專利名稱：一種面向云制造系統(tǒng)的資源服務組合柔性量測和提高方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種面向云制造系統(tǒng)的資源服務組合柔性的量測和提高方法，即一種 可以實現(xiàn)資源服務組合柔性的定量化的測評方法，以及一種可以實現(xiàn)基于黑盒的資源服務 組合的動態(tài)重構(gòu)能力和適應服務組合過程變化能力的柔性提高方法。該發(fā)明屬于分布式制 造系統(tǒng)信息集成技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
隨著信息技術(shù)和計算機網(wǎng)絡技術(shù)的迅速發(fā)展，傳統(tǒng)的制造模式已經(jīng)不能適應現(xiàn) 代化生產(chǎn)的制造要求，為了響應市場的快速變化和提高企業(yè)的核心競爭力，工業(yè)界和學 術(shù)界研究提出了一批先進制造技術(shù)或模式，如制造網(wǎng)格(MGrid)、全球化制造(Global manufacturing)、虛擬制造(VM)、敏捷制造(AM)等。當前對網(wǎng)絡化制造的研究主要是基于 在各企業(yè)間建立信息共享技術(shù)，通過企業(yè)間的協(xié)同合作以及制造資源的集成與共享，從而 生產(chǎn)出能夠適應市場變化、高質(zhì)量的產(chǎn)品。雖然網(wǎng)絡化制造已經(jīng)有了較大的發(fā)展，但是無論 在技術(shù)上還是運營模式還存在著一定的問題，如缺乏服務的集中管理和運營，沒有很好地 解決制造資源的動態(tài)共享與智能分配以及在網(wǎng)絡通信、數(shù)據(jù)傳輸中的安全性等，這些問題 嚴重阻礙了網(wǎng)絡化制造的推廣應用。針對這些問題，中國工程院李伯虎院士等在2010年1月提出了一種基于云計算服 務模式的網(wǎng)絡化制造新模式——云制造(Cloud manufacturing，CMfg)。云制造主要面向 制造業(yè)，把企業(yè)產(chǎn)品制造所需的制造資源整合成云制造服務中心，用戶可以根據(jù)需要隨時 獲取安全可靠、高質(zhì)量、低成本的各類資源服務。雖然以往的網(wǎng)絡化制造都致力于制造資源 的分布式共享，云制造更強調(diào)為資源服務提供者和資源服務請求者打造第三方資源服務運 營平臺。在云制造模式下，用戶所面對的只是一個虛擬的云，從中得到資源和服務，而不必 去關(guān)心和維護其中的細節(jié)。資源服務組合是指從網(wǎng)絡上分布的大量資源服務中選擇符合要求的資源服務，并 按照一定的規(guī)則和邏輯順序組合起來以滿足用戶需求的過程。然而，隨著云制造服務中心 制造資源、服務的不斷增加，服務質(zhì)量的改變以及企業(yè)用戶需求的動態(tài)變化，通過資源服務 的動態(tài)組合實現(xiàn)資源與任務在接口、功能等方面的匹配以完成產(chǎn)品的全生命周期的過程 中，將存在許多不確定的因素制約資源服務的動態(tài)組合，進而導致無法高效、高質(zhì)量的調(diào)用 資源服務來完成制造任務。在面向云制造系統(tǒng)的資源服務組合過程中引入柔性對解決動態(tài) 組合中的這些不確定性問題是非常必要的。柔性是相對于剛性而言的，剛性的生產(chǎn)線只能實現(xiàn)單一品種的大批量生產(chǎn)，而柔 性的生產(chǎn)線卻能適應市場變化，實現(xiàn)短周期、多品種、高質(zhì)量產(chǎn)品的生產(chǎn)。柔性的產(chǎn)生源于 隨著科學技術(shù)的發(fā)展和產(chǎn)品更新?lián)Q代速度的加快，中小批量多品種的生產(chǎn)成為制造工業(yè)的 生產(chǎn)特征。為了適應中小批量多品種生產(chǎn)，1967年英國莫林公司首次提出完整的柔性制造 系統(tǒng)的概念，并介紹了 Molin-24系統(tǒng)的構(gòu)想，隨后蘇聯(lián)、日本、聯(lián)邦德國都相繼研究出這類 系統(tǒng)，后來很多學者對柔性進行了廣泛的研究?，F(xiàn)在，隨著微電子技術(shù)、計算機技術(shù)、信息技術(shù)、機械與控制設備的智能化發(fā)展，柔性制造技術(shù)已成為各國先進制造技術(shù)的發(fā)展重點。當前對柔性制造系統(tǒng)的研究主要圍繞制造業(yè)中某一柔性類型(如machine， labor, routing, process, operation等)的量測和生產(chǎn)制造過程中柔性的提高等，這些研 究大多局限于柔性的技術(shù)實現(xiàn)方法上，沒有考慮到網(wǎng)絡化制造中資源服務對柔性的重要影 響，對于資源服務組合柔性的研究很少。因此，針對在面向云制造系統(tǒng)中對基于資源服務組 合的柔性的研究中的問題和不足，給出資源服務組合柔性的量測與提高方法是目前網(wǎng)絡化 制造技術(shù)中一個亟待解決的問題。

發(fā)明內(nèi)容
目的本發(fā)明涉及一種面向云制造系統(tǒng)的資源服務組合柔性的量測和提高方法， 即一種可以實現(xiàn)資源服務組合柔性的定量化的測評方法，以及一種可以實現(xiàn)基于黑盒的資 源服務組合的動態(tài)重構(gòu)能力和適應服務組合過程變化能力的提高方法。通過對影響資源服 務組合全生命周期的相關(guān)因素的分析，將資源服務組合的柔性分成多種類型，然后分別對 這些資源服務組合柔性類型進行量測，從而可以定量化的測評資源服務組合適應變化的能 力；通過對服務組合中的各資源服務節(jié)點及其所運行的任務和運行環(huán)境等進行監(jiān)控，利用 建立的ECA規(guī)則庫對資源服務組合過程中的異常進行協(xié)調(diào)處理來提高服務組合的柔性，最 終實現(xiàn)資源服務組合穩(wěn)定、健壯、透明的運行。技術(shù)方案一種面向云制造系統(tǒng)的資源服務組合柔性的量測和提高方法，即針對 五種資源服務組合的柔性類型給出了相應的量測方法，以及通過對資源服務組合中異常因 素的監(jiān)控和基于ECA規(guī)則庫的協(xié)調(diào)來提高資源服務組合的柔性的方法，該方法具體包括以 下步驟步驟1)分析在面向云制造系統(tǒng)的資源服務組合全生命周期中，影響資源服務組 合的相關(guān)不確定性因素，然后將這些因素分成以下幾類與任務相關(guān)的因素、與資源服務相 關(guān)的因素、與資源服務組合質(zhì)量(QoS)相關(guān)的因素、與資源服務間關(guān)聯(lián)關(guān)系相關(guān)的因素這 四種內(nèi)力因素，以及網(wǎng)絡帶寬不足、訪問權(quán)限受限等外力因素。同時分析這些異常因素相互 之間所存在的影響關(guān)系，并按照對資源服務組合執(zhí)行前、執(zhí)行中、執(zhí)行后三個階段影響的差 異分別確定相關(guān)的異常因素，以便于為服務組合的協(xié)調(diào)提供更加準確的信息。步驟2)根據(jù)步驟1中給出的主要影響因素從不同的角度將資源服務組合的柔性 進行分類，得到的基本的資源服務組合柔性類型包括五種任務柔性、資源服務組合流程柔 性、資源服務柔性、資源服務QoS柔性、資源服務間關(guān)聯(lián)關(guān)系柔性。步驟3)針對任務柔性給出量測方法。首先求出在幾個相同的采樣時間段內(nèi)任意 一個資源服務組合流程所能執(zhí)行的任務個數(shù)，然后通過用Shannon的熵反映服務組合所能 執(zhí)行的平均任務數(shù)的大小來量測資源服務組合的任務柔性。步驟4)針對資源服務組合流程柔性給出量測方法。資源服務組合流程之間的差 異由兩個方面來反映，一個是兩流程之間資源服務的差異，另一個是兩流程之間控制邏輯 關(guān)系的差異，分別求出這兩種差異的大小，再通過用幾何平均數(shù)反映總的服務組合流程集 的差異來量測資源服務組合流程柔性。步驟5)針對資源服務柔性給出量測方法。給定一個矩陣，它的對角線元素為資源 服務可由組合服務來替代的方案的數(shù)量，非對角線元素為資源服務互相替代的能力，即在所有的組合流程中，一個資源服務能被另一資源服務替代的總的次數(shù)。最后，用這個矩陣的譜半徑來量測服務組合的資源服務柔性。步驟6)針對資源服務組合QoS柔性給出量測方法。為任務集中的每一個任務計 算出完成此任務的所有資源服務組合流程的QoS值，然后求出完成任意一個任務的所有服 務組合流程的QoS值之間的最大差異，最后對于任務集中的所有任務，用Shannon的熵反映 這個最大差異來量測資源服務組合的QoS柔性。步驟7)針對資源服務間關(guān)聯(lián)關(guān)系柔性給出量測方法。定義兩個矩陣，其中一個矩 陣的元素用來反映資源服務間的關(guān)聯(lián)關(guān)系的數(shù)量，另一矩陣的元素用來反映這種關(guān)聯(lián)關(guān)系 對服務組合的QoS產(chǎn)生的影響，最后用Shannon的熵反映這兩個矩陣所表達的信息量來量 測資源服務間關(guān)聯(lián)關(guān)系的柔性。步驟8)監(jiān)控資源服務組合過程的步驟。主要的監(jiān)控對象為步驟1中分析得到的 相關(guān)不確定因素，然后部署傳感器或攔截器來獲取資源服務組合過程中發(fā)生異常的對象， 通過數(shù)據(jù)流的分析識別發(fā)生異常的因素。然后通過對異常信息的預處理后，得出的處理結(jié) 果用于對服務組合過程進行協(xié)調(diào)。步驟9)協(xié)調(diào)資源服務組合過程的步驟。將步驟8中得到的對資源服務組合過程 中監(jiān)控發(fā)現(xiàn)的異常信息的分析結(jié)果進行數(shù)據(jù)解析，從中獲取異常情況的關(guān)鍵信息，然后將 這些關(guān)鍵信息與ECA規(guī)則庫中的規(guī)則進行匹配以得出處理異常情況的方法，最后通過執(zhí)行 這些規(guī)則中所包含的操作原語來協(xié)調(diào)資源服務組合過程。優(yōu)點及功效1、本發(fā)明針對以往對柔性制造系統(tǒng)的研究大多局限于柔性的技術(shù)實現(xiàn)方法上，沒 有考慮網(wǎng)絡化制造中資源服務、人的因素等對柔性的重要影響，提出了面向云制造系統(tǒng)的 資源服務組合的柔性的概念，并對資源服務組合的柔性進行了分類，將制造系統(tǒng)的柔性問 題擴展到了適用于網(wǎng)絡化制造模式的資源服務組合層面。2、本發(fā)明給出了五種資源服務組合柔性類型的量測方法，有效的實現(xiàn)了對資源服 務組合柔性的定量化描述與測評，完善了對柔性評價的適用范圍。3、本發(fā)明設計了基于ECA規(guī)則庫協(xié)調(diào)模式的資源服務組合柔性的提高方法，借助 于ECA規(guī)則所具有的比應用代碼更強的抽象表達能力，使得資源服務組合可以更好的處理 異常情況，從而實現(xiàn)資源服務組合穩(wěn)定、健壯、透明的運行。


圖1是面向云制造系統(tǒng)的資源服務組合全生命周期圖；圖2是影響資源服務組合全生命周期的主要相關(guān)因素圖；圖3是面向云制造系統(tǒng)的資源服務組合柔性管理體系架構(gòu)圖；圖4是資源服務組合柔性管理的監(jiān)控流程圖；圖5是資源服務組合柔性管理的協(xié)調(diào)流程圖。
具體實施例方式下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進一步詳細的描述。本發(fā)明包括一種對面向云制造系統(tǒng)的資源服務組合柔性的多種類型的量測方法，以及一種資源服務組合柔性提高方法，該柔性提高方法主要是基于面向云制造系統(tǒng)的資源 服務組合柔性管理體系架構(gòu)以及在該體系架構(gòu)下的資源服務組合柔性管理監(jiān)控流程、協(xié)調(diào) 流程來實現(xiàn)，如圖3、圖4和圖5所示。具體實現(xiàn)步驟如下第一步，找出在面向云制造系統(tǒng)的資源服務組合全生命周期中，影響資源服務組 合過程的相關(guān)不確定性因素及其相互之間的影響關(guān)系并對這些影響因素進行分類，然后再 根據(jù)這些影響因素從不同的角度對資源服務組合的柔性進行分類，參見圖1和圖2。首先，將影響資源服務組合的相關(guān)因素按照資源服務組合執(zhí)行前、執(zhí)行中、執(zhí)行后 三個階段分為以下幾類1)與資源服務的相關(guān)的因素主要包括資源服務過載、資源服務 的動態(tài)加入、資源服務退出；2)與任務相關(guān)的因素主要包括任務需求改變、任務掛起、任 務取消、任務重置；3)與資源服務組合QoS相關(guān)的因素主要包括執(zhí)行時間改變、成本改變、 可用性改變、可靠性改變、信譽度改變；4)與資源服務間關(guān)聯(lián)關(guān)系相關(guān)的因素主要包括可 組合關(guān)聯(lián)關(guān)系改變、商業(yè)實體關(guān)聯(lián)關(guān)系改變、統(tǒng)計合作關(guān)聯(lián)關(guān)系改變；5)其它因素主要包 括網(wǎng)絡帶寬不足、訪問權(quán)限受限。其次，分析這些異常因素相互之間所存在的影響關(guān)系。資源服務的動態(tài)加入、資源 服務間關(guān)聯(lián)關(guān)系改變會對資源服務組合的QoS產(chǎn)生影響，在對資源服務組合過程進行協(xié)調(diào) 時需考慮這些影響關(guān)系，使得服務組合的協(xié)調(diào)更加準確。再次，分別確定影響資源服務組合執(zhí)行前、執(zhí)行中、執(zhí)行后的因素。任務重置只對 資源服務組合執(zhí)行前和執(zhí)行后有影響，資源服務的加入和資源服務間可組合關(guān)聯(lián)關(guān)系的改 變只對資源服務組合執(zhí)行中有影響，除此之外的所有因素對資源服務組合執(zhí)行前、執(zhí)行中、 執(zhí)行后都有影響。最后，根據(jù)影響資源服務組合的相關(guān)因素的不同將資源服務組合的柔性分成以下 五類1)任務柔性，即構(gòu)建服務組合執(zhí)行不同任務的能力；2)資源服務組合流程柔性，即 不同的服務組合流程能夠執(zhí)行特定任務的能力；3)資源服務柔性，即單個資源服務能夠執(zhí) 行不同任務的能力；4)資源服務組合的QoS柔性，即資源服務組合保持QoS性能等級水平 的能力；5)資源服務間關(guān)聯(lián)關(guān)系柔性，即資源服務組合適應資源服務間關(guān)聯(lián)關(guān)系變化的能 力。第二步，針對資源服務組合的五種柔性類型，分別進行量測。對任務柔性進行量測。假設在h個相同的采樣時間段內(nèi)，資源服務組合流程Ck(k =1，…，1)在每個時間段i(i = 1，…，h)內(nèi)所執(zhí)行的任務個數(shù)為Mt,，其中1為資源 服務組合流程總的個數(shù)，則在這段時間內(nèi)Ck所能執(zhí)行的任務數(shù)為，對豕t進行標準化得 _ NT
權(quán)利要求
一種面向云制造系統(tǒng)的資源服務組合柔性的量測和提高方法，該方法的特征在于將資源服務組合的柔性分類成多種資源服務組合的柔性類型，針對這些所述的資源服務組合的柔性類型分別給出不同的量測方法，并通過對資源服務組合過程中出現(xiàn)的異常因素的監(jiān)控，以及基于ECA規(guī)則庫的協(xié)調(diào)策略來提高資源服務組合的柔性；該方法包括以下步驟步驟1)分析在面向云制造系統(tǒng)的資源服務組合全生命周期中，影響資源服務組合過程的相關(guān)不確定性因素；步驟2)根據(jù)步驟1中給出的相關(guān)不確定性因素，從不同的角度對資源服務組合的柔性進行分類，得到多種資源服務組合的柔性類型；步驟3)對步驟2中提出的多種資源服務組合的柔性類型進一步分析，針對每一種柔性類型，給出相應的量測方法；步驟4)以步驟1中分析得到的相關(guān)不確定性因素為對象，在資源服務組合過程中對這些對象進行監(jiān)控，對發(fā)生異常的對象進行識別與預處理；步驟5)對步驟4中通過監(jiān)控發(fā)現(xiàn)的資源服務組合過程中的異常情況進行數(shù)據(jù)解析，并將其與ECA規(guī)則庫中的規(guī)則進行匹配以實現(xiàn)對資源服務組合過程的協(xié)調(diào)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所說的方法，其特征在于步驟1中所說的影響資源服務組合過程 的相關(guān)不確定性因素包括與任務相關(guān)的因素、與資源服務相關(guān)的因素、與資源服務質(zhì)量 (QoS)相關(guān)的因素、與資源服務間關(guān)聯(lián)關(guān)系相關(guān)的因素這四種內(nèi)力因素以及與網(wǎng)絡帶寬不 足、訪問權(quán)限受限相關(guān)的外力因素。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所說的方法，其特征在于步驟2中所說的多種資源服務組合柔性 類型包括任務柔性、資源服務組合流程柔性、資源服務柔性、資源服務組合QoS柔性、資源 服務間關(guān)聯(lián)關(guān)系柔性。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所說的方法，其特征在于對于步驟2中的任務柔性，在步驟3中給 出的量測方法是通過用Shannon的熵來反映在采樣時間段內(nèi)資源服務組合所能執(zhí)行任務 數(shù)的大小來量測。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所說的方法，其特征在于對于步驟2中的資源服務組合流程柔性， 在步驟3中給出的量測方法是通過用幾何平均數(shù)來反映資源服務組合流程之間在資源服 務和控制邏輯關(guān)系上的差異來量測。
6.根據(jù)權(quán)利要求3所說的方法，其特征在于對于步驟2中的資源服務柔性，在步驟3 中給出的量測方法是通過設置矩陣來反映服務組合過程中資源服務被資源服務或組合服 務替換的能力來量測。
7.根據(jù)權(quán)利要求3所說的方法，其特征在于對于步驟2中的資源服務組合QoS柔性， 在步驟3中給出的量測方法是通過用Shannon的熵來反映重構(gòu)服務組合流程后資源服務組 合的QoS值與原資源服務組合的QoS值的差異的大小來量測。
8.根據(jù)權(quán)利要求3所說的方法，其特征在于對于步驟2中的資源服務間關(guān)聯(lián)關(guān)系柔 性，在步驟3中給出的量測方法是通過用Shannon的熵來反映資源服務間的關(guān)聯(lián)關(guān)系的數(shù) 量以及這些關(guān)聯(lián)關(guān)系對資源服務組合的QoS的影響程度來量測。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所說的方法，其特征在于步驟4中需要監(jiān)控的對象，包括資源服務 組合中的各資源服務節(jié)點及其所運行的任務以及運行環(huán)境；運用Agent的感知功能，通過 部署基于Agent的傳感器或攔截器來確定資源服務組合過程中發(fā)生異常的對象，然后對這些異常對象進行預處理。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所說的方法，其特征在于步驟5中所說的規(guī)則庫中存儲的是ECA 規(guī)則，包括對影響資源服務組合的異常因素的響應，條件的評估，以及對異常因素處理動作 的執(zhí)行；步驟5包括將從步驟4中得到的對異常信息的處理結(jié)果進行數(shù)據(jù)解析以得到關(guān) 鍵的信息，然后把這些關(guān)鍵信息與ECA規(guī)則進行匹配來對異常因素進行處理，最后按照ECA 規(guī)則所包含的操作原語來對資源服務組合過程進行相應的調(diào)整。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種面向云制造系統(tǒng)的資源服務組合柔性的量測和提高方法。具體說是為了在當前面向資源服務的網(wǎng)絡化制造中，建立有效的資源服務組合柔性評價體系并實現(xiàn)資源服務組合的動態(tài)重構(gòu)能力和適應變化能力的一種方法。本發(fā)明通過分析影響資源服務組合全生命周期的相關(guān)因素，對資源服務組合的柔性分類并分別量測，從而實現(xiàn)資源服務組合柔性的定量化測評；通過建立資源服務組合柔性管理體系架構(gòu)，對資源服務組合中各資源服務節(jié)點及其所運行的任務和環(huán)境進行監(jiān)控，利用ECA規(guī)則庫對異常進行協(xié)調(diào)，最終實現(xiàn)資源服務組合穩(wěn)定、健壯、透明的運行。本發(fā)明具有如下優(yōu)點支持資源服務組合柔性，量測方法簡潔、適用性強，提高策略的通用性和擴展性好。
文檔編號H04L12/56GK101958917SQ20101013214
公開日2011年1月26日 申請日期2010年3月24日 優(yōu)先權(quán)日2010年3月24日
發(fā)明者張霖, 郭華, 陶飛 申請人:北京航空航天大學