基于语义的虚拟企业制造服务建模技术研究_图文

1、 866计算机集成制造系统第14卷5原型系统实现 基于上述制造服务的建模与实现方法,在国家863/CIMS课题数字化制造管理与执行关键技术研究与应用课题的支持下,基于网状中心城市区域网络化制造专业平台,开发了面向协同制造的虚拟企业制造服务管理原型系统,系统由资源及信息存储层、应用服务层、扩展的统一描述、发现和集成(UniversalDescription,Discovery andIntegration,UDDI注册中心及访问层构成,如图3所示。制造服务制造服务访提供商l提供商客户1磬户N问层I王I工支持语豢篓理ll型蠢嚣茎I I型羹嚣茎ll裂蓦耋磊l盛语义的UDDI、rV注册业参鏊则Il语叠

2、鬟配l l嚣蓉雾蒺|逻崭萋理l釜中心j工了王工工领域制造服务服务OoS 制造制造其他本体库本体库描述库知识库资源库数据源资源及信息存储层图3原型系统体系结构资源及信息存储层由领域本体库、制造服务本体库、制造服务QoS描述库、制造知识库、制造资源库和制造企业其他数据库等构成,其中本体库和QoS描述库是整个系统的基础,本文采用protege 3.2对制造领域本体和服务本体进行构建,以OWL 文件方式对领域和服务本体知识进行存储;应用服务层由语义处理引擎、制造服务匹配引擎、制造服务选择引擎、制造服务信息发布引擎、业务规则引擎等部分构成,实现对制造服务的语义标注、自动查找和自动执行;通过Jena AP

3、I实现对0WL文件的解析和制造服务的查找与匹配;支持语义的UDDI注册中心通过JUDDI构建,实现对传统的UDDI进行语义扩展,图4是支持语义的UDDI制造服务注册中心界面;访问层则通过网状中心城市区域网络制造专业平台的门户实现,支持制造服务提供商通过该门户进行制造服务的注册,以及客户进行制造服务的查找与匹配。目前系统支持的功能包括:制造服务的语义标注与注册、制造服务及资源状态信息的发布与查询、制造服务的语义匹配与优化选择。图4支持语义的bHDl制造服务注册中心界面基于上述面向协同制造的虚拟企业制造服务管理原型系统,制造服务注册及协作运行的过程如下:(1制造服务的语义标注与注册。制造服务提供商

4、通过网状中心城市区域网络制造专业平台门户进行服务提交,语义处理引擎对制造服务进行语义及QoS信息标注后,注册到支持语义的UDDI注册中心。(2制造服务的需求者(客户通过网状中心城市区域网络制造专业平台门户提交制造服务的需求,语义处理引擎对客户的需求进行语义处理,形成语义需求模版。(3制造服务匹配引擎调用相关的语义匹配算法,对语义需求模版与注册中心的制造服务进行语义匹配。(4语义匹配的结果集通过制造服务,选择引擎以及相关的服务选择评价算法,根据客户对制造服务QoS的要求,进行制造服务选择,最后把符合客户需求的制造服务信息反馈给客户应用,进行绑定和协同工作。(5客户可以通过网状中心城市区域网络制造

5、专业平台门户查询制造服务的相关信息,并根据协作的情况对制造服务进行评价和打分,以更新该制造服务的相关服务质量信息。6结束语本文提出了一种支持制造服务自动发现、选择、合成和自动执行的基于语义的制造服务建模方法:(1建立了一种包含制造资源层、制造服务语义描述层、制造服务访问层、制造服务业务状态层的四层制造服务概念模型,并从制造服务的资源构成视 基于语义的虚拟企业制造服务建模技术研究作者:王琦峰, 刘飞, WANG Qi-feng, LIU Fei作者单位:王琦峰,WANG Qi-feng(重庆大学,机械工程学院制造工程研究所,重庆,400044;浙江万里学院,商学院,浙江,宁波,315100, 刘

6、飞,LIU Fei(重庆大学,机械工程学院制造工程研究所,重庆,400044刊名: 计算机集成制造系统英文刊名:COMPUTER INTEGRATED MANUFACTURING SYSTEMS年,卷(期:2008,14(5引用次数:1次参考文献(10条2006(079.CARDOSO J Approaches to developing semantic Web services 2006(0110.MARTIN D.PAOLUCCI M.MCILRAITH S Bringing semantics to Web services:the OWL-S approach 2005相似文献(10

7、条机械工程2008,19(17针对协同制造执行平台集成内容与集成对象的多样性和复杂性,分析了协同制造执行平台对动态快速集成、统一的集成模式、支持相关的集成标准、支持语义和松散耦合的集成方式等的需求,建立了一种基于语义的协同制造执行平台集成框架,以实现集成对象松散耦合的按需集成;在此基础上,建立了集成对象的语义描述模型,采用语义Web服务描述本体OWL-S对集成对象进行了语义建模,并对制造企业内部语义集成及跨企业制造过程语义集成的相关技术进行了研究.研究成果在某柴油机部套产品生产企业协同制造执行平台上得到了应用,取得了较好的应用效果.2.学位论文吉锋基于语义Web的协同制造链快速构建研究2005

8、制造全球化和制造网络化是现代制造业发展的主要趋势之一,也是当前制造领域的研究热点。为了有效的实现网络制造环境下资源共享与优化配置,本文提出了协同制造链的概念。协同制造链是围绕零件制造过程的网络化制造动态联盟,它将制造资源聚合起来并封装成制造服务,同时以零件制造过程为核心对制造服务加以合理配置,是一种面向零件的网络化制造实现方式。本文以协同制造链快速构建为主要研究方向,对支持协同制造链快速构建的相关理论及其关键技术进行了深入研究。(1在对网络化制造动态联盟不同模式进行分类的基础上,结合复杂零件的异地协同制造过程,对协同制造链进行了定义。面向协同制造链构建过程,建立了扩展无环有向图模型,并基于该模

9、型对其构建过程的不同阶段进行了详细分析,建立了面向协同制造的零件工艺规划、依赖于制造服务的零件工艺规划以及协同制造链的模型与形式化描述。在此基础上,进一步对协同制造链构建与运行支撑平台网络化敏捷制造平台进行了研究,给出了平台的定义、功能划分及其体系结构,阐述了平台的工作流程。(2针对现有制造信息网站与电子商务网站在制造能力与制造任务建模描述方面存在的问题,提出了基于本体论的协同制造任务与制造服务建模方法,并通过扩展OWL-S本体构建了一个面向零件网络化制造的Web本体模型网络协同制造本体。为了实现制造任务与制造能力的有效描述,对制造特征与协同制造单元进行了研究,以此为基础建立了协同制造任务与制

10、造服务的描述模型,并通过实例研究了基于网络协同制造本体的协同制造任务与制造服务的语义描述。(3为了实现快速、高效、精确的制造服务发现与匹配,建立了该问题的数学模型,阐述了制造服务发现的基本要求;对其实现环境制造服务匹配引擎进行了研究,建立了制造服务匹配引擎的体系结构,阐述了其工作过程;在制造服务匹配度以及语义相似度计算研究的基础上,设计了制造服务匹配引擎的核心算法基于能力约束的制造服务匹配算法。(4深入研究了制造服务优化选择与排序的策略及其实现算法。对于制造服务优化选择问题,在数学建模分析的基础上,构建了相应的制造服务综合评价指标体系,并将模糊层次分析与运筹学中的0-1整数规划理论引入到制造服

11、务优化选择问题中,提出并实现了一个模糊层次分析法与分枝隐枚举法相结合的制造服务优化选择算法。对于制造服务排序这一复杂的组合优化问题,提出了基于生物群体智能的制造服务排序策略,设计了一个蚂蚁算法,实现了基于蚂蚁算法的制造服务排序。(5依托相关项目研究背景,基于语义Web技术框架,开发了一个协同制造链构建支持系统,并以某型号航空发动机关键零件的异地协同制造过程为例,将论文所研究的理论、方法进行了实证研究和应用。本体研究-机床与液压2006,(7介绍了本体以及语义Web的基本概念,构建了一个基于OWL-S的网络协同制造本体模型,详细论述了该本体模型的结构并结合实例探索了其在网络协同制造链构建中的具体

12、应用.基于网络协同制造本体,可以有效地实现制造服务与加工需求的语义化描述,为实现基于语义Web的网络协同制造链的快速构建奠定了基础.4.学位论文贺文锐面向网络协同制造的资源优化配置技术研究2007基于WEB技术实现企业间制造资源的有效集成和优化配置,从而在生产经营活动中集成广域优势资源,快速响应市场需求变化,对于制造企业参与和赢得市场竞争具有重要的意义。本文针对制造业生存环境的变化和制造企业提升竞争能力需求,以实现广域协同制造环境下的制造资源集成和共享为目标,研究了基于Web的制造资源优化配置的概念、模型、技术和应用。论文的研究内容主要包括:1研究了WEB环境下制造资源协作与优化配置的特点和需

13、求,首次将语义技术引入了资源配置系统,提出了“基于语义的网络协同制造资源优化配置”的基本概念、特征、体系结构和功能模型,并从资源建模、资源发现、资源评价、制造资源链构建四个角度系统地研究了资源优化配置的关键问题,奠定了开发制造资源优化配置应用系统的理论框架和技术基础。2面向网络协同制造的资源模型是实现资源优化配置的信息基础,本文在分析协同环境下制造资源建模的特点和需求的基础上,构建了包括应用层、语义层和物理层的多层次网络协同制造资源语义模型,并对于各层的关键问题进行了深入研究。在应用层讨论了制造资源功能定义模式和制造资源组织模式;在语义层建立了制造资源概念语义网络,分析了概念语义网络生成流程,

14、并实现了关键的操作算子;在物理层构建了基于XML的制造资源表达模式,以支持资源模型的动态扩展。3研究了面向复杂制造过程的任务定义模式。文中首先分析了网络协同制造任务的特点,提出了解决复杂制造任务定义的总体思想;其后讨论了制造任务的分解模式、分解规则以及规范化方法,并定义了基于XML的任务结构数据模式;针对分解形成的子任务和任务元,研究了任务约束定义机制,建立了任务元约束定义方法和任务关联约束定义方法;在任务约束和任务分解模型的基础上,讨论了制造任务过程定义问题,构建了基于有向图的制造任务过程模型。4构建了基于语义技术的制造资源发现算法,解决了当前资源信息获取中存在的完整性、准确性、冗余性的问题

15、。论文首先对于面向加工设备资源的制造资源发现技术进行了研究,以分解形成的加工任务元为对象,以任务元中所定义的制造对象、约束条件为发现约束,通过面向任务需求的制造资源语义扩展检索,以及进一步的约束语义检验,获得能够满足加工任务元需求的制造资源对象集合。论文中建立了面向制造任务元的资源发现流程,对于其中的关键技术进行了讨论,并在此基础上构建了面向任务元的制造资源语义发现算法。其次,针对软件服务的资源发现任务,论文首先建立了基于向量空间法的制造资源功能向量数学模型,提出了功能语义满意度的计算方法,进一步从属性单体和属性整体两个层次构建了属性约束的语义满足性检验方法,从而实现了面向软件服务的资源发现。

16、5提出了基于模糊理论的制造资源评价方法,解决了如何对于网络环境下的制造资源进行面向制造任务的评价和优选问题。作为网络协同制造的核心问题,资源评价和选择是一个建立在不确定信息基础上的复杂问题。本文基于模糊AHP方法,通过评价因素集的构建、指标评语集的确定、基于AHP方法的任务指标权重集构建、资源模糊评价隶属函数构建和制造资源模糊综合评价五个过程,实现了面向制造任务元的制造资源评价与选择。6提出了面向复杂制造任务的多资源优化配置方法。本文在任务元资源评价的基础上,首先定义了面向复杂任务的制造资源链的概念及数学模型,分析了多资源配置的需求和约束条件,在此基础上构建了面向多节点制造任务的复合资源发现总

17、体流程,建立了基于约束传播的冗余资源对象删除算法,并提出了制造资源链构建算法。进一步,对于构建的制造资源链,本文建立了基于模糊排序的制造资源链整体性能评价算法,实现了对于制造资源链的优选。7在以上研究成果的基础上,本文构建了网络协同制造资源优化配置的原型系统。该系统初步实现了面向非标零部件、特别是复杂零部件的协同制造任务定义与发布、协同制造资源的发现、资源评价与优化选择,以及制造资源链的构建,从而验证了论文中所构建理论的有效性。5.学位论文吕琳基于Multi-agent的协同制造资源共享的相关理论与技术研究2007网络环境下的协同制造是适应网络经济和知识经济的先进制造模式,它强调企业间的协作和

18、全社会范围内的资源共享,并以此达到提高企业产品全生命周期的创新能力,实现产品从设计到制造的低成本和高效率的目标。因此,通过网络将分散在各个企业中的制造资源实现共享和利用是网络化制造模式下协同制造的重要特征之一。由于协同制造资源存在着诸如异构性、分布性、自治性等特点,使得协同制造资源共享在资源统一描述、快速准确获取所需资源和资源重构配置等方面存在着问题。与此同时,由于Internet这个公用平台几乎以无限制的方式为企业、政府和个人所使用,这种廉价的组网方式使许多协同制造资源信息和保密数据在共享过程中难免受到各种主动的或被动的攻击。在研究国内外学者提出的关于实现制造资源共享的理论和思想的过程中,作

19、者利用Multi-agent技术来解决上述难题。依托国家自然科学基金等项目,按照“研究相关理论、突破关键技术”的技术路线,对协同制造模式下制造资源共享问题主要进行了如下研究工作:(1研究了制造资源共享的概念模型、控制模型、面向共享的资源库以及资源共享的服务质量。借鉴知识链思想,结合制造资源共享理论,提出协同制造资源链的概念。即将分散在各地的协同制造资源封装成资源Agent,以节点的形式加入到协同制造资源链中,通过协同制造资源链将分布在各地的协作企业连接到一起,虚拟成一个大的网络制造系统,共享制造资源并进行协同制造,给出了基于Multi-agent的协同制造资源共享框架。(2分析了制造资源建模内

20、涵和网络制造模式下协同制造资源模型的建立原则。针对传统的制造资源建模方法没有考虑到知识在制造资源描述中的重用,缺乏语义信息,无法较好地满足用户的检索请求的问题,提出采用XML和知识本体技术对制造资源模型进行描述。知识本体是共享概念模型的明确形式化的规范说明,它能够以一种明确的、形式化的方式来表示领域资源知识,促进资源共享,提高异构系统之间的互操作性。同时应用面向对象的资源建模思想和Multi-agent技术,结合基于XML和知识本体技术的协同制造资源描述方法,给出了协同制造资源模型,为实现协同制造资源快速检索和优化配置提供依据。(3针对传统的被动资源获取方式具有信息查找困难、资源重用率低的问题

21、,研究了协同制造模式下制造资源主动获取方法。该方法是在信息推的基础上,当企业在执行协作业务过程的某一活动时,主动地将完成该活动所需要资源的信息及时、正确且无冗余地推送给用户,而无需用户繁琐的查询操作或由于未能及时查询而造成后续工作的延迟。现代先进制造模式下,单一企业的资源是有限的,极少有单个企业能拥有本行业所需的全部资源。因此,如何能够在寻找到的大量企业资源中根据生产任务和资源优化配置原则实现资源重构,是快速响应市场变化的条件之一。协同制造资源共享下的资源重构是一个多策略决策问题,而博弈论正是研究多人谋略和决策问题的理论,将博弈理论用于解决协同制造资源重构问题可以兼顾企业各生产任务的资源需求,

22、使企业获取最大效益。鉴于Agent具有有限理性的特点,选择进化博弈论做为具体解决方法。提出了基于Agent和进化博弈论的协同制造资源重构模型。(4着重研究了基于Agent的身份认证技术和系统自保护模型。协同制造资源共享系统的用户分布在不同的联盟企业中,呈现群组特性,本文应用Agent技术,给出一种适合于协同制造资源共享系统的、易于扩展的认证方案。通过研究IBM有关自我保护的概念,提出将自我保护方法用于协同制造资源共享安全中进行主动保护,给出基于Agent的协同制造资源自我保护模型,并对自保护系统的构成和工作模式进行了详细的描述。和以往基于Agent的入侵检测系统模型相比,基于Agent的自保护

23、系统模型中数据采集、分析、响应、通讯是每个自治Agent的必备模块,充分发挥了智能代理的自主性、主动性和响应性。同时也减少了Agent间的频繁通信,加快了响应速度。模块化结构的自治Agent不仅有利于设计和实现,同时更利于Agent技术在网络安全中的应用和推广。系统中每一台主机都具有检测、响应入侵的能力,构成了一个分布式检测和响应系统。(5提出了网络环境下协同制造资源共享原型系统的逻辑框架,同时给出系统的功能模块设计。结合本文所讨论的协同制造资源共享技术,对原型系统的协同制造资源服务和安全管理等模块进研究,并给出相应的协同制造资源检索、重构以及身份认证功能界面。在网络化协同制造中,快速实现跨行

24、业的、复杂的、非标准的机械零部件的信息搜索,这以于提高企业的协作水平和规模经济效应具有重要意义.本文对零件语义编码系统进行了定义,对传统的零件分类编码系统与零件语义编码系统进行了比较.将零件语义编码系统中的关键词分为三类:以零件名称作为关键词,描述零件形状特征的关键词,描述零件其它特征的关键词.最后讨论了建立零件语义编码系统的方法.7.学位论文张磊基于语义Web的制造网格资源集成与调度技术研究2006制造网格是信息技术与协同制造领域最先进研究成果的结晶,是网络化制造的发展方向。本文将语义Web技术引入制造网格,提出了“语义制造网格”的概念,以制造资源集成、发现和调度为主要内容,对其理论、体系结

25、构和实现方法进行了深入的研究。(1分析了制造网格的含义及其与网络化制造、计算网格的关系。将语义Web技术应用到Web服务资源框架(WSRF,提出了语义网格服务架构。建立了制造网格本体架构,它由网格服务本体、制造领域本体和用于QoS协商的SLA本体组成,是制造网格的语义基础。基于以上两个架构,提出了语义制造网格的五层体系结构。选择基于描述逻辑的OWL DL作为语义制造网格的本体语言,对OWL DL的形式语义和推理实现方法进行了深入分析。(2研究了采用扩展OWL-S来构建网格服务本体和基于特征技术来构建制造领域本体的方法,建立了它们的可扩展模型。制造资源采用独立、可协同制造单元的模式进行组织和管理

26、,采用面向任务能力的多视图方式,并基于制造网格本体封装为语义网格服务,以此实现物理制造资源到制造服务的转化。建立了层次分布式注册中心架构,用来对制造服务的语义描述信息进行有效的组织和管理,以服务信息集成的方式实现了制造资源集成。(3语义制造网格面向虚拟组织,能否有效的发现服务是决定其适用性的关键。通过分析给出了服务发现问题的形式化描述。基于UDDI实现了服务注册中心,给出了其数据结构和物理模型,其中设计了专门的服务索引组件来提高语义匹配效率。提出了一种基于文本相似度的服务语义匹配方法,匹配过程分为制造类型、输入、输出和资源属性四个部分,定义了四个部分的匹配度和总匹配度的量化计算方法,并给出了匹

27、配算法的伪码实现。(4分析了基于多QoS的语义制造网格服务优化调度问题。建立了基于有向无环图的服务组合模型,由此将服务优化调度问题转化为服务优化组合问题,给出了形式化描述。基于语义WS-Agreement建立了SLA本体,其中主要对QOS指标进行了扩展和定义,给出了SLA的协商模型。为提高决策的正确性,需客观的确定QoS各指标的权重,文中提出了一种基于三角模糊数模糊一致矩阵的层次分析法TC-AHP。建立了服务的优化组合模型,并提出了一种防畸形解、基于模拟退火算法的模型求解算法CPSA。(5以MEMS制造为背景,将本文所提出的理论和方法呈现为一个原型系统。原型系统的架构和运行模式能够充分体现语义

28、制造网格的特点,结合制造资源和器件制造实例,对论文所研究的理论、方法进行了有效性和可行性验证。平台研究-制造业自动化2005,27(8为了实现网络制造环境下制造资源共享与优化配置,提出了面向复杂零件的协同制造链的概念,分析了协同制造链的组织与运行模式;创建了一个基于语义Web的网络协同制造平台,对其主要功能、体系结构、工作流程进行了研究,指出网络协同制造平台在协同制造链构建与运行过程中居于核心地位.9.学位论文胡启芳跨企业协作平台中本体自适应演化框架与实现2009如今全球的制造业环境下,制造业业务竞争日趋激烈,并且变化迅速。不同语言、不同文化背景、不同知识表达习惯以及制造业术语本身不确定性,都给沟通和理解制造业信息造成了困难。所以,共享的制造业信息为人、计算机和Internet搭