（机械制造及其自动化专业论文）制造网格中的服务质量保障机制及关键技术研究.pdf

上海大学博士学位论文一制造网格中的服务质量保障机制及关键技术研究 摘要 作为网络化制造的一个研究热点，制造网格( m a n u f a c t u r i n gg r i d ，m g ) 的本 质是实现制造资源的共享和协同工作。随着制造网格从研究向应用的发展，是否具 有健全的服务质量保障机制，包括信任管理机制、运行保障机制、利益分配机制、 评价管理机制等，能否有效维护参与者各方的既有利益，已成为制造网格应用价值 的关键评价因素。 论文首先从研究m g q o s ( m a n u f a c t u r i n gg r i d q u a l i t yo fs e r v i c e ) 系统开始， 从多个方面分析制造网格系统对于m g o o s 的需要，并建立了m g q o s 的体系模 式，从制造网格的虚拟企业本质出发，把作为虚拟组织形态方式存在的一种制造模 式讳0 造网格与原先的虚拟企业和传统的制造企业进行对比，围绕虚拟企业管理 的特点，从管理学角度对m g q o s 研究进行支持。提出m g q o s 的系统结构，把 m g q o s 的主要研究内容确定为信任管理、服务等级( s e r v i c el e v e l a g r e e m e n t ，s l a ) 管理和评价管理三部分。并详细分析了m g q o s 包括的各个主要功能模块与制造网 格平台系统中其它功能模块之间的关系，对制造网格服务质量保障系统在制造网格 中所处的核心地位进行说明。 其次，论文从分析m g q o s 中的信任机理出发，深入研究了其信任管理机制， 确定制造网格中信任体系构建的基本思想，然后以该基本思想为指导，建立了制造 网格的双层可信性认证体系结构，包括制造网格中企业的可信性认证和制造资源的 可信性认证，并采用层次分析法对可信性认证进行实现。 接着，论文分析了m g q o s 中s l a 管理机制提出的必然性，包括作为制造网 格发展潜在动力的合作与竞争，作为机会主义存在根源的自私性和对利益最大化的 追求，以及企业契约理论在制造网格中的表现。确定s l a 管理机制的体系结构和研 究内容，引入s l a 管理生命周期的概念，使协议协商成为整个s l a 管理的核心内 容，而作为必要辅助工作的协议管理也主要围绕制造网格s l a 管理中的协议协商展 开。并针对具体的实现方法，对协议协商中可能采用的数学方法进行分析，最终放 弃了完全依靠效用函数的n a s h 协商模型理论，而采用了不需要效用函数的交互式 多目标协商方法，对协议协商在制造网格平台系统的实际应用起到重要作用。 随后，论文分析了m g q o s 中评价的本质和特点后，确定其评价管理包括的基 本内容和评价思想，然后通过选择评价模式，建立评价理论和评价指标体系，完成 了m g q o s 中的评价系统，从而为制造网格中制造资源的选择提供借鉴和参考，为 保护制造网格平台系统参与者的利益提供支持，并对减少整个制造网格平台系统的 运行成本和提高工作效率起到积极作用。 最后，对本文研究的m g q o s 相关的内容进行开发和实现，尽管在实际的开发 和实现过程中由于具体情况的不同，使理论研究的内容不能直接适应制造网格在制 造业实际中的应用，但在理论研究的指导下，我们仍然获得了一些有价值的经验和 摘要 体会，为制造网格理论的进一步完善以及与制造业实际应用更加紧密结合奠定了扎 实的基础。 关键词：制造网格，服务质量保障，信任管理，评价管理，s l a 管理，层次分 析法，交互式多目标协商 i i 上海大学博士学位论文一制造网格中的服务质量保障机制及关键技术研究 a b s t r a c t a st h er e s e a r c hh o ts p o to fn e t w o r km a n u f a c t u r e ，t h en a t u r eo fm a n u f a c t u r i n gg r i d ( m g ) i st or e a l i z et h em a n u f a c t u r i n gr e s o u r c e s s h a r i n ga n dc o o p e r a t i o n a l o n gw i mt h e d e v e l o p m e n to fm a n u f a c t u r i n gi n f o r m a t i z a t i o nf r o mr e s e a r c ht oa p p l i c a t i o n , 血e yh a v e b e e nt h ek e ye v a l u a t i o nf a c t o r sw h e t h e rt h es y s t e mh a sas o u n dq o s ( q u a l i t yo fs e r v i c e ) g u a r a n t e em e c h a n i s mi n c l u d e st r u s tm e c h a n i s m ，o p e r a t i o ng u a r a n t e em e c h a n i s m ，b e n e f i t d i s t r i b u t i n gm e c h a n i s m ，e v a l u a t i o nm a n a g e m e n tm e c h a n i s me t c ，a n dw h e t h e ri t c a n m a i n t a i n i n ge a c hp a r t i c i p a n t s i n t e r e s t s f i r s t l y , t h ep a p e rb e g i n sw i t ht h er e s e a r c ho fm a n u f a c t l k 6 n gg r i d - q u a l i t yo fs e r v i c e ( m g q o s ) f r o md i f f e r e n ta s p e c t s ，a n a l y z e st h ed e m a n d sf o rm g q o s ，a n dt h e n e s t a b l i s h e st h es y s t e mm o d eo fm g q o s f r o mm a n u f a c t u r i n gg r i d sn a t u r eo ft h e v i r t u a le n t e r p r i s e ，t h ep a p e rc o n t r a s t sm a n u f a c t u r i n gg r i da sak i n dm a n u f a c t u r i n gm o d e l o ft h ev i r t u a le n t e r p r i s ef o r mw i t ht h eo r i g i n a lv i r t u a le n t e r p r i s ea n dt h et r a d i t i o n a l m a n u f a c t u r i n ge n t e r p r i s e , a c c o r d i n gt ot h ec h a r a c t e r i s t i c s o ft h ev i r t u a le n t e r p r i s e m a n a g e m e n t ，a n dt h ep a p e rp r o v i d e st h em a n a g e m e n ts c i e n c es u p p o r t sf o rt h er e s e a r c ho f m g - q o s t h e np r o p o s e st h es y s t e ms t r u c t u r eo fm g - q o s ，a n di d e n t i f i e sm g - q o sa s t h r e ep a r t s ：t r u s tm a n a g e m e n t , s e r v i c el e v e la g r e e m e n t ( s l a ) m a n a g e m e n ta n d e v a l u a t i o nm a n a g e m e n t f u r t h e r m o r e ，d e t a i l e d l ya n a l y z e st h er e l a t i o n s h i p sb e t w e e nt h e m a i nm o d u l e sa n dt h eo t h e rm o d u l e si nm a n u f a c t u r i n gg r i d ，a n dl o c a t e sm g q o s s y s t e mi nt h ec o r eo fm a n u f a c t u r i n gg r i d s e c o n d l y , t h ep a p e ra n a l y z e st h et r u s tt h e o r yi nm g - q o sa n df u r t h e rr e s e a r c h st h e t r u s tm e c h a n i s ma n de i _ i s u i e st h eb a s i ci d e ao ft h et r u s ts y s t e mi nm a n u f a c t u r i n gg r i d t h e na c c o r d i n gt ot h i si d e a , e s t a b l i s h e st h et w o l a y e rs t r u c t u r eo ft h em a n u f a c t u r i n g r e s o u r c e sc r e d i b i l i t ya u t h e n t i c a t i o ni n c l u d e dt h ee n t e r p r i s e sc r e d i b i l i t ya u t h e n t i c a t i o n w h i c ht h er e s o u r c eb e l o n gt oa n dt h ee n t e r p r i s er e s o u r c e sc r e d i b i l i t ya u t h e n t i c a t i o na n d t a k e su s eo f a h p ( a n a l y t i ch i e r a r c h yp r o c e s s ) t oi m p l e m e n t t h i r d l y , t h ep a p e ra n a l y z e st h ei n e v i t a b i l i t yo fs l am a n a g e m e n ti nm g q o s i t i n c l u d e st h ec o o p e r a t i v ec o m p e t i t i o na st h ep o t e n t i a lf o r c et od r i v et h ed e v e l o p m e n to f m a n u f a c t u r i n gg r i d ，t h es e l f i s h n e s sa n dt h ep u r s u i n gb e n e f i tm a x i m i z a t i o na st h eo r i g i n o ft h eo p p o r t u n i s m ，a n dt h ec o n t r a c tt h e o r yi nm a n u f a c t u r i n gg r i d e n s u r i n gt h es y s t e m s t r u c t u r ea n dt h er e s e a r c hc o n t e n t so ft h es l am a n a g e m e n t ，a n di m p o r t i n gt h ec o n c e p to f t h es l a m a n a g e m e n t sl i f ec y c l e ，t h e nt h ea g r e e m e n tn e g o t i a t i o nb e c o m e st h ec o r eo ft h e s l am a n a g e m e n t t h ea g r e e m e n tm a n a g e m e n t 嬲t h ea s s i s t a n tc o n t e n ta l s os h o u l db e n e g o t i a t i o n - c e n t e r e d t h e nt h ep a p e ra n a l y z e st h em a t h e m a t i c a lm e t h o d sw h i c hw i l lb e u s e di na g r e e m e n tn e g o t i a t i o na n dg i v e su pt h en a s hn e g o t i a t i o nm o d e lt h e o r yb e c a u s ei t i i i 摘要 d e p e n d so nt h eu t i l i t yf u n c t i o n f i n a l l ya d o p t st h ei n t e r a c t i v em u l t i - o b j e c tn e g o t i a t i o n b e c a u s ei tc a ns o l v et h ep r o b l e mw i t h o u tt h eu t i l i t yf u n c t i o n t h ea g r e e m e n tn e g o t i a t i o n p l a y sa ni m p o r t a n tr o l ei nt h ea c t u a la p p l i c a t i o no fm a n u f a c t u r i n g g r i d f o u r t h l y , t h ep a p e ra n a l y z e st h en a t u r ea n dt h ec h a r a c t e r i s t i c so ft h ee v a l u a t i o ni n m g - q o s t h e nd e c i d e st h ee v a l u a t i o nm o d e , e s t a b l i s h e st h ee v a l u a t i o nt h e o r ya n dt h e e v a l u a t i o nt a r g e ts y s t e m , a n db u i l d s u pt h ee v a l u a t i o ns y s t e mi nm g q o s t h e e v a l u a t i o ns y s t e mc a np r o v i d er e f e r e n c e sf o r t h em a n u f a c t u r i n gr e s o u r c es e l e c t i o na n d p r o t e c t i o n sf o rt h ep a r t i c i p a n t s b e n e f i t s t h e np l a y sap o s i t i v er o l et or e d u c et h ew h o l e p l a t f o r ms y s t e m so p e r a t i o nc o s to fm a n u f a c t u r i n gg r i da n di m p r o v et h ew o r ke f f i c i e n c y f i n a l l y , a tt h ee n do ft h ep a p e r , i ti st h ed e v e l o p m e n ta n dr e a l i z a t i o no fm g q o s b e c a u s eo ft h ed i f f e r e n tc o n c r e t ec o n d i t i o n s ，t h ea c t u a lp r o c e s so fd e v e l o p m e n ta n d r e a l i z a t i o ni sd i f f e r e n tt ot h et h e o r e t i c a lr e s e a r c h t h ec o n t e n t so ft h et h e o r e t i c a lr e s e a r c h c a n td i r e c t l ya d a p tw e l lt om a n u f a c t u r i n gg r i d sa p p l i c a t i o ni na c t u a lm a n u f a c t t a i n g i n d u s t r y , b u tu n d e rt h eg u i d a n c eo ft h e o r e t i c a lr e s e a r c hw es t i l lg a i ns o m ev a l u a b l e e x p e r i e n c ea n du n d e r s t a n d i n g ，a n dl a yaw e l l - k n i tf o u n d a t i o nf o rt h ef u r t h e ri m p r o v i n go f m a n u f a c t u r i n gg r i dt h e o r ya n dc l o s e l yi n t e g r a t i n gt h et h e o r y 、玑mt h ea c t u a la p p l i c a t i o n k e y w o r d s ：m a n u f a c t u r i n gg r i d ，q o sg u a r a n t e e ，t r u s tm a n a g e m e n t , e v a l u a t i o n m a n a g e m e n t ，s l am a n a g e m e n t ，a h p , i n t e r a c t i v em u l t i - o b j e c tn e g o t i a t i o n i v 原创性声明 本人声明：所呈交的论文是本人在导师指导下进行的研究工作。除 了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其它人已发表或撰 写过的研究成果。参与同一工作的其它同志对本研究所做的任何贡献均 已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。 签名： 本论文使用授权说明 本人完全了解上海大学有关保留、使用学位论文的规定，即：学校 有权保留论文及送交论文复印件，允许论文被查阅和借阅；学校可以公 布论文的全部或部分内容。 ( 保密的论文在解密后应遵守此规定) 签名：导师签名： 上海大学博士学位论文一制造网格中的服务质量保障机制及关键技术研究 1 1 课题研究的背景及意义 第1 章绪论 任何事务的发展都是在逐步和相互联系的一种状态中进行的，在这个过程中总 必须有人为之前仆后继为之奋斗，只有这样才能找到真理。制造网格的出现及其今 后的发展过程也是如此。 1 1 1 课题研究背景 1 1 1 1 网络化制造和网格技术的发展 从二十世纪8 0 年代后期开始，全球化成为世界经济发展的趋势，世界工厂的 逐步形成，使制造业环境发生了根本性的变化，制造业中的技术、资源、人员和市 场开始进行全球性的竞争和协作。市场需求作为产品生产的主导，使制造业中的其 它因素都在围绕如何优化配置制造业资源，缩短产品制造周期，快速响应市场需求， 更快地生产出高质量、低成本的产品投入市场，获得更多的利益进行着不断地努力 和尝试。 伴随着制造业环境的变化和实际需求的发展，许多新的制造模式应运而生【l 羽， 它们的共同特点就是基于网络化的资源共享和生产协同。其中具有代表性的是1 9 9 1 年美国里海大学的几位教授提出的敏捷制造【3 】，他们在美国国会和国防部的支持下 会同美国众多工业界的主要决策人在向美国国会提交的美国2 1 世纪制造战略报 告中对敏捷制造的概念、方法及相关技术做了全面的描述，是美国进行先进制造 技术研究的重要里程碑，对世界先进制造技术的发展也具有重要意义。其中提出了 一个崭新的工业生产模式以动态联盟为基础的敏捷竞争模式，通过综合运用计 算机科学技术迅猛发展而产生的产品制造、信息集成、通讯等技术来构造一个全新 的竞争系统，其把产品生产所需的企业内部的和分布在全球各地合作企业的所有资 源人、资金和设备通过计算机和通讯技术联系在一起进行集中管理，实现它们 的优化利用，作为最基本的目标，从而可以使企业能从容地应付快捷变化和不可预 测的市场情况，获得企业的长期经济效益。 网络化制造是在对敏捷制造的研究不断深入、以及网络化技术与应用不断发展 的过程中逐渐形成的一种制造模式，其核心是通过采用先进的网络技术、制造技术 及其它相关技术构建的基于网络的制造系统，突破空间地域对企业生产经营范围和 生产方式的约束，开展覆盖产品整个生命周期全部或部分环节的产品设计、制造、 销售、采购、管理等企业业务活动，实现企业间的协同和各种社会资源的共享与集 成，从而为市场提供高速度、高质量、低成本的产品和服务【| 7 1 。网络化制造作为一 种新的制造模式，其应用空间范围正在不断扩大，已经从区域网络化制造和行业网 第1 章绪论 络化制造发展向全球网络化制造，网络化制造中信息交换的协议标准逐步统一。基 于网络化的协同设计和制造作为主要的应用，正不断地推动网络化制造的集成功能 向更深更广的范围发展。新技术的出现为解决网络化制造方面的问题提供了更多方 法和发展空间，作为网络化制造支持工具的网络化制造平台也由a s p 和a g e n t 模式， 逐步向融合g r i d 技术和w e b 服务技术整合分布式应用系统的开放式g r i d 服务体系 发剧8 1 。 网格是构筑在互联网上的一组新兴技术，其概念于上个世纪9 0 年代中期产生 于计算机科学领域，网格的先驱i a nf r o s t e r 在( ( t h e a n a t o m yo f t h eg r i d ) ) 中给出了 网格的定义：网格计算是动态多机构虚拟组织中的一个协调的共享资源和解决问题 的过程【9 】。借鉴电力网的思想，网格的目标是象电力一样方便地使用分布在网络上 强大而丰富的计算能力，因此最初的网格是指虚拟计算环境，就是把地理上分布的 各种计算资源连接成一个单一的统一资源，即虚拟高级计算机的环境。它将高速互 联网、高性能计算机、大型数据库、传感器、远程设备等融为一体，为科技人员和 普通用户提供更多的资源、功能和交互性【l o 】。网格的根本特征是资源共享，消除信 息孤岛和资源孤岛【1 1 1 ，目的是提高资源利用率，降低成本，能高效的完成过去用网 格以外的技术做不到的一些事情。它是继i n t e m e t 、w e b 后的第三次互联网浪潮。 传统因特网实现计算机硬件的连通，w e b 实现了网页的连通，而网格试图实现互联 网上所有资源的全面连通，网格的核心概念是协作资源共享和在动态多制度虚拟组 织中解决问题。 网格技术的兴起和发展得益于技术进步和应用需求的驱动，但面临着诸多挑 战。在技术方面，其研究重点是网格软件技术的研究和实现，并以网格系统软件为 主要研究对象。人们需要建立具有开放性的体系结构、标准和协议，以形成信息获 取、传输、访问、共享和处理的单一开放的信息处理基础设施平台，需要克服虚拟 组织的管理和协同工作问题，需要解决网格的可用性和可开发性障碍，并解决系统 安全问题。网格作为基础设施，除了技术上的挑战外，一些社会、政治因素对网格 的普及也至关重要，应当建立资源的外包、数据的保密等法律保护机制。可以说网 格实现的不仅仅是虚拟环境下的高性能资源共享和协同工作，消除资源孤岛，而是 在日后将从根木上改变我们的研究方式、教育方式、生活方式与生产活动的方式 【1 2 ，1 3 】 o 1 1 1 2 制造网格 制造业信息化的发展，使网格技术引入到制造业中，制造网格应运而生。制造 网格是实现企业和社会资源共享和集成，支持企业群体协同运作和管理的集成支撑 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企业和 社会群体中的设计、制造、管理、信息、技术、智力和软件资源通过封装和集成， 屏蔽资源的异构性和地理分布性，以透明的方式为用户提供各类制造服务，使企业 或者经营个体能够以请求服务的方式方便地获得所有与制造相关的服务，能够像使 用本地资源一样方便地使用封装在制造网格中的所有资源，实现各类资源的集成和 2 上海大学博士学位论文一制造网格中的服务质量保障机制及关键技术研究 优化运行，并为构建面向企业协同制造特定需求的制造网格应用系统提供协同工作 支持环境，从而实现企业间的商务协同、设计协同、制造协同和供应链协同，使基 于制造网格支撑环境运行的制造企业群体能够以低的成本和短的开发周期，制造出 符合市场需求的高质量产品【l 4 1 。 制造网格( m a n u f a c t u r i n gg r i d ，m g ) 【l5 】的概念自2 0 0 2 年首先由上海大学c i m s 中心制造网格研究小组提出，随后就受到了国内外众多学者的关注，许多高校和研 究机构都展开了相关研究。目前，制造网格的理论分析、系统框架和技术开发已相 对成熟，实验性的制造网格应用已经实现，制造网格技术已经到了真正从试验研究 走向企业实际应用的转折点。 制造网格技术在制造业实际中的应用，实现了跨地域、跨企业的制造资源以制 造资源结点的方式加入到制造网格平台中，各个结点根据用户服务的需要组成动态 联盟或虚拟组织( v m u a lo r g a n i z a t i o n ，v o ) 为用户提供服务，其成员之间可以共 享制造信息和资源，进行协同设计或制造。然而，随着制造业的发展，现代产品的 结构愈来愈复杂、功能越来越多样，而制造工艺要求越来越精细，市场消费日趋个 性化、多样化，企业之间也从一味竞争变成了既有竞争又有合作的关系，从而使得 制造过程日趋复杂，造成了制造网格平台系统在分布、异地企业之间应用实施的困 难。制造网格能否真正为企业，尤其是中小型企业提供技术和服务，关键已经不是 取决于网格理论和技术的支撑，而是能否有效解决贯穿于整个制造过程的反映制造 网格平台系统服务质量或服务质量保障( q u a l i t yo f s e r v i c e ，q o s ) 的关键因素的影 响，如：制造网格中制造资源企业的资质认证和制造资源的认证、制造网格中各个 制造资源企业之间的关系、利益的合理分配、制造协议的规范性和合法性、违约赔 偿的处理等等。这些特殊性和非技术因素的存在，使企业对制造网格平台的应用提 出了更高的要求，制造网格必须提供足够的服务质量保障，来提高其实用性、合理 性、方便性。 1 制造网格研究的分类 可以说制造网格是网络化制造发展到新阶段的产物【1 6 1 ，制造网格自身的地域上 的分布性、组织上的动态性、管理上的统一性和自治性等特点，使其成为现代集成 制造哲理和敏捷制造模式在网络化经济环境下的一种具体物化形式【1 。7 1 ，其也为制造 业中的企业提供了全新的发展模式和更加广阔的发展空间。 目前，国内外的网格技术在制造业中的应用多集中在协同制造过程中，基于建 立在标准的、开放的网格计算体系结构上，对产品全生命周期的各个阶段和各类活 动提供支持并进行管理，为跨地域、跨企业的成员提供一个产品协同开发、管理和 制造的集成平台和运行环境。根据研究内容和侧重点的不同，制造网格的研究大致 可以分为三种：一种是计算网格在制造业中的直接应用，其仍是原始的网格计算， 目标是为制造业中的企业提供网格计算的基础设施和能力；第二种是把计算网格和 网络化制造的理论、方法进行综合，建立网络化协同制造的体系结构，研究包括计 算网格技术在制造业应用的支撑技术与网络化制造应用技术间的内在关联机制和 第1 章绪论 集成机制；另外一种是研究制造业中基于网格思想建立的虚拟组织形态，主要包括 分布、异构制造资源的共享管理和协同工作等方面的内容。 2 国外制造网格的研究现状 由于多数实际的制造网格研究项目往往涉及不止一种制造网格方面的研究内 容，因此在介绍制造网格的现状时，我们不按照三种类型逐一介绍，而只按照国内 外的研究现状进行划分。 制造网格方面的第一个研究项目出现在美国，是美国国家航空航天局( n a s a ) 和自然基金委员会支持的i n f o r m a t i o np o w e rg r i d ( i p g ) 项目，其目的是为支持大 型科学研究和工程研究问题求解中的异地协同而建立的一个完全分布式的计算资 源和数据资源管理环境【l 引。欧洲的g e o d i s ep r o j e c t ，由e p s r c 资助，目标是为工业 界提供和扩展设计优化技术、计算流体力学( c f d ) 、网格计算、知识管理以及本 体的解决示范 1 9 】。欧盟的s i m d a t 制造网格应用计划，其以数据和仿真服务为核心， 目标是建立一个将数值模拟和知识发现用于过程和产品开发的数据网格，其关注于 汽车、飞机和制药行业的产品开发应用，为大型跨国制造企业中的技术人员提供设 计数据方面的无缝访问【2 们。英国u ke s c i e n c d 2 1 】计划中对网格在制造业中的应用研 究，包括分布异地制造过程协同求解、海量数据管理、贵重设备使用等。美国国家 能源部的d o es c i e n c eg r i d 2 2 】项目在制造过程的协同方面进行的研究。其它由大的 公司实施的研究有：由o r a c l e 、s u n 、h p 于2 0 0 4 年成立企业网格联盟( e n t e r p r i s e g r i da l l i a n c e ，e g a ) ，其提出企业网格的概念，利用网格技术将大量的计算机、存 储器通过网络进行连接，支持企业进行动态资源配置，以适应快速变化的商业需求 【2 3 】；通用汽车公司利用网格计算对车辆的空气动力学【2 4 1 、流体动力学、可视化、碰 撞等试验进行仿真计算，以确保汽车的燃油经济性和产品安全性【2 5 1 。国外制造网格 研究方面的一个显著特点是把网格计算应用在制造业中，而对虚拟组织形态方面的 研究较少。而且多集中在航天、汽车等需要大规模计算和海量存储来进行复杂产品 的设计与仿真问题的解决，在石油加工、货物运输、零售业等需要数据搜集分析功 能方面的网格应用也有一定的尝试。 3 国内制造网格的研究现状 目前国内制造网格方面具有代表性研究项目主要包括：上海大学的 m a n u f a c t u r i n gg r i d ，其以网络化制造为基础，利用网格的思想、方法和技术，以实 现跨地域、跨企业的资源共享、协同设计和协同制造，使得企业能够根据市场机遇 动态组成虚拟企业或者虚拟组织，从而达到降低制造成本、提高资源利用率的目的 2 6 - 3 3 】。上海交通大学的协同制造网格c o l l a b o r a t i v em a n u f a c t u r i n gg r i d ，其综合运用 计算网格和网络化制造的理论、方法和技术成果，研究协同制造网格基本理论与关 键技术，设计和开发协同制造网格示范平台，包括体系结构、资源管理、任务管理、 安全机制、通讯技术、用户界面、制造资源的建模、封装和集成等m 】。清华大学的 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 n g1 - e s o u l o eg r i d ，n e t m a n g r i d ) 系统，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 4 上海大学博士学位论文一制造网格中的服务质量保障机制及关键技术研究 发网络化制造的敏捷网格服务体系，包括物流网格、销售网格、客户网格、伙伴网格、 制造网格和设计网格等【3 5 】。同济大学的网格化制造模式，利用网格技术实现企业间 的商务协同、设计协同、制造协同和供应链协同，为网格化制造中的虚拟组织和动 态联盟提供支撑环境【3 6 1 。重庆大学在采用基于本体的知识集成方法，改变原有数据 库集成中使用中间代理! 软件接口等技术所造成的语义信息不清、信息丢失等缺陷， 为企业实现制造资源共享和集成提供制造网格支持【3 7 1 。其它的，沈阳自动化所的虚 拟企业中网格技术的应用【3 引，西安电子科技大学的柔性制造系统中网格的应用【3 9 】， 长沙理工的系统制造网格在e r p 系统中的应用】。目前，国内在制造网格方面的 研究，无论是虚拟组织形态方面，还是计算网格在制造业的应用或对网络化制造的 拓展都取得了一定的成果，得到国外学者的认同。 4 制造网格的发展趋势 由于制造网格与网格的紧密关系，因此制造网格的发展趋势很大程度上和网格 的发展趋势类似，尤其是网格直接在制造业中应用的情况，两者的发展趋势就完全 相同了。虽然对于计算网格有g l o b u st o o l k i t 作为事实标准，但对于制造网格，由 于研究领域涉及信息科学和制造业，而且目前研究开展的较少，所以还没有形成服 务和协议的规范和标准，网格技术的支持和制造业需求的驱动，必将使制造网格技 术广泛的应用，因此对制造网格提供的标准服务和标准协议进行定义和确定将是未 来制造网格研究的趋势之一【4 1 1 。其次是制造网格技术与网络化制造之间的兼容性研 究，可以说制造网格是在现有网络化制造技术基础上的继承与发展，是网格技术的 理念在制造业领域应用的延伸，因此，制造网格需要保留网络化制造的特点，又兼 具网格特性。而对于在制造业中的应用，制造网格将深入到产品制造全生命周期工 程中，需要研究在产品全生命周期管理各个过程中的应用，覆盖制造业的全过程。 其次，具体来说，目前的制造网格系统人机交互能力较弱，需要进一步丰富信息的 表达方式。而对于制造网格中的资源结点，其是动态变化的，如何对制造网格中的 动态资源进行管理，广域范围内调度资源，保证服务质量。制造网格中的资源提供 者和使用者之间，或各自群体内需要建立信赖关系，应该建立一定的安全模型和信 赖机制。制造网格的发展必定涉及到更多的其它网格方面的研究，比如：协同中的 数据网格，知识网格，计算网格，其它的服务网格，如何和这些网格系统建立关联 机制和集成机制。制造网格系统如果作为一个企业或部门来实施运作，它的经济模 型建立、投资引入机制、盈利机制也需要更加深入的研究。制造网格中知识产权的 保护，安全问题，也需要随着其发展建立相应的法律法规进行保护。 1 1 1 3m g 对于q o s 的需求 尽管制造网格的提出是在最近几年，但其作为制造业发展过程中出现的一种新 的模式，无论是国内还是国外都引起了广泛关注。国内关于制造网格方面的研究已 经从最初的否定期和争论期发展到现在的认同期和发展应用期，关于制造网格的不 同认识，也逐渐发展为如前面所述的对制造网格的不同划分，在此不再论述，只需 要说明的是本文研究的内容主要是基于网格思想建立的虚拟组织形态方面的相关 第i 章绪论 内容研究。 制造网格实现了分布、异构制造资源之间的共享，对于制造资源拥有者而言， 其将自己拥有的制造资源投入到制造网格系统中，为制造资源的使用者提供服务， 作为一种有偿服务的使用，制造资源的使用者需要支付一定的费用，而制造资源拥 有者即服务的提供者可以获得相应的报酬，这是制造网格系统得以运作的最基本的 驱动力。与实际制造过程类似，制造网格在运作中也需要处理关于材料、信息、资 金、人员等方面的事物，具体涉及制造资源管理、可靠性管理、安全管理、工作流 管理、任务管理等方面的内容，为了保证以上过程的顺利进行，以及更重要的是维 护和保证制造网格系统的参与者，即服务提供者和服务使用者的切身利益，制造网 格系统需要提供一种保障机制来满足各方需求。 在实际的具体运作中，对于制造网格平台及其参与者而言，他们共同组成了制 造网格系统本身，无论制造网格平台还是参与者都需要对其提供的服务进行服务质 量方面的承诺和保证，同样他们也会对自己需要的或者即将接受的服务提出具体的 要求和说明，而且他们也关心过程中对这些服务质量相关承诺和保证以及要求和说 明的实施情况，因此制造网格系统中的保障机制也称为服务质量保障机制。出于维 护所有参与者利益的目的，制造网格系统建立的服务质量保障机制需要涵盖制造网 格中产品生命周期的全部过程，包括制造网格资源的使用者、制造网格平台、制造 网格资源提供者、第三方等全部的制造网格系统的参与者或用户，几乎与制造网格 中所有的活动具有直接或间接的联系。 其次，对于制造网格的虚拟企业性质而言，虚拟企业的运作需要信任环境的建 立、参与者的激励与约束、收益的分配、监督和控制以及整个虚拟企业的管理等等， 其中的很多内容都需要服务质量保障机制方面提供支持和帮助。而且从经济方面考 虑，在制造网格技术的实际应用中，很大程度上需要消除参与者对于制造网格系统 的猜疑和顾虑，减少参与者之间或虚拟企业内部的内耗，提高制造网格系统的工作 效率和降低费用，获得更多的收益，这些也是从经济方面考虑制造网格系统对于服 务质量保障机制的迫切需求。 当然，对于m g 对于q o s 需求的详细分析，在本文第二章中结合制造网格中服 务质量保障机制提出的必要性再作进一步研究。 1 1 2 课题的来源 本课题来源于上海市教委网格c - 研究院2 0 0 3 年的“上海高校网格制造网格应 用及其相关中间件的研制”项目。 1 1 3 课题研究的意义 我们可以从两个层面分析m g q o s 研究的重要意义。首先从服务质量方面来 说，目前在制造网格平台方面的研究已经取得了一定的阶段性研究成果，其中包括 与服务质量保障关系密切的各功能模块的研究及实现，以及它们与m g - q o s 之间的 6 上海大学博士学位论文一制造网格中的服务质量保障机制及关键技术研究 联系等，其中服务质量保障所涉及的基本内容已经成为各个模块运行的出发点，也 是各个模块之间联系的纽带，整个制造网格系统的运行离不开服务质量保障机制的 支持，包括制造网格中服务质量保障的定义、研究内容、与其它功能模块之间的界 定和区分、与其它功能模块之间的关系等。 其次是从保障机制方面来说，明确了m g q o s 方面的相关内容，如何建立对应 的保障机制，通过技术手段实现服务质量保障，这是理论研究结合实际的重要内容。 实际中，无论是制造网格平台系统的扩张，还是制造网格实际运作中虚拟企业的建 立，以及与参与者密切相关的收益分配等，都需要制造网格平台系统提供相应的保 障措施，只有这样才能吸引更多的制造资源拥有者把其资源投入到制造网格平台系 统中，吸引更多的制造资源使用者加入使用制造网格平台系统，从而推动制造网格 技术的发展。 而且对于制造网格技术本身，制造网格作为一种新的制造模式，未来必将在制 造业实际中应用，其中制造网格理论的完整性和对制造业实际的适用性，都离不开 m g q o s 方面内容的研究。可以说，由于m g q o s 在制造网格系统中担当桥梁角色 起到的重要作用，其不但是制造网格系统理论和应用方面完善的主要组成部分，也 为制造网格在制造业中的推广奠定理论和实际的基础，促进制造业的发展。 1 2 课题研究现状及趋势 1 2 1 服务质量的概念和内容 服务质量的概念出自服务本身，因此我们首先讨论服务的概念。尽管“服务 是一个众所周知的常用词汇，但查阅相关资料没有发现对于服务的明确统一的定 义，有的多是在具体领域中的对于服务的理解和定义。概括的讲服务是由一系列不 确定的活动所组成，这些活动通常是发生在顾客与服务人员之间，或者顾客与物质 资源或产品之间，或者顾客与提供服务的系统之间的接触过程中。服务可以为顾客 提供某种价值或满足，它可以解决顾客解决不了的或自己不愿解决的问题。服务也 是一种产品，它可以被开发、制造、交送、销售和消费。但服务与物质产品相比又 有许多重要的差别，例如物质产品是有形的而服务多是无形约，它们是一种行为， 一种履行的职责，物质产品可以存贮，其消费有一定的滞后期，而服务是一种“易 腐产品 ，不可库存，顾客对服务一般是随时消费和享用，物质产品的核心价值是 单独由工厂生产的，而服务的核心价值是在买卖双方的接触中产生的；消费者不参 与物资产品的生产，而消费者多参与服务的全部生产过程，等等。虽然并不是每一 项报务都具有以上性质，但这是大多数服务所具有的共同特点【4 2 】。 在本文中，笔者认为服务是和责任相关的，包括服务者和被服务者之间相互实 现的权利与义务的平等交换，这种交换可以通过某种直接或间接的方式进行量化。 服务也可以说是服务者与被服务者之间交换价值的博弈。其中，服务者希望被服务 者让渡价值最大化，而被服务者希望服务者对其特定需求满足的最大化。对于我们 7 第l 章绪论 通常说的服务，可以分为以增值