基于联合式的制造资源发现机制研究(仅供参考).doc

窗体顶端基于联合式的制造资源发现机制研究(仅供参考)摘要:分析了目前基于语义Web服务网络制造资源发现机制的不足之处,提出了制造资源集中-分布式发布相结合的联合式发现机制,该方法大大降低了UDDI(Universal Description、Discovery and Integration统一描述、集成和发现)的负荷,避免了单节点瓶颈问题.在这基础之上分析了网络制造工艺与传统制造工艺不同之处,提出了具有语义的属性特征的分级匹配方法来获取潜在的网络制造资源,使制造资源最大限度地满足制造任务要求.关键词:联合式;制造资源;语义Web服务;本体;属性特征Research of Mechanism of Manufacturing Resources Discovery Based on Joint TypeZHENG Li-bin1,2, GU Ji-nan1,2, DAI Ya-rong1,2Abstract:The disadvantage of access of the current network manufacturing resources discovery based on Semantic Web services is analyzed. Put forward a joint type discovery mechanism of combination of concentrated-distributed publish-style. This method greatly reduces the load on UDDI(Universal Description、Discovery and Integration) and avoid single node bottlenecks problem. In this basis discuss the difference between traditional manufacturing process and network manufacturing process. Put forward hierarchical matching method of attribute features containing semantic to acquire potential network manufacturing resources, make manufacturing resources adapt manufacturing tasks as much as possible. Key words:Joint Type;Manufacturing Resource;Semantic Web services;Ontology;Attribute Features0 引言国内外近几年来进行了制造资源发现、集成和配置技术的相关研究工作,并取得了一些进展,主要成果为:杨叔子、吴波等研究了多Agent协作系统共同完成工作的机理,提出了多Agent自主学习系统,使查找资源自主化和过程最优化1;魏从刚等提出一种基于移动Agent技术的资源封装和集成方案及框架,实现传统软硬件制造资源的封装和网络集成及即插即用配置功能,并建立了系统集成框架和一系列封装模板,根据相应的模板,可以方便、快捷地实现传统软硬件制造资源的异地封装、发现、重构、配置、控制及交互功能,从而为当前制造企业内大量的传统软硬件制造资源的网络化改造提供了一条新的途径,为变革传统制造企业的制造模式奠定了坚实的基础2;Liang-jie Zhang等利用XML集成技术在异构收稿日期:200907-01资助项目:浙江大学CAD&CG国家重点实验室开放课题(A0702)、国家863项目(2003AA414021)XML存储系统构建一个数据存储库,提供给开发者标准接口,在单个或多个UDDI(Universal Description、Discovery and Integration统一描述、集成和发现)的注册处快速搜索到相关资源信息3;Omar Lopez-ortega Moramay Ramirez 以STEP标准来解决制造数据的共享和交换,在制造规划及执行活动中需要在制造单元中交换制造数据,由此提出了在制造规划和执行活动中使用的一种数据表达模型,作为数据定义的规范化语言以及计算机辅助应用中所遵循的约束条件,采用基于STEP标准的信息系统来实现各种应用和资源的高度集成和互操作,以实现资源发现4.2007年5月Gartner在美国发布的关于万维网中语义技术研究的价值报告中指出:在今后的十年中,Web技术将得到改善,可以实现在文档中嵌入语义结构.随着Web上支持语义的各类标识语言和支持工具不断成熟,语义Web技术逐渐被广泛应用并产生社会和经济效益,一个能够为人们更好地提供知识共享、更加自动化和智能化地为人提供服务的Web平台终将实现.随着计算机网络技术、通讯技术、控制技术等不断发展,计算机集成制造、敏捷制造、精益生产、智能制造必将在实际生产应用当中获得巨大的成功.2008年至今利用万维网进行制造资源发现的研究取得了一定的成果,如文献5、6所提出的基于P2P分布式发现机制;文献7提出的基于UDDI集中式发现机制;武汉理工大学论文8提出利用UDDI在制造网格中发现资源.P2P分布式发现机制的缺点在于网络搜寻范围大,管理困难.UDDI是集中式发现,便于管理,但是随着网络制造资源的急剧增长,UDDI负荷加重,存在单节点瓶颈问题,并有可能出现单节点失效.同时由于企业制造资源信息是动态的,如果制造资源发布不能及时地在UDDI上进行更新,会出现事实与发布信息不符合的现象,这样导致UDDI中部分制造资源信息不准确.WSIL (Web Service Inspection Language)Web服务检查语言9与统一描述、集成和发现(UDDI)规范在作用域上很类似,WSIL是作为UDDI的一种补充形式,WSIL是由IBM和微软于2001年11月发布.WSIL由于其基于文档的方式而显的很有意义,WSIL信息发布部署在本地服务器上,属于分布式发布信息方式.它更轻量级和直接,并更好地在现有的Web体系中起杠杆的作用.本文根据UDDI和WSIL的各自特点,有机的将两者结合起来,构成制造资源集中分布联合式发现机制,并分析了制造资源具体发布的方法,提出属性特征匹配,使制造资源最大限度地满足制造任务要求.1 制造资源集中分布发现机制1.1 语义Web服务发现机制图1语义Web Services的体系结构Fig 1 Architecture of Semantic Web Service从图1可以看出,Web Services的体系结构具有三种服务角色:(1)服务提供者(Services Provider)是服务的创建者和所有者,可以发布、更新或取消自身提供的服务、并且对服务请求进行响应.(2)服务注册(Services Registry)是存储可用服务描述信息的信息库,提供服务的发布和定位功能,服务提供者在此注册和发布服务,服务请求者在此查找服务,获取服务的绑定信息.服务注册主要通过UDDI来实现,UDDI是一种开放的、基于Internet的新一代电子商务技术标准.其主要目的是建立一个全球化的、与平台无关的、开放式的架构,使得企业能够实现以下功能10:a.发现彼此.b.定义如何通过Internet进行交互.c.使用一个全局性的商务注册中心共享信息.UDDI提供了一种基于分布式商业注册中心的方法,该商业注册中心负责维护一个企业和由企业提供的Web服务的全球目录,其中的信息描述是基于通用的XML格式的.从商业层次上来说,UDDI商业注册中心可以被用于核查某个合作伙伴是否拥有特定的Web服务调用界面,或是找出能够提供某种服务的公司,并确定合作伙伴的 Web服务的技术描述,以了解与该Web服务进行交互所必需的技术细节.(3)服务请求者(Services Requestor)是需要特定服务以完成自身任务的一方,利用服务注册中心查找符合要求的服务,然后与服务提供者进行绑定和交互,以调用该服务.Web Services的体系结构中必须具有上述一种或多种角色,这些角色之间使用三种操作:(1)发布(Publish),使服务提供者可以向服务注册中心注册自己的功能及访问接口;(2)查找(Find),使服务请求者通过服务注册中心查找特定种类的服务并分发匹配结果;(3)绑定(Bind),使服务请求者真正能够访问和调用服务提供者提供的服务.XML、SOAP、WSDL和UDDI是可用于构建和使用Web服务的核心标准和技术.WSDL是Web服务接口界面的跨平台描述语言,服务的描述通过WSDL;UDDI提供了Web服务注册、制造资源发现和查找的技术规范,UDDI注册的内容接近电话路径.在注册白页项里是诸如名字,地址,和业务的电话号码的信息.提供给一个或多个WEB服务.在黄页项里区分业务类型和业务分类.在绿页项里提供关于业务提供WEB服务的数据;SOAP则提供了不同系统之间进行Web服务调用的通信手段;XML是SOAP、WSDL和UDDI的基础,为Web服务之间交换数据提供了跨平台性.1.2 WSIL (Web Service Inspection Language)Web服务检查语言WSIL和UDDI一样,提供了一个发现Web服务的方法.与UDDI集中式模型不同的是,WSIL用的是一种分布、离散模型,WSIL文档允许Web服务的客户在网站上浏览可用的Web服务.WSIL规范提供了用XML格式文档来检查一个WEB服务站点和一系列规则为这些信息是否可用标准.在一个文档里一个WSIL文档搜集了多个参考为预先存的服务描述文档.WSIL文档是驻留在服务提供者的服务里,以便于客户能查询相关可用的服务.1.3 UDDIWSIL联合发现机制UDDI和WSIL的目的是一样的,都是实现资源发现.UDDI是一种集中式的管理,将所有地域上分布式主机上提供的服务集中注册在一台服务器上,随着网络资源急剧增长UDDI存在着负荷过重,单节点失效的潜在问题;WSIL是一种分布式发现机制,文档通常只保留在本地,一般只搜索一个站点的提供的web service,然后提供查询服务.图2为UDDIWSIL联合发现机制,在UDDI中资源提供商主要提供企业主要信息,以及服务类别,具体的业务服务在WSIL本地发布.这样服务请求者首先在UDDI中查询服务类别,如果服务类别符合条件,则自动根据Discovery URI到相应的服务提供商本地的Inspection.wsil中进行进一步的详细匹配具体业务.如果匹配成功,则在WSIL中的binding进行服务绑定.这种联合发现机制的优点在于:将服务描述分别发布在UDDI和WSIL中,大大减低了UDDI的负荷,避免了单节点瓶颈问题,同时企业服务在服务类别不变,而服务的具体细节变更能及时地反应在WSIL中,大大提高了服务的准确性.同时,如果UDDI单节点出现失效的情况,也可以利用网络爬虫直接在网络中搜寻WSIL服务,并进行匹配服务,形成多源Web服务发现.图2 UDDIWSIL联合发现机制Fig 2 Joint Type Discovery Mechanism Based on UDDIWSIL2 具有语义的属性特征匹配2.1 相关定义制造物理单元:能够独立完成一个工序的设备.通常是指加工机床(含工装、量具等)或者热处理设备等.动态制造物理单元链:由制造物理单元组成的能够完成多个工序的设备,它打破传统基于车间组织生产的限制,它是在企业地域范围内制造物理单元根据外来制造任务需求进行动态自由组合,最大限度地满足外来制造任务需求.理论加工工艺路线:在没有考虑企业现有的加工设备的前提下,零件根据制造加工原理制定的工艺路线.定型加工工艺路线:根据制造加工原理以及现有加工设备制定的零件加工工艺路线.2.2 基于网络的零件加工工艺分析核心企业接到订单以后,由于自身往往不能按时间完成制造任务或者制造资源不足等原因,通常通过外包方式对零件加工.由于网络的便利,核心企业可以通过网络发现潜在的合作企业,形成动态联盟.这种合作是动态的,任务结束后,合作随之解散.传统的加工工艺路线通常是在已知企业加工设备前提条件下,得到零件定型加工工艺路线.假设核心企业有一部分零件需要进行外包加工,由于外界制造资源是一个未知数,而理论加工路线是不唯一的,如果根据经验直接指定加工工艺路线,然后到UDDI中寻找制造资源服务,有可能存在一种情况的发生,即某合作企业不能完成由核心企业制定的加工工艺路线,但该零件可以按照某合作企业自身制定的加工工艺路线完成生产,并达到零件加工的各项要求.显然,核心企业在对外界制造资源不知情的情况下,制定定型加工工艺路线是不合理的,有可能失去潜在的优质合作企业.2.3 基于属性特征匹配的发现过程模型文献11提出了零件-设备特征匹配的信息描述方法,但并未利用Web服务发布匹配方式.文献12提出按照保证任务按时完成,资源性能尽量匹配,成本时间最后考虑的原则,构建了扩散制造资源的选择流程.这个原则不是很合理,如果制造资源的状态处于不可用的状态,进行匹配是无意义的.制造资源的状态是动态的(包括:空闲状态、维修状态、满负荷状态等),本文认为按照尽量匹配属性特征,在约定的时间范围内制造资源可用为前提,最后考虑地域、成本的原则,来构建制造资源的选择流程.在匹配过程中引入本体,增强匹配的语义性,提高查全率、查准率.本体(Ontology)是应用领域概念化的显式说明13,本体是现代企业知识管理系统重要的组成部分.构造本体被看作是改进知识工程过程、增强知共享和复用、促进异构系统间互操作的重要手段14.通过本体语义信息的引人,利用推理机制进行同义词扩展、关联词扩展、概念隐含扩展等外延技术,将大大提高系统的检索效率.事物对象可以用三元组来进行描述,即:类、属性、属性值.对于制造资源和零件均可以对其进行分类,利用属性特征分级匹配可以最大限度地发现潜在的制造资源.3 应用实例图3 轴零件Fig 3 Shaft Part表1 零件属性特征Table 1 Attribute Feature of Part属性特征 特征值1 特征值2 特征值3毛坯外圆特征 90x35 IT8 圆柱面1 10x20 IT7 端面1 20 IT7 键槽 10x16 IT7 拥有制造资源的企业,首先将将拥有的设备制造资源按照属性特征规范发布在UDDI中.具体的特征值发布在本地,通过WSIL来进行组织.某核心企业传动轴零件(图3、表1)需要外包加工,核心企业首先将该零件进行属性特征分解,得到相应的特征名称与对应的特征值.然后将零件特征信息发布到UDDI中,在UDDI中进行特征匹配.特征匹配之前要进行语义扩展,根据预先设定的相似度阀值,如果大于阀值,则所有特征都满足条件.然后自动根据Discovery URI到相应的服务提供商本地的Inspection.wsil中进行进一步的详细匹配具体业务,分别匹配其特征值.若匹配成功,继续匹配服务时间的可用性,如果在约定的时间当中,制造资源处于可用状态,则在WSIL中的binding进行服务绑定,获取制造资源的完整信息模型,完成资源发现全过程.通常会得到符合条件的制造资源候选集合,核心企业通过对候选制造资源进行评价,综合考虑T(时间)Q(质量)C(费用)S(服务)等因素选择合作伙伴.4 结论本文分析了现有制造资源发现机制的不足,结合语义Web服务技术,根据UDDI和WSIL的各自特点,有机的将两者结合起来,构建制造资源UDDI-WSIL联合发现机制.联合发现机制的特点在于:将服务描述分别发布在UDDI和WSIL中,大大减低了UDDI的负荷,避免了单节点瓶颈问题,企业服务在服务类别不变,而服务的具体细节变更能及时地反应在WSIL中,大大提高了服务的准确性.如果UDDI单节点出现失效的情况,也可以利用网络爬虫直接在网络中搜寻WSIL服务,并进行匹配服务,形成多源Web服务发现.在这基础之上分析了网络制造工艺与传统制造工艺不同之处,提出了具有语义属性特征的分级匹配方法来获取潜在的网络制造资源,使制造资源最大限度地满足了制造任务要求.在下一步工作当中,将研究服务的容错、制造资源的评价等相关问题.参考文献:1Yang shu zi,Wu bo,Hu Chun Hua et al. 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Computer Engineering and Applications.2008,44(30),96100.王宏,辛大欣,曹金坤等.一种基于P2P的非集中式网格资源发现方法J.计算机工程与应用,2008,44(30),96100.6Zhang Ji Qiang,Wu Yi Jian,Zao Wen Tan.A P2P-BASED SEMANTIC WEB SERVICE PUBLICATION AND DISCOVERY MODELJ Computer Applications and Software,2009,26(1),912.张际强,吴毅坚,赵文耘.一个基于P2P的语义Web服务发布和发现模型J.计算机应用与软件,2009,26(1),912.7Dai Ya Rong,Gu Ji Nan,Xie Jun et al.The study on the manufacturing resource discovery based on semantic web services J. Machinery Design & Manufacture,2008,9,111112.代亚荣,顾寄南,谢俊等.基于语义Web服务的制造资源发现机制的研究J.机械设计与制造,2008,9,111112.8 Jiang Jian Hua. Research on Service Discovery Based on Semantic in Manufacturing GridD.2008.5,WuHan University of Science and Technology. 姜建华.制造网格中基于语义的服务发现研究D.2008,5,武汉理工大学.9WSIL./developerworks/webservices/library/ws-wsilspec.html.10 Gu Ji Nan,Gao Chuan Yu,Ge Xiao Lan. The Manufacturi