CN107505852B

CN107505852B - 一种包含仿真信息的云制造服务描述文件的构建方法

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Publication number: CN107505852B
Application number: CN201710595417.0A
Authority: CN
Inventors: 陆剑峰; 张�浩; 姜智慧; 俞耀平
Original assignee: Tongji University
Current assignee: Tongji University
Priority date: 2017-07-20
Filing date: 2017-07-20
Publication date: 2020-11-27
Anticipated expiration: 2037-07-20
Also published as: CN107505852A

Abstract

本发明涉及一种包含仿真信息的云制造服务描述文件的构建方法，该方法包括以下步骤：将实体制造资源或制造能力进行服务抽象，获得制造服务模型；将实体制造资源或制造能力进行仿真抽象，获得仿真模型；将仿真模型与制造服务模型进行结合，形成包含仿真信息的云制造服务描述文件。与现有技术相比，本发明具有能够在云制造平台上发布云制造服务时在其描述文件中添加仿真所需要的信息，之后就能在服务优选过程中快速、方便地将云制造服务组合的候选方案转换成仿真模型，进行仿真，以便结合仿真结果对服务组合进行优选等优点。

Description

一种包含仿真信息的云制造服务描述文件的构建方法

技术领域

本发明涉及云制造服务领域，尤其是涉及一种包含仿真信息的云制造服务描述文件的构建方法。

背景技术

近几十年来，在市场应用需求的牵引下，在先进制造技术与迅猛发展的信息技术持续深化融合的推动下，制造业正以前所未有的深度和广度向前发展，呈现出“全球化、精益化、专业化、服务化、绿色化、智能化”的发展趋势。云制造是在制造业应用持续需求牵引以及新兴信息技术与制造技术深度融合的推动下，提出的一种新的制造业信息化模式与技术手段。云制造是一种基于网络的、面向服务的智慧化制造新模式和手段，它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的云服务池，并进行统一的集中的优化管理和经营，从而用户只要通过云端就能随时随地按需获取制造资源与能力服务。

云制造中的用户角色主要有三种，即资源提供者、制造云运营者、资源使用者。资源提供者通过对产品制造过程中的制造资源和制造能力进行感知、虚拟化接入，以制造服务的形式提供给云制造运营平台(制造云运营者)；制造云运营者主要实现对云服务池中的制造服务(即云制造服务)的高效管理、运营等，可根据资源使用者的应用请求，动态、灵活地为资源使用者提供服务；资源使用者能够在制造云运营平台的支持下，动态按需地使用各类云制造服务(接出)，并能实现多主体的协同交互。

云制造服务的过程一般包括服务发布、需求发布、服务匹配和优选、服务交易几个主要过程，如图1。

服务发布

资源提供者为了向云制造运营平台(制造云运营者)发布服务(即公开自己所能共享的制造资源服务或制造能力服务)，需要以某种标准的形式来对云制造服务进行描述。目前常用的一种标准格式就是符合OWL-S规范的服务描述方法(如对比文件3)。云制造服务的发布就是资源提供者把自己的制造服务按照某种标准格式，形成云制造服务描述文件，把这个文件传输给云制造运营平台，由云制造运营平台进行发布的过程。

需求发布

需求发布，就是资源使用者发布自己的云制造服务需求，将制造服务需求通过统一描述模板发布至云制造运营平台。例如，加工某批产品、需要完成某个设计等等。

服务匹配优选

服务匹配和优选，是根据资源使用者发布的服务需求，找到某个服务，为其提供云制造服务的过程。

在云制造系统中，根据用户需求或任务粒度，可以将用户需求分为单一资源服务需求任务和多资源服务需求任务。由于制造活动一般需要多个步骤来完成，因此在云制造服务执行过程中，更多的是多资源需求任务。多资源服务需求是指要完成一个制造加工任务，需要多种云制造服务按照一定的组合次序，依次执行共同完成。

由于云制造平台上服务众多，需要在海量的服务中选择符合客户需求的服务，形成服务组合。这个过程一般是用户在(云制造服务平台上)发布需求之后，根据制造加工的步骤要求，针对每一个步骤搜索符合各子任务需求的云制造服务形成待选云制造服务集合，然后根据制造加工的次序，依次从每个子任务的待选云制造服务集合中选择一个服务，形成能完成这个加工需求的服务组合。用户可能会选择形成多个服务组合，然后用某种评价方法，待选的服务组合进行评价，根据评价指标的优劣选择一个最佳的服务组合，作为自己的服务优选。具体流程如图2所示。

服务交易

用户选择完服务之后，就可以在云平台上进行制造服务的交易，实现自己的制造加工需求。

服务交易一般包含合同订立、制造加工、物流配送、产品签收、财务结算、服务评价等内容。

在服务优选过程中，对云制造组合服务的评价有很多种方法，利用仿真的方法进行云制造服务或云制造组合服务的评价是一种新兴的方法。该方法在复杂云制造组合服务的评价环节中表现更优，能避免基于算法的评价方法在复杂环境下难以套用公式并计算困难的缺陷。同时基于仿真的评价方法能将服务所对应的制造能力执行信息反馈给资源提供者，这些信息包括瓶颈工位、生产效率等。

由于目前云制造服务发布过程中，传统的云制造服务描述文件中没有包括服务仿真需要的信息，因此在云平台上的服务或一个服务组合不能方便地转换成仿真模型，也就不能快捷地利用仿真的方法对云制造服务组合进行评价。

目前对于云制造服务的描述方法主要包括基于通用XML格式的、基于WSDL形式的、基于OWL-S形式等。在众多描述语言中，OWL-S的表现更好，其用OWL语言描述的Web服务的本体，是基于语义Web的标准语言，同时被W3C推荐，即与其标准兼容。从描述能力、推理能力等几个方面来考察已有的本体描述语言(RDF、DAML+OIL等)，OWL-S综合能力最强。因此，本发明以OWL-S描述规范为标准，定义云制造服务描述文件。

目前为止并没有将仿真信息加入到基于OWL-S的云制造服务描述文件中的方法。

对比文件1(公开号为CN103020722A，一种支持制造能力按需使用和共享流通的云制造能力描述方法)给出了一种制造能力的多维信息模型，对制造能力描述模型中模糊信息和动态行为信息进行提取和分析，然后采用模糊描述逻辑来对模糊概念和模糊角色关系进行形式化表达，基于描述方法给出了制造能力的智能检索与推荐机制。但是该方法没有和仿真模型映射，没能通过仿真的方法对服务进行评价。

对比文件2(公开号为CN103473407A，一种云制造环境下机床装备服务能力建模方法)提出的服务能力建模方法是一种由物质信息分析提取方法、数学建模技术、STEP技术构成的机床装备信息标准化描述方法。该方法通过对机床装备信息进行分析提取、逻辑框架搭建、虚拟标准化描述建立统一的机床装备云制造服务能力模型,并可个性化配置模型信息参数。该方法能为云制造环境下机床装备虚拟化封装与展示、机床装备资源库的建立及机床装备资源基于语义的智能匹配等技术的实现奠定基础。但是该方法没有提供对仿真的支持，不能通过仿真的方法对服务模型进行评价。

对比文件3(公开号为CN104615671A，基于本体的制造能力多粒度描述框架及方法)公开了一种基于本体的制造能力多粒度描述系统，包括制造能力多粒度本体描述单元、制造能力发布模块、审核模块、制造能力本体描述单元管理单元。但是该文件所述的方法没有将制造能力抽象成仿真模型，也没有提供对仿真的支持。

对比文件4(公开号为CN102651735A，服务描述协议转换处理方法)提供一种服务描述协议转换处理方法，包括：应用模板文件描述的从WSDL文档到OWL-S文档的映射规则，从WSDL文档中提取服务描述信息；将所述服务描述信息添加到OWL-S描述模板文件中，生成OWL-S文档。但是该方法在描述协议转换的过程中没有考虑到对OWL-S文件进行扩展，没有添加仿真模型的映射规则。

目前为止并没有将仿真的方法应用到云服务制造服务或者云制造组合服务的评价中，也没有将仿真信息加入到基于OWL-S的云制造服务描述文件中的方法。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种包含仿真信息的云制造服务描述文件的构建方法。本发明所述技术方案能够在云制造平台上发布云制造服务时在其描述文件中添加仿真信息，以便能够在服务选择以及服务组合后方便地形成仿真模型，对云制造服务及其组合进行仿真评价。云制造服务的优选或云制造组合服务的优选有很多种方法，利用仿真的方法进行云制造服务或云制造组合服务的评价是一种新兴的方法。在这个过程中，如果云制造服务的描述文件能带有仿真信息，就能快速、方便地将云制造服务或云制造服务组合的候选方案转换成仿真模型，进行仿真评价。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种包含仿真信息的云制造服务描述文件的构建方法，所述的方法包括以下步骤：

S1、将实体制造资源或制造能力进行服务抽象，获得制造服务模型；

S2、将实体制造资源或制造能力进行仿真抽象，获得仿真模型；

S3、将仿真模型与制造服务模型进行结合，形成包含仿真信息的云制造服务描述文件。

S1具体为：

S101、获取实体制造资源或制造能力特征，将实体制造资源或制造能力数据化表示；

S102、将数据化后的实体制造资源或制造能力封装成类；

S103、使用JAX-WS，根据类的信息生成WSDL描述文件；

S104、基于WSDL描述文件生成制造服务模型。

S2具体为：

S201、获取实体制造资源或制造能力特征；

S202、选择与实体制造资源或制造能力特征相适应的仿真平台；

S203、根据仿真平台特点，利用实体制造资源或制造能力特征建立制造资源或制造能力对应的仿真对象；

S204、抽取仿真对象要素，构建XML格式的描述文件，即仿真模型。

S204中所述的仿真对象要素包括：对象UUID，对象类型，对象名称，<对象属性名，对象属性值>，<对象方法名，对象方法值>。

所述的UUID为通用唯一识别码。

S3中所述的将仿真模型与制造服务模型进行结合具体为：

S301、将制造服务模型的WSDL描述文件转换为OWL-S描述文件，并构建基于OWL-S规范的描述文件；

S302、将仿真模型加入到基于OWL-S规范的描述文件中。

将仿真模型加入到对应服务的OWL-S描述文件中，具体为：

S3021、找到基于OWL-S规范的描述文件中的<grounding:WsdlGrounding>节点；

S3022、在<grounding:WsdlGrounding>节点下添加<grounding:SimInfo>节点，即一个<grounding:SimInfo></grounding:SimInfo>标记对；

S3023、在<grounding:SimInfo>和</grounding:SimInfo>标记中间，插入该服务对应的仿真模型；

S3024、完成仿真模型的添加。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

1、本发明在制造资源或制造能力抽象成制造服务的过程中，同时构建针对制造资源或制造能力的仿真模型，形成基于XML规范的仿真模型描述文件，使得本发明所述技术方案能够在云制造平台上发布云制造服务时在其描述文件中添加仿真所需要的信息；

2、在制造服务发布到云平台的时候，把仿真模型信息加入云服务描述文件中(基于OWL-S形式的文件中)，便于能够在服务选择以及服务组合后方便地形成仿真模型，对云制造服务及其组合进行仿真评价；

3、基于本发明的方法，云平台在对云制造服务评价或者对云制造组合服务进行评价的时候，可以利用云制造服务基于OWL-S形式的描述文件中的仿真模型信息，快速构建成整个云制造服务过程或者云制造组合服务过程的仿真模型，进而可以用仿真的方法对云制造服务或者云制造组合服务进行评价。

附图说明

图1为现有云制造服务过程；

图2为现有云制造服务匹配优选过程；

图3为传统的云制造服务发布过程；

图4为本发明公开的云制造服务描述文件的构建方法；

图5为服务抽象过程；

图6为仿真抽象过程；

图7为服务发布步骤图；

图8为添加仿真信息的过程；

图9为组合服务过程。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都应属于本发明保护的范围。

本发明所述技术方案能够在云制造平台上发布云制造服务时在其描述文件中添加仿真信息，以便能够在服务选择以及服务组合后方便地形成仿真模型，对云制造服务及其组合进行仿真评价。

本发明所述的包含仿真信息的云制造服务描述文件的构建方法主要包括以下步骤：

S2、将实体制造资源或制造能力进行服务抽象，获得仿真模型；

S3、制造服务模型与仿真模型进行组合，形成包含仿真信息的云制造服务描述文件。

详细步骤说明：

1、服务抽象就是将物理的制造资源抽象化成符合Web Service表示规范的过程。首先需要明确实体制造资源或制造能力的概念，用对应的数据结构将实体资源数据化表示；其次，通过面向对象的思想将实体制造资源或制造能力封装成类；最后，通过JAX-WS框架，根据类信息生成WSDL文档，WSDL(Web服务描述语言)对制造资源与制造能力进行描述，形成制造资源或制造能力的一个WSDL文件。本发明的服务抽象过程如图5所示。

2、仿真抽象是通过传统仿真建模的方法将制造资源映射为仿真平台的仿真模型。一般而言，对于制造资源或制造能力，用基于离散事件仿真的思想构建仿真模型是比较常见的。该阶段将制造资源划分为加工工位粒度、生产线粒度、车间粒度，不同粒度的制造资源映射为相应的仿真对象。这个过程就是把制造资源或制造能力抽象成仿真模型的过程，如图6所示。

步骤201：分析制造资源或制造能力的特征，例如，需要发布服务的是一台机床的加工能力，还是一条生产线的加工能力。

步骤202:选择仿真平台。可以选择针对生产系统进行仿真的各类仿真软件平台。优选地，本发明选择西门子公司的Plant Simulation软件(前身是em-plant软件。)作为仿真平台。

步骤203:建立仿真对象。在仿真模型的选择上，不同的粒度的制造资源或制造能力可以映射成不同的仿真对象。例如，可以把一个机床抽象成仿真平台上的Singleproc对象；可以把一个工人服务能力抽象成Exporter对象，或者把一个工人资源抽象成worker对象；可以把一条生产线抽象成frame对象，等等。

步骤204:建立XML描述文档。

抽取仿真对象的基本要素构建XML描述文档。

基本要素可以是包括：(对象UUID，对象类型，对象名称，<对象属性名，对象属性值>，<对象方法名，对象方法值>)等基本组成。其中，一个对象只能对应一个对象UUID(通用唯一识别码)，一个对象类型和对象名称，但是可以有多个<对象属性名，对象属性值>、<对象方法名，对象方法值>对，表示对象的多个属性和多个方法。

XML文档可以自行定义格式规范，也可以遵循某个通用的规范，例如，SRML规范。最终形成的资源仿真模型，就是一个符合XML规范的描述文件。

3、服务发布/仿真信息添加

服务发布模块，是把制造服务模型和仿真模型组合起来，形成云制造服务平台上统一的云制造服务描述文件的过程。基本步骤见图7。

步骤301：将制造服务模型(一般为基于WSDL规范的描述文件)转换为更利于扩展和推理的OWL-S描述，提取WSDL文件中各服务的名称、参数、数据类型等信息，并以此为基础构建基于OWL-S规范的描述文件。

对比文件4公开了一种转换方法。

步骤302：将仿真模型加入到对应服务的OWL-S描述文件中，基本步骤见图8。

可在OWL-S的grounding节点中扩展一个名为“SimInfo”的节点用于记录仿真模型信息。形成包含仿真信息的云制造服务描述文件(基于扩展OWL-S规范的描述文件)。

步骤3021：根据OWL-S文件的规范，一个OWL-S文件都包括<grounding:WsdlGrounding>节点；找到该节点；

步骤3022:在该节点下，添加<grounding:SimInfo>节点，即一个<grounding:SimInfo></grounding:SimInfo>标记对。

步骤3023：在<grounding:SimInfo>和</grounding:SimInfo>标记中间，插入该服务对应的仿真模型，即符合XML格式的描述文件内容。

步骤3024：完成信息的添加。

不失一般性，整个过程(S1-S4)可以是通过软件来部分自动完成，也可以通过人工完成。

添加了仿真模型信息的服务描述文件可发布在云平台上。

图3是目前传统的云制造服务描述文件的构建方法。其中，云制造服务描述文件按照OWL-S的规范进行构建。

本发明主要特点：

1、实体制造资源或制造能力(如机床)抽象成制造服务模型的时候，也同时抽象成资源仿真模型，如图4；

2、制造服务模型一般基于Web Service规范进行描述，一般用WSDL形式来进行服务描述，其结果是一个符合WSDL规范的文件；

3、资源仿真模型可以是基于离散事件仿真系统的模型(或模型单元)。其结果是针对某个仿真系统里面的具体仿真对象一个XML描述文件；

4、服务抽象、仿真抽象过程可以是人工完成的；

5、通过云制造“服务发布模块”，把基于Web Service规范的服务模型转换成符合OWL-S描述规范所表示的云制造服务模型，其结果是一个符合OWL-S规范的文件。

本发明对标准的OWL-S描述规范进行扩展，在描述文件中带有仿真信息。最终形成云制造服务平台上可以发布的带仿真信息的云制造服务描述文件；

6、仿真信息加载在OWL-S描述规范中的grounding节点下。

实施例

某种产品，例如，主轴，其加工假定分成4个大的步骤：①毛坯加工；②粗加工；③精加工；④检验打标

根据云服务的一般过程，应用如下：

(1)服务发布

Step1：服务抽象

假设有企业A和B，分别能够提供针对主轴的毛坯加工、粗加工、精加工和检验打标的制造服务。则这些企业可以把自己的制造能力封装成WSDL描述的制造服务模型，分别形成有：主轴毛坯A.WSDL、主轴粗加工A.WSDL、主轴精加工A.WSDL、主轴检验打标A.WSDL、主轴毛坯B.WSDL、主轴粗加工B.WSDL、主轴精加工B.WSDL、主轴检验打标B.WSDL八个描述文件。其中，主轴毛坯A.WSDL文件是企业A提供针对主轴毛坯加工制造服务能力的服务模型。

Step2：仿真抽象

根据企业A和企业B的制造资源特点，分别构建企业A和企业B的制造资源或制造能力的仿真模型。

企业A进行主轴毛坯加工的为毛坯工位，在plant simulation软件(以下简称PSim软件)上对应为一个SingleProc仿真对象；然后根据其仿真对象的特点，构建XML文档，为主轴毛坯加工仿真A.XML。文档内容见下下面文档：

依次类推，形成主轴粗加工仿真A.XML，主轴精加工仿真A.XML，主轴检验打标仿真A.XML等文件。

企业B也类似形成有主轴毛坯加工仿真B.XML，主轴粗加工仿真B.XML，主轴精加工仿真B.XML，主轴检验打标仿真B.XML文件。

Step3：服务发布/仿真信息添加

①把WSDL文件转换成OWL-S文件；如把主轴毛坯A.WSDL转换成符合OWL-S规范的主轴毛坯A.OWL文件；

②以人工仿真信息添加为例，用编辑软件如windows系统自带的“记事本”软件，打开主轴毛坯A.OWL，找到<grounding:WsdlGrounding>节点，添加<grounding:SimInfo>节点，在<grounding:SimInfo>和</grounding:SimInfo>标记中间，添加主轴毛坯加工仿真A.XML文件的内容；

③保存文档。并且把“主轴毛坯A.OWL”文件发布到云制造服务平台上。

④依次转换、添加其它服务的文件，并进行发布。

(2)需求发布

企业C需要制造一批主轴。在云制造服务平台上发布需求信息。

(3)服务匹配和优选

根据主轴生产的特点，把制造主轴的任务分解成毛坯-粗加工-精加工-检验打标四个子任务。

由于企业A和企业B都能提供主轴毛坯加工等子任务的制造服务，因此，每个子任务都有2个企业备选。

2个企业备选，可以形成16种不同的服务组合：

AAAA,AAAB,AABA,AABB,ABAA,ABBA,ABBB,BAAA,BBAA,BBBA,BBBB,BABB,BAAB,BABA,BABB,BBAB

其中，AAAA表示毛坯、粗加工、精加工、检验都选择企业A的服务；BABA表示毛坯加工选择企业B，粗加工选择企业A，精加工选择企业B，检验选择企业A。依次类推；

根据每种组合，构建仿真模型。例如，针对BABA，从服务组合过程可以得到主轴毛坯B.OWL、主轴粗加工A.OWL、主轴精加工B.OWL、主轴检验打标A.OWL四个服务描述文件。每个服务描述文件中都包含对应的仿真对象信息(XML格式的)。服务组合步骤见图9。组合方案BABA对应的组合服务描述文件见如下文档：

步骤901：读取需要各个原子服务的OWL-S描述文件以待后续组合。

步骤902：创建基本的OWL-S文件结构，生成OWL-S的Service、Profile、CompositeProcess、Grounding节点。

步骤903：选择合适的组合服务执行过程(顺序、循环、选择、并行等)组合原子服务，创建组合服务执行过程的输入输出。

步骤904：根据组合服务执行过程设置Profile(将组合过程的输入输出信息添加到Profile)，并往Profile中添加对该组合服务的描述信息。

步骤905：读取各原子服务的Grounding节点信息，并添加到组合服务的Grounding节点中。

在仿真平台(如Plant Simulation软件)上，根据仿真对象信息，以及服务组合过程(毛坯-粗加工-精加工-检验这个顺序关系)，可以构建仿真环境。利用该环境，可以仿真出这个服务组合所需要的时间、成本、资源利用率等结果。

分别针对其它组合，如BBBA、ABAB等，得到时间、成本、资源利用率等指标。

比较这些指标，从16种组合中优选一种好的组合。根据客户不同的需求，可以选择时间最少或成本最少或资源利用率最高的一种组合。

(4)服务交易

根据选择的某种组合，可以进行云制造服务的交易执行。

本发明公开了一种包含仿真信息的云制造服务描述文件的构建方法。本发明所述技术方案能够在云制造平台上发布云制造服务时在其描述文件中添加仿真所需要的信息，之后就能在服务优选过程中快速、方便地将云制造服务组合的候选方案转换成仿真模型，进行仿真，以便结合仿真结果对服务组合进行优选。

本发明主要工作在服务发布阶段。如果没有本发明的工作，则在服务匹配和优选阶段，不能根据服务组合(如BABA)构建仿真环境对服务组合进行仿真，也就是不能方便地得到时间、成本、资源利用率等指标，也就不能方便地对服务组合进行比较评价。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到各种等效的修改或替换，这些修改或替换都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

Claims

1.一种包含仿真信息的云制造服务描述文件的构建方法，其特征在于，所述的方法包括以下步骤：

S1、将实体制造资源或制造能力进行服务抽象，获得制造服务模型，具体为：

S102、将数据化后的实体制造资源或制造能力封装成类；

S103、使用JAX-WS，根据类的信息生成WSDL描述文件；

S104、基于WSDL描述文件生成制造服务模型；

S2、将实体制造资源或制造能力进行仿真抽象，获得仿真模型，具体为：

S201、获取实体制造资源或制造能力特征；

S204、抽取仿真对象要素，构建XML格式的描述文件，即仿真模型；

S3、将仿真模型与制造服务模型进行结合，形成包含仿真信息的云制造服务描述文件，将仿真模型与制造服务模型进行结合具体为：

S302、将仿真模型加入到基于OWL-S规范的描述文件中，具体为：

S3024、完成仿真模型的添加。

2.根据权利要求1所述的一种包含仿真信息的云制造服务描述文件的构建方法，其特征在于，S204中所述的仿真对象要素包括：对象UUID，对象类型，对象名称，<对象属性名，对象属性值>，<对象方法名，对象方法值>。

3.根据权利要求2所述的一种包含仿真信息的云制造服务描述文件的构建方法，其特征在于，所述的UUID为通用唯一识别码。