CN103150623A - 一种基于元模型的云制造能力服务建模方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于元模型的云制造能力服务建模方法，该方法包括如下步骤：1）构建实现该方法的系统，所述系统包括制造能力服务元模型描述模块、交互式制造能力服务描述扩展模块和制造能力服务脚本文件生成模块；2）所述制造能力服务元模型描述模块对制造能力服务元模型抽象；3）所述交互式制造能力服务描述模块对所述制造能力服务元模型基础上进行扩展和完善其的各项内容，生成制造能力模型；4)制造能力服务脚本文件生成模块根据能力服务描述模型生成云制造服务引擎能够处理的服务描述脚本文件。本方法能够快速有效地转换生成为云制造服务引擎能够处理的服务描述脚本文件，保证了能力知识获取和模型构建的效率。

Description

一种基于元模型的云制造能力服务建模方法

技术领域

本发明涉及一种云制造中制造能力建模方法，特别是一种基于元模型的云制造能力服务建模方法。

背景技术

云制造是一种融合了物联网、云计算、智能科学、高性能计算等新兴技术发展起来的网络化制造新模式。在云制造平台中，制造能力作为其中一种重要的资源，其在网络上的共享应用是云制造应用模式上的创新，也是云制造的核心特色。获取制造过程中积累下来的相关制造能力并将其转换成为能够为计算机所处理的形式表达是实现制造能力在云制造平台中流通共享的首要关键步骤。由于构成制造能力的各类资源如计算资源、软件资源、人力资源、平台资源等通常体现出模糊、不确定、动态等特点，难以使用统一模型描述；常用的知识描述方法如故障树、决策树、本体技术等形式复杂，对知识工程师和领域专家的背景知识要求过高，严重影响了制造能力的获取；云制造平台作为一个开放异构环境，要求能方便快捷的描述和组织用户遗留的大量资源组成制造能力并接入使用，需要一种能与用户友好交互并可扩展的能力建模与描述方法，以保证云制造平台中各类资源的合理重用，提高制造能力的获取和接入效率，从而实现云制造按需获取制造能力的应用创新，使网络上的广大专业/非专业人员均能共享平台中的制造能力，突破自身设备、技术等方面的不足，加快创新思维向成果产品的转化，促进制造业新技术、新方法的诞生和使用，实现云制造数字化、虚拟化、智能化、绿色化、网络化、服务化的经济增长目标。

发明内容

针对云制造平台制造能力虚拟化、服务化应用需求，及目前常用建模方法在解决具有模糊、不确定、非定量、动态随机等特点的制造能力描述问题上的不足，本发明提出一种基于元模型的云制造能力服务建模方法，为用户提供方便友好的图形化建模支撑工具和模型脚本自动转换工具。以实现云制造平台中制造资源和专业人员按制造能力的虚拟化与服务化，解决云制造工程应用中制造能力的获取与运行支撑转换问题，支撑按需获取制造能力的云制造应用新模式的实施。

本发明的目的通过以下技术方案来实现：

一种基于元模型的云制造能力服务建模方法，该方法包括如下步骤：

1）构建实现该方法的系统，所述系统包括制造能力服务元模型描述模块、交互式制造能力服务描述扩展模块和制造能力服务脚本文件生成模块；

2）所述制造能力服务元模型描述模块对制造能力服务元模型抽象；

3）所述交互式制造能力服务描述模块对所述制造能力服务元模型基础上进行扩展和完善其的各项内容，生成制造能力模型；

4)制造能力服务脚本文件生成模块根据能力服务描述模型生成云制造服务引擎能够处理的服务描述脚本文件。

所述基于元模型的制造能力服务模板描述模块面向制造全生命周期的不同阶段为领域专家提供相应的制造能力服务描述模板，支持专家对自然知识进行初步抽象和规范；交互式制造能力服务描述扩展模块组织云制造普通用户各类制造资源，提供交互式的云制造能力服务描述扩展功能；制造能力服务脚本文件生成模块则根据扩展的制造资源及组织结构等生成运能力服务引擎能够处理的服务脚本文件。

所述对所述制造能力服务元模型基础上进行扩展和完善包括支撑用户加载能力服务元模型、自定义扩展信息、加载资源服务接口文件，生成资源服务及组织结构描述脚本。

所述各项内容包括资源服务详细信息、组织结构详细信息、基于服务运行流程的制造资源与组织关系映射，以及能力服务描述信息。

本发明的优点在于：

本方法基于元模型实现了模糊、不确定性制造能力服务的完备描述和获取，并能够快速有效地转换生成为云制造服务引擎能够处理的服务描述脚本文件；通过基于流程的交互式图形化模型扩展方法，屏蔽了服务脚本的复杂细节，使得制造领域专家和普通用户能够按照习惯的方式表达领域知识，保证了能力知识获取和模型构建的效率。适用于制造领域形式种类繁多，且具有模糊、不确定性、动态性等复杂特点的制造能力获取和描述，可应用于具有大量异构资源的用户。

附图说明

图1：本发明一种基于元模型的云制造能力服务建模方法流程图。

具体实施方式

如图1所示为本发明一种基于元模型的云制造能力服务建模方法流程图，该方法包括如下具体步骤：

第一步构建实现该方法的系统

一种基于元模型的制造能力服务建模方法的实现系统，包括：制造能力服务元模型描述模块、交互式制造能力服务描述扩展模块和制造能力服务脚本文件生成模块。基于元模型的制造能力服务模板描述模块面向制造全生命周期的不同阶段（如设计仿真、生产、管理）为领域专家提供相应的制造能力服务描述模板，支持专家对自然知识进行初步抽象和规范；交互式制造能力服务描述扩展模块组织云制造普通用户各类制造资源，提供交互式的云制造能力服务描述扩展功能；制造能力服务脚本文件生成模块则根据扩展的制造资源及组织结构等生成运能力服务引擎能够处理的服务脚本文件(如owl-s)。

第二步制造能力服务元模型描述模块对制造能力服务元模型抽象

制造能力服务元模型是在制造全生命周期各阶段领域知识的综合抽象基础上，提取出共有属性形成得规范化抽象描述。该元模型用于知识工程师对自然语言描述的专家领域知识及经验数据进行抽象化的规范描述，从而实现由知识源到知识脚本的非自动获取。制造能力服务元模型描述模块针对领域知识特点，以简单的易于表达的方式生成制造能力服务描述模板，以支持制造领域专家对制造能力的初步抽象。

根据制造能力的特点及定义，将制造能力服务元模型（Meta-Model of ManufacturingCapability，MMC）用四元组来抽象表示：

MMC=(ResService,OrgStructure,RelMapping,SerProfi le)

其中ResService指构成制造能力所需的各种资源服务；OrgStructure指与制造能力服务运行相关的组织结构，即使用资源服务的主体；RelMapping指制造资源与组织结构之间的映射关系，即主体使用资源服务的过程；SerProfile指制造能力服务描述。

（1）ResService的形式化描述为

ResService=(ResID,BasicInfo,GroundingInfo,RestraintInfo,AssessInfo,StatusInfo)

其中，ResID是资源标示符，用于唯一标识云制造平台中的一个特定资源。

BasicInfo=(ResName,ResType,ResLayer,ResOwner,ResUser)，即资源的名称、类型、所述分类层次、所有者、使用者。

GroundingInfo=(Method,Location)是资源的接入信息，包括原有资源服务实现方式Method（如Web Services、Java Service）和服务接口文件地址localtion。能够实现该资源服务与云制造平台服务管理引擎的对接，即将原有资源服务描述脚本映射成为能力服务管理引擎支持的能力服务描述脚本的组成部分。

RestraintInfo=(AttributeName,AttributeType,AttributeValue)是资源的约束属性，由于不同制造资源的约束差异较大，如加工资源约束主要表现为加工零件类型，软件资源的约束主要体现在所支持的应用领域或功能，因此资源约束属性是可扩展的类型。

AssessInfo=(AssessName,AssessDescription,AssessValue)是资源的综合评价指标，如计算资源主要评价浮点运行速度、加工资源主要评价加工精度等。

StatusInfo是资源的状态属性，其取值0表示维修中，1表示闲置，2表示未满负荷，3表示满负荷，4表示超负荷，5表示失败。

（2）OrgStructure的形式化描述为

OrgStructure=(OrgID,OrgLever,OrgEntity,Accountability,Commission)

其中OrgID是组织结构标识，用于唯一标识云制造平台中的一个特定组织。

OrgLevel是组织结构的内部分级，可以用来区别不同级别组织之间责任和约束关系。如同级之间资源相互独立、上级具有下级所有的权限等。

OrgEntity={Person|Unit|Position，EntityLevel}是该组织结构包含的主体及其内部级别。主体可以是人(Person)；一个组织单元(Unit)，如部门、室、项目组等；某个特定岗位(Position)，如项目管理、项目集成、项目实施等。同时上述资源所有者也需参照该组织模型中定义的实体。

Accountability=(AccName,AccPeriod,Operation)是该组织内部主体之间的责任关系，如部门之间的上下级关系，人员与部门之间的从属关系，部门之间的协作关系等。这种责任关系包含一个期限和一些列操作权限。

Commission是组织结构内部实体与责任关系之间的映射。即OrgEntity的EntityLevel属性对应一个Accountability，包含一些列操作权限。

（3）RelMapping的形式化描述为

RelMapping=(ResUser,ControlConstructure,RelSet)

其中ResUser是使用该能力服务包含的资源的人员集合。

ControlConstructure={Split|Joint|Choice|if-else-then|iterate}是由分支、合并、选择、条件判断、迭代组成的资源操作控制结构，即完成该能力服务所需资源之间的相互协作的流程。

RelSet是使用资源的人员与控制结构之间的映射关系集合，即指定资源与人员之间的绑定关系。

（4）SerProfile的形式化描述为

SerProfile=(BasicProfile,FunctionProfile,ParameterProfile,EstimateProfile,Others)

其中BasicProfile=(SerID,SerName,SerDescription,SerEnterprise,SerType)是能力服务的基本描述，包括唯一标识符、服务名、服务详细信息、服务发布企业和服务所属分类。

FunctionProfile是能力服务的功能信息描述，即用户使用该能力服务可以完成的功能列表。

ParameterProfile=(Input,Output,PreCondition)是能力服务的参数描述，包括输入参数、输出参数和前置条件。

EstimateProfile=(Time,Quality,Cost,Server,Environment,Knowledge,Other,Total)是能力服务的综合评价指标，包括时间(T)、质量(Q)、成本(C)、服务(S)、环境清洁(E)、知识含量(K)，并给出综合评价指标Total归一化到[0,1]，用于指导用户选择合适的能力服务。

第三步交互式制造能力服务描述模块扩展生成制造能力模型

交互式制造能力服务描述扩展模块支持用户在制造能力元模型基础上扩展和完善其中的各项内容，包括资源服务详细信息、组织结构详细信息、基于服务运行流程的制造资源与组织关系映射，以及能力服务描述信息。

其中，交互式制造能力服务描述扩展模块的能力服务发布工具用于支撑用户加载能力服务元模型、自定义扩展信息、加载资源服务接口文件，生成资源服务及组织结构描述脚本；交互式制造能力服务描述扩展模块的图形化流程建模工具用于支撑用户设计资源协作流程，并在组织结构约束下指定资源使用人员。例如面向仿真领域的多学科虚拟样机仿真能力模型如表1所示。

表1面向仿真领域的多学科虚拟样机仿真能力模型

第四步制造能力服务脚本文件生成模块根据能力服务描述模型生成云制造服务引擎能够处理的服务描述脚本文件

制造能力服务脚本文件生成模块将具体服务描述模型转化成可支撑服务引擎运行和优化的服务描述脚本文件，如OWL-S描述文件。制造能力元模型（MMC）与OWL-S模型之间具有一定的对应关系如下：

（1）MMC中ResService的GroundingInfo映射为OWL-S的Grounding属性，代表该能力服务运行时需要的资源服务的接口信息，用于访问资源服务。

（2）MMC中SerProfile映射为OWL-S的Profile属性，

（3）从MMC中ResServi ce的GroundingInfo中可提取出该服务中每个原子服务的输出输出参数，映射为OWL-S的Model中的Input/Output。

（4）MMC中RelMapping的ControlConstructure映射为OWL-S中Model中的ControlConstructure。

根据上述对应关系，制造能力服务脚本文件生成模块自动将某制造能力服务本体模型转换成OWL-S脚本文件，加入到制造能力服务引擎，从而支持制造能力服务的运行管理和基于输入输出接口等规则的自动服务组合。

应当理解，以上借助优选实施例对本发明的技术方案进行的详细说明是示意性的而非限制性的。本领域的普通技术人员在阅读本发明说明书的基础上可以对各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (4)

1.一种基于元模型的云制造能力服务建模方法，其特征在于，该方法包括如下步骤：

1）构建实现该方法的系统，所述系统包括制造能力服务元模型描述模块、交互式制造能力服务描述扩展模块和制造能力服务脚本文件生成模块；

2）所述制造能力服务元模型描述模块对制造能力服务元模型抽象；

3）所述交互式制造能力服务描述模块对所述制造能力服务元模型基础上进行扩展和完善其的各项内容，生成制造能力模型；

4)制造能力服务脚本文件生成模块根据能力服务描述模型生成云制造服务引擎能够处理的服务描述脚本文件。

2.根据权利要求1所述的一种基于元模型的云制造能力服务建模方法，其特征在于，所述基于元模型的制造能力服务模板描述模块面向制造全生命周期的不同阶段为领域专家提供相应的制造能力服务描述模板，支持专家对自然知识进行初步抽象和规范；交互式制造能力服务描述扩展模块组织云制造普通用户各类制造资源，提供交互式的云制造能力服务描述扩展功能；制造能力服务脚本文件生成模块则根据扩展的制造资源及组织结构等生成运能力服务引擎能够处理的服务脚本文件。

3.根据权利要求1所述的一种基于元模型的云制造能力服务建模方法，其特征在于，所述对所述制造能力服务元模型基础上进行扩展和完善包括支撑用户加载能力服务元模型、自定义扩展信息、加载资源服务接口文件，生成资源服务及组织结构描述脚本。

4.根据权利要求3所述的一种基于元模型的云制造能力服务建模方法，其特征在于，所述各项内容包括资源服务详细信息、组织结构详细信息、基于服务运行流程的制造资源与组织关系映射，以及能力服务描述信息。

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