分为不同的任务并由企业员工协作完成。为了保护企业的信息安全,需要对任务关联的资源进行访问控制。
RBAC不能满足工作流环境下的动态授权问题。1994年,Sandhu和Thomas提出了基于任务的访问控制模型(taskbased access control,TBAC)[7]。TBAC扩展了传统的基于主体/客体的访问控制模型,它引入了基于任务的上下文信息对权限的影响。文中提出授权步骤的概念,每一个授权步骤和一个保护态(一组权限)相关。保护态随着任务的状态变化而改变,并且根据保护态的状态对用户进行授权。1997年,Thomas和Sandhu借鉴RBAC96的模式,提出了TBAC的模型框架。在此文章中,Thomas将TBAC分为TBAC0、TBAC1、TBAC2和TBAC3。TBAC0是框架的基础,他提供了对任务、授权步骤、不同授权步骤之间的关联建模的基础。TBAC1和TBAC2包含TBAC0并包含了更多的特性。TBAC1包含了授权的组合而TBAC2包含了约束。TBAC3包含了TBAC1和TBAC2的所有特性[5]。
4 IEM-BAC模型
本节中我们将集成化企业模型融入到访问控制中,然后建立IEM-BAC模型并给出其文字及形式化描述。IEM-BAC模型如图2所示。
4.1 IEM-BAC主体管理
1)区分用户和人员。首先企业人员不一定是信息系统的使用者,如流水线的操作员可能就不是BI系统的使用者;再者信息系统的用户也不一定是企业的人员,如咨询公司的实施人员,所以我们需要将用户和企业人员区分开来。
2)用户通过用户管理工具进行管理,人员引用集成化企业模型中的组织模型,当存在关联关系时,用户与人员是一对一关系。访问控制模型中的其余组织信息引用集成化企业模型的组织视图,包括人员、职位、角色,以及角色的继承关系。
3)对于非企业人员的用户(如实施团队),我们通过用户组对其进行授权管理。因为非企业人员用户不适合使用企业的组织模型描述。
4.2 IEM-BAC授权管理
1)静态授权。用户的静态授权通过RBAC实现,在这里我们将传统的角色细分为用户组、代理、角色、职位等,区分这些角色有利于精确的授权。授权客体引用集成化企业模型中的各个视图,其中资源视图可以描述企业的各种资源,这使得IEM-BAC具有了很强的企业资源描述能力,也大大扩展了IEM-BAC的控制范围。
2)动态授权。用户的动态授权通过TBAC实现,一个任务关联一个权限的集合和一个主体集合,系统根据任务的执行状态动态改变主体对此权限集合的状态,图3是权限集的状态图[5]。
3)代理授权。用户自授权可以通过代理的方式实现。用户可以将自己拥有的权限或自己需要承担的任务代理给其他用户。为了简化管理,不支持二次代理。代理可以通过一个五元组来描述:Del(Delegator,Delegatee,PS,TS,Status,)其中Delegator是代理的主体,Delegatee是代理的受体,PS为代理包含的权限集或任务集,TS为代理的时间跨度,Status为代理的状态。
4.3 IEM-BAC约束关系
1)静态权责分离约束[2]。SSD通过组织建模进行描述,在建立组织模型后可以指定冲突角色集CRS(Conflict Role Set),在为用户授予角色时,不能同时授予同一用户超过指定上限个角色。
2)动态权责分离约束[2]。DSD也是通过组织建摸描述的,和SSD不同的是可以为用户任意授予角色,但是用户在一次会话中不能同时激活的上限个冲突角色。
4.4 IEM-BAC形式化描述。
定义1:IEM-BAC基本术语:
分别定义用户、角色、职位、人员、任务、操作、客体、代理为Users,Groups,Roles,Positions,Employees,Tasks,Delegation,OPS,OBS,其中Roles,Positions,Employees引自组织模型。
用户代理:
Del(Delegator,Delegatee,PS,TS,Status)
权限集合[2]:PRMS⊆2OPS×OBS
用户人员集合:UE⊆Users×Employees
人员关联的用户:
⊆{⊆⊆,是空集或单元素集合。
UD⊆Users×Delegation:用户代理映射
用户作为代理者的代理集合:
delegator_del u⊆{u⊆Users ud⊆UD,
用户作为受理者的代理集合:
⊆{⊆⊆,
用户用户组映射:UG⊆Users×Groups
Group(u)⊆{u⊆Users|(u,g)⊆UG}用户所
属的用户组集合。
用户和任务映射:UT⊆Users×Tasks
角色和任务映射:RT⊆Roles×Tasks
职位任务映射:PT⊆Positions×Tasks
主体的任务集合:
⊆{⊆××|(s,type,task)⊆UT×RT×PT}
其中为主体的类型
代理任务映射:DT⊆Delegation×Tasks
角色职位映射:RP⊆Roles×Permissions
职位和权限映射:PP⊆Positions×Permissions
用户组和权限的映射集合
GP⊆Groups×Permissions
任务和权限映射:TP⊆Tasks×Permissions
主体的权限集合:
Permission(s,type)⊆{s⊆Users×Roles×Positions×Tasks|(s,type,perm)⊆GP×RP×PP×TP},其中为主体的类型:用户组、角色、职位任务。
定义:组织模型元素定义:
RolesPositionsEmployeesWorkGroups OU(VOU),CRS分别定义为角色,职位,人员,工作组,组织单元(虚拟组织单元),冲突角色集。
人员角色映射:ER⊆Employees×Roles
人员职位映射:EP⊆Employees×Positions
角色继承:RH⊆Roles×Roles是Roles集合上一种偏序关系,用≺表示。如果R1≺R2,表示R2继承R1所有的权限
职位继承:PH⊆Positions×Positions是Positions集合上一种偏序关系,用≺表示。但是职位不涉及权限的继承,仅代表一种行政的管辖关系。
定义3:工作流相关定义
Task(subjectSet,constraint,objectSet,status),一个任务实例是一个四元组,其中subjectSet表示的是任务的主体集,可以是人员、角色或者是职位等,constraint表示的是任务实例的约束(包括动态授权约束,业务约束等),objectSet表示的是完成此任务所需的业务对象集合,status表示任务的状态(包括挂起、完成、激活等)。
规则1:访问授权规则:当且仅当主体s的激活角色的权限并集包括权限permission(o,op)时,s才能对o进行op操作[2]。
规则:权责分离SoD[2]:冲突角色集CRS(m,n)中具有n个权限,其中任何大于等于个权限不能同时赋予同一用户或被同一用户同时激活。
规则3:动态授权规则[5]:当且仅当主体关联的任务处于激活状态时,主体才能使用任务关联的权限集。
5 IEM-BAC的应用
清华大学CIMS工程研究中心开发的集成化企业建模平台采用了IEM-BAC模型进行访问控制。集成化企业建模平台是一套包含集成化企业建模工具、文档管理工具、绩效管理工具、工作流管理工具的企业管控系统。集成化企业建模平台部件的逻辑结构如图4所示。
建模工具和用户管理工具使用C/S架构,工作流系统、文档管理系统以及绩效管理系统使用B/S架构。用户分别通过相应的客户端或者浏览器与应用进行交互,用户身份验证成功后,各个应用会根据用户合并后的权限(角色、职位、用户组、代理)初始化用户的界面。当用户发出操作请求后,访问控制模块会根据数据库信息实时判断用户是否具有此操作的权限并将结果以布尔型变量返回给应用,这样的好处是可以实时的控制用户权限以防止恶意操作。
用户管理工具包括用户/组管理、用户-人员关联管理、主体授权管理等功能。用户管理工具通过模型数据库、工作流数据库获取相应应用的受控客体,主体的授权信息记录在用户权限数据库中。集成化企业建模平台是大型的企业应用软件,一般需要实施团队协助企业进行实施,对于实施团队使用用户组的模式进行管理。当建立了相应的组织模型后,就可以在用户管理工具中获取组织模型中的主体并对其权限进行管理,同时通过在工具中建立人员的登录用户就可以完成对企业人员的授权。
不同的用户可以协同进行建模,分别建立各个企业模型视图,并采用数据锁定技术保持模型的一致性,即当一个用户对某个业务元素进行编辑时,其余有编辑权限的用户只能以查看的方式将其打开,保持了数据的一致性,这也是信息安全性的一个重要准则。
工作流系统通过模型适配器获得企业模型数据库中过程模型及相关定义,模型适配器将过程模型转化为中性的XPDL文件。工作流机通过和工作流数据库交互完成其工作并将相应的任务推送到用户界面。用户通过登陆自己主页后会看到自己被指派或代理的任务,访问控制模块会根据过程实例执行的历史情况判断用户任务实例权限状态,然后决定用户有权限的操作。
企业文档是企业知识管理重要的组成部分,为了弥补建模工具C/S架构灵活性不足,开发了B/S架构的文档管理系统。文档管理系统对应企业模型中的文档视图,他们通过公用的企业模型数据库进行同步。文档管理系统中的权限是静态的权限,和建模权限类似通过用户管理工具分配给相应的主体。但是企业还需要根据文档的密级限制用户的访问,因此在判断用户对文档的权限前,首先判断用户密级是否不低于文档密级,判断为真时再按照权限库中的权限进行判断。
6 结束语
本文通过分析现代企业环境下的访问控制需求,发现集成化企业模型可以很好的支持访问控制模型中的组织架构描述。在分析了集成化企业模型与访问控制模型的关联之后,将集成化企业模型融入到访问控制领域并提出了IEM-BAC,最后将IEM-BAC应用到集成化企业建模平台中。
集成化企业建模平台中的访问控制模块实现了对企业建模工具、文档管理工具、绩效管理工具、工作流管理系统的动态和静态的权限控制,说明IEM-BAC模型能够很好适应企业环境下的访问控制需求。以后的研究内容会集中在统一权限管理工具的研究,将IEM-BAC的管理范围扩展到第三方应用。
参考文献
[1]范玉顺.信息化管理战略与方法[M].北京:清华大学出版社,2008.
[2]Ferraiolo D,Kuhn D R,Chandramouli R.Role-basedaccess control[M].ArtechHourse,2007.
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[4]Sandhu R,Al.E.Role-Based Access Control Models[J].IEEE Computer.1996,29(2).
[5]Thomas R K,Sandhu R S.Task-based Authorization Controls(TBAC):A Famiily of Models for Activeand Enterprise-oriented Authorization Management:Proceedings of the IFIP WG11.3 Workshop on Database Security[Z].Lake Tahoe,California:Chapman&Hall,1997.
[6]范玉顺,吴澄.集成化企业建模系统体系结构与实施方法研究[J].控制与决策.2000,15(4):401-405.
集成控制模型 篇2
我国夏季雨带分布类型的集成估算模型
定义了客观、定量表征我国1951-夏季3种雨带类型变化的指数,分析了它们的年代际和年际尺度的变化特征,在此基础上提出了建立雨带类型估算模型的新方法.利用估算模型分析了大气、海洋等诸多因子对雨带类型不同尺度变化的作用,并检验了估算效果.结果表明,3种雨带类型变化是由显著的年代际和年际尺度变化叠加而成的,其中年际变化主要受El Ni(n)o/LaNi(n)a事件、东亚夏季风和西太平洋副热带高压脊线位置的.影响,而年代际变化主要受到PDO,AO,ENSO,Ni(n)o3区海温和夏季风的年代际变化的控制.雨带类型集成估算模型的估算结果表明,文中提出的分尺度估算然后再做集成的估算方法,估算准确率比不进行尺度分离有了明显提高.
作 者：魏凤英 作者单位：中国气象科学研究院灾害天气国家重点实验室,北京,100081刊 名：自然科学进展 ISTIC PKU英文刊名：PROGRESS IN NATURAL SCIENCE年，卷(期)：17(5)分类号：P4关键词：雨带类型 年际变化 年代际变化 集成 估算模型
集成控制模型 篇3
摘要：采用聚类分析法将多专家的动态综合评价转换为静态综合评价；引入横向拉开档次法对各指标客观赋权，结合指标主观权重，运用数学规划法得到指标的集成权重；采用贝叶斯网络模型对24项科技成果进行分类评价，对每一项成果获得某一等级奖项的可能性给出测度，并对每一类内的项目排序。实证分析表明：我国科研成果大部分具有研究价值，且成果丰硕，但突破性、创造性的研究成果较少。
关键词：贝叶斯网络；集成权重；拉开档次法；聚类分析法
中图分类号：G311 文献标识码：A
与2013年、2012年相比，2014年度国家科学技术奖授奖项目明显减少。对此，国家科技部奖励办表示，优化奖励结构、减少奖励数量，是为了突出鼓励自主创新成果和重大的发明创造科技成果。科技成果的评价作为科技奖励的前期工作，对科技奖励的最终决策有着举足轻重的作用，也是保证真正的重大创新项目获得应有奖励、鼓励科研人员进一步有所突破的关键。
目前，学者们对科技奖励综合评价体系的研究做了大量工作，部分研究成果已经投入实际应用。张立军等构建了基于路径系数权重体系的科技奖励评价模型。王瑛等提出了基于模糊多属性投影法的科技奖励模型和E-BP神经网络的科技奖励评价模型。黄卫春等提出了一种基于云模型的科技奖励评审模型，利用云模型描述项目评分在各属性下的分布情况，通过计算云模型参数来确定云模型数字特征图或云滴分布情况，并以此确定评价等级。王瑛、蒋晓东等提出了改进CRITIC法和云模型的科技奖励评价模型，既考虑评价过程中专家评分的模糊性和随机性，又考虑了定性语言与定量语言之问的转换。王瑛、王娜等提出了基于随机森林赋权和改进的ELECTRE-Ⅲ方法的科技奖励评价方法，既提高了权重估计的精确度和可信度，又解决了难以给定门槛值和不能完全排序的问题。朱紫巍等针对国内外科技评价方法，进行比较分析，提出了改革我国科技评价方法的建议。
针对科技奖励评价涉及多专家、多项目、多指标的特点，此前，学界的研究主要集中在评价指标的客观赋权法与主观赋权法的单方面研究，没有将这两方面有机结合起来；在评价方法上主要集中在数理统计和人工智能等方面，但对于评价结果的可靠性没有给出科学的测度。对此，本文提出一种集成权重的方法对科技奖励的评价指标进行综合赋权；应用概率论中的贝叶斯网络模型进行科技奖励综合评价，该方法不仅可实现对科技成果的分类评价，而且可对每一项科技成果获得某一等级奖项的可能性给出概率测度，并在分类评价的基础上，对每一类内的项目进行排序。
1集成权重的理论
评价指标权重的确定可分为主观赋权法和客观赋权法，两者各有千秋。本文采用一種主、客观权重集成的方法，计算各评价指标的综合权重，该方法既能满足决策者的主观偏好，又能实现决策的客观性、真实性。
1.1基于聚类分析的专家权重理论
聚类分析方法是一种作为模式识别的分类方法，它常常被用来判断样品质量的好坏。把评审专家的个体排序向量看作是待识别的样品，对其进行聚类分析并判别其客观可信性，再根据聚类结果给专家赋权。
动态专家赋权坚持的是简单多数的基本原则，即一个评审结果体现的是整个专家群体的综合意见。因此，一个专家的个人评审意见和大多数专家的评审结果的吻合程度决定了该专家在整个综合评价中所占的分量。如果他的评价结果与大多数专家的结论基本一致，就可以给这一类专家赋以较大的权重；反之，其意见就值得怀疑，可以给这一类专家赋以较小的权重。
通过聚类分析，可以将个体排序向量划分成不同的类别，即将k个评审专家分成s类（s≤k），假设第l类（l≤s）内包含φl个个体排序向量，那么，第k位专家的权重ηk应该和他所在的类别中包含的专家人数φk成正比，其具体计算公式为：
（1）对ηk进行归一化处理，即可得到基于聚类分析的动态专家权重：
（2）
1.2拉开档次法的指标赋权理论
拉开档次法就是在使得各被评价对象之问的整体差异尽量拉大的条件下确定评价指标权重的方法。
对于静态综合评价问题，一般解决办法是取线性综合评价函数：
（3）式中：ωi为评价指标权重。
（4）式中：
当指标权重矩阵W为对称矩阵H的最大特征值对应的特征向量时，σ2取最大值。此时权重系数W最大可能地体现了各评价对象问的差异。
1.3基于数学规划法的集成权重理论
本文应用数学规划法在非线性约束条件下，求解线性目标函数的极值问题。该方法在科技奖励综合评价中的具体应用如下。
（5）
解得：
（6）
（7） （8）
（9）
（10）
由式（10）即可求得评价指标的集成权重。
2贝叶斯网络模型的理论
（11）式中：P（A|Bi）为条件概率；P（Bi）为事件Bi的概率。
结合科技奖励评价的特点，Bi为科技奖励的等级集，元素yji表示第j个指标在第i等级时的标准值；A表示科技奖励的指标集，元素xjk表示第k项科技成果的第j个指标的实际值；i为标准级别，i=1，2，…，s；j为指标，j=1，2，…，m；k为科技成果编号，k=1，2，…，n。据此式（11）可改写为：
（12）
算法步骤如下：
1）计算P（yji）。在没有任何信息的条件下，某项科技成果究竟属于哪一等级，这在许多应用中难以确定。结合科技奖励的特点，在没有获取科技成果相关信息的情况下，人们最能接受的是获得某等级奖励的概率相等，即取：P（yj1）P=（yj2）=…=P（yjs）=1/s。
2）计算P（xjk|yji）。现有研究成果表明，P（xjk|yji）的估计是贝叶斯网络模型的核心。本文从抽样误差角度估计P（xjk|yji）。根据统计理论，当科技成果属于i类时，由于抽样缘故获得的样本指标值和总体指标值总是存在一定的抽样误差，其分布可用正态分布表示。基于以上考虑，将抽样误差正态分布原理用于估计P（xjk|yji）。以科技成果评价指标j各等级标准值作为正态分布的均值aj，基于aj和标准差σj获得某一等级某一指标完整的正态分布。
（13）
（14）
（15）式中：aj，σj和Cj分别为指标j各等级的均值、标准差和变异系数。
由式（13）～（15）计算变异系数Cj，Cj表示指标j在各类之间相对变化情况。而某类指标j抽样值的相对变化亦与之类似，因此采用Cji=Cj，即以各类等级变异系数估计某一类指标抽样值的变异系数。
基于抽样误差正态分布原理估计P（xjk|yji）的计算步骤归纳如下：
①由式（13）～（15）估计Cji，并采用Cji=Cj；
②将第i类指标j的标准值yjk作为该类指标均值；
③计算第i类的标准差σji=Cjiyji；
④将抽样值（检测值）xjk标准化，
（16）
⑤以标准化正态分布计算
（17）
用标准正态分布函数求取，|tjk|为tjk坤的绝对值。
3）由式（12）计算P（yji|xjk）。
4）多指标下（ωj为指标权重）科技成果评价后验概率Pi的计算。
（18）
5）以最大概率原则决策最终的级别Ph。
（19）
6）以分类结果为基础，在每一类内根据概率大小进行排序。
3实证分析
以国家科学技术进步奖（技术开放项目）评选中25位专家对24项科技成果的评分数据（资料来源：科技部国家科技奖励办公室，原始数据略）为例，该奖项的5个评价指标是：技术创新程度、技术经济指标的先进程度、技术创新对提高市场竞争能力的作用、已获经济效益、推动科技进步的作用。国家科技奖励办赋予5个评价指标的权重为：ω'=（0.2，0.2，0.2，0.25，0.15），将该权重作为评价指标的主观权重。具体步骤如下。
步骤1基于聚类分析法的专家权重的计算。
运用SPSS19.0对原始数据进行聚类分析，将25位专家分为5类，即：
第一类包含10，16号2位专家；
第二类包含1，2，4，12，15号5位专家；
第三类包含3，6，8，9，14，25号6位专家；
第四类包含5，7，11，13，18，19，20，21，22，23，24号11位专家；
第五类：含17号1位专家。由式（1）（2）计算专家权重，结果见表1。
由表1求得的专家动态权重，采用简单线性加权法，计算25位专家对每个项目的5个评价指标评分的加权平均值，计算结果见表2。
表2的数据组成的矩阵，即为式（4）中的矩阵X，应用Matlab7.0计算XTX的最大特征值及归一化的特征向量（即权重系数）分别为：
步骤3科技成果评价标准体系的构建。
根据国家科技奖励办公布的国家科技进步奖（技术开发项目）评价指标体系和奖励办法，建立国家科技进步奖（技术开发项目）评价标准。按照“从严把关，严肃评审，宁缺毋滥”的原则，在分类上设置5个等级，在各等级标准设定中采取5分制原则，采用随机生成数的办法，得到5个指标各等级的评价标准，见表3。
步骤4
基于贝叶斯网络模型的科技奖励评价。
3）由式（12）可知，求P（yji|xjk）的过程就相当于P（xik|yji）的归一化过程，计算结果略。
4）由式（18）计算该项目分属各等级的概率。
同理，计算24个项目分属各等级的概率，结果见表5。
5）由式（19）确定项目1所属类别，属于三等，抽样误差标准正态分布以0.366的概率保证其获得三等奖。
6）同理，可以得到所有项目的所属类别，并根据同一类内概率的大小，进行排序，结果见表6。
从分类评价结果看，大部分科技成果都属于二等和三等，一等和四等的项目较少，五等的项目完全没有；从评价结果的可靠性看，获得一等奖的项目分别以0.408，0.426，0.469的概率给予保障，获得二等、三等项目的可靠性测度维持在0.382，获得四等奖的可靠性则以0.320的概率给予保障；每一个等级内的排序可以為决策部门在授奖指标一定的情况下提供参考。通过实证分析可以得出：高等级获奖项目较少，大部分属于二等和三等，低等级获奖项目极少，这表明我国科研成果绝大部分具有研究价值且成果丰硕，但突破性、创造性的研究成果较少。
4结论
采用集成权重和贝叶斯模型相结合的方法进行科技成果综合评价，方法的特点表现在：
1）聚类分析将多专家的动态评价转化为静态评价。从一般线性函数的评价结果出发，用拉开档次法对评价指标客观赋权，该赋权过程科学、客观、透明，可操作性强。
2）数学规划法将主、客观权重相结合，构成评价指标的集成权重，使科技奖励综合评价结果同时反映了主、客观因素，弥补了单纯采用主观赋权法或客观赋权法的不足。
项目集成风险管理模型研究 篇4
集成, 是以系统化的思想创造性把两个或者两个以上的要素集合在一起, 成为一个有机整体。要注意的是, 集成并不是要素的简单叠加, 而是无缝的结合。
集成风险管理的内涵: (1) 项目集成风险管理是对风险全面、动态化管理
项目面临的风险是多方位的, 包括来自外部的风险、技术上的风险、管理上的风险、人员上的风险等等。我们对于风险的管理, 不能只关注其中一个方面, 任何一方面风险因素的遗漏都有可能造成项目的失败。应关注方方面面风险, 采取全面化的管理方式。风险在项目生命周期中是不断变化的, 新的风险不断涌现, 旧的风险可能消失, 主要风险和次要风险也在不断转换。所以, 不能以一成不变的方式对风险进行管理, 应随时关注风险的变化, 采取动态化的管理方式[1,2]。 (2) 项目集成风险管理以实现项目目标为驱动项目风险管理的目标是将影响项目目标的不利因素降到最低, 帮助实现项目目标。可知, 项目风险管理的目标和项目管理的最终目标是一致的。项目各个阶段有不同的风险管理目标, 将这些阶段性的目标集合成为一个有机的目标系统, 驱动项目目标的实现。 (3) 项目集成风险管理贯穿项目全生命周期项目全生命周期是指项目从立项开始到最后丢弃的整个过程, 项目生命周期较长, 整个生命周期都充刺着不同的风险, 且项目生命周期各个阶段出现的风险, 并不是相互孤立的。项目风险管理, 并不能只针对项目生命周期中某一个或某几个阶段进行, 而是应该站在全局的角度, 贯穿生命周期的始终。 (4) 项目集成风险是风险管理过程的不断重复风险管理的过程是从风险的识别到, 评估, 到相应管理与监控的过程。风险管理的过程, 不应是一次性的, 而是应该不断的轮回, 在项目的全生命周期中不断重复。 (5) 项目集成风险管理是项目干系人全员参与, 共同管理风险项目可能会设立专门的风险管理部门, 但风险的管理落实到实处还是要依靠各项目干系人的努力:一、风险识别过程需要各干系人参与, 识别出尽量可能多的风险。二、项目干系人需要在各自的责任范围内管理好各自的风险, 这是风险管理最为基础的部分。三、各干系人有自己的利益驱动, 干系人能否站在全局的角度, 以项目目标完成为首要, 是风险管理相当重要, 也是最为困难的部分。
2 项目集成风险管理构建
本文根据项目集成风险管理的内涵建立的模型, 该模型以项目生命周期为主线, 从左至右。风险管理过程 (识别、评估、计划、控制环) 在生命周期中不断循环前进;它的活动以项目目标为中心驱动;风险管理方法库不断为风险管理各过程提供方法参考与选择;风险管理过程在开发项目全生命周期中不断与风险信息库进行信息交换。该模型由四个主要的集成部分组成, 为了更好的研究集成模型, 我们重点对这四个部分进行剖析: (1) 项目全生命周期与风险的集成。项目各生命周期的风险不是相互独立的, 而是相互影响。前阶段的风险后果会在后阶段逐级放大。比如项目立项阶段产生的风险会和整个生命周期所有的风险相关;需求阶段产生的风险会影响后续的范围、进度、成本等。因此, 对于项目生命周期的风险管理不应该是分割式的、独立的, 而是应该站在全局的、系统的角度来进行[3,4]。 (2) 项目风险管理目标的集成。项目风险管理是将影响项目目标的不利因素降到最低, 帮助各干系人达成对项目的目标要求, 从这个层面上来说, 项目风险管理的目标和项目管理的目标是一致的。项目目标总的来说分为三大类。质量、成本、时间。质量越好越好, 成本越低越好, 耗时越短越好, 如果这三个最好实现, 则是最“优”状态, 各干系人将得到最大的满足。实际情况是三者并不都是正相关的关系, 其中任意一个目标发生变化必然会引起其他目标的变化。质量一定时, 耗时短, 成本高;成本低, 耗时长;时间一定是, 质量好, 成本高;成本低, 质量差;成本一定时, 质量好, 耗时长;耗时短, 质量差。可知, 三者不可能同时达到最优。所以项目管理要追寻的最优不是单个目标的最优, 而是整体的最优。项目多目标集成管理旨在寻求项目目标之间的平衡。
本文借助质量管理的戴明环。将风险管理过程划分为四个阶段: (1) 风险识别; (2) 风险评估; (3) 风险计划; (4) 风险监控, 组成了风险管理环 (IEHM) 。 (3) 风险管理过程与方法的集成。风险管理过程中每个阶段所用到的方法都不一样。根据具体的项目, 在不同的风险管理过程中配套选用最为合适的方法是项目风险管理取得成功的保障。随着风险管理理论的发展, 人们已经研究出一系列定性和定量的方法。比如风险识别的头脑风暴、德尔菲技术、敏感性分析法;风险评估的层次分析法、概率分析法;风险计划风险回避、风险缓解、风险转移、风险接受等;风险监控的资料检查法、风险数据库、挣值分析法、关键路线法 (CPM) 、计划评审技术等。 (4) 风险管理信息的集成。项目中存在着大量数据与信息, 如何从中挖掘与处理有利于我们进行风险管理的信息, 是风险管理取得成功的保障。经典风险管理模Boehm模型建立了管理项目风险特征库, CMMI模型也以数据库为核心, 他强调实现每个活动要更新风险库, MSF强调经验学习的重要性。这些都表明, 数据信息库在风险管理中起着重要的作用。哪些信息应该被风险信息库存储并重点关注: (1) 项目自身的风险; (2) 风险相关的知识; (3) 风险的处理; (4) 风险的历史记录; (5) 外部的信息支持。
3 结束语
集成化风险管理模型应用于大型开发项目, 带来的直接好处是: (1) 风险管理不再无章可依, 能够做到有步骤、有依据的进行; (2) 风险管理能够朝着实现目标的方向前进, 目的性更强, 效率提高; (3) 为风险管理提供方法支持, 风险管理各过程有方法可依; (4) 风险的管理更为全面, 信息的收集更为及时、全面; (5) 提高了风险管理效率, 降低了项目失败的概率。
摘要：随着经济的多元化发展, 经营生活中出现的风险越来越多, 但是传统的风险管理处于一种分割式的状态, 没有站在整体的角度进行。本文就集成化的思路对项目风险管理模型进行研究, 旨在打造一个系统的、全面的、持续性的风险管理模式。
关键词：风险管理,集成管理,风险管理模型
参考文献
[1]《软件和信息技术服务业“十二五”发展规划》
[2]岳松涛, 黎志成.高科技项目风险预测[J].电子科技大学学报 (社科版) , 2007, (2) :39-43
[3]Lister T.Interviewwith Tim Lister[J].IEEESoftware, 1997, 14 (3) :18-19
集成控制模型 篇5
随着世界经济一体化的推进和全球统一大市场的建立, 全球性的竞争日趋激烈。传统的生产与经营模式的响应显得越来越迟缓和被动, 市场竞争面临顾客个性化需求的挑战。此时, 产品寿命周期越来越短、产品品种数飞速膨胀, 这都需要企业做出快速响应。鉴于种种情况, 迫使企业重新审视自身的发展战略和生产运作模式。企业必须加强与其他优秀企业的紧密合作, 必须从根本上转变经营思想, 充分利用企业内外的资源, 增强企业的适应性、响应速度。精益敏捷集成供应链的概念和理论由此产生。
二、精益生产、敏捷制造与精益敏捷供应链的概念
1. 精益生产理论的发展
精益生产的概念始创于丰田公司 (Toyota) 大野耐一 (Taiichi Ohno) 实行的准时化生产 (Just-in-Time, 简称JIT) 概念, 其核心是彻底消除生产过程中的各种不合理成分, 彻底杜绝以库存过量和人员过程为主要根源的种种浪费 (Ohno, 1988) 。Womack与Jones (1996) 在这一思想的基础上发展出了精益企业的概念 (lean enterprise) 。他们将精益企业定义为一组功能上独立, 法律上相互分离, 但在操作上同步的企业。它们旨在与消除在商业活动中潜在的各种形式的浪费。Naylor于1999年提出了精益供应管理的概念。其后, Abernathy (2000) 提出了基于精益生产的纺织服装工业模型。可见, 精益思想在研究过程中不断地被发展与完善, 但始终围绕着一个主题——消除浪费, 降低成本。
2. 敏捷制造理论的发展
Iacocca协会 (1991) 曾提出一个企业如果想要在快速发展变化的环境中立于不败之地则必须要具备“敏捷性”, 做到对商业环境的变化做出迅速反应。根据Christopher与Towill (2002) 的定义, 敏捷性是指一种企业能力, 它包含企业的组织结构、信息系统、后勤供应处理, 特别是思维的集合。敏捷供应链是指“在竞争、合作、动态、多变的市场环境中, 由供应商、制造商、销售商等各实体构成的快速响应市场变化的动态供需网络联盟”。敏捷供应链的最大优点就在于能够对市场需求的变化做出快速的响应, 从而有效地满足顾客的需求, 扩大企业的效益。
3. 精益敏捷供应链的发展
1995年, Berry提出精益可以从成本的角度提高供应链的性能, 而敏捷可以在质量上提高供应链的性能, 通过结合精益理论与敏捷理论的优点, 将精益和敏捷的核心思想应用于供应链管理, 从而提出了精益敏捷 (Leagile) 战略思想。精益敏捷战略思想提出以后, 国外学者对精益、敏捷在供应链中的集成和运用进行了一定的研究。Naylor等学者对精益生产和敏捷制造的特征进行了比较分析, 认为精益生产在产品品种少、批量大、需求可以预测的情况下最适合;敏捷制造在产品需求变化产品品种多、需求难以预测的情况下适用。根据两者对应的生产模式的不同, 提出运用耦合分离点 (De-coupling Point) 将供应链结构分为前段和后段两个部分。R.Strattona等学者认为精益生产对市场需求做出的预测容易发生偏差, 影响制造企业的竞争力, 从而提出在精益生产良好运作基础上运用敏捷制造来应对市场需求的不确定性。并提出对是运用精益还是敏捷, 则由企业竞争标准, 即质量或成本, 速度或效率所决定。Shish则在前人基础上系统总结了精益供应、敏捷供应和精益敏捷供应 (leagile supply) 的特点以及运用的市场环境。
近年来, 随着市场经济的发展, 精益敏捷供应链的理论研究也越来越受到国内学者的重视。其研究重点有:精益与敏捷的选择策略研究;精益思想与敏捷思想的组合应用研究;精益和敏捷的集成供应链的运作模式等。随着市场的变化发展, 信息管理、顾客管理和关系管理等也受到学者们的重视, 也成为以后一定时期的供应链理论研究的重点。
三、精益生产、敏捷制造的比较研究
1. 精益生产与敏捷制造的主要不同之处
(1) 管理驱动的动机
精益生产的主要驱动动机是成本, 通过消除一切不必要的浪费来降低成本。敏捷制造的主要驱动动机是增加产品对顾客的响应性, 以客户服务为主要标准, 用客户满意度来衡量, 迅速捕捉市场机会, 发现顾客需求, 并且尽可能快速地抓住这种需求来挽留顾客、抢占市场, 获取利润。
(2) 适用市场条件和产品特性
精益生产要求市场对产品需求具有平稳性, 与传统供应链相比, 精益生产运作的产品品种增加, 不过最适合精益生产的仍然是生命周期长, 品种不多, 需求稳定且可预测的产品市场。敏捷制造适用于需求高度变化, 产品的品种多, 产品的生命周期短, 市场需求难以预测的新型产品市场。
(3) 信息技术的使用要求
在信息技术上对市场信息的共享是敏捷制造的一项强制性要求, 而对于精益生产而言信息技术的使用只是一种理想的状态, 并不是必要的条件之一。
2. 精益生产与敏捷供应链的相同点
(1) 最终用户的需求
供应链中的所有业务都必须针对最终用户, 最终用户或市场部门将直接影响哪种生产模式更适合于供应链或供应链的局部。不管采用哪一种生产模式, 业务流程必须协同工作以形成集成供应链, 以便能够满足最终用户的需求。
(2) 提前期
敏捷和精益对于提前期的要求都是尽可能地短。对精益生产而言, 是消除一切多余的浪费, 反映在时间上就是要求提前期最短;而敏捷制造则是通过信息流和物料流来缩短交货期的。
来源:NAYLOR (1999) , MARTIN CHRISTOPHER&DENIS TOWILL (2002)
四、精益敏捷供应链集成模型的构建
1. 精益生产与敏捷制造的集成策略
(1) 帕累托曲线法
很多企业在生产与销售商品的过程中会发现帕累托法则 (the Pareto Law) 也能够应用在供应链策略上。Koch曾在1997年提出这样一种观点:在生产过程中, 占总产量20%的产品为需求可预测型产品 (predictable) , 因此对于此类产品的生产可采用精益生产方式, 而对于余下的需求难以预测的产品则采用更为敏捷的生产方式。 (图1)
(2) 耦合分离点法
另一种精益敏捷集成的方法被称作耦合分离点法 (de-cou pling point approach) , 这种方法应用了延迟差异策略 (postponement) , 以耦合分离点 (de-coupling point) 为界将供应链分为前段和后段两个过程, 供应链前段利用精益生产原理, 主要生产产品的通用模块, 后段利用敏捷制造原理, 主要进行客户化的产品零部件生产与组装。此策略被惠普公司所采用, 以满足顾客个性化的需求。 (图2)
(3) “基础”与“波动”需求分离法
还有一种得以成功应用的精益敏捷集成策略是被称为“基础” (base) 与“波动” (surge) 需求分离法。此策略是将需求类型分为“基础”需求与“波动”需求 (Gattorna与Walters, 1996) 两类, 其中“基础”需求可根据历史数据预测, 而“波动”需求则不可预测。从图三 (b) 中看出企业可以根据需求能力 (capacity demand) 制定平准的生产计划 (level scheduling) , 从而确定不同需求的产量。“基础”需求能够通过精益生产方式获得规模经济效应, 而“波动”需求则需要企业采用更加敏捷, 可能更加高成本的生产方式来满足。这种策略被广泛应用于服装产业, “基础”需求可在低成本国家得到满足, 而“波动”需求则需在当地市场得到满足。需求类型的确定可以以空间为基础 (通过分离生产线) , 也可以以时间为基础 (在淡季生产基础需求的产品) 。一些著名的时装企业如Zara, Benetton广泛采用该种策略。
这三种策略相互补充, 而并非独立存在, 但是不同的策略适用的条件不同。表二列出了这些策略适用的不同情况。
2. 精益敏捷集成供应链模型的提出
图四所示的三层框架图为精益敏捷供应链的概念模型, 该模型将领域内现有的理论加以总结和归纳。模型的第一层为准则层, 延迟差异策略与标准模块化设计是精益敏捷供应链设计中两个关键准则。所谓延迟差异是在不同产品的实现中, 尽可能地采用相同的制作过程, 使整个产品生产中不同产品需求的相同程序制作过程尽可能最大化, 使满足定制需求或最终需求 (体现个性化需求的部件) 的差异化过程尽可能被延迟的策略。从前文的分析中可以看出, 精益敏捷供应链按不同的策略都可划分为两个阶段, 第一阶段由预测驱动 (Driven By Forecast) , 从事功能性产品和创新性产品的通用模块的生产、装配、包装的过程, 采用精益生产模式, 实现大规模生产, 发挥规模经济优势;第二阶段由需求驱动 (Driven By Demand) , 从事产品专用模块的生产, 采用敏捷制造模式, 实现定制生产, 满足个性需求。因此在第二层计划层中, 根据耦合分离点以及需求类型的差别, 分别应用不同的方法对供应链进行管理。第三层为支持计划实施的具体行动。如支持精益生产必须要做到减少浪费, 实施标准化生产等。但该图仅对精益敏捷供应链的通用概念进行了总结, 各企业在应用过程中可根据实际情况对其进行适当的修改。
五、结论
随着市场竞争的加剧, 传统的基于单一企业的商业模式将逐步被集成化供应链模式所取代。当前, 市场需求充满了变化与不确定因素, 因此, 针对这种非可预测需求的敏捷、快速响应的供应链将得到进一步的发展。精益理论与敏捷理论两者相集成的新型供应链将逐步获得成功。
参考文献
[1]MARTIN CHRISTOPHER&DENIS TOWILL.Understanding, Imple-menting and Exploiting Agility and Leanness[J].International Journal of Logistics:Research and Applications Vol.5No.1, 2002
[2]BERRY D&TOWILL R.Business process for reengineering an electronics products supply chain[J], IEE.Tech.Vol.4No.7, 1995
国际代工集成化全球采购模型研究 篇6
在经济全球化条件下,国际产业结构的调整更多地表现为全球产业内分工的调整。跨国公司对其所主导的产品,在价值链内进行重新分工和调整,将产品的研发、设计和品牌经营以及高端生产掌握在自己手上,同时,采取FDI或者国际外包的方式,把那些自身缺乏比较优势的、处于产业的相对低端的生产制造环节逐步转移到其他国家特别是发展中国家[1]。跨国OEM (Original Equipment Manufacturer)采用生产制造的外包策略及其对全球价值链的重新布局,造就了国际代工业中专业生产制造—电子制造服务产业(EMS,Electrical Manufacturing Services)的兴起。作为全球的低成本制造中心,中国目前的电子产业规模为世界第三,预计到2008年中国电子产业总值的年增长将保持在20%以上。
我国EMS产业如何抓住世界产业调整的契机,从目前全球价值链分配的最低端走向全球价值链中附加值最大的部分,除了积极增加研发,开发核心技术和自主知识产权的能力,利用各种渠道打造自有品牌,至关重要的是要提高我们的全球采购以及供应链管理能力,选择和培养中国本土的供应链合作伙伴,才能实现中国EMS产业的持续发展,占据在全球价值链体系中的主导地位。
本文拟对EMS产业集成化的全球采购进行研究,构建集成化的全球采购模式,为我国EMS产业优化全球采购能力提供理论基础和科学指导。
1 电子制造服务业的兴起和前景
1.1 电子制造服务业兴起
电子制造服务(EMS,Electronic Manufacturing Service)最早起源于20世纪60年代的电子产业业务外包(Outsourcing),也称“国际代工”(International Contract Manufacturer)。一般认为,“代工”(Outsourcing)一词是1990年Gary Harmel (1990)和C.K Prahalad (1990)首先提出的[2]。
Gary Harmel (1990)和C.K Prahalad (1990)认为业务外包是指组织利用外部资源来完成传统上本来一贯由内部人员和内部资源完成的业务的一种战略安排。组织将次要的非核心的一些功能转移给在某一方面更专业更有效的服务提供者,它与简单的分包不同,它以核心竞争能力为中心,重新构建了企业的结构和外部关系。在这篇文章中,他们通过对美国GTE和日本NEC两家电讯公司在20世纪80年代初期与末期经营业绩的对比,深入分析了这两家电讯公司经营管理上的差异,并提出了企业通过非核心能力外包的核心能力理论。Samina-SCI被认为是提供集成线路板组装服务的电子制造服务厂商先驱者。
此后,Feenstra (1998)延伸了外包的定义,将外包定义为美国企业进口的用于生产的最终产品以及在其品牌下出售的产品[3]。
J.B.Quinn,F.G.Hilmer (1994)继承并发展了Hamel和Prahalad的核心能力理论,1994年发表了“战略外包”一文,这篇文章可以看作是外包理论的开篇之作。他们对战略外包从理论到实践作出了详细的阐述和定义,分析了企业实施业务外包能获得的战略权益及潜在风险[4]。
随着经济全球化的发展趋势,国内诸多学者也开始了对电子外包的研究。诸多学者认为,专业化管理与创新思维是企业成功的两大基本要素,电子外包正是电子产业专业化管理的创新,是电子产业成功发展的核心动力。
1.2 电子制造服务业的前景
经济全球化的市场竞争,使企业必须具有以下的特点和能力:产品生命周期缩短,企业研发设计和技术开发的能力加强、加快;终端市场的需求多样化要求企业内部物流具备更为出色的精益运作能力;对市场的快速响应速度成为竞争的主要要素,企业必须具备综合的价值链整合能力,并能迅速有效地调动全球资源;个性化定制生产和规模生产的平衡能力使企业内部营运凸现竞争优势;企业间战略联盟的实力及产业联盟的发展,使企业必须具备利用企业外部资源,提升自身优势的能力。随着市场的要求,虚拟企业的出现,电子外包逐渐成为电子产业的发展趋势。专业的EMS的兴起,使OEM能以柔性技术为基础保持其产品和技术领先;并以信息网络为依托实现全球资源共享、快速响应市场需求、应对外围环境的变化。
根据iSuppli 2006年6月提供的最新调查数据,EMS的营业收入将继续上涨,与同期OEM的营业收入相比,EMS每年市场营业收入预计将持续高出OEM营业收入近400亿美金,其中亚洲市场的营业收入增长最为显著。2005年全球EMS市场收入达1900亿美元,较2004年增长了14%,全球前6大EMS公司全年的营业收入将近748亿美金,5 1.5%是来自于它们亚洲市场的营业收入。EMS行业愈发显现出这个行业的魅力。特别是在中国,不仅内需动力充足,全球EMS也正在把生产基地向亚洲转移,众多跨国EMS厂商都在中国设有机构。中国所具备的低劳动力成本、良好的政府政策支持及较好的供应链解决方案等也都成为EMS行业在中国快速发展的推动因素。
2 集成化全球采购
2.1 协同战略与全球采购
协同(Synergy or Collaboration)是指协调两个或两个以上的不同资源或个体,并协同一致地完成某个共同目标或能力。最早提出协同论的是德国物理学家赫尔曼(哈肯,他认为大自然是由许多系统组织起来的统一体,这许多系统就是子系统,统一体就是大系统。在某个系统中许多子系统既相互作用,又相互制约,它们不断地在依存和协调的状态中发展变化,并在新的条件下形成新的平衡结构。协同理论研究各系统与其环境之间的协调、合作、同步、互补的互动关系。协同的概念被引入全球采购中的运用中,为组织整体带来大于各独立组成部分价值的简单总和[3],形成1+1>2的经济效应。
企业采用协同战略,可以使企业达到全球范围内的资源最优化利用,缩短订货到供货的时间,相应地减少库存成本,把生产功能发挥到极致。并且这种经营模式赋予了企业本身在管理高度、成本模式、人力资源及市场推广等方面的灵活性,使企业能够在运营过程中适度分摊各种企业风险。
协同理论被引入供应链管理模式后,基于供应链的协同竞争理论也逐渐成为理论界和企业管理者关注的对象[4,5]。在供应链协同竞争阶段,强调的是供应链整体实力的抗衡,而非单个企业间的较量。供应链合作伙伴之间的合作关系直接决定了合作能否发挥整体优势,使战略联盟的共同利益扩张最大化[6,7],使合作伙伴提高市场竞争力。
北大的张维迎教授从现代管理学和经济学的角度指出企业最核心的竞争力来自于企业所拥有的独特资产(包括有形资产和无形资产),特别是互补性的知识资产[8]。企业所具有的全球资源调控能力是企业提高其核心竞争力必须具备的首要条件。自加入WTO后,我国的国内市场向国外企业开放,拥有核心技术优势的国外跨国企业更容易地进入中国市场,他们先进的管理方法以及整合全球电子制造产业供应链的综合能力影响了中国电子制造行业在国际市场上的地位。经济全球化的环境下,供应链的竞争,不仅表现为对优秀战略联盟的争夺,也表现在对企业战略决策的层面上的快速、及时、高效的虚拟供应链运作的要求。全球采购的虚拟化运作已成为EMS企业调动全球资源、实现资源整合、发挥整体优势的平台。拟定有效的集成化全球采购策略,使EMS得以减少供应链内外部的成本浪费,保证信息在跨国企业内部的可知晓性,确保供应链对市场需求的快速响应和高度的应变能力,从而使企业能高弹性地应对市场需求的动荡变幻。
2.2 传统采购流程
从成本管理的角度上来看,EMS产业的原材料采购占其全部产品价值的85%至90%左右。原材料采购以及供应链的运作的良好绩效成为企业能否立足于激烈竞争市场中的首要条件。从企业对市场反应敏捷性的角度来看,EMS的采购运作流程也是企业得以迅速调动全球资源,满足市场需求的关键所在。
EMS产业所使用的传统采购流程在企业实施全球性采购时呈现了其弊端(如图1)。跨国企业各分公司采用各自不同的ERP系统,在采购原材料时,对同一元器件、同一料件因各分公司所用的物料需求系统不同,客户需求点不同,造成元器件、原材料的重复购买。因为信息沟通的不完全,重复购买产生的多余料件的信息,也不能在公司内部各部门间实现完全共享。由于电子元器件所特有的时间性和日益缩短的生命周期,传统采购购进的元器件,在企业内部造成库存积压,给企业的现金流、库存周转率、物料采购直接利润等财务指标均带来了巨大的负面效应。也成为企业快速响应市场需求的一道障碍。
2.3 集成化全球采购
集成化全球采购强调的是借助于先进的信息网络技术,通过与战略联盟建立良好的合作伙伴关系,集成全球资源的集中供给,对全球市场需求进行统一的调配。集成化全球采购必须在全球经济化大环境和不断增长的市场竞争压力下求变,跨越供应商、客户与公司内部员工并在人力、流程、信息上实现完全的端对端的集成。
集成化的全球采购流程具有以下的特点:
(1)更专业的全球资源调动能力;
(2)更灵活的高弹性的应变能力;
(3)更弹性的内部运营管理;
(4)更快速的市场响应能力;
集成化采购流程使目标企业能够应对动态的、不可预知的来自于变化着的市场、供应、价格、人力、竞争、资本市场以及客户、价值链合作伙伴和公司内部员工的需求,使企业具备集中资源的能力,对企业目标客户需求所出更为敏锐的反应。集成化采购流程由于站在更高的全局层面上进行全球物料的统一采购和配给,使企业只购买用于企业真实需求的原材料,避免了原材料的多余供给,改善了企业相关的财务指标,使企业的采购活动能以更精益的方式进行,呈现良性运作态势。
集成化全球采购在传统采购的基础上,运用企业内各分公司原有的ERP系统,在各ERP系统的上一级系统平台上,构建了一个信息共享平台,从而成为一个新的ERP系统(见图2)。新系统对所有分公司系统的信息进行集成,将原来基于产品序列号采购的信号,按相同的生产序列号进行合并归类,并在集成化的全球采购系统下按合并后的需求信息传达至下一级的供应链合作单位,使合并后的供给要求最真实地反映了市场的需求状态。
运用新的IT集成技术,支持集成化的全球采购流程,实现全球采购协作机制和数据共享,使企业与员工、客户、战略合作伙伴以及供应链上协作单位实现实时互动,创造一个随需应变的全球采购环境。同时,新的集成化采购流程具备了自动化的能力,能实现系统化的动态拓展、监控、管理和信息保护及技术架构的能力,使企业能更有效地利用全球资源,降低企业采购成本,提高企业的全球化采购管理能力、企业供应链的敏捷性、柔性。
3 实施集成化全球采购的商用效益
3.1 集成化全球采购的商用效益
集成化全球采购使企业突破了单个企业之间的组织边界,解决了企业之间难以通过信息的有效沟通,实现对市场快速反映的需求。在企业ERP系统的基础上基于Web技术的集成化全球采购流程为企业跨越组织边界、跨越区域限制、降低物料采购中信息系统总成本,为企业真正实现全球化的供应链管理提供了可操作的技术途径。集成化的整合减少了流通环节,降低了企业间的交易成本,加快了企业内部的现金及库存周转速度,提高了企业对动态市场的把握能力。
众多跨国EMS巨头在区域内建立了全球采购中心。伟创立在上海建立工业园,伟创力CEO迈克尔·马克斯(Michael Marks)称要将伟创力整合为全球供应链专家,实现成功的全球性的垂直及水平的运营整合。Foxconn在北京设立了全球的供应链管理中心,天泓的总裁兼首席运营官Marvin MaGee认为天泓的策略是在全球保持深度的信息和流程共享改进,以支持全球供应管理能力。集成化的全球采购中心借助国际化的供应链网络、先进的通信技术和快捷的交通运输,由分布在各地的能实现成本最低、质量保证、交货准时的合作企业来完成。在经济全球化的大环境下,电子企业的竞争优势主要取决于其全球采购成本。集成化全球采购策略的运用给企业带来的商用效益已为众多EMS厂商首肯,其优势主要表现在以下方面。
(1)减少产业集团内采购管理部门的重复设置,优化管理资源;
(2)降低了企业的采购成本,提高了企业物流运营效率;
(3)实现了集成化全球采购系统内的资源共享,有利于全球供给资源统一调配;
(4)由于集中采购,获得了规模效应,企业易获得最优价格,从而降低采购成本;
(5)实现产业集团内的全球采购的模块化运作,统一采购流程;
(6)集中采购有利于企业供应链总体能力的提升,为培养本地化供应链战略合作集群创造了条件;
(7)良好的集成化系统模快,便于企业管理其价值链上协作单位,使企业价值链能作为一个整体实现对市场需求的快速反应。
3.2 集成化全球采购下的采购成本优势
运用集成化全球采购流程,选用EMS企业中常用的两组元器件进行采购成本分析,从采购成本角度上对以下数据进行了分析(见表1)。
第一组元器件,为EMS常用的二极管,两个不同的产品拥有相同的生产序列号,DIOE和ESD SOR拥有共同的生产序列号0605ESDA-TR,分别用于不同的客户产品。按最低买价和3个月需求量,在集成化的信息共享平台上按共同的生产序列号集中采购,与按不同的产品序列号的传统采购相比,3个月的采购成本节余将近14,310美金。考虑当前库存量,在优先消耗当前库存的前提下,3个月的采购净节余为3,101美金。第二组电阻电容经过集成化采购后,所获采购净成本节余为17,923美金。两组元器件通过集成化采购,采购成本节余共为41,052美金,净采购成本节余近21,024美金。
4 结语
我国EMS产业面对前所未有的市场机会,应积极运用集成化全球采购的标准化模块理念,实现企业的电子化、网络化、智能化的采购管理运作、结合企业的技术创新、研发创新、品牌创新,实现EMS产业的信息流、资金流、物流的网络化,使我国EMS产业供应链上下游企业各方能够协同作业。同时,根据现阶段我国EMS发展的需要,遵循渐进性原则,制定阶梯性的发展规划,结合我国EMS发展的政策和法律环境,建立适合于我国EMS发展的采购模式,将EMS产业中占据90%以上成本结构的原材料供应实现流程化、模块化运作。集成化的全球采购应用于EMS产业的同时,其幅射效应将扩散至EMS产业的上下游合作伙伴,为我国电子产业的可持续发展提供了坚实的技术、管理基础及后盾。
集成控制模型 篇7
在汽车覆盖件冲压成形过程中,合理地设定工艺参数对零件的成形质量有着重要影响。传统的工艺分析是依靠工艺人员的经验,经过反复试模得到合理的工艺参数组合。这极大地延长、增加了产品的开发周期和生产成本,不利于新产品的开发和生产。随着有限元数值模拟技术的发展,基于数值模拟和优化理论的板料成形工艺参数优化成为国内外学者的研究重点。目前的参数优化方法(如直接导数法[1]、响应面法[2]和单纯型法[3]等)虽然都取得了一定的成果,但也有各自的局限。尤其在优化效率上,它们的迭代次数通常很多,如果采用增量法进行模拟,总的优化时间很长,从而限制了它们在工业上的应用。
拉深筋作为板料成形中重要的工艺特征,对板料成形质量会产生重要的影响。拉深筋等效模型是利用1条能承受力的曲线代替拉深筋的几何形状进行数值模拟,从而可以避免在拉深筋的几何圆角处剖分很细的单元,增加了模拟效率。但是拉深筋等效模型无法模拟材料流入拉深筋时多次的弯曲和反弯曲现象,从而使模拟精度下降;尤其对于过筋单元,其减薄率的模拟值与试验值有很大差距。因此,为了获得更精确的模拟结果,必须构建出拉深筋的几何模型,对其几何形状进行优化。
基于此,本文在CATIA平台上开发了拉深筋等效模型与几何模型集成优化模块,该模块能够通过很少的迭代次数(一般<10次)获得合理的拉深筋分布,极大地提高了拉深筋设计效率。
2 优化流程
基于CATIA平台的拉深筋等效模型与几何模型集成优化流程如图1所示。首先在CATIA平台构建初始工艺模型,将模型的分模线偏置一定距离(一般20~30 mm)获得初始等效拉深筋模型;设定拉深筋初始阻力值后,利用等效拉深筋优化模块经过多次数值模拟获得等效拉深筋阻力值的合理分布,对阻力值进行分析后忽略掉一些拉深筋阻力值较小的拉深筋段,给出优化后的拉深筋形状;然后在CATIA平台以优化后的等效拉深筋为中心线,设定几何参数后自动生成拉深筋几何模型;利用实体拉深筋优化模块对拉深筋几何模型的高度进行调整,最终获得高度变化的、可直接用于机加工的拉深筋几何模型。
3 算例
应用FASTAMP拉深筋优化设计模块对图2所示的油底壳进行拉深筋优化设计,材料参数如表1所示。
3.1 等效拉深筋优化
假设初始产品未设置拉深筋,将分模线在压边圈上向外偏置一定距离,设置一圈等效拉深筋,等效拉深筋的初始阻力密度值设为160 N/mm。应用FASTAMP增量法程序对拉延工序进行模拟,在凹模行程不到总行程的1/2时,模型出现严重破裂(图3),说明拉深筋阻力值偏大,优化程序自动对拉深筋阻力值进行调整,然后重新进行增量法模拟。如此反复,经过7次迭代后得到优化结果(图4和图5)。
如图4所示,产品从严重破裂改善到既无破裂也无起皱;图5显示的厚向应变分布也比较均匀,集中在10%左右,最大厚向应变不超过23%。
图6给出拉深筋阻力值最终分布情况。可以看到角部的阻力值较小,分别为30 N/mm和5 N/mm;拉延深度较深的侧壁处,阻力密度值<10 N/mm;从深侧壁向浅侧壁过渡的区域开始,拉深筋阻力值开始增加,到浅侧壁中部达到最大值为160 N/mm。这些阻力分布情况与实际经验较符合,即角部的阻力值一般小于直线段,拉延深度较大区域的阻力值小于拉延深度较小区域的阻力值。
对等效拉深筋阻力值分布情况进行分析后,忽略掉阻力值较小的拉深筋段,确定等效拉深筋最终形状为图7中的黑色曲线。
3.2 实体拉深筋优化
对优化后的等效拉深筋进行参数化建模,生成实体拉深筋(图8),实体拉深筋的初始几何参数如表2所示。应用FASTAMP增量法程序对生成实体筋后的模型进行模拟,得到如图9所示的结果。
可以看到,在深度较浅部分的中部出现一定程度的起皱和成形不足情况,说明该处的拉深筋阻力值偏小。优化程序自动对拉深筋高度进行调整,经过3次迭代,得到收敛结果如图10和图11所示。
由图10和图11可见,起皱和成形不足的问题已经消除,厚度分布也比较均匀,最大厚向应变不超过22%。
图12给出了优化后拉深筋高度的分布状况。两侧拉深筋从深拉延到浅拉延部分的高度由小变大,接近角部的部位高度有一定程度的减小;端部拉深筋的高度分布是两边高、中间低。这种高度分布情况与等效筋的模拟结果和实际的试验结果都基本相符。
4 结束语
FASTAMP拉深筋优化设计模块能够在不需要任何经验的情况下,快速得到拉深筋的合理分布;能够在很大程度上提高拉深筋设计效率,缩短模具的开发和生产周期,加强企业竞争力。
参考文献
[1]Hum H,Kim S H.Optimum process design in sheet-metal forming with finite element analysis[J].Journal of Engineering Materials and Technology,2001,123:476-481.
[2]Wang H,Li EY,Li GY.Development of hybrid fuzzy regression-based metamodeling technique for optimization of sheet metal forming problems[J].Materials&Design,2009,30:2854–2866.
高校档案管理的集成模型构建与运行 篇8
2004年8月23—29日, 第十五届国际档案大会在奥地利首都维也纳召开, 在多个报告会和专题研讨会上, “集成”一词频繁出现。目录集成、数据集成、信息集成、多媒体集成、数据库集成已成为数字档案馆建设和档案网络互操作性研究的重要内容。文件与档案集成管理系统、集成管理项目、集成管理方法、集成管理模型、集成管理过程、集成管理术语也成为电子文件管理问题或文件管理最佳实践专题报告会的若干议题 (安小米, 王淑珍, 2004) 。特别是荷兰国家档案馆电子文件管理专家在会上做了题为《管理电子文件的统一模型》的报告。HnasHonfina将多个国际项目的研究成果和研究方法集成, 提出各种模型优势互补, 利用各种模型优点的关系集成和过程集成的想法。该模型强调了文件和档案管理规划应当列入电子政务和电子商务规划, 成为其有机组成;文件和档案管理过程应当与电子事务活动过程集成;档案鉴定、著录、保管与利用等档案业务活动是机构业务活动的一部分, 应当实施需求分析、能力评估、前端控制与全程管理 (HnasHomfna, 2004) 。
1. 集成管理是信息资源管理的核心。
国际上许多信息资源管理的定义都强调“集成”、“综合”的概念, 如美国参议院第1742号议案《联邦信息资源管理法案》指出:“联邦信息资源管理是一种旨在提高政府活动效率和效益的综合性、集成性过程。”美国官方对信息资源管理的定义也指出信息资源管理是一个“综合性、集成性”的过程。我国学者孟广均提出:“信息资源管理一般被认为是一个集成领域, 是由多种人类信息活动所整合而成的特殊形式的管理活动。”我国学者霍国庆也认为:“集成管理从开始就是信息资源管理的核心观念之一。”
2.信息机构的信息化建设为档案信息的集成管理提供了机遇。信息化建设可分为信息资源建设阶段和信息资源管理阶段。目前我国实际上已进入信息资源管理阶段。在信息资源建设阶段形成了大量的分散的、异构的信息资源, 要使这些信息资源发挥作用, 就必须运用集成理论和集成技术, 通过现有资源系统实现无缝整合来连接无数的信息孤岛, 从而实现信息资源的增值。集成管理是信息资源管理过程和方法中最核心的部分。另外, 传统的信息服务机构也都在积极参与各种信息化项目的建设, 包括数字图书馆、数字档案馆、网站建设等。这些都是信息资源集成管理的项目。网络化社会使传统信息机构在管理思路、管理方式和管理手段等方面发生了变化, 信息资源的集成管理为它们提供了发展的机会, 它们利用本身所具有的资源优势以及形成的服务优势, 在未来的网络化信息社会中保持资源管理方面的优势, 并成为重要的信息节点或信息平台为人们所重视。
二、高校档案管理集成模型的目标
高校档案管理的集成模型并不是一个单一的概念, 它广泛涉及高校内部档案工作管理体制、档案管理方法和技术、档案管理思想与制度等方面。该模型的设立主要能达到以下几个目的:
1. 管理目标多元化。
集成管理的目标是一种多元化的目标, 而不能针对单一管理问题或是只解决某一个单一目标。从具体目标上来看, 高校档案信息集成管理与服务模式要实现高校档案管理系统与学校各个管理系统与整个信息服务系统的集成, 实现高校数字档案馆与学校各管理信息系统的集成;实现传统和现代档案管理技术、过程的集成;实现高校内部、高校之间以及高校与整个社会档案信息资源的集成, 从而达到资源共享。
2. 管理视域极其宽广。
管理视域代表着管理主体行为的活动范围。管理视域越窄, 管理行为就越受限制, 管理的影响力也就必然越小。集成管理可以拓宽管理视野, 不仅仅把目标局限于传统意义上的档案。档案作为一种原生性的信息, 它具有广泛的内涵, 特别是在数字时代的今天, 档案的内涵已经扩展到更广阔的领域。高校档案信息的集成管理与服务要打破目前高校存在的各类“信息孤岛”现象, 这不仅要打破高校内部的部门壁垒, 而且也要打破高校之间的障碍。高校档案信息管理的视角将得到极大的拓展, 过去那种围绕某个部门或某个行业的点或线的高校档案信息管理视域将会被开放的、全方位、立体式的管理所代替。
3. 管理要素多种多样。
高校档案信息管理不仅要涉及高校档案信息这一核心要素, 而且还要求把档案信息网站、信息设备、管理人员等要素纳入档案管理范畴, 实行集成化管理。从本质上看, 高校档案信息集成模式强调上述各要素的竞争冲突, 不断寻找、选择自身最佳功能, 以实现各类信息资源要素的功能匹配, 最终形成要素的整合和优势互补。
三、高校档案管理集成模型的功能模块
1. 资源集成模块。
档案信息资源集成是集成模型的基础。资源集成模块的主要功能是形成由分布式文件、档案信息资源构成的具有强大服务功能的跨部门、跨地域的高校档案信息系统。该系统突破了传统档案信息的内涵, 建立了广义的档案信息概念。高校档案信息资源是不断发展变化的, 它历经各个历史时期逐渐发展而来。各个时期的档案信息资源其结构、范围、来源、形态、语言、数据格式也不同。档案信息资源的结构是指档案信息资源在其构成中的档案资源种类的分布状况。高校档案信息资源也是一个泛指的动态的概念, 指的是高校在办学活动中形成的各种档案的集合。
高校档案信息资源结构有一个逐步发展的过程, 这也是一个由简单到复杂的过程。建国以前的历史档案是档案馆馆藏的精品, 一般在各高校档案馆保存的不多。建国以后的现代档案主要由传统型和非传统型档案信息资源组成, 它们也是在历史档案的基础上逐步发展而来的。传统型与非传统型档案信息资源的区分标准是其载体材料。传统型档案信息资源是各高校在活动中形成的管理性档案和个人档案, 主要以纸张为载体。而非传统型档案信息资源同样也是各高校管理活动中形成的, 只不过它是以特种材料为信息载体 (如电子文件、音像档案、缩微档案) , 其中也有一部分是以事由 (主题) 组成的档案信息资源综合体 (如人事档案等) 。档案信息资源集成的主要目的在于档案信息的共享, 实现档案信息的共享是档案部门与学校其他部门及社会联系的纽带, 也是档案部门生存和发展的动力源。就一个高校来说, 集成的不仅仅是各种载体类型的档案信息 (如电子文件与纸质档案的集成管理) , 还包含其他载体类型 (音像、电子等) 档案所含信息的集成。如果将高校档案信息放在整个社会的大背景下, 那么集成的内涵就更为广泛了, 它还应该包含全国高校档案系统的信息资源的集成、高校与社会其他系统的档案信息资源的集成。
2. 过程集成模块。
管理过程的集成是发挥集成管理效率的关键。如果不实行管理过程集成, 会出现不配套的现象。管理过程集成, 应通过寻找旧的管理过程中存在的问题, 剔除无效的过程, 以用户服务为中心, 打破传统的管理方式, 以提高工作效率和方便利用者为目的来分配人力资源, 从而达到在成本、质量、效率等方面取得显著进展。传统档案工作过程包括收集、整理、分类、检索、利用、统计和编研八个环节。高校档案管理的集成模型要求实现档案管理业务流程的重组。这就需要根据文件连续体理论对档案管理过程进行再造。高校档案是一个不可分割的合成体, 档案管理过程的重组需对档案管理的业务流程进行统一的设计, 转换档案工作体制, 打破过去文件工作与档案工作的界限, 实现文件档案一体化管理。
3. 技术集成模块。
高校档案管理集成模型的实现需要各种高新技术的支撑。这里所指的技术主要是信息技术。信息技术是一个很宽广的概念, 不仅指的是计算机技术。从技术角度看, 信息技术包括一切有关信息获取、传输、处理与控制、存储、显示、应用等方面的技术。技术集成指的是在高校档案管理中, 多种信息技术的整合、优化和综合运用, 而不是毫无选择地滥用。 (1) 信息基础技术:它是整个信息技术的基础, 即有关元件、器件的制造技术。主要包括微电子技术、光子技术、光电子技术、分子电子技术等几个方面。 (2) 信息系统技术:是有关信息的获取、传输、处理、控制的设备和系统的技术。主要有信息获取技术、信息传输技术、信息处理技术、信息控制技术。 (3) 信息应用技术:即信息管理、控制、决策等技术, 它是信息技术开发的目的所在。主要包括管理领域的信息应用技术, 其代表为各种MSI (一个数据库, 包含安装一种产品所需信息和安装或卸载程序所需的指令和数据) ;生产领域的信息应用技术, 其代表为计算机集成制造系统和利用这一技术开发各种计算机集成制造系统。 (4) 信息安全技术:指的是有关信息保护的技术。其中最重要的有密码技术、防火墙技术和病毒防治技术。
高校档案管理的集成模型将传统纸质档案的管理与现代其他载体形式 (如电子文件) 的管理有机地结合起来, 它既可以管理传统纸质档案, 同时又能兼顾新时期不断涌现的电子文件及其他载体形式的档案。从一定意义上说, 集成模型通过对高校档案信息的整合, 实现了高校档案信息资源的集成。另外集成模型实现了传统档案管理过程的重组, 将档案信息流与业务流很好地结合起来, 从而更好地发挥高校档案信息的作用及提高管理效率。
参考文献
[1]王永奎, 袁伦渠.政府信息在公共信息服务中的定位[J].技术经济, 2003 (8) .
[2]吴秋明.集成管理理论[M].北京:经济科学出版社, 2004.
[3]肖明.信息资源管理[M].北京:电子工业出版社, 2002.
[4]肖文建.我国档案管理体制改革的重点、难点探析[J].档案学通讯, 2004 (2) .
基于集成模型的多层次设计重用方法 篇9
当今制造业面临着市场需求多样化、快速化的挑战, 小批量、多品种的制造模式已成为多数制造企业主要的生产和经营策略。设计重用能有效重用已有设计资源, 并能大大提高产品的设计效率和质量, 是快速开发新产品的基础。设计重用是指对产品设计本身和对产品设计过程中所形成的设计知识、方法与经验等的重用[1], 可分为三个层次:实体层、混和层和抽象层。实体层包括数据层、特征层、零件层和装配层, 目前设计知识重用的应用主要集中在这一块, 如标准件的重用、参数化设计等;抽象层包括过程层、方法层和知识层, 是对实体层的提炼和升华, 属于较高层次的知识重用, 如基于实例的推理 (case-based reasoning, CBR) 、设计理念和原理的重用等, 尚有较大的提升空间。
国内外学者对设计重用作了不少的研究。Scherer提出采用一种基于神经网络的方法来比较几何体的相似性, 以支持CAD设计重用系统, 避免了从草图开始的大量工作[2];Hedin等[3]采用面向对象和特征语法技术, 提出一种面向产品族的配置工具, 可以重用产品的通用特征来实现产品快速变型, 具有高度的可读性和重用性;Wu等[4]提出一种基于模糊CBR技术的产品理念的计算机生成方法, 通过检索情境相似的产品产生新理念以提升基准产品的功能, 为了避免大量产品理念的人工筛选, 结合模糊AHP法以获得更具价值的产品理念;国内的浙江大学、西安交通大学等研究机构也对此进行了研究, 如tu等[5]从产品设计知识的组织模式的角度来研究产品设计重用, 建立了设计知识的功能-行为-结构映射模型和组织模型。还有一些研究侧重于具体的应用, 如基于Web和Pro/E的零部件重用系统[6], 针对冲模、夹具等具体产品的CAD重用技术等[7]。
以上研究多针对设计重用某一层次上的需求, 而在实际开发过程中, 产品和零部件的重用需求往往具有多个粒度和复杂的层次性, 本文在文献[8]中提出的可配置产品结构模型 (configurable product structure model, CPSM) 的基础上, 提出一种多层次设计重用方法, 该方法可支持基于实例的相似产品检索、产品数据管理 (product data management, PDM) 环境下产品结构配置和CAD环境下的参数化设计。
1 基于集成模型的多层次设计重用系统
不同层次的设计重用可由不同层次的产品模型支持, 并采用各种使能工具来实现, 如图1所示。几何模型和特征模型主要由CAD软件支持实体层的参数化设计;结构模型可由PDM中的产品结构管理来支持混和层的结构变型设计;知识模型可由基于CBR、知识工程 (knowledge-based engineering, KBE) 等来辅助抽象层的概念设计。实际上, 设计重用并不是孤立的, 不同层次的重用往往会综合应用, 集成的产品模型是为产品设计重用提供信息集成和知识表达的基础, 它捕获产品全生命周期信息, 覆盖设计重用的整个过程, 可用来集成不同层次的设计重用。
CPSM是一种集成模型, 集成了一类产品的通用结构、属性集及其工程语义关系, 可满足产品和零部件多个粒度、层次上的重用需求, CPSM的详细论述可参考文献[8]。CPSM易于获取产品生命周期中的相关知识, 便于采用CBR方法进行分类和实例检索, 适于一些无法采用模型表达的设计经验和知识的重用, 检索出相似产品或零部件, 并可进一步采用结构变型或参数变型来完善设计;CPSM通过扩展与或树支持产品结构变型, 可与PDM系统相结合, 以产品族的拓扑结构形式组织相似零部件, 重用其相似信息, 配置其结构变型, 规范其设计流程, 主要用来支持零部件层次的设计重用;CPSM通过映射属性集和装配关系, 可参数化驱动CAD模型, 修改少量主参数而不改变零部件的总体结构, 适于系列化产品的实例化, 一般在详细设计阶段使用, 主要用来支持参数层次的设计重用。这三种策略并不是解决同一问题的多个途径, 而是分别适用于工程设计不同阶段不同层次的解决方案。基于统一的集成模型进行综合运用可实现多层次的设计重用, 图2所示为基于集成模型的多层次设计重用系统。
整个系统分为三层。数据层提供产品相关数据的存储, 是各应用系统重用历史数据和存储新数据的地方, 包括产品设计、配置、评价的相关知识规则、产品和零部件实例数据、产品结构和属性数据以及产品和零部件图;模型层为多层次设计重用提供模型支持, CPSM可通过PDM获得产品整个生命周期的相关信息, 且CPSM是直接面向重用的, 为应用层提供所需信息的业务逻辑和数据交互服务;应用层在产品级、零部件和参数级多个层次上的设计重用用来支持产品快速变型设计, 主要通过CBR系统、PDM系统和CAD系统来实现。
(1) CBR系统根据设计要求搜索可重用的相似产品实例, 有符合要求的可直接选用, 有相似实例但需要更改的进入零部件级的重用设计中。
(2) 无法找到相似产品实例的由CBR系统或设计人员选定适合的产品类, 产品类由CPSM支持, 进入产品结构配置。
(3) 产品结构配置由PDM系统实现, 由可配置产品结构配置获得产品结构原型, 规划零部件设计流程。
(4) 零部件设计与产品设计类似, 先由CBR系统搜索合适的零部件实例, 不能满足要求的根据零部件类别选择参数化模板由CAD系统进行参数化设计。
此集成系统也可以分解为各个子系统独自运行来完成各自的功能, 在产品设计过程中可灵活运用。
2 基于CBR的实例检索
基于实例的推理建立在“相似问题具有相似解”和“同样的问题会再次出现”的基础上, 其检索的本质在于能够辅助设计人员根据已知条件快速找到具有最佳相似度的产品实例。然而在实际应用中这种已知条件常常具有模糊性、不完整性和不规范性, 用户对其意愿也往往具有多种表达, 这就需要在准确理解用户需求的基础上, 以此为基准搜寻匹配的实例, 提高查准率和查全率。本文采用的方法可分为两个阶段:首先基于语义进行类型相似度的模糊搜索, 搜寻可能满足要求的CPSM模型, 其目的是为了对用户需求进行语义级的匹配, 缩小实例搜索的范围, 并避免在实例搜索的时候对以上信息的重复搜索, 提高检索效率;其次在以上限定的范围内针对属性值采用最近相邻法中的欧式距离进行精确的相似度计算, 它具有较明确的数学模型和应用基础, 易于搜索出满足要求的相似实例。
2.1 第一阶段
一般来说, 输入条件和待检索CPSM模型相比, 信息不完全、结构不完整且表达多样, 若采用整个结构和概念集的相似性来比较, 偏差往往较大, 其相似性评价标准不应当是“等价”而是“归属”的关系, 即以输入条件的三元组 (主体, 谓词, 客体) 为单元检索CPSM模型, 可将CPSM中的扩展与或树、装配有向图和属性集转换为三元组, 具体表达方法在实例中给出。满足相似度要求的即为合格, 而不需要待检索模型中的所有三元组都能在输入条件中找到匹配项才算合格。计算步骤如下:
(1) 将用户需求和已知条件处理为类似于RDF的三元组格式, 形成输入三元数组集Am, m表示数组的个数, 这种格式简单实用, 适用于通用资源的描述方式, 保存了语义信息, 易于本体集成, 可描述功能、结构等语义信息;同时CPSM中的树结构、图结构都易于转换为此种格式, 其目的是为了便于计算机智能检索。转换规则为 (节点1, 边, 节点2) , 形成CPSM三元数组集Bn, n为数组个数。
(2) 针对Am中任一个三元组ai, 依次计算与Bn中数组bj的相似度Si j (ai, bj) , 其算法规则为:若ai和bj完全匹配, 则Si j=1;若ai可通过本体映射转换为bj, 且三元组中三个元素映射度分别为V1、V2、V3, 则
(3) Am中三元组ai的相似度定义为Si=max (Si1, Si2, …, Si j) , 为简化算法, 当其中有值为1时, 可直接令Si=1, 不必进行与余下bj的相似性计算。
(4) 计算相似度
2.2 第二阶段
针对设定值选择符合条件的CPSM模型, 并用其相应实例的属性值, 采用欧式距离计算相似度, 这一阶段处理的主要是一些几何信息, 建立在第一阶段功能、结构等语义相似的基础上, 且需要比较的属性在第一阶段已经建立了对应关系, 欧式距离可采用以下公式计算:
式中, x为已知属性集, y为待检索实例属性集;μ (x) 为隶属度函数, 其定义可参考文献[9];λi为权重。
它们之间的相似度可定义为
SP=1-d (x, y)
依次比较待检索的实例可获得与输入条件最相似的产品实例。零部件也可采用类似的方法检索实例, 以零部件的属性集相似性检索为主。
3 PDM环境下的产品结构配置
CPSM中给出了一组变型产品结构的可配置表达, 通过统一的产品结构可重用这类产品的通用特征, 配置其差异特征, 是进行产品结构配置的基础, 因而产品结构配置过程也是从CPSM到产品实例结构的求解过程。PDM中存储了大量的产品结构实例和知识, 在PDM环境下建立和配置产品结构易于获取和重用已有的产品知识, 并维护新生成的产品结构实例。
配置过程实质上是在约束网络下采用深度优先算法遍历扩展与或树的逐层求解过程, 约束网络由以下三个方面交织组成:配置规则、装配约束和属性约束。
(1) 配置规则是可替换模块与可选模型进行选择和配置的判断条件, CPSM通过扩展与或树的四元组作为模型支持, 对模块间聚合、泛化和实例化关系进行明确定义, 配置规则在一定的需求下在类型级和实例级两个层次上限定产品结构, 其中有些配置规则用来确定选择那种类型的零部件, 而有些配置规则可以直接选择合适的零部件实例。
(2) 装配约束是某类产品可进行装配的约束条件, CPSM中通过装配有向图对一类变型产品的装配关系提供模型支持, 装配约束同样可分为两个层次, 一是装配类型级, 用来装配的零部件必须是同一装配类型, 其接口类型可以配合, 其二是装配接口参数级, 用来装配的零部件, 其接口参数必须满足配合条件。
(3) 属性约束是某类产品特征和几何属性间的约束关系, CPSM中通过可扩展属性集来提供模型支持, 在产品配置中比较常见的如零部件属性的上下限约束、产品层次间属性几何关系的传递约束、产品性能约束等。在实际应用中, 由于属性的易表达性和可操作性, 配置规则和装配约束也可通过其属性转换为配置属性和装配属性, 便于在应用程序中进行逻辑推理。
产品配置是一个基于知识的问题求解过程, 其求解模型可定义如下:用户需求特征变量集Quest=[Q1, Q2, …, Qi]。某类产品P的可配置产品结构模型为CPSMP。PDM中与CPSMP相关联的零部件模块与实例集为Ins=[I1, I2, …, Ij]。约束网络为:
配置规则集:Rule=[R1, R2, …, Rk]
装配约束集:Asm=[A1, A2, …, Al]
属性约束集:Pro=[P1, P2, …, Pm]
配置结果 (产品结构原型与实例数据) 为CP。
求解模型可用函数关系表示为
CP=F (Quest, CPSMP, Ins, Rule, Asm, Pro)
求解过程可分为两个阶段:产品结构原型的确定;模块实例的选定或参数的确定。这两个阶段并不完全是串行的, 在产品结构原型的确定过程中, 已经确定的零部件间若没有依赖关系, 可分配不同的设计人员进行并行设计。具体步骤如下:
(1) 将设计需求形式化处理为计算机可以处理的参数与约束。一种方式是通过人机交互的方式手工输入, 另一种是利用质量功能配置 (quality function deployment, QFD) 将客户需求转换为产品的技术特征。
(2) 采用深度优先算法遍历产品结构树。从CPSMP的根节点开始, 即从第一层的产品节点开始, 根据设计需求初始化已知部分产品属性集, 匹配配置规则、装配约束和属性约束, 将可以推理得出的产品属性加入已知属性集中, 将可以推理出但条件尚未成熟的 (如可由后面的零部件属性推理出) 加入未知属性集, 将无法推理出的分配给设计人员。
(3) 若此节点为一实例, 则可直接选定, 并从PDM中调入此实例的结构和属性, 对此节点的子节点不必再遍历。
(4) 对于任一配置单元, 若其为必选模块, 根据已知属性集和约束网络推理此节点的属性, 并加入此节点的已知属性集中, 采用基于CBR的方法从PDM中搜索实例, 若有合适的实例采用 (3) 的方法;若没有合适的实例则采用类似 (2) 的方法建立此节点的未知属性集, 并将无法推理出的分配给相应的设计人员。
(5) 若其为可选模块, 先匹配其配置规则来决定此节点是否需要, 如不需要则删除此节点, 需要此节点则采用 (4) 的方法。
(6) 若其为可替换模块, 先推理代理节点的公共属性, 并加入已知属性集来匹配配置规则, 决定选用哪一个模块, 选中的模块直接替换代理节点, 并删除其他可替换模块, 然后采用 (4) 的方法。
(7) 未实例化的配置单元采用以上的方法继续深度遍历其子节点直到叶子节点, 并从已知属性集中推理和计算未知属性集, 无法推理的需要设计人员协助完成。
4 CAD环境下的参数化设计
CAD环境下的产品设计知识重用侧重于实体层的重用, 主要表现为基于CAD软件参数化的变型设计, 目前CAD软件主要支持基于几何尺寸和特征的参数化, 通过建立零部件类的参数化模板, 用户只须变更其主参数便可得到所需的CAD模型, 可节省大量CAD建模时间, 提高详细设计效率并减少出错率。
与设计流程的紧密集成是实现CAD环境下设计重用的关键, 上游设计形成的产品、零部件的主参数如何与CAD环境交互并直接驱动CAD模型, 是首先需要解决的问题。CPSM是设计流程的支撑模型, 在结构树中详细定义了零部件类的属性及其层次关系, 易于捕获上游设计如CBR系统、产品配置系统、优化设计系统等的设计结果, 通过建立属性集与CAD模型主参数的映射关系, 设计过程中应用程序可直接设置属性值, 驱动CAD模型进行参数化设计。
如图3所示, CPSM属性集与CAD软件中参数化模板主参数之间的映射关系通过交互界面来建立, 企业里使用比较普遍的三维CAD软件Pro/E、UG和二维软件AutoCAD都支持二次开发, 并提供了强大的开发包, 可在CAD环境下通过二次开发来建立交互界面。交互界面在CAD环境中建立, 其优点有以下几点:
(1) CAD环境下易于获得CAD模型中的特征参数, 并支持通过图形来交互选择, 而在其他应用程序中访问CAD模型的主参数十分困难;
(2) CPSM属性集可通过访问数据库或XML、OWL文件获得, 都具有标准的访问接口, 在CAD环境下也易于访问;
(3) 通过交互界面设定映射关系是独立于具体的参数化模板和CPSM属性集的, 具有通用性, 用户只需交互设置映射关系而不需针对每一类零部件都进行二次开发, 降低了用户门槛和工作量, 适于集成和重用。
映射表存储了CPSM属性集和参数化模板主参数之间的映射关系, CAD模型以几何参数为主, 这种映射关系以数值型参数之间的直接映射为主;但由于属性集和主参数分属不同系统, 通常由不同人员定义, 往往不能保证一一对应, 此时表现为函数映射关系;CPSM也可以通过OWL文件以XML的格式将零部件的分类、组合、装配等语义关系进行形式化表达传递给CAD系统, 但目前CAD系统对工程语义的支持还不足。
参数化模板是一类零部件在CAD环境下进行参数化变形的模板, 定义了这一类零部件的基本拓扑结构。参数化模板的定义包括三个步骤:
(1) 分析此类零部件的几何形状和拓扑结构, 综合得出能覆盖此类零部件结构形状的复合模型, 不能完全覆盖的需要进一步细分。
(2) 综合分析此类零部件的设计、加工和使用情况, 确定此复合模型的主参数, 用来进行模型驱动。一般来说, 参数化设计属于详细设计的下游阶段, 其主参数可参考上游阶段的输出参数。
(3) 通过交互界面, 建立CPSM属性集和主参数间的映射关系。CPSM可与产品生命周期各应用程序交互, 实质上是建立了参数化系统和产品开发过程中各应用程序间参数级的集成和几何特征信息的重用系统。
CPSM的可扩展属性集是一种分层次可扩展的属性模型, 可支持不同层次的参数化模型, 属性集间的继承关系也为参数化模板间特征模块的重用和组合提供了基础, 从而在参数化的重用基础上进一步提高重用层次。
5 应用
基于上述思想, 以企业应用为目的, 建立了多层次的设计重用系统, 该系统可实现汽车减振器的快速变型设计。该系统是可定制的开发平台, 与PDM、CAD紧密集成, 支持采用CBR的思想从PDM中检索产品数据, 快速选择符合要求的产品和零部件实例, 基于CPSM模型实现快速结构变型, 并映射属性集驱动CAD模型进行参数化设计。其设计流程如下。
(1) 根据已知条件确定合适的CPSM。一种方法是通过CBR系统根据前文的推理算法给出按相似度排列的备选模型, 另外也可由设计人员直接选定某一CPSM进行配置。如先输入条件三元组: (减振器, 减振原理, 小孔阻尼) , (减振器, 阻尼介质, 油压) , (减振器, 封口方式, 焊接) , (减振器, 安装方式, 吊环) , (减振器, 包含, 防尘罩) , (减振器, 包含, 加强板) , (防尘罩, 材质, 铁制) 。通过CBR系统进行语义匹配, 发现GH型凸焊A系列减振器相似度达到95%, 此类型已有产品实例188个。再输入属性值通过欧式距离计算相似度, 根据用户提供的样品测试数据, 搜索符合条件的产品实例, 满足条件可直接选定。
(2) 不能满足条件的, 根据已定的CPSM的约束网络来确定可选模块和可替换模块, 进行产品结构配置。针对确定类型的零部件节点, 根据已知属性集, 在产品数据管理系统中进行基于CBR的相似性推理, 搜寻相似零部件。对于符合要求的零部件进行选型设计以便重用, 用户也可参考前面搜索的具有较高相似度的产品实例来直接选定部分零部件。
(3) 需要调整的零部件直接调用参数化模板, 根据结构配置中确定的属性值驱动CAD环境进行参数化设计。
6 结束语
基于统一的集成模型CPSM, 建立了多层次设计重用系统, 使产品开发从产品级到参数级都能得到设计重用的支持, 也使得CBR系统、PDM系统和CAD系统围绕着产品开发紧密合作, 共同提高产品开发的效率和质量。系统需要进一步完善的地方是对设计知识和工程语义在实际应用中的支持, 这依赖于对领域知识本体建立的完善程度, 本系统建立在语义模型的基础上, 但在工程应用中由于设计知识的复杂性和动态性, 需要进一步提高系统的可扩展性。
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