CN104166581B - 一种面向增量制造设备的虚拟化方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种面向增量制造设备的虚拟化方法，包括以下步骤：a)将增量制造资源分类；b)采用资源管理节点处理增量制造设备；c)通过多个资源管理节点的聚合构成可扩展的虚拟制造资源池。本发明针对增量制造行业的工艺特点和实际需求，结合网络技术、提供增量制造设备接入和虚拟化方法，适合增量制造行业的大、中小企业构造可伸缩的资源集成管理和资源共享云平台，从而实现设备资源和处理能力的整合，满足增量制造软、硬件资源的全面集成。
Description
【技术领域】
本发明涉及计算机集成制造领域，特别是涉及增量制造设备虚拟化方法及相关系统。
【背景技术】
虚拟化可以看作一种将底层资源进行抽象组织，并统一向上层提供服务的一种资源组织模式。
虚拟化技术最初的目的是使不同操作系统能够同时存在于相同的计算设备上，共享资源。在此基础上，云计算服务提供商通过集成大量相互连接的计算机和存储设备，构成一个可扩展的计算和存储资源池，向消费者提供按需收费的计算服务和存储服务。一般来说，虚拟化技术的主要任务包括两个：首先是将若干分散的物理资源整合为一个虚拟资源，以简化管理、提高服务能力。其次是将一个物理资源分散为多个虚拟服务，以提高资源复用效率，降低使用成本。
云制造是建立在云计算、物联网、计算机集成制基础上的制造服务组织模式，通过本体技术对制造资源进行描述、抽象和封装，借助虚拟化技术集成制造资源，建立公共服务平台为消费者提供制造服务。这种组织方式可以根据需要对制造资源进行扩展，按照使用者的需求进行服务。具有专业化、低使用成本、可满足消费者大量、突发的制造需求。
目前，云制造主要关注实体制造资源，如机床、加工中心、仿真设备、试验设备、物流货流等制造设备的资源描述与管理，以及人/组织、业绩、信誉等运营要素的接入和感知。由于产业结构和工艺流程的复杂性，现存多为第三方提供商面向制造企业提供的服务云平台，具体制造领域的云平台的实施尚处于初级阶段。
增量制造是通过堆积成形进行制造加工的工艺技术，具有集成性好，自动化程度高的优势，比传统制造加工更适合实现网络化的集成与透明化的商业服务。对于拥有庞大设备数目、不同制造工艺和不同辅助工艺服务的制造企业和制造联盟，如何有效管理分散的增量制造相关软硬件资源，并实现统一的对外服务和动态管理是目前面临的一个非常困难的问题。目前尚无针对增量制造设备的虚拟化技术方案和系统。
【发明内容】
本发明的目的就是解决现有技术中的问题，提出一种面向增量制造设备的虚拟化方法，以实现增量制造设备和相关软件的集成和复用，提高设备的使用效率。
为实现上述目的，本发明提出了一种面向增量制造设备的虚拟化方法，包括以下步骤：
a)将增量制造资源分为增量制造设备硬件、软件工具、人工过程及监控设备四类，并将四类全部作为增量制造资源对象统一管理；
b)采用资源管理节点处理增量制造设备的控制接口、数据交换接口、监控接口，采用资源管理节点处理管理策略的维护、调用和功能服务的封装；
c)通过多个资源管理节点的聚合构成可扩展的虚拟制造资源池，采用服务注册节点接收来自资源处理节点发布的功能服务，所述资源管理节点借助插件形式的扩展模块获取物理设备信息并且控制增量制造设备，所述增量设备包括增量制造设备硬件和相应的软件工具及人工过程。
作为优选，所述步骤a）中的制造资源接入资源管理节点包括以下步骤：
a1)根据增量制造的相应设备硬件、软件工具和人工过程发布对应的插件，可借助开源系统、OLE嵌入和独立进程方式形成设备控制接口，最终形成动态链接库形式的插件，插件中包含设备控制接口、资源描述和接口本身的描述信息；
a2)在与设备相连接的计算机上部署资源管理节点服务，服务启动后，读入插件链接库，并根据插件的资源描述和接口本身生成统一形式的功能服务集合；
a3)资源管理节点服务启动后，向网段广播数据，更新公共策略和环境数据，并采用操作员登录方式设置本地管理策略；
a4)生成资源服务，向注册服务器注册。
作为优选，所述步骤c）中多个资源管理节点的聚合构成可扩展的虚拟制造资源池包括以下步骤：
c1)在应用服务器上部署资源管理节点；
c2)通过动态链接库形式封装增量设备的语义描述、功能服务，并将其作为资源管理节点插件发布在资源管理节点所识别的目录中；
c3)启动资源管理节点，读入多个插件，将其提供的资源转换为统一形式的服务；
c4)资源管理节点从网络搜索对等节点同步公共管理策略和环境数据；
c5)为新加入节点设置管理策略；
c6)向上层服务注册节点注册服务。
作为优选，所述资源管理节点能够连接和控制多个增量制造设备，资源管理节点能够接收和存储多个管理策略，资源管理节点具有自管理和自配置能力。
作为优选，所述资源管理节点能够通过管理规则获取相邻资源管理节点的状态，作为当前环境信息，所述管理规则的表达基于可废止规则，资源管理节点能够根据当前环境信息处理相互冲突的管理规则。
作为优选，所述资源管理节点通过互联网相连，能够与相邻的资源管理节点交换信息、更新管理规则，与邻近节点交换信息，组成虚拟制造资源池。
作为优选，所述资源管理节点能够接收制造相关的任务请求，所述任务请求携带制造任务的描述信息，所述描述信息包含制造工艺要求、数字化模型数据、交付期和预算信息，资源管理节点能够根据管理策略、任务描述和环境信息来构造任务加工方案，生成价格，比较与任务要求指标的符合程度。
本发明的有益效果：本发明针对增量制造行业的工艺特点和实际需求，结合网络技术、提供增量制造设备接入和虚拟化方法，适合增量制造行业的大、中小企业构造可伸缩的资源集成管理和资源共享云平台，从而实现设备资源和处理能力的整合，满足增量制造软、硬件资源的全面集成；本发明采用支持可扩展插件的独立智能主体作为资源管理节点，支持异构增量制造设备和相关制造资源的动态接入，支持基于管理策略的资源自配置和自主管理。资源管理节点都够覆盖现有增量制造领域的硬件资源、软件工具，以及人工过程的接入，所构成虚拟化系统具有系统配置灵活、可扩展行强的优点。
本发明的特征及优点将通过实施例结合附图进行详细说明。
【附图说明】
图1是本发明提供的增量制造资源虚拟化系统实施总体构架图；
图2是本发明中资源管理节点设计结构图。
【具体实施方式】
参阅图1和图2，本发明一种面向增量制造设备的虚拟化方法，包括以下步骤：
a)将增量制造资源分为增量制造设备硬件、软件工具、人工过程及监控设备四类，并将四类全部作为增量制造资源对象统一管理；
b)采用资源管理节点处理增量制造设备的控制接口、数据交换接口、监控接口，采用资源管理节点处理管理策略的维护、调用和功能服务的封装；
c)通过多个资源管理节点的聚合构成可扩展的虚拟制造资源池，采用服务注册节点接收来自资源处理节点发布的功能服务，所述资源管理节点借助插件形式的扩展模块获取物理设备信息并且控制增量制造设备，所述增量设备包括增量制造设备硬件和相应的软件工具及人工过程。
所述步骤a）中的制造资源接入资源管理节点包括以下步骤：
a1)根据增量制造的相应设备硬件、软件工具和人工过程发布对应的插件，可借助开源系统、OLE嵌入和独立进程方式形成设备控制接口，最终形成动态链接库形式的插件，插件中包含设备控制接口、资源描述和接口本身的描述信息；
a2)在与设备相连接的计算机上部署资源管理节点服务，服务启动后，读入插件链接库，并根据插件的资源描述和接口本身生成统一形式的功能服务集合；
a3)资源管理节点服务启动后，向网段广播数据，更新公共策略和环境数据，并采用操作员登录方式设置本地管理策略；
a4)生成资源服务，向注册服务器注册。
所述步骤c）中多个资源管理节点的聚合构成可扩展的虚拟制造资源池包括以下步骤：
c1)在应用服务器上部署资源管理节点；
c2)通过动态链接库形式封装增量设备的语义描述、功能服务，并将其作为资源管理节点插件发布在资源管理节点所识别的目录中；
c3)启动资源管理节点，读入多个插件，将其提供的资源转换为统一形式的服务；
c4)资源管理节点从网络搜索对等节点同步公共管理策略和环境数据；
c5)为新加入节点设置管理策略；
c6)向上层服务注册节点注册服务。
所述资源管理节点能够连接和控制多个增量制造设备，资源管理节点能够接收和存储多个管理策略，资源管理节点具有自管理和自配置能力，所述资源管理节点能够通过管理规则获取相邻资源管理节点的状态，作为当前环境信息，所述管理规则的表达基于可废止规则，资源管理节点能够根据当前环境信息处理相互冲突的管理规则，所述资源管理节点通过互联网相连，能够与相邻的资源管理节点交换信息、更新管理规则，与邻近节点交换信息，组成虚拟制造资源池，所述资源管理节点能够接收制造相关的任务请求，所述任务请求携带制造任务的描述信息，所述描述信息包含制造工艺要求、数字化模型数据、交付期和预算信息，资源管理节点能够根据管理策略、任务描述和环境信息来构造任务加工方案，生成价格，比较与任务要求指标的符合程度。
以下结合附图1、2对本发明的构思、具体系统结构及产生的技术效果作进一步说明，以充分地了解本发明的目的、特征和效果。
首先，将增量制造资源分为增量制造设备硬件、软件工具、人工过程及监控设备四类。
图1是增量制造资源虚拟化系统实施总体构架图。为提供增量制造虚拟化服务，将系统的总体构架分为四个层次，分别为：
1)设备层：涵盖所有制造相关的软硬件资源，这些软硬件是框架管理和集成的对象。
2)资源层：运行于本地网络中，由多个资源管理节点组成的软件层次，其作用是向下连接和管理设备所有资源，构成虚拟资源池，并向上提供资源服务接口。
3)服务层：工作于资源层之上，向外部发布并接受服务调用请求，是发布虚拟资源池和的组织、查询，提供服务调用接口、资源计费接口，以及安全管理服务的中间层次。
4)应用层：工作于整个框架的顶层，通过提供使用服务层提供的网络接口开发的应用程序。这些应用程序以Web services的调用方式使用服务层提供的制造服务。
下边分别介绍各层次实施部署方式和运行流程：
在设备层，根据需要部署所需资源，包括增量制造设备，监控传感器、模型前处理和后处理工具，以及报价模块和人工过程。
图2给出本发明中资源管理节点设计结构图。
在资源层，接入增量制造资源的部署过程为：
1)首先根据增量制造的各种相应设备、软件和人工过程发布相关插件，可借助开源系统、OLE嵌入和独立进程方式形成设备资源控制接口，形成动态链接库形式的插件。插件中包含设备控制接口、资源描述和接口本身的描述信息；
2)接着在与设备相连接的计算机上部署资源管理节点服务。服务启动后，读入插件链接库，并根据插件的描述和接口生成统一形式的功能服务集合；
3)资源管理节点服务启动后，向网段广播数据，更新公共策略和环境数据，并采用操作员登录方式设置本地管理策略。（价格、优先级、人工）
4)生成资源服务，向注册服务器注册。
本发明中增量制造设备接入过程为：
在资源层，针对不同的增量制造资源，采用动态链接库技术构造相同的插件形式，使用xml描述插件功能和输入输出接口，在插件内部采用不同的技术实现资源的连接。
插件动态库采用内置xml描述接入资源的接口信息和调用方法，针对四类增量制造资源接入方式分别详细介绍如下：
(1)增量制造硬件设备接入方式
对于采用开源系统的增量制造设备，直接通过重新开发接口的形式实现设备控制、数据传递和状态监控。对于采用封闭系统的设备采用系统程序监控和人工系统相结合的方式完成第三方厂商设备的集成。具体实施方法分为两个步骤：首先通过开发系统级监控程序获取软件的运行状态，然后结合对人工过程的软件封装完成对封闭系统制造设备的监控与控制。
(2)软件工具的接入方式
与软件相关增量制造的前处理过程包括产品结构设计、校验、报价、前处理和G代码生成等。对于第三方软件工具借助人工操作和接口系统结合的方式完成对第三方软件功能集成。所述接口系统为采用内置xml描述接入资源的接口信息和调用方法的动态链接库形式。其余软件过程的具体实施方法为开发软件功能模块，并使其调用接口的实现遵从所述接口系统。
(3)人工过程的接入方式
人工过程在设计、制造与后处理中广泛存在，接入过程为：首先针对人工过程作开发具有独立界面和应用流程的服务模块，然后通过二次开发接口形成内置xml描述输入输出信息的动态链接库形式，最后接入资源管理节点。
(4)监控设备
监控设备包括统计总体状态和局部资源状态软件和硬件。接入过程为：首先定义监控资源操作、定义消息种类，通过二次开发接口形成内置xml描述输入输出信息的动态链接库形式，最后接入资源管理节点。
服务层调用资源层服务的过程为：
1）服务层节点接受服务请求，并将其置入队列服务，同时向注册服务器查询满足要求服务；
2）注册服务器返回资源管理节点注册服务，服务层节点向资源管理节点发出请求，请求中包含服务技术要求、服务价格要求和服务质量要求信息；
3）资源管理节点根据策略判定是否执行具体任务，当发现自己无法完成时，则向周围的资源管理节点广播任务信息，这些标书被周围资源管理节点收到后，会根据自己的能力和状态决定是否参与这个任务，如果决定参与，则向管理者发送一个消息，表明自己的能力和状态。这样管理者会收到多个参与请求，管理者从这些请求中，选择出最为适合的成员，将任务交给这些承包者执行，监督其运行结果，并将其反馈回服务层。
在应用层，制造资源以网络虚拟设备租用方式提供任务调配、计费、变更服务，接收制造数据集工艺信息，返回报价和制造实物。这部分系统可嵌入到第三方商业网站中实现，或直接以虚拟设备客户端的形式发布。
上述实施例是对本发明的说明，不是对本发明的限定，任何对本发明简单变换后的方案均属于本发明的保护范围。
Claims (5)
1.一种面向增量制造设备的虚拟化方法，其特征在于：包括以下步骤：
a)将增量制造资源分为增量制造设备硬件、软件工具、人工过程及监控设备四类，并将四类全部作为增量制造资源对象统一管理；
b)采用资源管理节点处理增量制造设备的控制接口、数据交换接口、监控接口，采用资源管理节点处理管理策略的维护、调用和功能服务的封装；
c)通过多个资源管理节点的聚合构成可扩展的虚拟制造资源池，采用服务注册节点接收来自资源处理节点发布的功能服务，所述资源管理节点借助插件形式的扩展模块获取物理设备信息并且控制增量制造设备，所述增量制造设备包括增量制造设备硬件和相应的软件工具及人工过程；
所述步骤a)中的制造资源接入资源管理节点包括以下步骤：
a1)根据增量制造的相应设备硬件、软件工具和人工过程发布对应的插件，可借助开源系统、OLE嵌入和独立进程方式形成设备控制接口，最终形成动态链接库形式的插件，插件中包含设备控制接口、资源描述和接口本身的描述信息；
a2)在与设备相连接的计算机上部署资源管理节点服务，服务启动后，读入插件链接库，并根据插件的资源描述和接口本身生成统一形式的功能服务集合；
a3)资源管理节点服务启动后，向网段广播数据，更新公共策略和环境数据，并采用操作员登录方式设置本地管理策略；
a4)生成资源服务，向注册服务器注册；
所述步骤c)中多个资源管理节点的聚合构成可扩展的虚拟制造资源池包括以下步骤：
c1)在应用服务器上部署资源管理节点；
c2)通过动态链接库形式封装增量设备的语义描述、功能服务，并将其作为资源管理节点插件发布在资源管理节点所识别的目录中；
c3)启动资源管理节点，读入多个插件，将其提供的资源转换为统一形式的服务；
c4)资源管理节点从网络搜索对等节点同步公共管理策略和环境数据；
c5)为新加入节点设置管理策略；
c6)向上层服务注册节点注册服务。
2.如权利要求1所述的一种面向增量制造设备的虚拟化方法，其特征在于：所述资源管理节点能够连接和控制多个增量制造设备，资源管理节点能够接收和存储多个管理策略，资源管理节点具有自管理和自配置能力。
3.如权利要求1所述的一种面向增量制造设备的虚拟化方法，其特征在于：所述资源管理节点能够通过管理规则获取相邻资源管理节点的状态，作为当前环境信息，所述管理规则的表达基于可废止规则，资源管理节点能够根据当前环境信息处理相互冲突的管理规则。
4.如权利要求1所述的一种面向增量制造设备的虚拟化方法，其特征在于：所述资源管理节点通过互联网相连，能够与相邻的资源管理节点交换信息、更新管理规则，与邻近节点交换信息，组成虚拟制造资源池。
5.如权利要求1至4中任一项所述的一种面向增量制造设备的虚拟化方法，其特征在于：所述资源管理节点能够接收制造相关的任务请求，所述任务请求携带制造任务的描述信息，所述描述信息包含制造工艺要求、数字化模型数据、交付期和预算信息，资源管理节点能够根据管理策略、任务描述和环境信息来构造任务加工方案，生成价格，比较与任务要求指标的符合程度。
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