PDF《云制造特征及云服务组合关键问题研究》

composition flexibility

0 引言 针对现有制造业信息化发展存在的问题, 结合 现有先进制造模式和技术 [

1 6] 以及云计算 [ 7] 、 物联 网[8] 、 虚拟化、 面向服务技术等新技术, 文献[ 9] 提出 了云制造的概念.云制造是通过云计算技术实现软 件、 计算、 知识等资源的组织、 管理与共享, 通过物联 网和嵌入式技术等实现物理设备的自动接入、 管理、 监控与共享, 并通过标准的虚拟化与面向服务的技 术, 对各类制造资源、 制造能力、 制造知识( 制造云) 进行自动配置与部署, 构建一个自治的、 自维护的、 动态扩展的制造服务云体系, 从而在高性能计算等 计算机集成制造系统 第17 卷 技术的支持下, 实现制造云服务的自动寻租、 智能匹 配、 成本优化、 智能结算及支付、 数据安全等管理, 通 过任务模式匹配、 任务自动分解技术和协同服务技 术, 为制造云中的终端用户提供按需、 自助、 敏捷的 商业制造服务平台.其目的是实现基于知识的制造 资源、 制造能力、 制造知识的共享与按需使用, 从而 提高制造 资源的利用 率, 实现现代 企业 TQC SEFK [ 1] ( 即以最快的上市速度( T ime) 、 最好的质量 ( Quality) 、 最低的成本( Cost) 、 最优的服务( Serv ice) 、 最清洁的环境( Environment ) 、 最好的灵活性 ( Flexibility) 和高知识含量( Know ledge) 来满足不 同顾客对产品的需求和社会可持续发展的要求) 目标, 促进节能减排, 实现绿色和低碳制造. 制造云服务组合作为提高云制造资源利用率、 实现制造资源增值的关键途径之一, 对云制造的实 施和开展具有重要作用.由于云制造的概念刚提 出, 有关云制造的研究目前还主要集中在概念、 体系 架构等方面.而现有服务组合研究主要是围绕计算 资源和 Web 服务展开的, 具体研究包括: 支持服 务组合的描述语言和工具, 如Web 服务业务流程执 行语言( Web Services Business Process Execution Language, WS BPEL) 、 Web 服务本体描述语言 ( Web Ontology Language for Service, OWL S) 中 的服务模型、 Web 服务编排接口( Web Service Cho reography Interface, WSCI) 、 Web 服务编排描述语 言( Web Service Choreography Description Lan guage, WS CDL) 等;

服务组合方法, 如基于业务 流程驱动的服务组合 [

10 12] 、 基于人工智能和规划的 服务自动组合[

13 15] 、 基于图论的服务自动组合[ 16] 、 基于服务质量( Q uality of Service, QoS ) 的服务组 合[

17 18] 和基于智能体的服务组合[ 19] ;

! 服务组合框 架;

?组合服务的验证方法等.然而, 由于云制造系 统中云服务的多样性、 复杂性、 规模性等特点, 使得 以上方法不能直接用于云服务组合的实现. 因此, 本文在分析云制造特点的基础上, 对云服 务组合全生命周期需求进行分析, 对实现云服务组合 中的服务组合建模/ 描述和一致性检查、 云服务关联 关系管理、 云服务组合柔性管理、 组合网络及其动力 学特性、 组合服务的服务质量建模与评估、 组合优选 等实现云服务组合的关键问题进行研究, 从而为未来 实现高效智能化的云制造服务管理提供理论支持.

1 云制造的典型特征 文献[ 9] 对云制造的定义如下: 云制造是一种面 向服务的、 高效低耗和基于知识的智能性网络化制 造新模式.它融合现有的信息化制造、 云计算、 物联 网、 语义 Web、 高性能计算等技术, 通过对现有网络 化制造与服务技术( 如制造网格、 虚拟制造、 分布式 数控以及 应用服务提 供商 ( Application Service Provier, ASP ) 、 软件即服务( Softw are as a Serv ice, SaaS) 等) 进行延伸和变革, 将各类制造资源( 包 括制造硬物理设备、 测试平台、 仿真系统、 计算与通 讯系统、 软件、 模型、 数据和知识等) 虚拟化、 服务化, 并进行统一的、 集中的智能化管理和经营, 实现智能 化、 多方共赢、 普适化和高效的共享和协同, 通过网 络为制造全生命周期过程( 论证、 设计、 加工、 仿真、 试验、 维护、 销售、 采购和管理) 提供可随时获取的、 按需使用的、 安全可靠的、 优质廉价的服务. 云制造具有以下典型特征: ( 1) 面向服务和需求的制造 云制造一改制造 长期以来面向设备、 面向资源、 面向订单、 面向生产 等的形态, 实现了真正面向服务、 面向需求.在云制 造中, 一切能封装和虚拟化的都作为制造云服务( 包 括制造资源作为服务、 制造能力作为服务、 制造知识 作为服务等) .这种大转变是实现生产型企业向服 务型企业转变、 实现制造即服务( Manufacturing as a Service, M FGaaS) 的基础. ( 2) 不确定性制造 云制造中, 云服务对制造需 求的满足不存在唯一的最佳解, 而是到目前为止用 现有技术和方法能得到的满意解或非劣解, 这即是 云制造的不确定性制造能力, 包括云制造任务的描 述、 任务与云服务的映射匹配、 云服务选取与绑定、 云服务组合选取、 制造结果评价等环节中的不确 定性. ( 3) 用户参与的制造 云制造强调把计算资源、 能力和知识嵌入到网络和环境中, 使得制造企业关 注的中心转移或回归到用户需求本身.云制造致力 于构建一个制造企业、 客户、 中间方等可以充分沟通 的公用制造环境.在云制造模式下, 用户参与度不 仅限于传统的用户需求提出和用户评价, 而是渗透 到制造全生命周期的每一个环节.云制造模式下, 客户或用户的身份不具备唯一性, 即一个用户既是 云服务的消费者, 也是云服务的提供者或开发者, 体 现的是一种用户参与的制造, 包括人机交互、 机人交 互、 机机交互以及人人交互等. ( 4) 透明和集成的制造 云制造把所有制造资 源、 能力、 知识等尽可能高度抽象和虚拟化为用户可