云制造环境下制造服务匹配研究

1、研究生姓名 张伟申请学位类别工程硕士学科专业工业工程研究方向管理信息系统答辩委员会主席任南学校代码：10289分类号: TP391.1密级： 公开学号：159040003江苏科技大学专业硕士学位论文（全日制专业学位）云制造环境下制造服务匹配研究导师姓名王念新学位授予单位江苏科技大学论文提交日期2018年5月7日论文答辩日期2018年6月11日评 阅 人宣直2018年 6月10日分类号：TP391.1密级： 公开学 号：159040003工程硕士学位论文（全日制专业学位）云制造环境下制造服务匹配研究学生姓名张伟指导教师王念新副教授江苏科技大学二O 一八年六月A Thesis Submitted

2、in Fulfillment of the Requirementsfor the Degree of Master of EngineeringResearch on Manufacturing Services Matching inCloud Manufacturing EnvironmentSubmitted byName Zhang WeiSupervised byProfessor Wang Nian-XinJiangsu University of Science and TechnologyJune, 2018江苏科技大学学位论文原创性声明本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人

3、在导师的指导下，独 立进行研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论 文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品成果。对论文 的研究做出重要贡献的个人和集体，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。学位论文作者签名:江苏科技大学学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定, 同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版, 允许论文被查阅和借阅。本人授权江苏科技大学可以将本学位论文的 全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫 描等复制手段保存和汇编本学位论文。本学位论文属于：保密口，

4、在年解密后适用本授权书。不保密口。学位论文作者签名:指导教师签名:云制造作为新型制造模式，以“制造即服务”为理念，并通过结合物联网、 云计算等信息技术，将复杂多样的服务资源进行描述和封装，从而实现制造服务 与需求的高效配置与利用。而云制造资源的复杂、多样和分散性的特点，使得云 制造平台中的制造服务和需求无法进行精确地匹配。所以，如何将制造服务与用 户需求进行匹配成为了云制造实现快速推广应用的关键技术之一。本文在对云制 造资源服务匹配的相关研究基础上，对制造服务和需求的匹配作了进一步地研究。首先，通过对云制造的研究现状、制造资源的形式化描述以及制造资源的匹 配等问题进行分析，提出了本文需要解决的

5、问题。其次，本文针对云制造特点，对云制造资源进行研究和分类，抽象地描述了 云制造资源的信息，通过突出云制造资源的服务属性，构建了包含名称、服务信 息、制造信息和软支持信息等在内的云制造资源信息模型，并在此基础上建立云 制造资源的本体，然后对所建立的本体进行形式化描述，为后续的制造资源的匹 配建立了信息基础。再次，通过研究发现，对云制造环境下制造资源的形式化描述仅仅是建立在 细粒度资源基础之上，并未对云制造环境下的虚拟制造单元(virtual manufacturig in cloud manufacturing, VMU-CM)进行形式化描述。因此，本文在提出VMU-CM 关系模型的基础上，利

6、用本体技术建立VMU-CM本体，然后对VMU-CM进行 形式化描述和基于OWL的描述。最后，本文在云制造资源和VMU-CM形式化描述和基于OWL描述的基础 上，研究了云制造服务和需求的匹配问题，针对以往的匹配算法在计算云制造服 务和需求之间的匹配实用性不强的问题，并且根据云制造服务名称短语的特点， 提出一种云制造服务的名称相似度算法，并在提出的名称相似度算法的基础上， 结合属性相似度来对制造资源进行匹配。关键词：云制造；虚拟制造单元；制造资源；需求；相似度AbstractAs a new manufacturing model, cloud manufacturing adopts the c

7、oncept of manufacturing as a service, and combines the information resources of the Internet of Things and cloud computing to describe and encapsulate complex and varied service resources, thereby realizing efficient configuration and utilization of manufacturing services and requirements. The compl

8、exity, diversity, and dispersion of cloud manufacturing resources make it impossible to accurately match manufacturing services and requirements in cloud manufacturing platforms. Therefore, how to match complex and varied manufacturing services with user needs has become one of the key technologies

9、fbr the rapid promotion and application of cloud manufacturing. In this paper, the matching of manufacturing services and requirements is further studied based on the relevant research on matching of cloud manufacturing resource service.Firstly, this paper presents the issues that need to be solved

10、in this paper through the analysis of the research status of cloud manufacturing, formal description of manufacturing resources, and the matching of manufacturing resources.Secondly, this paper focuses on the characteristics of cloud manufacturing, researches and classifies cloud manufacturing resou

11、rces, and abstractly describes information on cloud manufacturing resources, buliding cloud manufacturing resource information models including cloud manufacturing resource names, cloud manufacturing resource service information, cloud manufacturing information, and soft support information by highl

12、ighting the service attributes of cloud manufacturing resources. On the basis of this, the paper established ontology of cloud manufacturing resources, and then formally described the ontology fbr subsequent matching of manufacturing resources.Thirdly, through the research, it is found that the form

13、al description of manufacturing resources in the cloud manufacturing environment is only based on the fine-grained resource basis, and virtual manufacturing unit in cloud manufacturing(VMU-CM) is not formally described. Therefore, this paper uses ontology technology to establish VMU-CM ontology on t

14、he basis of the proposed VMU-CM relationship model,then describes the VMU-CM by formal description and the OWL-based description.Finally, this paper studies the matching issues of cloud manufacturing resources and service requirements based on the formal description and the description based on OWL

15、of cloud manufacturing resources and VMU-CM.The paper proposes a name similarity algorithm for manufacturing resources ?aiming at the problem that the previous matching algorithm is not practical fbr matching cloud manufacturing services and requirements, and according to the characteristics of name

16、 phrases of cloud manufacturing services.Then based on the the proposed name similarity algorithm, the similarity of attributes is used to match manufacturing resources.Keywords : Cloud manufacturing; Virtual manufacturing unit; Manufacturing resources; Requirements; Similarity TOC o 1-5 h z 摘要IAbst

17、ractII目录IVContentsVII HYPERLINK l bookmark78 o Current Document 第1章绪论1 HYPERLINK l bookmark81 o Current Document 1.1研究背景、目的及意义11.1.1研究背景11.1.2研究目的和意义2 HYPERLINK l bookmark89 o Current Document 1.2国内外研究综述21.2.1云制造研究21.2.2制造资源的形式化描述研究51.2.3制造资源的匹配研究51.2.4研究小结6 HYPERLINK l bookmark98 o Current Document

18、 1.3研究内容和方法71.3.1研究内容71.3.2研究方法71.3.3技术路线图8 HYPERLINK l bookmark107 o Current Document 1.4论文创新点9 HYPERLINK l bookmark112 o Current Document 1.5本章小结9 HYPERLINK l bookmark115 o Current Document 第2章基础理论10 HYPERLINK l bookmark118 o Current Document 2.1云制造102.1.1云制造的概念102.1.2云制造的目的112.1.3云制造特征112.1.4云制造平

19、台的体系架构132.1.5云制造平台中的角色14 HYPERLINK l bookmark128 o Current Document 2.2其他先进制造模式152.2.1敏捷制造152.2.2网络化制造17 HYPERLINK l bookmark131 o Current Document 2.3资源描述相关技术18本体18OWL-S192.3.4语义网20 HYPERLINK l bookmark137 o Current Document 2.4云制造对我国制造业的影响21 HYPERLINK l bookmark140 o Current Document 2.5本章小结22 HYP

20、ERLINK l bookmark143 o Current Document 第3章云制造环境下制造资源描述23 HYPERLINK l bookmark146 o Current Document 3.1云制造资源的分类23 HYPERLINK l bookmark155 o Current Document 3.2云制造资源信息模型24 HYPERLINK l bookmark158 o Current Document 3.3云制造资源本体25 HYPERLINK l bookmark167 o Current Document 3.4云制造资源形式化描述28 HYPERLINK l

21、bookmark174 o Current Document 3.5基于OWL的云制造资源描述29 HYPERLINK l bookmark177 o Current Document 3.6本章小结30 HYPERLINK l bookmark180 o Current Document 第4章云制造环境下虚拟制造单元描述31 HYPERLINK l bookmark183 o Current Document 4.1云制造环境下虚拟制造单元关系模型31 HYPERLINK l bookmark186 o Current Document 4.2云制造环境下虚拟制造单元信息模型32 HYPE

22、RLINK l bookmark189 o Current Document 4.3云制造环境下虚拟制造单元本体34 HYPERLINK l bookmark192 o Current Document 4.4云制造环境下虚拟制造单元形式化描述35 HYPERLINK l bookmark195 o Current Document 4.5基于OWL的云制造环境下虚拟制造单元描述36 HYPERLINK l bookmark198 o Current Document 4.6本章小结37 HYPERLINK l bookmark201 o Current Document 第5章云制造服务和需

23、求匹配38 HYPERLINK l bookmark204 o Current Document 5.1名称相似度385.1.1短语语义相似度38 HYPERLINK l bookmark226 o Current Document 5.2属性相似度43 HYPERLINK l bookmark229 o Current Document 5.3云制造服务和需求匹配框架44 HYPERLINK l bookmark232 o Current Document 5.4案例研究455.4.1案例背景455.4.2案例分析46 HYPERLINK l bookmark235 o Current Do

24、cument 5.5本章小结51 HYPERLINK l bookmark238 o Current Document 总结与展望52 HYPERLINK l bookmark241 o Current Document 总结52 HYPERLINK l bookmark248 o Current Document 研究展望52 HYPERLINK l bookmark254 o Current Document 参考文献54 HYPERLINK l bookmark356 o Current Document 附录61 HYPERLINK l bookmark359 o Current Do

25、cument 攻读硕士学位期间所取得的相关科研成果64 HYPERLINK l bookmark365 o Current Document 致谢65Contents TOC o 1-5 h z Abstract(Chinese)IAbstract(English)IIContents(Chinese)IVContents(English)VIIChapter 1 Introdution1Research background and significance1Research background1Research significance2Foreign and domestic lite

26、ratures review2Research on cloud manufacturing2Research on formal description of manufacturing resources5Research on manufacturing resource matching5The summary of research6Research content and methods7Research content7Research methods7Technology roadmap8The innovation of the paper9Chapter summary9C

27、hapter 2 The basis of theories10Cloud Manufacturing10The concept cloud manufacturing10The purposes of cloud manufacturing11The features of cloud manufacturing11The architecture cloud manufacturing platform13The role in cloud manufacturing platform14Other advanced manufacturing modes15Agile manufactu

28、ring15Network manufacturing17Related technology of resource description18Ontology1819OWL-S TOC o 1-5 h z Semantic web20Impact of cloud manufacturing on Chinas manufacturing industry21Chapter summary22Chapter 3 The description of manufacturing resource in cloud manufacturing environment23Classificati

29、on of cloud manufacturing resources23Information model of cloud manufacturingresources24Ontology of cloud manufacturing resources25Formal description of cloud manufacturing resources28Description of cloud manufacturing resource based on OWL29Chapter summary30Chapter 4 Description of virtual manufact

30、uring unit in cloud manufacturing environment31Relationship model of virtual manufacturing unit in cloud manufacturingenvironment31Information model of virtual manufacturing unit in cloud manufacturingenvironment32Ontology of virtual manufacturing unit in cloud manufacturing environment 34Formal des

31、cription of virtual manufacturing unit in cloud manufacturingenvironment35Description of virtual manufacturing unit in cloud manufacturingenvironment36Chapter summary37Chapter 5 Matching of cloud manufacturing services and requirements38Name similarity38Phrase semantic similarity38Attribute similari

32、ty43Matching framework of cloud manufacturing services and requirements44Case analysis45Case background45Case analysis46Chapter summary51Conclusions and outlooks52Conclusions52Research prospects52References54Appendix61The relevant scientific research during master1 s degree64Acknowledgement65第1章绪论1.

33、1研究背景、目的及意义1.1.研究背景云制造是云计算在制造业的延伸，所以其包含了云计算面向服务的特点，作 为新型先进制造模式，它有效融合了物联网、云计算、敏捷制造和网络化制造等， 将分散在各地的制造资源虚拟化成虚拟制造资源，并进行统一地管理和经营，从 而达到制造资源的高效共享和协同，最终为服务需求者提供实时、可靠、优质的 资源服务。自李伯虎院士提出云制造的概念以来，得到了我国国内政、产、学、 研界的广泛关注，全国约有50所相关单位正在开展有关云制造的研究。云制造中的制造资源涵盖整个产品的制造全生命周期，包括所有的软硬件资 源（NC软件、普通机床、车辆）、知识（领域知识、技术标准、操作手册）、人

34、 员（工程师、设计员、管理员）等0,因为云制造是云计算在制造业的延伸，所 以，云制造资源不仅仅含有一般制造资源的特点，还应该包含云制造服务性的特 点，而作为粗粒度的制造资源一虚拟制造单元是一种具有相对独立加工功能的逻 辑或者物理实体团，是将内部的实现细节不为外界所知，仅通过接口与外界进行 联系的一种提供服务的方案。在传统制造模式下，制造活动被限制在企业内部, 而在云制造环境下，强调的是以虚拟资源服务的形式向资源需求者提供服务囹。 所以，对云制造环境下虚拟制造单元（VMU-CM）方面进行形式化描述研究可 以提高人们对于云制造进一步的认识，对以后云制造的实施和发展有十分重要的 意义。在云制造环境下

35、，制造资源和虚拟制造单元作为提供产品制造全生命周期服 务的起点和基石，对二者进行标准化描述具有非常重要的意义，是云制造环境下 提供产品服务中不可分割的一部分，也是资源合理的组织、精准的任务匹配、高 效的资源调度和优化配置方面得以顺利进行的前提条件。进一步地，服务需求者 如何在云制造平台中快速、准确地寻找自己所需的资源，是云制造平台所要考虑 地关键问题之一，本文通过分析现有对资源服务匹配的现状基础上，针对云制造 平台现实的需求，深入研究了云制造环境下制造服务的匹配问题。1.1.2研究目的和意义一、研究目的云制造环境下制造服务的匹配是云制造发展过程中的关键技术之一，然而以 往基于相似度计算的云制造

36、服务匹配的研究重点是对制造服务之间的形式化描 述与聚类，因此，本文根据云制造平台中制造服务和需求名称短语的特点，提出 了一种适合云制造服务和需求的匹配算法。而云制造资源的形式化描述是制造服 务和需求匹配的基础，本文在突出云制造资源服务属性的基础上，建立云制造资 源信息模型和本体，对制造资源进行形式化的描述。再者以往对云制造资源服务 匹配的研究是基于细粒度制造资源基础之上，未考虑到云制造环境下虚拟制造单 元(VMU-CM)为基础的制造资源形式化描述，所以本文通过对虚拟制造单元 的研究，结合云制造服务属性的特点，建立VMU-CM信息模型和本体模型，并 对VMU-CM本体进行形式化的描述。二、研究意

37、义云制造环境下，各个地方的制造企业所提供的资源数量繁杂，而云制 造资源不仅仅具有一般制造资源的特点，还拥有云制造服务属性的特点，对制造 资源作进一步的形式化描述，强调其服务属性，使其更贴合云制造服务的特点；云制造环境下虚拟制造单元(VMU-CM)作为较大粒度的制造资源，其 为云制造资源的管理提供了良好的运作平台，本文在建立VMU-CM信息模型和 本体模型的基础上，描述了 VMU-CM的相关概念和属性，填补了以往对 VMU-CM形式化描述研究的空白。良好的匹配算法能够提高制造服务和需求的匹配效率和准确性，本文 根据云制造平台中制造服务名称短语的特点，提出名称相似度算法，最后将名称 相似度和属性相

38、似度相结合来用于制造服务和需求的匹配计算，并通过案例验证 了本文方法能够有效地解决制造服务和需求的匹配问题。1.2国内外研究综述1.2.1云制造研究云制造作为继敏捷制造、网络化制造(制造网格、基于ASP的网络化制造) 等其他新型制造模式的拓展，时时刻刻都体现出“制造及服务”的理念。近些年 来，有关云制造的研究成为了国内外的热点问题。在国外，已经有了 “制造服务”理念的实践，例如提供制造能力的平台 MFG.COM,其主要是通过集成零部件采购商来制定实时的资源服务，从而进一 步地缩短整个产业链上的采购时间；美国越野赛车制造商Local Motors实现了高 效率和低成本的小型大众汽车的生产和加工，

39、其通过众包的方式将加工和设计环 节分配给不同的制造商；欧盟为了给用户提供更加快捷、便利的制造能力，成立 了 “Manu Cloud”项目来开发新型的软件服务。在国内，李伯虎院士于2010年提出“云制造”的概念，迅速地得到了我国 学术界和产业界的广泛关注。、在学术界，有关右制造的研究主要分为对云制造概念、云制造体系结构、 框架、模型、云制造虚拟化等的研究。云制造概念的研究有关云制造的概念还没有统一的定义，较为人们接受的定义如表1.1所示表1.1云制造的定义Table 1.1 Definition of cloud manufacturing学者定义云制造是以云制造服务平台和网络技术来管理制造资李

40、伯虎、张霖等源，从而为企业用户提供服务的一种网络化制造新模式。云制造是通过信息技术，向有需求的企业提供设计、产杨海成6】李春泉品开发、生产等产品全生命周期的制造资源集成和共享 的制造服务。云制造以云计算技术和网络化制造技术为依托，按需服 务为核心，以网络技术为媒介，以多粒度访问控制和资 源虚拟化为手段，以资源集成和共享为目标，为用户提 供通用标准和规范的制造服务。云制造是一种面向服务的新制造模式，它整合网络化制Tao等凶造、云计算、物联网、虚拟化和面向服务计算等技术， 共享和管理制造资源。云制造是一种可以随时地、按需地从云服务平台处获取Zhang 等9制造资源和能力，以最少的管理任务及云服务提

41、供商之 间最少的交互来快速提供并释放资源的一种制造模式。虽然不同的学者对云制造做出了不同的解释，但是都体现了 “制造即服务 的思想，都认为应该将制造资源与制造能力向云制造服务过渡。云制造体系结构、框架、模型研究李伯虎等率先提出了 5层体系结构的运行模式，包括物理资源层、虚拟资源 层、核心资源层、应用接口层和最顶端的应用层。Xu。】提出了包括最底层的制 造资源层、和中间两层的虚拟服务层和全局服务层，以及最顶层的应用层在内的四层体系结构。其他学者运用多层体系结构建立了各自富有特色的云制造体系结 构，具体见表1.2所示。表1.2云制造体系结构Table 1.2 Architecture of clo

42、ud manufacturing年份学者体系层数层级名称物理资源层、虚拟资源层、核心资源层、应用接2010李伯虎等5口层、应用层2012Xu114制造资源层、虚拟服务层、全局服务层和应用层2012Jiang 等125功能层、连接层、基础层、门户层、应用层Tai 等13协同模式支持层、合作平台层、门户层、资源管20125理及执行层、制造资源层2013Valilai 等Ml4XML层、存储/检索层、模块解释层、交互层云制造虚拟化研究云制造虚拟化具体的研究现状如表1.3所示。表1.3云制造虚拟化研究Table 1.3 Research on virtualization of cloud manuf

43、acturing研究人员 Liu 等15Chen 等Ml张映峰等17吴娇等四易安斌等I为了将制造资源的特性虚拟化到云制造平台中，构建了一种资源虚拟化模型。提出一种算法对物理资源向虚拟资源进行映射。提出一种云制造设备的虚拟化接入方法，使设备的加工能力能够被主动感知，从而能够接入到云制造平台中。通过对制造资源的封装过程进行了详细地研究，提出了基于云制造的硬制造资源的虚拟化封装框架根据云环境下制造资源特点，将设备描述信息映射到一个虚拟化的类模板，然后进行封装。二、在产业界，研究比较早地如航天二院、北车集团等大型集团以航天和轨 道交通装备的关键产品为实践背景，通过云制造平台，合理利用制造资源，对制 造

44、全生命周期的服务进行了论证、设计、生产和仿真。国内的网站 是一个以工业制造为主的大型云制造协同平台，其主要提供个性化定制、机械制 造、电子电器制造、非金属制造、工业设计服务等其他制造服务，服务需求者可 以通过登入主页，发布和寻找自己想要的制造资源服务。重庆大学主导构建了面 向中小企业的汽车零部件新产品研发云制造平台2。,其他高校例如浙江大学、 同济大学和华中科技大学等都在研究其特色的云服务平台。1.2.2制造资源的形式化描述研究对于制造虚拟资源的形式化描述研究如下所示：有关学者利用OWL语言来描述虚拟资源的服务能力、物理设备的接入。如 张映峰U7针对云制造模式下设备虚拟化的新需求，通过对云制造

45、环境下的装备 信息进行描述，并接入到云制造平台中。Shang等针对制造业资源整合与检索 的关键问题，提出一种基于OWL的本体建模方法来对制造资源进行整合。贺文 瑞等四基于OWL描述的基础上，提出了解决资源优化配置问题的资源信息模型, 并在此基础上构建并描述了网络化制造资源管理平台的体系结构和运行流程。胡 业发等23为解决制造服务的匹配问题，构建了基于OWL-S的资源服务模型，并 运用改进的相似度算法对制造资源进行模糊地匹配。Stevens等驯阐述了 OLL （Ontology Inference Layer,本体推理层）语言的核心，并用本体描述语言对网 络资源进行了描述。NingLiu等建立了

46、一个制造资源描述模型，其包括了制造 资源的功能和非功能特征，运用OWL-S去描述这个模型，最后用某航天公司的 实例来验证该模型的有效性。除了使用基于OWL来对制造资源进行描述的研究之外，其他学者通过使用 可扩展标记语言来描述制造资源信息模型。例如Yao25针对制造资源的分散性， 提出了基于XML描述的物理制造资源，通过运用XML来定义物理制造资源的 信息、制造能力、物理构成等。刘威等四为了解决制造资源难以集成的问题， 运用XML语言对所提出的制造资源元模型的架构进行了描述，最终解决了资源 数据管理困难的问题。最后对资源形式化描述的方法方面不仅仅单独运用OWL本体描述语言或者 可扩展标记语言，还

47、有将两种语言配合使用来提高资源描述的准确性。例如 提供了一个理论方法和实现方法，实现了去一体化外部语法的数据表示 和内部语义数据表示，从而更加准确地描述制造资源的类和属性。郑浩等四采 用XML和OWL描述语言在建立的资源模型的基础上对云制造环境下的制造资 源进行精确地描述。1.2.3制造资源的匹配研究近些年来，很多国内外的学者在建立云制造资源形式化描述的基础上，对制 造资源的匹配进行了深入的研究：在国外，Massimo Paolucci等构建了一种基于OWL-S描述逻辑的I/O匹 配算法模型。Chen3。通过对服务的功能性和非功能性需求的考虑，分析非功能 性QOS的需求，然后对建立在OWL-S

48、描述基础上的服务进行匹配研究。Katia Syca却31同时考虑了制造资源服务质量和效率平衡的影响，通过使用本体描述语 言来定义制造资源概念的距离，并针对不同的服务类型，提出一种匹配算法来解 决服务匹配的问题。JinH基于相似度匹配算法，利用分类信息、文字信息等寻 找正确的资源服务。Zhang基于制造资源的种类、内容和相互作用，采用自适 应性相似度算法，解决了制造资源向本体映射的匹配问题。Toshihiro34W出一种 基于相似度计算的本体聚类模型，对服务进行聚类。在国内，汪卫星闵为了缩小云制造环境下制造资源匹配规模，达到提高制 造资源服务查找效率的目标，提出了一种基于规范化描述为基础的服务匹

49、配算法, 来实现制造服务之间的匹配。罗俊丽W在分析云制造资源相似度算法的基础上， 先利用OWL对制造资源进行描述，然后结合使用语义距离、属性、节点密度等 在内的相似度算法对制造资源进行匹配。尹超W针对云制造环境中服务匹配过 程中出现多样性、易构性的特点，提出一种基于Web描述基础上的云制造资源 服务匹配模型，研究了匹配模型的参数、属性以及二者的综合匹配的度量问题， 并通过实例验证了所提出算法模型的有效性。刘文剑为实现不同制造资源本 体的重用，结合使用语法和属性的相似度算法对制造资源本体进行归类和映射， 最终通过两个云制造资源实例来验证所提相似度算法的有效性。丁博39为了实 现本体能够在制造资源

50、之间的互操作，通过将制造资源本体概念相似度算法进行 分解，详细地分析了主体相似度和附加相似度两部分，从而有效地补充了以往未 考虑到附加相似度方面的不足。史忠植等4。为了满足现实服务匹配的需求，解 决以往单一地使用本体语义距离的匹配算法不足以解决服务之间的匹配的问题， 提出一种混合的语义相似度算法。尹胜等叩针对网络化协同产品资源的分散性、 自治性和多样性等特点，通过基于可扩展的资源描述基础上，采用语法级和语义 级两种层次上的搜索匹配算法来对资源进行匹配。郑立斌等性2为了解决现有对 制造资源属性描述不足的问题，提出了制造资源的满足度模型和匹配度模型，从 而实现制造资源的合理匹配。1.2.4研究小结

51、通过对以往相关文献阅读研究发现：在对制造资源的形式化描述的相关文献阅读基础上发现以往描述制造 资源的内容中没有突出云制造服务属性的特点，本文通过建立云制造资源本体模 型，突出云制造资源的服务属性，并对云制造资源本体进行形式化描述，从而为 后续的云制造资源和服务需求的匹配建立基础；现有云制造资源的标准化描述是建立在细粒度制造资源基础上的，未 考虑到对制造资源组合而成的虚拟制造单元进行描述。所以本文在建立 VMU-CM关系模型的基础上，抽象地描述VMU-CM相关信息，并且建立VMU-CM本体，最后对VMU-CM进行形式化描述。目前有关制造资源服务匹配的研究重点是对研究制造资源之间的发现 与聚类的匹

52、配研究，并且以往基于本体的制造资源匹配的算法在运用到云环境下 制造服务的匹配运算时实用性不强，导致这种的原因是制造服务和需求并不在同 一本体结构树中。因此，本文根据现有云制造平台中制造服务名称短语的特点， 从云制造服务和需求的名称和属性描述出发，在改进的名称相似度算法的基础上, 结合属性相似度对制造服务和需求进行匹配，从而提高资源服务匹配的准确度。1.3研究内容和方法1.3.1研究内容通过对当前制造资源形式化描述和云制造资源匹配研究分析，借鉴本体建模 技术和标准化描述技术，在建立云制造资源本体和CVMU-CM本体过程中突出 云制造服务属性特点，并对云制造资源和VMU-CM进行形式化描述，然后在

53、改 进的名称相似度算法的基础上，提出适合制造服务和需求匹配的计算方法。本文 主要的研究内容如下：在研究并阐述云制造基本概念和特征的基础上，对云制造资源进行了 归纳和分类，在建立包含名称、服务信息、制造信息和软支持信息等在内的云制 造资源信息模型中突出云制造服务属性的特点，然后采用本体构建技术构建基于 云制造资源信息模型的云制造资源本体，进而对本体模型分别进行形式化和基于 OWL的描述，为后续的云制造服务和需求匹配计算建立基础。基于现有对制造资源的形式化描述研究的重点是对细粒度制造资源的 研究，并未对制造资源组合成的虚拟制造单元作进一步地分析。因此，本文在建 立VMU-CM关系模型的基础上，构建

54、包括名称、服务信息、输入信息、输出信 息、约束和机制在内的VMU-CM信息模型以及本体模型，并利用形式化描述和 OWL描述对云制造环境下虚拟制造单元(VMU-CM)进行标准化的描述。针对以往云制造资源匹配算法对制造服务和需求之间的匹配计算实用 性不强的问题和当前云制造平台中制造服务名称呈现短语的特点，本文在改进的 名称相似度的基础上，结合云制造服务的属性，提出了基于名称和属性的云制造 服务和需求的匹配算法，并通过案例验证该算法能够满足云制造环境下制造服务 和需求匹配计算的要求。1.3.2研究方法文献阅读：为了对云制造环境下制造服务匹配进行研究，需要检索和阅读国内外有关制造资源分类与描述以及匹配

55、的相关文献，通过了解云制造、云 制造资源形式化描述和匹配的研究现状，经过归纳和总结，得出本文的研究内容。理论模型研究：通过对云制造资源分类研究的基础上，抽象地描述云 制造资源的信息并构建了云制造资源信息模型，然后根据云制造资源粒度过细的 问题，提出了 VMU-CM信息模型。最后在建立的云制造资源信息模型和 VMU-CM信息模型的基础上，构建了云制造资源本体和VMU-CM本体。案例研究：在对云制造资源和VMU-CM进行形式化描述的基础上， 根据云制造平台中云制造服务名称短语的特点，提出一种适合云制造环境下制造 服务和需求匹配的算法，并通过实例验证了该方法的有效性。1.3.3技术路线图根据本文的研

56、究内容，建立技术路线图1.1。名称相似度基本理论和基础云制造资源描述云制造资源信息模型云制造资源本体相似度词语语义相似度词性相似度属性相似度属性相似度VMU-CM描述VMU-CM信息模型VMU-CM本体云制造服务匹配总结与展望图1.1技术路线图Figure. 1.1 The technology roadmap1.4论文创新点本文主要研究了云制造环境下制造服务匹配中制造服务的形式化描述和匹 配的问题，主要的创新点阐述如下：本文通过研究以往的云制造环境下制造资源描述相关现状，在建立云 制造资源的信息模型和本体模型中突出强调云制造资源的服务属性，使其贴合云 制造的特点；针对现有对云制造资源的描述的

57、重点是对细粒度云制造资源的描述 和匹配，如何对基于云制造资源组合成的虚拟制造单元进行形式化描述是本文研 究的重点之一。通过对以往基于相似度计算的云制造资源匹配研究发现，现有的云制 造资源的匹配重点是对云制造资源的本体进行扩展或者聚类研究，并且由于云制 造平台中制造服务名称呈现短语的特点，使得以往的匹配算法对云制造服务和需 求之间的匹配计算实用性不强，所以本文通过改进名称相似度，并结合云制造服 务的属性来进行云制造服务和需求的匹配研究。1.5本章小结本章对论文的研究背景和研究意义进行了阐述，分析了云制造、制造资源形 式化描、制造资源匹配相关的国内外研究现状，然后依据云制造平台的现状，提 出本文所

58、要研究的内容和方法。第2章基础理论2.1云制造2.1.1云制造的概念近些年来，云计算的兴起导致了服务由传统向新型模式的转变，客户通过客 户端便可方便的获取服务和信息。云计算是网络化和虚拟化等模式在服务方面的 扩展，更重要的是云计算的思想是从根本上改变了服务的模式。云计算把计算资 源作为一种向用户提供信息化的特殊性服务，随着云计算的理念的深入人心，国 内专家学者结合我国国内的制造业实际情况和特点，提出了针对制造领域的服务 模式云制造。“云制造”是现有网络化制造、制造网格、虚拟制造、SaaS （软 件即服务）等技术的延伸和变革，是面向制造服务的网络化制造新模式，是对现 有的传统制造模式的拓展，通过

59、借鉴云计算、物联网等相关的先进信息技术，以 网络为核心将复杂多样的制造资源进行虚拟化，以“制造即服务”为理念，然后 再封装作为服务并进行统一的分类、集中的管理和精细化的经营，从而为制造全 生命周期提供生产性服务的智能化商业模式，制造全生命周期服务如图2.1所云制造通过将复杂分散的资源进行整合，通过虚拟化接入技术接入到云环境 中去,为用户提供按需使用的虚拟制造资源服务，从而实现不同企业、不同行业、 不同区域资源共享和资源的高效利用，同时云制造平台能够为服务需求用户提供 高效低耗的服务。不同的企业通过云制造平台能够实现跨企业、跨行业、跨区域 的金范围合作，从而可以快速响应动态市场，适应全球化的竞争

60、和挑战。2.1.2云制造的目的云制造环境中的制造资源涵盖了制造全生命周期，所以云制造平台如何将这 些设备、软件、数据等形成便捷、精准的服务提供给用户是云制造的目的之一， 云制造服务需求用户所使用的服务来自于云制造平台所提供的经过虚拟化封装 后的专业服务。所有的服务通过互联网进行整合，所以云制造服务平台需要对分 散各地的不同类型的资源进行合理地部署、有效地分配和安全地控制等，最终为 云制造服务需求用户提供制造全过程的匹配服务。因此，云制造通过标准的虚拟 化封装技术对云终端服务资源进行虚拟化，再在此基础上对制造服务和需求进行 匹配，实现云制造服务资源的管理，从而能够为用户提供便捷、实时、准确的需