CN103870930A - 一种面向增量制造资源虚拟化的信息描述方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种面向增量制造资源虚拟化的信息描述方法，包括通过基于自主管理智能主体的AM资源信息化模型来构建多层资源描述模型，从而精确描述AM制造云中的资源能力、人工流程、生产环境、商业信息以及管理规则，所述自主管理智能主体是AM资源虚拟化的基本单位，通过对自身环境的监控和规则引擎进行自主管理，多个对等结构的自主管理智能主体各自接入制造资源，形成可动态扩展的AM虚拟资源池，自主管理智能主体信息模型包含四个子模型，分别为服务模型、环境模型、任务模型和规则模型。本发明解决了基于规则的AM制造资源集成的问题，为增量制造云平台的开发、以及基于商业策略的资源管理提供了技术支持。

Description

一种面向增量制造资源虚拟化的信息描述方法

【技术领域】

本发明涉及制造信息化的技术领域，特别是面向增量制造资源虚拟化的信息描述方法的技术领域。 

【背景技术】

增量制造(Addictive Manufacture,AM)工艺在工业、民用和医疗领域已经进入快速发展阶段。 

AM工艺具有集成性好，自动化程度高的优势。相对于传统制造加工流程，以AM服务为主的企业更适合建立网络化、集成化、对用户透明的商业服务平台。云制造模式是在云计算概念的基础上，对传统的网络制造模式的深化和扩展实现对制造设备、人力、物流、知识、数据、模型等一系列软硬资源的统一管理、调配，实现按需使用的资源平台，降低商业运营成本，提高效率。 

建立拥有庞大设备数目和辅助工艺服务的AM制造云平台能够提高AM企业管理效率，并利用出租冗余制造能力换取利润。随着制造技术的成熟和应用领域的扩大，各种AM工艺和软硬件不断出现。但不同AM设备的工艺原理、工艺要求和执行流程都有很大区别。如何有效管理和集成分散的软硬件制造资源，实现异构资源的动态接入、识别和自动化管理是一个重要的问题。 

目前针对制造设备与资源的集成和管理相关的技术主要包括OPC(OLE for process control)和多Agent系统(MAS)。OPC及扩展版本在实现上注重于解决异构模块底层的信息格式转化、消息通讯、接口开发、信息资源集成；多Agent系统则侧重于协同解决预定义的问题，处理高层次的设备管理和能力调用。 

在解决海量资源和设备的动态管理方面，IBM提出的自主计算是一个有效 的技术。它以知识库作为指导，通过大量实现自管理、自配置、自优化和自保护的对等智能主体实现对复杂结构大系统的动态管理。在完善的领域知识库的支撑下，这种技术可用于构建面向AM的资源虚拟化平台。 

现有的资源建模方法着重于资源进行分类，根据资源的物理属性、功能粒度分别予以进描述。国标《GBT25111-2010》给出基于资源运营层次的划分和基于资源物理特性的划分这两种分类方法。公开专利CN102360462A给出了一种面向产品全生命周期的通用模型，其中包括相互独立的五个子模型，共同描述云制造流程中的质量、人力和物流因素。公开专利CN103268542A给出一种面向云制造的机械加工设备资源信息化方法，侧重于具体的机械设备信息搜集和关联。公开专利CN103150623A给出一种基于造能力服务元模型的云制造能力建模方法。国内相关研究文献中也提出了其他的制造资源的分类方法。 

为实现AM资源的虚拟化，所需资源模型不仅应包含设备、人力、软件和流程的描述和层次划分，还涉及到工艺规则和商业运营规则的描述。目前，对AM资源虚拟化的信息表达和建模方法的研究尚属空白。 

【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资源虚拟化的信息描述方法，解决了基于规则的AM制造资源集成的问题，为增量制造云平台的开发、以及基于商业策略的资源管理提供了技术支持。 

为实现上述目的，本发明提出了一种面向增量制造资源虚拟化的信息描述方法，包括通过基于自主管理智能主体的AM资源信息化模型来构建多层资源描述模型，从而精确描述AM制造云中的资源能力、人工流程、生产环境、商业信息以及管理规则，所述自主管理智能主体是AM资源虚拟化的基本单位，通过对自身环境的监控和规则引擎进行自主管理，多个对等结构的自主管理智能主体各自接入制造资源，形成可动态扩展的AM虚拟资源池，自主管理智能主体信息 模型包含四个子模型，分别为服务模型、环境模型、任务模型和规则模型；所述服务模型包含对接入资源所提供能力的一个确切的描述，这种能力被定义为一个合适粒度的、连续的工作流程，并具有明确的输入和输出，在基于自主管理智能主体的资源虚拟化平台中，资源提供方可以将设备、软件、人工流程或者是一组流程的组合作为一个独立的服务接入到智能主体，这个服务将被自主管理智能主体转化为虚拟化资源池中的一个虚拟服务，服务的能力、质量、成本以及相关限制信息使用AM资源信息化模型进行描述；所述环境模型包含对智能主体运行状态信息和位置信息的描述；任务模型用于定义需求信息，包含单独立任务和协作任务，独立任务用于描述用户发起的任务信息；协作任务描述由多个服务或多个自主管理智能主体参与的一组服务流程；规则模型用于描述自主管理智能主体中环境-环境、环境-服务之间的关系，包含硬性规则和可废止规则。 

作为优选，所述服务模型采用AM资源信息化模型进行描述，通过自上而下的方法来建立AM领域本体的概念分类层次，即从AM领域中最上面的父概念开始，逐级向下添加子概念，具体的将AM服务分为四大类，分别为设备、软件、监控、及人工服务，涵盖目前所有常用的AM成形服务。 

作为优选，所述环境模型中的状态信息包括自主管理智能主体连接资源的数目、种类和能力，以及自主管理智能主体运行情况、工作流程状态信息，在运行过程中，状态信息来源于接入的资源、自主管理智能主体运行中状态的改变和监控服务反馈的环境变化，它是实现自主管理的基础；环境模型中的位置信息用于描述自主管理智能主体和资源的详细地理位置，可用于安排服务的制造流程，以及生成服务的物流信息。 

作为优选，所述规则模型中的硬性规则用于描述环境-环境、环境-服务之间的确定的关系，而可废止规则用于描述环境-环境、环境-服务之间的不确定 的关系，在虚拟AM资源池的构造中，自主管理智能主体根据当前主体的环境信息对接入的资源进行管理，管理操作遵循工艺本身的硬性规则和人为指定的商业规则；硬性规定是确定的，而商业规则则因为系统长时间的运营、以及商业策略的变化的原因容易产生相互冲突；在应用中，可废止规则可用于描述不确定的商业规则，并根据当前环境模型进行推理。 

作为优选，所述形成AM虚拟资源池的过程中所涉及的描述对象包括制造任务、制造资源和自主管理智能主体，针对以上三种具体对象的资源描述建模流程如下： 

1）制造任务对象： 

步骤1、选择任务类型，独立任务或者协作任务，判定任务类型；步骤2、如为独立任务，则读入任务细节：工艺、材料、模型、价格、期限、物流，进入步骤4；步骤3、如为协作任务，则读入协作方信息、子任务信息，针对每个子任务逐步读入任务细节；步骤4、输出描述； 

2）接入资源对象： 

步骤1、选择资源类型：设备、软件、监控、人工流程；步骤2、读入资源服务信息；步骤3、生成接口，输出描述； 

3）自主管理智能主体： 

步骤1、读入服务模型；步骤2、读入任务模型；步骤3、根据服务模型和任务模型建立环境模型；步骤4、选择位置信息；步骤5、读入规则模型，在此步骤中可以根据环境模型和服务模型交互式添加规则，并设定规则属性为硬性规则或为可废止规则；步骤6、输出描述。 

本发明的有益效果：本发明解决了基于规则的AM制造资源集成的问题，为增量制造云平台的开发、以及基于商业策略的资源管理提供了技术支持；以智 能主体信息模型为根节点的分层描述体系使AM资源虚拟化所使用知识模型和物理系统架构的表达保持一致，能够简化系统运行过程中创建资源描述实体的复杂性，适用于AM领域异构的资源表达。 

【具体实施方式】

本发明一种面向增量制造资源虚拟化的信息描述方法，包括通过基于自主管理智能主体的AM资源信息化模型来构建多层资源描述模型，从而精确描述AM制造云中的资源能力、人工流程、生产环境、商业信息以及管理规则，所述自主管理智能主体是AM资源虚拟化的基本单位，通过对自身环境的监控和规则引擎进行自主管理，多个对等结构的自主管理智能主体各自接入制造资源，形成可动态扩展的AM虚拟资源池，自主管理智能主体信息模型包含四个子模型，分别为服务模型、环境模型、任务模型和规则模型；所述服务模型包含对接入资源所提供能力的一个确切的描述，这种能力被定义为一个合适粒度的、连续的工作流程，并具有明确的输入和输出，在基于自主管理智能主体的资源虚拟化平台中，资源提供方可以将设备、软件、人工流程或者是一组流程的组合作为一个独立的服务接入到智能主体，这个服务将被自主管理智能主体转化为虚拟化资源池中的一个虚拟服务，服务的能力、质量、成本以及相关限制信息使用AM资源信息化模型进行描述；所述环境模型包含对智能主体运行状态信息和位置信息的描述；任务模型用于定义需求信息，包含单独立任务和协作任务，独立任务用于描述用户发起的任务信息；协作任务描述由多个服务或多个自主管理智能主体参与的一组服务流程；规则模型用于描述自主管理智能主体中环境-环境、环境-服务之间的关系，包含硬性规则和可废止规则。 

所述服务模型采用AM资源信息化模型进行描述，通过自上而下的方法来建立AM领域本体的概念分类层次，即从AM领域中最上面的父概念开始，逐级向 下添加子概念，具体的将AM服务分为四大类，分别为设备、软件、监控、及人工服务，涵盖目前所有常用的AM成形服务，所述环境模型中的状态信息包括自主管理智能主体连接资源的数目、种类和能力，以及自主管理智能主体运行情况、工作流程状态信息，在运行过程中，状态信息来源于接入的资源、自主管理智能主体运行中状态的改变和监控服务反馈的环境变化，它是实现自主管理的基础；环境模型中的位置信息用于描述自主管理智能主体和资源的详细地理位置，可用于安排服务的制造流程，以及生成服务的物流信息，所述规则模型中的硬性规则用于描述环境-环境、环境-服务之间的确定的关系，而可废止规则用于描述环境-环境、环境-服务之间的不确定的关系，在虚拟AM资源池的构造中，自主管理智能主体根据当前主体的环境信息对接入的资源进行管理，管理操作遵循工艺本身的硬性规则和人为指定的商业规则；硬性规定是确定的，而商业规则则因为系统长时间的运营、以及商业策略的变化的原因容易产生相互冲突；在应用中，可废止规则可用于描述不确定的商业规则，并根据当前环境模型进行推理。 

所述形成AM虚拟资源池的过程中所涉及的描述对象包括制造任务、制造资源和自主管理智能主体，针对以上三种具体对象的资源描述建模流程如下： 

1）制造任务对象： 

步骤1、选择任务类型，独立任务或者协作任务，判定任务类型；步骤2、如为独立任务，则读入任务细节：工艺、材料、模型、价格、期限、物流，进入步骤4；步骤3、如为协作任务，则读入协作方信息、子任务信息，针对每个子任务逐步读入任务细节；步骤4、输出描述； 

2）接入资源对象： 

步骤1、选择资源类型：设备、软件、监控、人工流程；步骤2、读入资源 服务信息；步骤3、生成接口，输出描述； 

3）自主管理智能主体： 

步骤1、读入服务模型；步骤2、读入任务模型；步骤3、根据服务模型和任务模型建立环境模型；步骤4、选择位置信息；步骤5、读入规则模型，在此步骤中可以根据环境模型和服务模型交互式添加规则，并设定规则属性为硬性规则或为可废止规则；步骤6、输出描述。 

为了更好地说明本发明的实施方式，下面结合实例对本发明作进一步说明。 

某制造服务商拥有越来越多的工艺各异的AM设备，以及相应配套处理软件。为能够出租空闲设备的制造能力和空闲软件的处理能力，同时简化企业的资源管理流程，企业建立一个可扩展的资源虚拟化系统。该系统采用多台具有自主管理能力的智能系统（主机）建立虚拟资源池的主体架构。每个智能系统连接了若干增量制造设备，并部署了相关软件。一些人工过程也已经以开发了相应的软件接口连接到智能系统。智能系统之间使用网络连接，可以相互调用空闲的服务能力。企业的相关负责人或管理软件可以用过网络登录在不同智能系统，根据当前资源和状态为其设置或同步相应的管理策略。每个智能系统对本身的资源、状态进行主动动态感知，并在根据策略对任务请求响应。 

根据本发明，建立智能系统信息化模型的步骤为： 

1）针对企业现有所能提供的制造能力，为所有接入资源对象建立描述实例。 

根据本发明所给出的资源对象建立方法，应首先利用AM领域模型建立服务实例。本发明通过自上而下的方法来建立AM领域模型。其概念分类层次，即从AM领域中最顶层的父概念开始，逐级向下添加子概念。然后按照本发明建立接入资源对象建模步骤生成资源对象实例。 

2）按照本发明制造任务对象建模步骤建立企业所能接受的任务描述实例。 

3）针对智能系统，建立AM资源信息化模型层次模型，根据本发明的建立步骤，在智能系统初始化时，其知识库由默认状态构成。在启动时读入连接资源模型描述，在知识库中添加新的状态和服务列表。企业的相关负责人录知识库，通过选择状态和相应服务或状态与状态之间的关系形成管理规则，这个过程可以通过管理软件自动完成。 

本实例中，服务模型、环境模型、任务模型以OWL语言表达，规则模型由RuleML表达。 

以上步骤显示本发明所提出的信息化模型的层次结构可清晰描述对等结构中的单个智能系统及智能系统之间的交互规则，可随着系统运行进行动态的扩展，更适合于建立基于自主管理智能主体接入的资源虚拟化系统的信息化模型。 

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资源虚拟化的信息描述方法，其特征在于：包括通过基于自主管理智能主体的AM资源信息化模型来构建多层资源描述模型，从而精确描述AM制造云中的资源能力、人工流程、生产环境、商业信息以及管理规则，所述自主管理智能主体是AM资源虚拟化的基本单位，通过对自身环境的监控和规则引擎进行自主管理，多个对等结构的自主管理智能主体各自接入制造资源，形成可动态扩展的AM虚拟资源池，自主管理智能主体信息模型包含四个子模型，分别为服务模型、环境模型、任务模型和规则模型；所述服务模型包含对接入资源所提供能力的一个确切的描述，这种能力被定义为一个合适粒度的、连续的工作流程，并具有明确的输入和输出，在基于自主管理智能主体的资源虚拟化平台中，资源提供方可以将设备、软件、人工流程或者是一组流程的组合作为一个独立的服务接入到智能主体，这个服务将被自主管理智能主体转化为虚拟化资源池中的一个虚拟服务，服务的能力、质量、成本以及相关限制信息使用AM资源信息化模型进行描述；所述环境模型包含对智能主体运行状态信息和位置信息的描述；任务模型用于定义需求信息，包含单独立任务和协作任务，独立任务用于描述用户发起的任务信息；协作任务描述由多个服务或多个自主管理智能主体参与的一组服务流程；规则模型用于描述自主管理智能主体中环境-环境、环境-服务之间的关系，包含硬性规则和可废止规则。

2.如权利要求1所述的一种面向增量制造资源虚拟化的信息描述方法，其特征在于：所述服务模型采用AM资源信息化模型进行描述，通过自上而下的方法来建立AM领域本体的概念分类层次，即从AM领域中最上面的父概念开始，逐级向下添加子概念，具体的将AM服务分为四大类，分别为设备、软件、监控、及人工服务，涵盖目前所有常用的AM成形服务。

3.如权利要求1所述的一种面向增量制造资源虚拟化的信息描述方法，其特征在于：所述环境模型中的状态信息包括自主管理智能主体连接资源的数目、种类和能力，以及自主管理智能主体运行情况、工作流程状态信息，在运行过程中，状态信息来源于接入的资源、自主管理智能主体运行中状态的改变和监控服务反馈的环境变化，它是实现自主管理的基础；环境模型中的位置信息用于描述自主管理智能主体和资源的详细地理位置，可用于安排服务的制造流程，以及生成服务的物流信息。

4.如权利要求1所述的一种面向增量制造资源虚拟化的信息描述方法，其特征在于：所述规则模型中的硬性规则用于描述环境-环境、环境-服务之间的确定的关系，而可废止规则用于描述环境-环境、环境-服务之间的不确定的关系，在虚拟AM资源池的构造中，自主管理智能主体根据当前主体的环境信息对接入的资源进行管理，管理操作遵循工艺本身的硬性规则和人为指定的商业规则；硬性规定是确定的，而商业规则则因为系统长时间的运营、以及商业策略的变化的原因容易产生相互冲突；在应用中，可废止规则可用于描述不确定的商业规则，并根据当前环境模型进行推理。

5.如权利要求1所述的一种面向增量制造资源虚拟化的信息描述方法，其特征在于：所述形成AM虚拟资源池的过程中所涉及的描述对象包括制造任务、制造资源和自主管理智能主体，针对以上三种具体对象的资源描述建模流程如下：

1）制造任务对象：

步骤1、选择任务类型，独立任务或者协作任务，判定任务类型；步骤2、如为独立任务，则读入任务细节：工艺、材料、模型、价格、期限、物流，进入步骤4；步骤3、如为协作任务，则读入协作方信息、子任务信息，针对每个子任务逐步读入任务细节；步骤4、输出描述；

2）接入资源对象：

步骤1、选择资源类型：设备、软件、监控、人工流程；步骤2、读入资源服务信息；步骤3、生成接口，输出描述；

3）自主管理智能主体：

步骤1、读入服务模型；步骤2、读入任务模型；步骤3、根据服务模型和任务模型建立环境模型；步骤4、选择位置信息；步骤5、读入规则模型，在此步骤中可以根据环境模型和服务模型交互式添加规则，并设定规则属性为硬性规则或为可废止规则；步骤6、输出描述。