CN102176723A - 一种支持制造资源和能力按需使用和动态协同的制造云系统 - Google Patents

Abstract

一种支持制造资源和能力按需使用和动态协同的制造云系统，解决当前我国制造企业信息化过程中存在的资源利用率低、制造能力的共享不足，以及缺乏有效商业运营管理措施等问题，针对制造资源的特点和企业对云制造服务平台的实际需求，按照云服务全生命周期生命线，对制造云系统中的制造资源和制造能力进行智能感知、虚拟接入、虚拟资源服务化、云服务的部署、云服务综合管理等5个系统模块进行了设计和阐述，从而满足制造资源和制造能力的按需使用和动态协同的需求。本发明具有如下优点：支持制造资源接入的智能感知、制造能力服务化、服务全生命周期需求，系统支持智能，服务按需共享，系统结构灵活、层次清晰，可扩展性强。

Description

一种支持制造资源和能力按需使用和动态协同的制造云系统

技术领域

本发明涉及一种支持制造资源和能力按需使用和动态协同的制造云系统，即一种云计算、物联网等技术为支撑，以制造资源和制造能力的按需使用和动态协同为目的的新的先进制造系统，属于分布式制造系统信息集成技术领域。

背景技术

目前，制造的服务化、基于知识的创新能力，以及对各类制造资源的聚合与协同能力、对环境的友好性已成为构成企业竞争力的关键要素和制造业信息化发展的趋势。而我国制造业正面临从生产型向服务型、从价值链的低端向中高端、从制造大国向制造强国、从中国制造向中国创造转变的关键历史时期。因此，为寻找新的发展机遇、市场空间及提高企业自身的管理水平，迫使制造企业转变发展观念，改变传统制造模式，提升制造业信息化水平。

便在这种新的市场需求和先进信息技术驱动背景下，北京航空航天大学李伯虎院士、张霖教授及其团队于2009年6月首次提出了云制造的理念，引起了学术界和企业界的广泛关注。云制造是网络化制造、ASP平台、制造网格和云计算等概念和技术的延伸，是一种面向服务的、高效低耗和基于知识的网络化、敏捷化制造新模式。它融合现有信息化制造技术及云计算、物联网、语义Web、高性能计算等信息技术，将各类制造资源和制造能力虚拟化、服务化，构成制造资源和制造能力池，并进行统一的、集中的智能化管理和经营，实现多方共赢、普适化和高效的共享和协同，通过网络为制造全生命周期提供可随时获取的、按需使用的、安全可靠的、优质廉价的服务。

目前，国外发达国家针对服务化制造已开展了一些相关的研究，并已取得了一定的成果。如美国搭建了目前世界上最大的制造能力交易平台MFG，致力于为全球制造业伙伴提供更加快捷高效的交易平台。美国越野赛车制造厂Local-Motors.com通过众包的方式，将汽车的全部个性化设计与制造过程众包给不同社区，仅用18个月的时间，就在干洗店大小的微型工厂里实现了汽车从图纸设计到上市。此外，欧盟第七框架于2010年8月启动了制造云项目(ManuCloud，Project-ID：260142)，总投资500多万欧元，目的是在一套软件即服务(software-as-a-service)应用支持下为用户提供可配置制造能力服务。

云制造综合了敏捷化、服务化、绿色化、智能化等先进思想，是网络化制造的一种新发展，是面向服务制造理念的具体体现，云制造将成为先进制造模式发展下一个时期的典型代表，也是制造业信息化未来的发展趋势。但云制造的相关研究目前仍处于起步阶段，在模式、技术及应用等各个方面，都还有许多有待深入探讨的课题。

制造云系统是云制造的核心，是实现云制造的关键，也是云制造理念“落地”的基石，因此，如何构建支持制造资源和制造能力按需使用和动态协同的制造云系统，是云制造模式亟待解决的关键问题。

目前国内外尚未有公开的文献报道制造云系统的具体内容。

发明内容

本发明的技术解决问题：克服现有技术的不足，提供一种支持服务按需使用和动态协同的制造云系统，该系统能够支持制造资源接入的智能感知、制造能力服务化、服务全生命周期需求，且支持智能，服务按需共享，结构灵活、层次清晰，可扩展性强。

本发明的技术解决方案：一种支持制造资源和能力按需使用和动态协同的制造云系统，包括：云端资源感知子系统、云端资源虚拟接入子系统、虚拟资源服务化子系统、云服务的部署子系统和云服务综合管理子系统，其中：

云端资源感知子系统：对云端资源进行感知和识别，获得云端资源的静态标识信息和动态活动信息，同时构建支持各类云端资源接入的适配器，然后搭建数据信息处理中心，实现感知信息和标识信息的预分析、聚合及预处理，并将处理后的数据通过网络实时接入到制造云平台中，为资源的虚拟化接入提供条件，为最终实现制造资源和制造能力的共享与协同提供支持；

云端资源虚拟接入子系统：根据云端资源感知子系统感知和识别的各类云端资源，采用虚拟接入方法，对各类云端资源虚拟接入到制造云平台，形成各类虚拟资源并聚集在虚拟资源池中，所述虚拟资源池是指一个能按需使用虚拟资源的容器，为制造云平台提供了资源基础；所述云端资源分为制造资源和制造能力；所述制造资源是指物理存在的、具有静态传输介质的一种资源形式，包括计算资源、制造设备资源、软件资源和物料资源、知识资源、人力资源等，如加工设备、仿真软件、模型、知识、数据文档等；所述制造能力是指制造企业为完成某一目标所需要的主观条件，是一种无形的、动态的资源形式，是在制造活动中结合制造资源要素所表现出来的一种能力，包括企业的设计能力、仿真试验能力和生产能力相关的无形资源；所述虚拟接入方法包括三种方式：基础设施层次虚拟接入、映像层次虚拟接入和应用层次虚拟接入，所述基础设施层次虚拟接入是针对制造资源中的基础设施资源所采用的虚拟接入方式，就是实现硬件级别上的虚拟化；映像层次虚拟接入是针对制造设备资源和软件资源的虚拟化接入方式；应用层次虚拟接入是针对以提供数据信息资源的虚拟化接入方式；

虚拟资源服务化子系统：结合云端资源感知子系统中感知和识别的云端资源，对云端资源虚拟接入子系统的虚拟资源池中形成的各类虚拟资源进行服务化封装，即对各类虚拟资源进行描述、发布和注册操作，最终以云服务的形式发布到制造云平台中；

云服务部署子系统：根据虚拟资源服务化子系统中形成的不同类型云服务，并结合云服务在制造云平台中运营模式及云服务提供者的参与情况，实现对云服务的部署，所述云服务的部署分为面向完全托管服务部署和面向半托管服务部署两种方式；所述面向完全托管服务部署指云服务的运行、管理能够全部移植到制造云平台中，由制造云平台对云服务运行、调度和容错进行管理，云服务提供者仅需在服务发布过程中提交服务的属性信息以及虚拟接入时配置该服务的运行环境和参数，并且提供服务的及时更新，其运营管理等完全由云制造平台来托管；所述面向部分托管的服务部署指云服务仅将部分运行、管理工作移植到制造云平台中，云端资源的运行管理需由云端资源提供者与制造云平台共同来完成。

所述云端资源感知子系统具体实现过程为：

(1)首先进行资源识别，采用射频识别技术和传感技术通过读取设备对云端资源的静态属性、动态属性进行感知，从而获取资源的静态标识信息，包括名称、规格、功能及资源的活动状态信息，并通过传感网络将各种数据信息传输到本地信息处理中心；

(2)构建支持各种资源接入的适配器，为最终用户提供交互使用的功能；

(3)在本地信息处理中心进行信息处理，实现各种标识信息、传感数据信息的分析、预处理和聚合操作，并将处理后的数据通过网络实时的接入到制造云平台中，为资源的虚拟化接入提供条件。

所述云端资源虚拟接入子系统中的基础设施层次虚拟接入具体实现过程如下：

(1)通过云端资源感知子系统获取本地基础设施资源，基础设施资源包括CPU、存储器、I/O和网络设备的接口相关信息；

(2)通过配置适当的适配器或软件，实现本地基础设备虚拟接入制造云平台中；

(3)通过制造云平台提供的相关管理软件实现对基础设施资源的动态分配与管理。

所述映像层次虚拟接入具体实现过程如下：

(1)将制造设备资源和软件资源或适配接口部署到虚拟机中；

(2)配置好满足设备资源和软件资源运行需求的虚拟机参数、变量、适配器驱动的环境条件，使得与本地物理机器控制云端设备具有相同的性能表现，从而实现云端设备与制造云平台中虚拟机系统的映射关系；

(3)通过虚拟机管理器(Virtual Machine Monitor，VMM)进行与硬件的通信以及对底层资源的共享与分配，实现对虚拟机映像资源的优化配置。

所述应用层次虚拟接入实现为：将数据信息，包括传感信息、数据文档、模型、物料信息和知识提交到制造云平台中，由制造云平台来实现对所提交数据信息的动态存储和管理，资源提供者可以通过门户来实时的更新已提交的数据和文档资源信息。

所述对虚拟资源服务化子系统的虚拟资源池中的各类虚拟资源进行服务化封装的具体实现过程为：首先需对各类虚拟资源进行建模，构建支持语义的资源描述模型；然后根据资源描述模型特点，选取相应服务描述语言实现对资源服务的形式化描述，然后发布和注册操作。

感知信息包括资源的静态属性和动态属性，静态属性是指资源的标识信息，如资源名称、功能、使用情况等静态描述信息；动态属性指资源的活动状态，如资源在运行过程中的安全、可靠性等动态描述信息。

所述运营模式则是指共享资源费用支付形式，如软件资源的付费，即可以按次或按时间付费，也可以一次性购买永久许可，而硬件资源服务的使用付费，则主要是以任务为计量单位。

所述的服务提供者参与情况是指在资源服务使用和维护过程中，资源提供者所扮演的角色，如部分资源提供者只负责资源服务的定时更，运营交易交由平台管理，另外的资源提供者则完全复杂资源服务的维护、运行等工作。

本发明与现有技术相比的优点在于：

(1)本发明的资源感知子系统中结合了物联网(Internet of things，IoT)、信息物理系统(Cyber physical systems，CPS)等技术，针对制造资源的特点和企业对云制造服务平台的实际需求，按照云服务全生命周期生命线，对制造云系统中的制造资源和制造能力进行智能感知、虚拟接入、虚拟资源服务化、云服务的部署、云服务综合管理等5个子系统进行了设计，从而满足制造资源和制造能力的按需使用和动态协同的需求，具有支持制造资源接入的智能感知、制造能力服务化、服务全生命周期需求，系统支持智能，服务按需共享，系统结构灵活、层次清晰，可扩展性强等优点。

(2)本发明给出了资源虚拟接入的三种方式，根据不同类型的资源，将采用不同虚拟化方式，实现了分散资源到虚拟资源的映射过程，丰富了制造云平台的虚拟资源池。

(3)本发明的虚拟资源服务化子系统中，首次给出了云制造模式下制造能力的定义，提出了制造能力服务化的思想，实现制造能力以服务的形式在制造云中进行流通和交易，并给了制造能力服务化的方法，丰富了传统先进制造模式的资源共享范围，如敏捷制造(Agile Manufacturing，AM)、网络化制造(Networked Manufacturing，NM)、面向服务的制造(Service Oriented Manufacturing，SOM)等。

附图说明

图1为本发明的结构组成示意图；

图2为本发明的云端资源感知子系统结构图；

图3为本发明的云端资源虚拟化接入子系统结构图；

图4为本发明的制造能力的服务化描述模型图；

图5为本发明的知识管理工具结构图。

具体实施方式

如图1所示，本发明包括云端资源感知子系统、云端资源虚拟化接入子系统、虚拟资源服务化子系统、云服务部署子系统和云服务综合管理子系统。

云端资源感知子系统。根据云端资源的特点及分类，结合物联网、CPS等信息技术，针对不同类型的资源，将采用不同感知技术，可分为硬资源感知、软资源感知两种。以实现对资源静态属性和动态属性的识别、活动传感信息的采集、分析以及接入到平台的各种适配器的构造，并通过构建数据信息处理中心，实现对海量感知信息及资源标识信息的分析、预处理、聚合等操作，并将处理后的数据通过网络实时的接入到制造云平台中，为资源的虚拟化接入提供条件，为最终实现制造资源和制造能力的共享与协同提供支持；

云端资源虚拟接入子系统。在通过资源感知系统获取资源的感知信息后，结合资源的不同类型和特点，对于不同的资源采取不同的虚拟接入方法，主要包括三种方式：基础设施层次虚拟接入、映像层次虚拟接入和应用层次虚拟接入。通过资源的虚拟接入，进而形成虚拟资源，并最终聚集在制造云虚拟资源池中，能够实现由平台对虚拟资源自动的调度、配置等管理，为支持产品全生命周期应用提供资源基础；

虚拟资源服务化子系统。完成资源的虚拟接入后，便实现了分散云端资源与虚拟资源的映射，此时，还需将虚拟资源池中的各类虚拟资源依据相关的资源描述规范，并选取合适的服务描述语言，进行统一的封装，最终以云服务的形式发布到制造云平台中。因此，首先需对各类异构虚拟资源进行建模，构建支持语义的资源描述模型；然后根据资源描述模型特点，选取相应服务描述语言实现对资源服务的形式化描述，常用的服务描述语言如SHOE、DAML+OIL、OWL等，但由于制造资源和制造能力复杂、多样及不确定性等特点，这里将结合服务化需求过对现有的描述语言进行扩充和改进，如OWL-SP，作为云制造模式下资源服务的描述语言，并能实现对服务描述信息进行有效分类、存储及信息的推理融合，最终实现对云服务的高效管理及优化配置等操作提供支持。

云服务的部署子系统。在虚拟资源服务化后，需要一个可伸缩性强的云服务部署平台，来实现对制造云中的云服务进行集中、高效的管理。这里将根据云服务在平台中运营模式及云服务提供者的参与情况，将对云服务的部署分为：面向完全托管的部署、面向部分托管的部署。面向完全托管的服务部署指云服务的运行、管理能够全部移植到制造云平台中，由制造云平台对其运行、调度、容错等进行管理，云服务提供者仅需在服务发布过程中提交服务的属性信息以及虚拟接入时配置该服务的运行环境、参数等，并且提供服务的及时更新等，其运营管理等完全由平台来托管。面向部分托管的服务部署指云服务仅将部分运行、管理工作移植到制造云平台中，资源的运行管理需由资源提供者与平台共同来完成；

云服务综合管理子系统。为支持用户能够从制造云平台中的按需使用云服务，需要提供面向云服务的综合管理工具集。该工具集主要包括：能根据用需求实现对云服务的智能匹配和评估工具，服务组合工具，知识管理工具、云服务交易控制规范工具等。

在图1中，结合上述功能系统模块，详细描述了制造云平台构建过程，及构建过程中各功能模块所起到的作用，其中云端资源感知子系统及虚拟接入子系统为制造云平台形成提供了资源基础，服务化子系统、云服务部署子系统及云服务管理子系统则为制造云平台对云服务的高效管理提供了功能支撑。

上述具体实现如下：

(1)云端资源感知子系统。在图2中，对云端资源进行智能的感知、识别、信息的采集及接口适配等操作，并通过搭建数据信息处理中心，实现感知信息和标识信息的预分析、聚合及预处理。首先进行资源识别。主要采用射频识别技术(RFID、CRFID)、传感技术通过读取设备对云端资源的静态属性、动态属性进行感知，从而获取资源的静态标识信息，如名称、规格、功能等及资源的活动状态信息，并通过传感网络将各种数据信息传输到本地数据中心。然后是接口适配。由于资源的多样性，标准的不统一，使得设备、软件等资源的接口也有很大的差异，因此，如使各种资源无缝透明地接入到制造云平台中，为最终用户提供交互使用的功能，便需构建支持各种资源接入的适配器，如接口适配器、模型适配器、传感适配器等。其次是信息处理。这是资源感知系统的关键，主要是实现各种标识信息、传感数据信息的分析、预处理、聚合等操作，并将处理后的数据通过网络实时的接入到制造云平台中，为资源的虚拟化接入提供条件。

如针对嵌入式控制加工设备，其感知过程主要如下：首先需根据加工设备的特征属性，进行传感器的部署，传感器主要分为两种：一种是内置传感器，即传感器需要与设备做接口，如监测各种实时加工数据等，另外一种是外置传感器，主要针对设备的运行状况进行监测，如温度、湿度等。然后对加工设备中的控制接口，以及数据传输接口做适配转换，使得能够在通用物理机器(PC机)上来控制该设备，最终将各种传感器(包括无线、有线)接入到本地信息处理中心，并能够实现各种传感数据的动态采集，进而为本地信息处理中心对海量感知数据的分析、预处理提供支持。

(2)云端资源虚拟接入子系统。在图3中，针对不同类型的云端资源，采取不同的虚拟化接入方式，实现云端分散资源到虚拟资源的映射，并将虚拟资源聚集在虚拟资源池中，为制造云提供资源基础。接入方式主要有以下三种：

基础设施层次虚拟接入：主要针对制造资源中的计算资源所采用的虚拟接入方法，就是实现硬件级别上的虚拟化。主要分为以下几个步骤：

(a)通过资源感知系统获取计算资源(如：存储器、网络设备等)的接口等信息；

(b)通过配置适当的适配器或软件，实现本地计算资源虚拟接入制造云平台中；

(c)通过制造云平台提供的相关管理软件实现对计算资源(CPU、存储、I/O、网络设备等)的动态分配与管理。

映像层次虚拟接入：针对云制造模式下制造设备资源(如生产、加工、铸造等设备)和软件资源(如分析、设计、仿真等软件)虚拟化接入的主要方式。

(a)将设备资源、软件资源或传感适配接口部署到虚拟机中；

(b)配置好满足资源(如软件)运行需求的虚拟机参数、变量、适配器驱动等环境条件，使得与资源设备控制系统控制云端设备具有相同的性能表现，从而实现云端设备与制造云平台中虚拟机系统的映射。

(c)通过虚拟机管理器(Virtual Machine Monitor，VMM)进行与硬件的通信以及对底层资源的共享与分配，实现对虚拟机映像资源的优化配置，如能够根据任务运行过程的需求，如内存、CPU等资源，来动态调配虚拟机运行环节。虚拟机管理器的主要功能包括：虚拟机模板生成、虚拟机动态监控及迁移、虚拟机的实时备份机容错、计算资源运行监控及分割等。

应用层次虚拟接入：主要针对与制造云实时交互性要求比较低，并且以提供信息数据为主的各类资源，如知识、物料及制造能力等资源。主要是通过制造云应用门户来实现资源的虚拟接入，将资源相关的数据信息(如资源传感信息、数据文档、物料信息等)提交到制造云平台中，由平台来实现对所提交数据信息的动态存储和管理，资源提供者可以通过门户来实时的更新已提交的数据、文档等资源信息。

(3)虚拟资源服务化子系统。为构建基于服务的、智能高效的云制造服务平台，还需将各类虚拟制造资源进行服务化封装，最终以云服务的形式发布到制造云平台中，实现步骤：

(a)首先根据资源分类，对不同类型的资源的构成要素性进行分析归纳，抽象提取出不同类型资源的构成要素模板，该模板需能充分反映某一类制造资源和制造能力的特性，进而对各类资源模板再进行抽象归纳，依次形成树形结构的资源描述模型；然后为支持资源描述的语义特性，还需构建各资源构成要素的本体文档，该本体文档主要包括各要素的描述方法(定性或定量)、语言表达方式(同义词、近义词等)。

(b)根据资源描述模型特点，选取相应服务本体描述语言实现对资源服务的数字化描述。如OWL描述语言是在DAML+OIL本体语言的基础上改进的，吸引了DAML+OIL的设计和应用经验，用以描述实体类和各类之间的关系，以便支持描述Web环境中文件和应用的语义。

(c)对服务本体进行有效分类、存储及融合。在得到服务的形式化描述之后，便形成了不同的服务本体，为便于云服务管理系统对服务高效管理，需对服务本体按一定的方式进行分类，如根据类型、功能相近、需求相似等特性。因此，将通过服务本体间各属性相似度匹配及语义转换，进而实现服务本体的分类、融合。

在虚拟资源中，关于制造能力服务化是资源服务化的关键。由于制造能力是一种无形的资源，如设计能力、生产能力、管理能力等，并且能力本身具有一定的模糊性和不确定性，难以用精确的数值来衡量，因此，根据制造能力的特点及定义，这里将制造能力元描述模型DMMC(Description Model of Manufacturing Capability)用四元组TRPK来抽象表示：

DMMC＝(Task，Resource，Participator，Knowledge)

上述元描述模型中，Task指制造任务，即某一制造活动所需实现的目标；Resource指制造过程中所需要的制造资源要素，如硬资源(制造设备、物料)、软件等；Participator指制造过程中的参与者，即为制造资源要素中的人力资源，如个人、组织等；Knowledge指资源要素所具备的知识及制造过程中积累的各种经验知识，如生产能力对应的知识便为生产过程中制造资源要素及参与者所具备的知识、生产过程所积累的各种经验知识(如生产流程、配料方案等)的集合。

图4中，制造能力的元描述模型采用了基于本体的“自上而下”层次描述框架，位于顶层的是制造能力本体描述，主要是包括制造能力的四个部分：制造任务、制造资源要素、参与者、制造知识。中间层本体则是对顶层本体的细化，如制造任务的本体描述，包括任务目标、任务说明等；资源的本体描述，包括资源类型、资源说明等；参与者的本体描述，包括参与者角色、人数规模等信息；知识的本体描述，包括知识类型(模型、数据文档等)、使用方式等信息。底层本体又是对中间层本体的细化，如资源类型本体主要描述具体资源类型(计算资源、制造设备资源、软件资源等)以及其它的信息。

然后需要选择合适的服务描述语言实现对制造能力元描述模型的数字化描述，目前，常用的本体描述语言有SOHE、OWL、OWL-S等，这里将结合云制造模式下资源服务的特点，将通过对现有的描述语言进行扩充和改进，如OWL-SP，作为云制造模式下资源服务的描述语言，为实现基于知识的服务高效管理提供支持。

(4)云服务部署子系统。根据云服务在制造云平台中运营模式及云服务提供者的参与情况，将对云服务的部署分为：面向完全托管的部署、面向部分托管的部署。

面向完全托管的部署：指云服务的运行、管理能够全部移植到制造云平台中，由制造云平台对其运行、调度、容错等进行管理，云服务提供者仅需在服务发布过程中提交服务的属性信息以及虚拟接入时配置该服务的运行环境、参数等，并且提供服务的及时更新等，其运营管理等完全由平台来托管。适合这种部署方式的资源主要有计算资源、软件资源、知识资源、人力资源、制造能力等。完全托管的部署根据托管主体，又可以分为三种方式：虚拟设施部署、映像部署、云存储。

(a)虚拟设施部署。对于平台虚拟设施部署主要是计算资源经过虚拟化后，成为制造云平台虚拟基础设施，此时制造云平台能够对其进行的动态监控、管理、负载均衡等操作，如根据任务需求来分配任务执行的CPU、存储器、网络等虚拟环境。这种部署方式主要针对计算资源等的管理。

(b)映像部署。虚拟机映像部署方式正在日益成为应用程序开发及有效控制负载的主要机制，是将各种软件虚拟资源动态地部署在平台虚拟机上，通过虚拟机管理器实现对平台基础设施上的虚拟机的监控、调度、迁移等管理，从而获得了更高的应用程序运行效率及基础设施的利用率，降低了能源消耗，提高了制造资源的共享率。该种部署方式主要针对软件资源等的部署管理。

(c)云存储部署。该种部署方式，就是充分利用平台的虚拟基础设施——存储资源，通过制造云存储管理引擎实现对各种数据信息(包括抽象的知识、模型、文档等)动态的部署、存储、智能检索等管理。该种部署方式主要针对知识资源、制造能力等。

面向部分托管的服务部署：指云服务仅将部分运行、管理工作移植到制造云平台中，资源的运行管理需由资源提供者与平台共同来完成。该种部署方式主要针对能够支持任务高效协同、交互执行的资源，如：制造加工设备、仿真实验设备等资源，在用户远程使用云服务的过程中，制造云平台主要完成服务的查询、匹配、计费、接口的转换、监控管理等工作，资源提供者将根据用户的任务需求，保证服务的正常运行、功能实现等。

(5)云服务的综合管理子系统。主要指提供面向云服务的综合管理工具集。主要如下：

(a)云服务智能匹配和评估工具

云服务智能匹配及评估是制造云服务管理的关键。云服务智能匹配采用对需求描述和云服务描述之间采用四步骤的匹配方法，即先进行基本匹配、然后进行Input和Output匹配和功能匹配，再进行服务质量匹配，最后采用集成匹配。云服务评估工具的构建思路：首先建立云服务综合评估指标体系，研究建立各评估指标量化评估模型和评估算法，然后研究建立集中和分散决策多主体的综合效用模型，并求解出各自相应的最大效模对应的解；最终研究在分散决策下，多主体之间最大效用的均衡模型；并对相应均衡策略及求解方法进行分析。

(b)云服务组合工具

采用组合网络动力学相关理论知识实现云服务的动态组合。首先研究研究分析云服务可组合关系并映射表示成相应的有向边，建立可组合云服务网络相应的基本构成元素；然后研究基于可组合关系的云服务组合网络基本建立规则；对无标度模型进行加权和有向的改进和修正，建立相应的云服务组合网络及其动态演化模型；分析云服务组合网络中，服务节点状态变化以及各种外力因素对组合网络的影响，归纳分析构成组合网络动态演化的基本演化操作；研究各个基本演化操作对组合网络节点的影响；对整个云服务组合网络随时间发生的动态演化行为进行综合建模，并分析相应的动力学特性；最终在服务组合网络动力学特性分析结果的基础上，分析云服务组合网络节点对于蓄意攻击随机故障及其它外力因素作用下的鲁棒性和脆弱性，研究提高其节点稳定性、调用率、安全性等的控制策略。

(c)知识管理工具

知识管理工具为制造云平台实现语义、智能化提供了技术支撑。图5中，首先对异构跨学科领域知识(如领域专家知识、文档、数据库、Web信息等)进行抽取和分析，并按一定的描述方式和存储规则将知识进行存储在知识库中，主要包括领域本体库、服务本体库、案例库等，然后结合跨学科领域知识混合推理技术，以及相关按需推理机制理论和技术，研究基于分布式领域本体的跨学科领域知识融合模型和知识融合技术与方法；并能够实现对跨学科领域知识的面向服务的动态知识库进行维护、增量式在线更新和实时学习。

(d)云服务交易控制规范工具

该工具主要为制造云平台中服务的按需使用提供商业保障。首先构建支持多用户的云制造生产控制监控体系和云服务交易过程的监督报告体系，然后结合上述体系约束下，能够有效耦合用户业务管理和各主体间的协同交易，从而使得整个资源使用过程及系统运行更加合理、有效。

本发明说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。

Claims (9)

1.一种支持制造资源和能力按需使用和动态协同的制造云系统，其特征在于包括：云端资源感知子系统、云端资源虚拟接入子系统、虚拟资源服务化子系统、云服务的部署子系统和云服务综合管理子系统，其中：

云端资源感知子系统：对云端资源进行感知和识别，获得云端资源的静态标识信息和动态活动信息，同时构建支持各类云端资源接入的适配器，然后搭建数据信息处理中心，实现感知信息和标识信息的预分析、聚合及预处理，并将处理后的数据通过网络实时接入到制造云平台中，为资源的虚拟化接入提供条件，为最终实现制造资源和制造能力的共享与协同提供支持；

云端资源虚拟接入子系统：根据云端资源感知子系统感知和识别的各类云端资源，采用虚拟接入方法，对各类云端资源虚拟接入到制造云平台，形成各类虚拟资源并聚集在虚拟资源池中，所述虚拟资源池是指一个能按需使用虚拟资源的容器，为制造云平台提供了资源基础；所述云端资源分为制造资源和制造能力；所述制造资源是指物理存在的、具有静态传输介质的一种资源形式，包括计算资源、制造设备资源、软件资源、物料资源、知识资源、人力资源；所述制造能力是指制造企业为完成某一目标所需要的主观条件，是一种无形的、动态的资源形式，是在制造活动中结合制造资源要素所表现出来的一种能力，包括企业的设计能力、仿真试验能力、生产能力、管理能力、维护能力等无形资源；所述虚拟接入方法包括三种方式：基础设施层次虚拟接入、映像层次虚拟接入和应用层次虚拟接入，所述基础设施层次虚拟接入是针对制造资源中的基础设施资源所采用的虚拟接入方式，就是实现硬件级别上的虚拟化；映像层次虚拟接入是针对制造设备资源和软件资源的虚拟化接入方式；应用层次虚拟接入是针对以提供数据信息资源的虚拟化接入方式；

虚拟资源服务化子系统：结合云端资源感知子系统中感知和识别的云端资源，对云端资源虚拟接入子系统的虚拟资源池中形成的各类虚拟资源进行服务化封装，即对各类虚拟资源进行描述、发布和注册操作，最终以云服务的形式发布到制造云平台中；

云服务部署子系统：根据虚拟资源服务化子系统中形成的不同类型云服务，并结合云服务在制造云平台中运营模式及云服务提供者的参与情况，实现对云服务的部署，所述云服务的部署分为面向完全托管服务部署和面向半托管服务部署两种方式；所述面向完全托管服务部署指云服务的运行、管理能够全部移植到制造云平台中，由制造云平台对云服务运行、调度和容错进行管理，云服务提供者仅需在服务发布过程中提交服务的属性信息以及虚拟接入时配置该服务的运行环境和参数，并且提供服务的及时更新，其运营管理等完全由云制造平台来托管；所述面向部分托管的服务部署指云服务仅将部分运行、管理工作移植到制造云平台中，云端资源的运行管理需由云端资源提供者与制造云平台共同来完成。

2.根据权利要求1所述的支持制造资源和能力按需使用和动态协同的制造云系统，其特征在于：所述云端资源感知子系统具体实现过程为：

(1)首先进行资源识别，采用射频识别技术和传感技术通过读取设备对云端资源的静态属性、动态属性进行感知，从而获取资源的静态标识信息，包括名称、规格、功能及资源的活动状态信息，并通过传感网络将各种数据信息传输到本地信息处理中心；

(2)构建支持各种资源接入的适配器，为最终用户提供交互使用的功能；

(3)在本地信息处理中心进行信息处理，实现各种标识信息、传感数据信息的分析、预处理和聚合操作，并将处理后的数据通过网络实时的接入到制造云平台中，为资源的虚拟化接入提供条件。

3.根据权利要求1所述的支持制造资源和能力按需使用和动态协同的制造云系统，其特征在于：所述云端资源虚拟接入子系统中的基础设施层次虚拟接入具体实现过程如下：

(1)通过云端资源感知子系统获取本地基础设施资源，基础设施资源包括CPU、存储器、I/O和网络设备的接口相关信息；

(2)通过配置适当的适配器或软件，实现本地基础设备虚拟接入制造云平台中；

(3)通过制造云平台提供的相关管理软件实现对基础设施资源的动态分配与管理。

4.根据权利要求1所述的支持制造资源和能力按需使用和动态协同的制造云系统，其特征在于：所述映像层次虚拟接入具体实现过程如下：

(1)将制造设备资源和软件资源或适配接口部署到虚拟机中；

(2)配置好满足设备资源和软件资源运行需求的虚拟机参数、变量、适配器驱动的环境条件，使得与本地物理机器控制云端设备具有相同的性能表现，从而实现云端设备与制造云平台中虚拟机系统的映射关系；

(3)通过虚拟机管理器(Virtual Machine Monitor，VMM)进行与硬件的通信以及对底层资源的共享与分配，实现对虚拟机映像资源的优化配置。

5.根据权利要求1所述的支持制造资源和能力按需使用和动态协同的制造云系统，其特征在于：所述应用层次虚拟接入实现为：将数据信息，包括传感信息、数据文档、模型、物料信息和知识提交到制造云平台中，由制造云平台来实现对所提交数据信息的动态存储和管理，资源提供者可以通过门户来实时的更新已提交的数据和文档资源信息。

6.根据权利要求1所述的支持制造资源和能力按需使用和动态协同的制造云系统，其特征在于：所述对虚拟资源服务化子系统的虚拟资源池中的各类虚拟资源进行服务化封装的具体实现过程为：首先需对各类虚拟资源进行建模，构建支持语义的资源描述模型；然后根据资源描述模型特点，选取相应服务描述语言实现对资源服务的形式化描述，然后发布和注册操作。

7.根据权利要求1所述的支持制造资源和能力按需使用和动态协同的制造云系统，其特征在于：感知信息包括资源的静态属性和动态属性，静态属性是指资源的标识信息，如资源名称、功能、使用情况等静态描述信息；动态属性指资源的活动状态，如资源在运行过程中的安全、可靠性等动态描述信息。

8.根据权利要求1所述的支持制造资源和能力按需使用和动态协同的制造云系统，其特征在于：所述运营模式则是指共享资源费用支付形式，如软件资源的付费，即可以按次或按时间付费，也可以一次性购买永久许可，而硬件资源服务的使用付费，则主要是以任务为计量单位。

9.根据权利要求1所述的支持制造资源和能力按需使用和动态协同的制造云系统，其特征在于：所述的服务提供者参与情况是指在资源服务使用和维护过程中，资源提供者所扮演的角色，部分资源提供者只负责资源服务的定时更，运营交易交由平台管理，另外的资源提供者则完全复杂资源服务的维护、运行工作。

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