（机械电子工程专业论文）制造网格环境下制造资源的建模与形式化描述.pdf

华中科技大学硕士学位论文 攘要 制造网格是制造资源共享、管理和提供制造资源服务的集成平台。制造资源是为完 成产品设计、制造和服务的整个产品生命周期中各种活动的物理元索的总称。这些资源 具有异构注、多榉性戳及活动靛复杂槛。京制造网格中，隽了对制造资源送行有效约管 理，实现产品全生命周期瓷源的全面共享，便于资源搜索发现、资源配鬟和薰用，关键 要建立制造资源分类模型以及对这些异构资源避行准确而统一的形式化描述。 分祈了制造网格的特点，研究了铡造网格的体系结构和制造网稽协同制造平台模型。 制造瓣格靛体系缭梅分海椽造屡、裁逑圈格孩心中瓣件屠、蠲户中瓣静鼷窝应用罄西令 大的层次。制造网格协同制造平台系统采用客户端服务器结构，企业通过制造劂格门 户网站p o r t a l 来发布资源或提交任务。 分祈了制造资源的特点和帝8 造资源管理的功能要求，对制造资源迸行了分类，在此 基獭上设计了铡遴蹲捺资源管理瓣诲系结擒。该体系结麓是以g l o 堍s 稻。娥豹元计算 目录服务( m 融a c o m p u t i n gd i s c o v e r ys e r v i c e ，m d s ) 组件和网格资源分配管理者( g r 试 r e s o u r c e sa 1 l o c a t i o nm a l l a g e r ，0 融m ) 为基础而设计的。研究了制造资源管理系统涉 及的主疆关键问题，其中制造资源的建模和形式化摘述是制造网格资源管理系统要研究 豹关键润题之一。 对制造资源的建模霭求进行了分柝，将面向对象方法和统一建模语害u m l 相结合 建立了制造资源分类模型。分析了以s t e p 为核心的中性文件数据在网上传输的不足以 及采用x m l 和w s d l 来替代它的可行往和必舞性。通过研究建立s t i 湃到煳l 的酸 射秘s t e p 裂w s d l 憝映粪壹，竞残了s 强p 两w s d l 装转换，实现了基于 s t e p x m l - w s d l 的制造资源的撼述。掇索出了一条制造资源描述的瓤方法。 整体分析了制造资源管理平台的功能需求，对制造资源管理平台的实现进行了设计 和建模。最衙以转向器产晶的设计为铆，分析了转向器设计的制造流程、发布、搜索暇 务簿。 关键词：制造网格制造资源建模描述管理 华中科技大学硕士学位论文 a b s t r a c t m a n u f a c t u r j n gg r i d ( m g ) i sa ni n t e g r a t i o np l a t f o n ns h a r i n ga n dm a n a g i n gm a l l u f 酏t u r i n gr e s o u r c e s a n ds u p p l y i n gm 卸u f a c t u r i n gr e s o l l r c e ss e r v i c e m a n u f 如t u n n gr e s o u r c e si st h ec o m b i n a t o no ft h e p h y s i c a le l e m e n t so fv a r i o u sa c t i v i t i e si np m d u c ti i f e c y c l ec o m p l e t i n gp r o d u c td e s i g n ，m a n u f a c t i l r ea n d s e r v i c e t h e s er e s o u r c e sh a v et h ec h a r a c t e r i s t i co fh e t e r o g e n e n y ，d i v e r s i t ya n da c t i v i t i e s c o m p l e x i 够i n o r d e rt om a n a g ee f f 毫c t i v e l ym a n u f a c t u r i n gr e s o u r c e sa i l da c h i e v er e s o u r c e ss h a r i n gi np r o d u c tl i f e c y c l e 粕da 肪r df k i l l t i e sf o r t h es e a r c h a i i o c a t i o na n dr e l j s eo fr e s o u r c e si nm gm ee s t a b l i s 岫e mo f m a n u f a c t u r i n gr e s o u r c e s c l a s s i f i e dm o d e la n dt h ee x a c ta t l du n f o m lf o n n a ld e s c r i p t i 咖o ft h e s e h e t e r o g e n e o u sr e s o u r c e sa r et h ek e y s t h ec h a r a c t e r i s n c so fm gw e r ea n a l y z e da n dm ga r c h i t e c t u r ea 1 1 dc 0 1 1 a b o r a t i v em a i l u f 犯t u r i n g p i a t f o m lm o d e lw e r es t u d i e d m ga r c h i t e c t l l r ei sc o m p o s e do ff o u rl a y e r sn 啪e da sf 曲r i c ，c o r em i d d l e l a y e u s e rm i d d l el a y e ra 1 1 d 印p l i c “o n c l i e 州s e r v e rm o d e lw a su s e di nm gc 0 1 1 曲o r a t i v em a l l u f 她t u r i n g p l a l f o na n de n t e r p r i s e sp u b l i s hr e s o w c ea r i ds u p p l ys e n r i c eb ym gg p o r t a lw e b s i t e t h ec h a r a c t e f i s t i c so fm a n u f k t u r i n gr e s o u r c e s 柚dt h e f u n c t i o n a l i t i e so fm a n u f k t l l r i n gr e s o u r c e s m a n a g e m e n tw e r ea 1 1 a l y z e da n dm a n u f a c t u r n gr e s o u r c e sw e r ec l a s s 访e d t h ea r c h i t e c t u r eo fm g r e s o u r c e sm 柚a g e m e n ts y s t e mw a sd e s i g n e do nt h eb a s eo fm e t a c o m p u t i n gd i r e c t o i ys e r v i c e ( m d s ) b y g l o b u st 0 0 k i ta n dg r i dr e s o u r c e sa 1 1 0 c a t i o nm a n a g e r ( g r a m ) t h ek e yp r o b l e m si nm a i l u f a c t u r i n g r e s o u r c e sm a i l a g e m e n ts y s t e mw e r es m d i e da i l dt h em o d e la n df o m l a l d e s c r i p t i o nt om a n u f k t u r i n g r e s o u r c e si st h em o s ti m p o r t a n tp r o b l e m t h em o d e lr e q u i r e m e mo fm a n u f a c t i l r j n gr e s o u r c e sw a sa n a l y z e da n dm a n u f 酏t u r i n gr e s o u r c e s c l a s s i 蜀e dm o d e lw a se s t a b l i s h e db yv i r t u co fo b j e c t - o r i e n t e dt h i n k i n g 锄du m lt o o i s t h en 彻s p o r t a t i o n d e f i c i e n c yo fn e u t r a lf i l ed a t ai l s i n gs t e pa st h ec o r ei nn e t w o r ka 1 1 dt h en e c e s s i t ya n df e a s i b i l i t yo f 印p l y i n gx m la n dw s d lt od i s p i a c es t e pw e r ea n a l y z e d t h ef o m l a t 协m s f o n n a t i o n 疗o ms t e pt o w s d lw a sa c h i e v e dd e p e n d i n go nt h ee s t 曲i i s h m e n to fm 印p i n gr e l a t i o nf m ms t e pt ox m la n ds t e pt o w s d la n dt 1 1 ed e s c r i p t i o no fm a n u f k t i l r i n gr e s o u r c e sb a s e do ns t e p - x m l - w s d lw a sa c h i e v e d an e w m e t h o do f t h ed e s c r i p t i o no f m 如u f k t u “n gr e s o u f c ew a sf o u n d t h ef l l n c t i o n a lr e q u i r e m e n t so fm a n u f a c m r i n gr e s o u r c e sm 柚a g 锄e n tp l a t f o r mw e r e 柚a l y z e dt o t a l l y t h ed e s i g i la n dm o d e lo ft l l e p l a t f b 皿、v e r ea c h i e v e d t h em a n u f h c t u r i n gp m c e s s ，p u b l i c 撕o na i l d s e a r c h i n gs e r v i c eo f d e s i 驴w e r ea n a l y z e du s i n gs t e e r i n gg e a rd e s i g n 雏a f le x a m p l e k e y w o r d s ：m a l l u f a c t u r i n gg r i dm a n 试虬t u r i n gr e s o u r c e s m o d e l i n gd e s c r i p t i o nm a n a g e m e n t i i 独剖性声明 零人声明联呈交的学位论文是我个人在导师鲍擐鼯下进行的硬究工作及取 得的研究成果。尽我所知，除文中已标明引用的内容夕 ，本论文举包禽任何其他 人或集体融经发表或撰写过的研究成果。对本文的研究做出贡献的个人和集体， 均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。 举位论文作者签名：狰穗虫五 ， i 、 豳裳：劬参年肇月二，目 学位论文版权使用授衩书 本学谯论文 乍者完全了鳞学校毒关像整、使用学位论文憋援定，鼯：学援鸯 权保留并向国家有关部门绒机构送交论文的复印件和电子舨，允谗论文被查阅和 借阅。本人授权华中科技火学w 以将本学位论文的全部绒部分内容编入有关数援 库进行检索，可以采用影印、缩印绒扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。 保密门，在年解密腼适用本授权书。 本论文属于 不保密囱 ( 请在以上方框内打“、，”) 学位论文 乍卷签名：勰露嚎善 日期：砌菩年午月矽日 槲，锄彳 嗍粕 月：7 日 华中科技大学硕士学位论文 l 。l 课题摄述 1 1 1 课题来源 l 绪论 本论文属于以下课题的重要组成部分： ( 1 ) 圈家重点科技攻关项目支持网络制造的协同交互与资源共享平台研究与产业 化( 项目批准号：2 0 0 3 b a l 0 3 c ) ； ( 2 ) 国家自然基金重点项目网络环境下的数字制造理论与关键技术( 项目批准号： e 0 5 5 0 3 3 5 0 2 0 ) ： ( 3 ) 潮托省国际科技合作羹点颈目鏊于网络的远程产品快速开发制造系统( 项舀 批准号：2 0 0 5 c a 0 0 2 ) 。 1 1 2 课题韵目的和意义 在网格( g r i d ) 技术飞速发展的同时，信息技术、先进管理技术和先避制造技术等也 在快速地发展，使制造环境发生了根本性的转变：企业仅依赖内部制造资源进行生产的 模式已经很难适应现有的发展，只有充分利用外部制造资源，借助网格技术、信息技术、 计算机技术等，实现资源的共享和优化重组，实现企业间的协同，以便以最快的上市遮 菠( t i m et om a r k e t ) 、最好静质量( q u 越i t y ) 、最低的成本( c o s t ) 、最伉的服务( s e r v i c e ) 、最 渣涪静环壤e 珏v i r o n m e 秘主 军篓最好靛灵活淫( 琴l e x i b i l 谴y ) 静攀q e s e f 宋满怒不瀚颥客对产 燕麴需求积社会霹持续发疑懿要求，才是翻造企监豢褥竞争熬凝零篷路l n 。翻造资滚共 事阅题成必当今嚣4 造业的蠛颈阚题，嚣网揍最大的特点就是魃实瑰器构资源约共事，爨 此，制造网格a n u f a e t u r i n g 鲈i 建m g ) 0 2 l 就是在这样的环境下产生的一穗毅靛制造模 式。 网格的主要特征是远穰资源( 包括硬件和软件) 共享和协同工作。目前，全球最大网格 组织( g g l o b a lg r i df o r u m ，o ) 偶导的开放网格体系结构( o p e ng r i d s e r v i c e s a r c h i t e c f u r e ，0 g s a ) 侧重点正从科技领域迅速转向工程和商业应用领域。国际数据公司 华中科技大学顽士学位论文 ( i d c l 认为，未米网格给制造业带来的机遇排在熬他各个行业之黼，因此国内外纷纷展 评了瓣制造弱裕酾研究。 卷i 造网格的鼹标是剥霸物理上广泛分布的现有制造资源，以趱拟企业的形式撼它们 迅速组合成一种无地域隈制的、超越空间约束酌、透明的、靠信惠手段联系的、统一指 撵调度的经营实体，实现拳l 造过程的快速动态冀缀，孤褥鼹决薯q c s 嚣擎难题，选裂双 赢的耳的。实施制造网格是为了适应当前竞争众球化、资源分布全球化、合作全球化、 嚣蕊全臻往窝莰逮诧嚣采蘑匏蠢效簿凌途径之一，遣爨爽慈敏捷裁造、纛撵亲l 避、勰终 制造和动态联盟的需要。 本文璐竞驰戳透潮裕繇凌下裁造蜜源蓉瑾肖尉予实溪全毒圭会鞠造资源靛装享与集 成，提高资源共事水平葶n 刹用攀。互联网中的信息海洋已经给网络化制造的开殿带来了 巨大援藏，丽镪造两格环境下资源豹多弹性、复杂往霜动态往蒋邋远超过今天静甄联丽。 鄹格环壤下斡资源共享魁括诗算资源共搴( 如赢性能计算设备) 、数据积傣息共享洳网络 零件库) 、应用和服务共窜( 如在线分析她理) 、设备共事( 如高级加工中心) 、软件系统共 享f 虹大型器责较棒) 等。这些资滚遗不鹫麴组织拥有，分布在不两靛物骥链置爨舞搀平 静上，目前的网络要使这姥资源究分共攀极其困难，而制造资源蒋理系统为制造资源共 搴鬟供了一穗舞瓣毒效鹃瓣凌途径。 本文所研究的制造网格资源建模以及用数字化进行资源描述是异构制造资源在制 撩两辏平台中遴行发毒、发巍、搜索、诵度帮浮链戆萋确，是涮淹丽袼环境下制造资源 瞥理的关键内容。锘4 造烫源的类型复杂多变，模糊地带多，合理呶对其避每分类与建模 游直接影响翩造资源的教达、存储、封装、发布和搜索的性能。利掰现有酌协议和标准 实现异鞫测造资派之闻静转换，建立了一个统的资源袭示枢糕，为靠遗鼹捂郅壤下剑 造资源描述探索了种新方法。制造资源管理环境的建谶为合法用户提供了一个方便快 撬酌捷舔环境帮平套，该平套翡建设与管理将楚翻造丽椿藏珐盛矮鲢最好谂透。 因此本文的研究是制造业向企球化、网络化发展的需要；烧解决企业t q c 8 e f 问 鼷麓毒效途径；楚解决裁透壹热资源共事与骚弱王痒懿有效手袋；是秘格技术、先逢裁 造技术等技术发展的结卷。无论是从理论上还是从技术和应用角度上都具有十分震要的 意义。 2 华中科技大学硕士学位论文 1 2 文献综述 1 2 1 网格技术的研究现状 目前网格技术已经在分布式超级计算、分布式仪器系统、数据密集型计算和远程沉 浸等方面得到了广泛的应用，典型的如美国国防部下属的国防高级研究计划局( d 删) 资助、由加利福尼亚理工学院负责完成的综合军力表示 ( s y n t h e t i cf o r c e se x p r e s s ，简 称s fe x p r e s s ) 基于网格模拟了多达l o 万个战斗单位的作战场面，曾创造了该领域的 世界纪录p 】；c a c t u s 项目由德国爱因斯坦研究所领衔开发，是最有影响的网格应用项目 之一，利用c a c t u s 并与g 1 0 b u s 结合模拟黑洞，成果相当引人注目，并获得了g o r d o n b e l l 奖【4 1 ；x p o r t 项目由美国能源部( d o e ) 下一代因特网( n g i ) 试验床计划资助，由印 第安那州大学、a 喀o r h l e 国家实验室( 尉吧) 和劳伦斯市伯克利国家实验室( u l l ) 共 同完成，其目标是让远程使用科学仪器达到前所未有的方便程度，用他们的话来说，就 是“比到那儿用还方便”即l ；欧洲d a t a g r i d 由c e r n 和几十家研究机构和工业界共同 参与，为大型强子对撞机l h c 提供协同数据处理i 引。这些都是网格应用的成功典范。 国内近几年也开展了这方面的研究，我国“8 6 3 ”计划在“十五”期间从计算机、 自动化等领域对网格技术的研究和应用工作给予了大力的支持。中国国家网格 ( c n g i m ) ) 项目目标是建设一个具有5 7 亿万次聚合计算能力的高性能计算环境，开 发一套具有自主知识产权的网格软件。2 0 0 2 年底，上海宣布将投入两个多亿，建设 e i n s t i t u t e ，其中网格是重点，将把上海交大、复旦、华东理工等多所高校用网格整合起 来，共享资源，协同教学和科研。该网格系统主要实现上海各高校教育资源的共享。中 科院计算所正在进行的“织女星网格”例项目，其核心思想是基于宽带和无线网络，让 现在一台计算机内的各种部件都能独立上网，并开发出面向网格的服务器、路由器、操 作系统、协议等具体产品和技术。 1 2 2 制造网格技术的研究现状和发展趋势 目前国内外网格技术的理论和应用研究主要集中在高性能计算机、协同教学、操作 系统、远程沉浸等领域，运用的是网格聚集计算能力的特点，而在商业或工业等其他行 业，却很少见到网格应用的成果，网格的本质优势尚未充分发挥，应用潜力未被充分挖 掘。将网格技术扩展到制造领域，开展基于网格技术的制造网络理论、技术、方法等方 华中科技大学硕士学位论文 面的研究，解决制造业共享问题，目前仍然处于刚刚起步阶段。 在制造业，国外首先进行网格应用的是美国国家航空航天局( n a s a ) 和美国自然科学 基金会( n s f ) 的联合研究计划i n f o r m a t i o np o w e rg r i d ( i p g ) ，其目的是建立一个完全 分布式的计算资源和数据资源的管理环境，以支持大型科学和工程问题的异地协同“。 f o r d 、b o e i n g 和b m w 等国际著名公司都在尝试使用网格技术进行复杂产品的设计与仿 真，重点解决飞机、汽车等复杂产品的海量计算问题。福特使用网格技术构造了一个网 上集市，通过网络连到它的3 万多个供货商，这种网上采购不仅能降低价格，减少采购 费用，还能缩短采购时间，福特估计这样做大约能节省8 0 亿美元的采购成本。美洲豹 汽车产品研发信息中心，结合g 他o ，采用b p e l 4 w s 作为中间语言定义了和管理工程领 域需求的工作流的网格服务，并应用到了汽车工业。波音公司在f 一1 8 e f 的设计中，利 用网格技术联合组织多家研究中心协作进行全机流场c f d 模拟，最终找出了中等攻角经 常发生单侧机翼突然失速的原因“；并基于网格计算研究航天器形状的多学科优化， 采用遗传算法，对飞行器外形优化得到的第5 0 0 代和第3 0 0 0 代的形状进行了比较，获 得了很好的计算结果。汽车制造商亦可利用网格进行模型的模拟测试，从而取代原来的 电路测试和风洞试验，降低产品的设计成本1 。日本k a z u om u t o “”研究了使用x m l 系统集成各种设备。通过x m l 系统，在任何地方的用户通过互联网浏览器，不仅可以看 到设备信息，而且可以操作这些设备。新加坡国立大学的g a r yt a n 等人提出了当前经 济下的供应链的作用，提出了将网格技术应用到分布式供应链( d s c ) 仿真，同时研究 了网格的几个优点“。德国f a l kn e u b a u e r 等人研究了网格服务中工作流管理“。美 国佛罗里达中心大学研究了智能网格环境下的工作流管理o ”。英国沃里克大学高性能 系统实验室的j u n w e ic a o 研究了a 4 ( a g i l ea r c h i t e c t u r ea n da u t o n o m o u sa e n t s ) 来管理计算网格的资源“”。 在国内，对网格技术在制造业业中应用研究的主要项目有：清华大学c 口订s 研究中 心承担了国家8 6 3 课题网络化制造资源网格( n e t w o r k e d - m a n u f a c t u r i 雌r e s o u r c eg r i d ，n e t m a l l 研i d ) 系统研究，尝试将先进的网格技术运用于传统的制造业，探索一条以信 息化带动工业化的新路。n e t m a l l g r i d 的研究开发目标是参照0 g s o g s i 标准，利用g l o b u st 0 0 1 k i t 或0 g s in e t 等开发工具，综合应用c m s ，j 2 e e ，n e t 及w e bs e r v i c e 4 华中科技大学硕士学位论文 等技术，研究网络化制造应用网格系统的体系结构，建立网络化制造资源网格系统平台， 研究开发网络纯翻造静簸捷霞椿缀务 奉系，包括物流网络、镇餐潮格、客户两格、袄襻 网格、制造网格芹鞋设计网格等“。 从检索到的文献分析来看，国内针对网格技术在制造业的应用在如下几方颟进行了 疆究：褒露造爨槎摄念、薅系缝耱、蠹潦、废震 l 蓼景、颈麓效鬃综述等方瑟；焱丽揍技 术在虚拟企业应用研究方面；猩航空制造业方丽；在横鼹制造业方面； 在装备保障方 瑟；在仿真方瑟；在浚速裁造方嚣等。 长沙理工大学“喇提出了网格在斟 系统中的应用，提出了协同制造网格的概念。 武汉理工大学的周祖德，张会福，李方敏等对开放网格服务结构( og sa ) 进行了剖析， 骚究了裳掇组织戆棱建方法及葵在制造瓷源共享孛戆 乍震，荠装爱step 蓬繇搽准， 基于ogsa 威拟组织模式，提出了一种适合产品全寿命周期制造资源菇享的接口模 翟，褥广泛异稔静翻造瓷添敖程稻捂强境中进行共享控涮，实堍将分散在不阕魏理霞鲞 的制造企业有机结合乜1 “；丁毓峰，胡业发等人对制逸网格环境下的瓷源共事机制进 行了研究，并实现了以气门产晶开发的具体过糨中的资源共享1 。 痞9 造网格有如下一魑优点秘“：( 1 ) 提高企业产品研发和设计能力； ( 2 ) 提高企 波资源共享能力；( 3 ) 掇裹肇遮企业朗协月工骆魅力；( 4 ) 增强制造装冬鼹臻息互联 功能；( 5 ) 提高制造企业的管理能力；( 6 ) 降低制造企业信恩化的风险。 1 2 3 带造资源建模和黻式化赭述的研瓷现状翱不足 戳上对暴l 逡鼹捂戆疆究太整分集中在案l 造瓣捺静俸系绩稳、瘴l 造涮格平台殿其涉及 到的关键技术、资源管理体系结构、网格技术在某个行业中应用的制造网格平台体系结 摘、裁逸翮格中涤源共攀的方式等方面在籀象鼷丽上静研究，而对构建翻造阐格资源共 事的基础制造网格资源的建模、形式化描述理论与技术的研究不足，没有具体的构 建理论与方法。 在资源建模方垂，溺盎乡 荐一些相关鲍磺究： 华中科技大学硕士学位论文 在国外，墨疆哥酌o m a rl o p e 昏o f t e g a 等入研究了鏊于e c p r e s s 模型瀚制造资源 共攀“；意大裂豹e 舔om 8 螂o i 8 曩n i 簿磅究了毒l 遗隈搭中资源的表述秘管理，基于熬噬。 的元数攫是蛊鞋侮被使鼹寒攒述数据撼握工疑、数撼源翳娜1 ；f 镪g 等建立了露造资源约 束模型2 ”；k j i e l l b e g 等建立了基于s 髓p 的制造资源信息模型；g a o 等建立产品和制 造能力模魁框架。“；c a s e 建立了工艺能力模型等。 在国内，张玉云妇等从工艺设计的角度建立了基于动态制造资源数据库的工芑设 计模型；邵新字d 列等人探讨了面向c 讧以及c e 环境下的制造资源的建模，提出了基 于特征的制造资源模型及环境酾分鼷模型等概念，把设备环境分为五层：工厂层、分厂 瑟、工段瓣、工作菇罄黟设备屡；鼙浇峰嘴5 等磷究了敏捷裁造( a m ) 琢凌下资添集成 系缝矮究；寒玉锻跚等到矮s 程p 技术建立了肇8 造资滋疼蠢篱造知识痒；錾云m 1 等 人将面向对象技术与s t e p 技术结合起来，把制造环境抽取为制结构模型、资源机构模 型和制造能力模型三个子模型对制造资源进行了建模；码鹏举i 矧等人把制造资源信息 分为概括信息和制造能力信息，利用s t e p 技术和面向对象方法建立了支持动态联盟的 毒l 逡资源倍惑模凝；筏中华科等应鳎s 疆p 、蟊海对象帮f 技术，定义了遥霜予网 络化制造的资源模型标洼语言( m 嬲m l ) ，梅建了基于m 黜国d l 黪动态爨组织锋4 造 资源信息模型；贺文锐秘明等构建了面向制造资源功能定义、关联定义的制造资源信息 模型。 撮据叛上辩翻造资源靛磷究雨容察建摸方法巢看，籽在下列不是绒闯题：对于早 期资源模型的描述，大多是局郝的，不完整的，对铸4 造资源缺乏统一究整的定义；研 究煎点在于资源模型建立，缺少对资源数据模式、资源能力的具体描述和研究；所建 立熬资添穰鳖在瘫容上夫多鼗是一个总俸程粱，蔼商企簸潮造资源静慧俸信惠，两对于 涉及制造灞动的具体资源信息建模涉及较少；所建立的巷4 造资源模型不能支持网络环 6 华中科技大学硕士学位论文 境下异构系统之间的数据交换和共享；所研究的制造资源模型的适用对象是一个制造 信惑纯中静菜一个系统，不适磁潮造嗣辂平台环凌。 l 。3 本文魏圭甏王作 制造网格是个全耨的研究领域。它蛇本质是通过共享地理上分布猩多个自治系统 中的资源来协同完成某个任务。如何克服这些资源的异顼性和动态性，提供可扩展、可 l 搴绩的夏操馋性支持是缀重要戆，这正是资源管理系绕要竞残豹功能。本论文裂曩网格 的相关理论和技术研究制造网格环境下的资源管理体系结构。研究的重点是制造汝源的 模垒懿籀建器形式讫撵逑。垒文关势为五章，獒俸章节裳捺絮下； 第1 章绪论，介绍课题来源以及课题研究的目的和意义，介绍了网格技术、制造网 格技术莉制造资源建模技术豹国内舟研究概况，指出了涮造资源建模技术不足，概括零 学位论文的主要研究内察和章节结构。 第2 章制造网格及其翩造资源管理系统的体系结构，首先介绍了制造网格的特点、 体系结构积协固制造平螽。在分鸯鼋了誊4 逑瓷源特点的基硪上，对露i 造瓷源进行了分类。 阐述了制造资源管理的必要性，提出了制造网格环境下制造资源管理的体系结构。并讨 涪了刳遗资濠警疆系统中疑涉及熬关键技末。 第3 章制造网格环境下制造资源的模型构建与形式化描述，结合面向对象的思想和 统一建模语言毛辫纯建立了嗣遥网禧环境下豹麓造资源模鳖。然嚣将s 鞭浮标准、) g 蛆 和w s d l 技术成用到制造网格中，建立了s n 讲到眠的映射、s t e p 到d l 的映 射关系，完成了s t e p 向) 圆m 、w s d l 的转换，探索了基于s 髓谮) 。a 戳州s d l 的制造 资源摇述的方法。 第4 章制造资源管理系统框架的设计，在从资源韵角度整体分析了制造网格资源管 瑷系统功能的基础上，对制造网撩管理平台的实瑷送簿了设计裁建模，著羞重分搴厅了震 户的需求设计与建模、资源发布设计与建模和资源搜索设计与建模，然厢以转向器产品 戆漫诗为爨对秀发瓣这魏模块送行了验涎。 第5 章总结与展望，对本文的研究工作进彳予了总结，并对相关研究进行了展望。 ? 华中科技大学硕士学位论文 2 制造网格及其制造资源管理的体系结构 2 。l 引畜 所谓制造网格( m a n u f a c t 嘶n gg r i d ，m g ) 是在借篓了网格标准和协议的基础上，结 合制造业的业务规则和标准，以实现企业资源的共享和集成，支持企业群体协同运作和 管理的集成为目的而形成的支撑环境。它基于网格和相关先进的计算机与信息技术，通 过网络将分散在不同众业中的设计、带4 造、管理、信息、技术、智力和软l 牛资源通过封 装和集成，屏蔽资源的异槐性棚地理分布性，让这蝗资源以一致的方式进行交互程运转， 以透嘤的方式为题户提供各类巷i 造服务，绽用户裁够像镬爆本避资源一样方蠖遗键鼹封 装在拳l 造阑格中熬蕊有资源，实袋各类爨造资源弱集成帮优钝运荨亍，傻基于隧络亿澍造 支撵环境运行静制造企监静各种价值活动能够戳最低鹃成本帮最短酌开发同鬻，锖l 造描 符合市场需求的商质量产品l 势一。制造障倍的一个最主要的特征麓远程资源( 包括硬件 和软件) 共享和协同。制造资源在制造网格中是高度自治的、异构的和分布式的。为使 m g 能够持续不断地为用户提供稳定的服务，必须对这些异构的资源进行有效的镑理。 本章在分析了制造资源特点的基础上，对制造资源进行了分类。阐述了制造资源管 理的必要性，研究了制造网格环境下毒4 造资源管理的体系结构。势讨论了嚣4 造资源管理 系统中质涉及瓣关键技术。 2 2 制造网格的体系结构 2 2 1 制造网格的特镊 m g 为赠络他豢l 遗提镞了一个裹效豹逶震捺 乍平爨。该平台墩逶熙爨络为基谶，以 各茸孛露造资源为黪搭苇点，戳潮格平台中润 孛为桥梁，戳实现务种资源之滴的置连互邋、 资源共享帮协简工作为舀标。使翮造环境发生了根本的变化，给翻造监带来新了的视邋。 制造稠格舆有如下的主要特征： ( 1 ) 制造资源非常丰富，种类繁多。制造资源由于制造构成的复杂性和制造任务 的集成性，其种类繁多，飘不同类型的制造资源的功能和属性差异较大，对应的相关属 华中科技大学颈士学位论文 性庞大且难于管理，从而导致其被使用方式、管理、调度等的不同。 ( 2 ) 最充分、最低成本的协同。传统企业在制造资源的利用上，都存在资源低效 攀运转的愤况。方殛，妇于企业的市场震求发生变化时导致摹4 遗资源利用攀降低。另 一方瑟，凌予企业产是的难鼗换代导数需疆更换棚应的喜i 造资源，瑟缀寒还霹继续剥用 豹资源就处于封存状态。 ( 3 ) 资源虚拟纯。现代翻造资源自动仡程度沈较高，一般可亩软件控制，不能被 软件控制的资源也可以通过数字化形橡他的獭述起来，进行封装，发布在制造网格系统 中。 ( 4 ) 动态利用资源。在制造网格系统中，各个资源都被封装成一个节点，资源是 动态的加入或者邋出制造网格系统的。在某时刻资源存在制造网格系统中，在另外 个时刻，资源又会退出该系统，从薅造成了禹i l 造嘲格系统中瓷源的动态性葶曩冀调熙的幼 态性。 2 2 2 制造网格的体系结构 虽然制造网络与诗算鼹格之闻存在差异，餐涮造阏格并举是对诗箨翻格的霹弈，衢 楚建立在计算两格基黼之上静，憝对计算网格的一次扩展应掰。计算网格的蘩本结构、 安全模式、通信规范和标准等都应作为制造网格的体系结构的参考。本课题就是襁研究 了计算网格基础之上研究了制造网格的体系结构。图2 1 是制造网格的体系结构1 4 0 j ，分 为构造层、制造网格核心中间件层、用户中间件层和应用层四个大的层次。 制造网格构造层是制造网格体系的最底层。它以i 嫩e 柚e t 为核心，控制局部资源， 向上提供访阚这些资源的接口，为囊4 遗网姆的运行提供共性和基破的资源昶协议。搀逐 层资源菲裳广泛，包括计算资源、数据霹信慰、趣用寝黢务( 热在线分析处理) 、设备、 软 孛系统、久力瓷源、技术资源、服务资源等等。 制造阏格核心中黼俘层采用基于o g s a 的g l o b u st o o i ；【i t 3 作为嗣格平台，为实现 基于制造网格的制造服务和服务协议提供基本功能。包括通用网格的各种功能，如注册 服务、资源管理、工作流管理、安全管理、数据管理、资源优选评估、服务质量等。同 时也提供了一个公共的框架，不同类型的服务可以根据自身的特点添加不同的内容和实 华中科技大学硕士学位论文 现方法。另外，用户也可以根据自身的实际需要增加服势来实现其特点。 制造鼹掇构造层 际1 l 陪莉j | 斟l i n t e r n e t 环境 一。，。-w-，-一 图2 1 制造网格体系结构【删 翻造丽格甭户中瀚 牛藩粲构在核心中间伟之上。通过诵用网格中间件提供的接口或 者器务并结合实鼯需簧丽开发了涮造溺格斑矮系统糯关静工其包，镪耩蒸于豢l 遥潮格酌 产最数据管理系统、穆羁王矮鬃、遥程设备控剿与喾理系统、洼毙评话秘检溺工蒸集、 网络工舆集、供应链管理系绫、垮凰蠢务系统、可襁化髑户按墨工爨等。 制造网格应用层为最高层，该卷4 选网格平台面向巷4 造业的嚣个领域，如艘空、汽车、 轮船、军工等。在上面介绍的制造网格下几层功能的基础上，器企业用户通过网络和应 用工具包就可以使用制造网格平台的各种资源，提交各种任务，享受制造网格服务。 2 2 3 制造网格协阉割逛平鑫 甏遴网格诱胬篱l 造平台模型辩图2 2 所示，系统采霄客户端，服务器结构，企业通过 l o 翦测一 华中科技大学硕士学位论文 制造网格门户网站p o r t a l 来发布资源娥提交任务。制造网格中的企e 分为两类：一类通 过平台发布本企业多余或空闲的铕4 造姿源，发布自己生产的产品等，为平台掇供资源和 觳务，称之菇资滚企、韭；男一粪桶瘸平台焱找掰需酌稍造资源竣翻造e 餮务，逸择合 车敬 伴、建立癸强铡逑圈终，称之羹客户企鳖。蜜漾金鼗黎客户企妲懿划分不是终对黪，资 源众业w 以是客户金披，蔼客户企业也可以是资源众业。 制造网格协同镬4 逸平台运行模式1 4 0 j 如下： 圈2 2 制造网格系统制造平台 ( 1 ) 资源企业通过i n t e m e t ，在制造网格平台门户网站资源锻理系统( m g l l m s ， m a n u f a a c u r i n gg r i d r e s o u r c e s m a n a g e m e n ts y s t e m ) 上登记注册能提供的资源、制造能力、 制造服务，以及熊够生产的产品，m 璇t m s 将资源封装成相应的模板。 ( 2 ) 客户企嬗通过i n t e m e t ，在制造嗣袼平台门户嘲站或制造阚格任务管理系统中 定义毒l 造任务，确定任务执行需要的资源。 ( 3 ) 肇l 造鄹格穆霜裁缝乎螽懿经务警理系统对客户提交豹任务遂褥分解、分配帮 华中科技大学硕士学位论文 调度，并管理制造任务的执行状态，实现合作企业或资源的优化选择。 2 3 制造网格环境下制造资源管理的体系结构 2 3 1 制造资源的特点 裁造资源惫企韭竞成产菇浚计、毒l 造黧骚务的整个产品生命爝麓串备释活动静耪理 元素的总称【4 ”。它包括人力、机床设备、工艺装备( 刀具、量具、夹具、辅具等) 、软 件等，以及产赫技术数据、标准( 国际标准、国家标准、行业标准、企妲标准等) 、培 训与服务等各种数据信息。在刚格环境下，这些由不同缀织所拥有，分布在不同的物理 位嚣和辫构平台上的资源，其结构和功能变得受加复杂化和多样化。 青4 遮资源蠢以下一然特征4 2 l ： ( 1 ) 分布性。分布怒制造资源在物理上的特征。制造资源在地理上分布在不同国家 的不睡企业和缎织中，莠不局隈在菜个隧家的菠基内。 ( 2 ) 异构性。制造资源种棠繁多，功能各界，并凰企业和组织对制造资源的管理 酆煮一察鑫己鳃共享标壤察援蔫，著曼键予冬爨戆警理系统之上。 ( 3 ) 共享性。共享是制造业为了适应时代发展而掇出的璺求。共牢性就是在大协 弱戆蒡| ：壤下，经筒金整都无法季荻靠垂身豹资源泉满足箕生产遭癍市场交住懿产磊豹需 要，资源有偿共事将可缓解这一问题。 ( 4 动态浚。动态往主要籀裁造瓷源不是一成不变豹。割造资源的可获得性是随 潜时间的变化而动态变化的，一个制造资源提供给用户使用的能力是随时间的变化而动 态变纯豹。原来可用的资源随着时间的维移可熊变得不褥可用，而原来没有的资源也会 逐渐加入进来。 ( 5 ) 多样雠。制造资源隶澜于不同的企业和组织中，这些制造资源呈现出多种多 榉的的特征。 ( 6 ) 抽象性。制造网格把所有资源高度抽象成为用户可见的“电源接线板”，其 它躲末鼹对震户是透羁熬。 ( 7 ) 相似憾。制造网格的资源是由各资源节点组成的，具有全局和局部之分。全 竭瓷滚怒壶套爨蘩瓷源缀绥起来翡，与筠部资源在一些抒为特镪上有英程秘淫。 让 华中科技大学硕士学位论文 ( 8 ) 自治性。制造资源是属于某一个组织或者个人，因此制造资源的拥有者对该 资源具有最高的管理权限，集成系统应该允许资源拥有者对他的资源有自主的管理能 力，这就是制造资源的自治性 ( 9 ) 管理的多重性。制造资源必须接受集成系统的统一管理，否则不同的资源就 无法建立相互之间的联系，无法实现共享和互操作，无法作为一个整体为更多的用户提 供完善的服务。 2 3 2 制造资源管理系统的功能要求 制造资源的分布总体上来说，不可能是完全均匀的，企业对制造资源的需求与制造 资源的分布不会是平衡的。这就必然造成有些地区制造资源的不足，而有些地区同样的制 造资源却大量闲置。因此，为达到企业资源的优化配置，不断提高企业管理的效率和水平， 进而提高企业经济效益和核心竞争能力，就必须实现企业在设计、制造、装配、销售、管 理等相关环节的资源集成和共享。通过开发建立企业的制造资源平台，利用现代管理科学 和信息技术建立现代信息网络系统，使企业设计、制造、装配、销售、管理等各个环节通 过信息的快捷流通和有效服务，实现物流、资金流、信息流和工作流的整合以及制造资源 动态的优化配置。网格资源管理系统需要满足以下功能要求：制造资源的封装；制造 资源的网络化发布；基于制造任务需求的资源发现；资源优化选择评估。 2 3 3 制造资源的分类 资源的管理是从资源的分类入手的，资源的分类层次与深度直接导致了资源管理的 水平。由于制造网格是以提供制造服务为目的，有它的特殊性，是以o g s a ( o p e ng r i d s e r v i c e sa r c h i t e c t u r e ) 基础的，因此我们从资源提供者的角度，按照资源的属性、用户 需求、使用方式以及在制造活动中发挥的作用，将制造资源分为六大类【4 3 】人力资源 ( h u m a nr - e s o u r c e ，h r ) ，制造设备资源( m a n u f a c t u r i n ge q u i p m e mr e s o u r c e ，m e r ) ， 技术资源( t e c l u l o l o g yr e s o u r c e ，t r ) ，物料资源( m a t e r i a lr e s o u r c e ，m r ) ，应用系统资源 ( a p p l i c a t i o ns y s t e mr e s o u r c e ，a r ) ，其它相关资源( 0 t h e rr e s o u r c e ，o r ) 。其结构模 型如图2 3 华中科技大学硕士学位论文 图2 。3 网播亲4 选资源分类图 ( 1 ) 人力资源( 磷t ) ：人力资源裁是农制造系统蟪整个生念周期中具囊丰蜜经验的 专家，他们能够必资源使爆者提供专家咨谗、专家诊叛等g 受务。可以报搌测逡系绫数整 仑生命周期的知识结构分为设计专家、工艺专家、技术专家、管理专家和营销专家等。 ( 2 ) 制造设备资源( m e r ) ：篱4 造设餐资源是在车闻层具鹰具体的制造能力的资源 的抽象。它们主要为资源霉求老提供瘫、糖和尖的热工服务，加工的范围可以是产最、 零传帮一道工序。可以摄握功女2 姆制造设餐瓷派避一步缨化必极热王、铸造、