CN108446815A - 一种基于云制造资源的制造能力建模方法 - Google Patents

一种基于云制造资源的制造能力建模方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种基于云制造资源的制造能力建模方法，包括：获取制造资源和制造能力；利用所述制造资源构建制造资源描述模型；利用所述制造能力结合所述制造资源描述模型构建制造能力模型。在本实施例中，通过构建原子制造能力模型，对于抽象模糊的制造能力进行了详细的描述，而且由原子制造能力模型可组合更为复杂制造能力，通过分解制造任务，完成制造能力与制造任务之间的映射，方便制造任务的实施，并采用XML文档存储，方便不同制造能力进行属性的扩展和裁剪。

Description

一种基于云制造资源的制造能力建模方法
技术领域
本发明属于云制造领域，具体涉及一种基于云制造资源的制造能力建模方法。
背景技术
云制造是在“制造即服务”概念的基础上，借用云计算的思想，利用信息技术实现制造资源的高度共享，建立共享制造资源的公共服务平台，将巨大的社会制造资源连接在一起形成制造资源池，来提供各种制造服务，实现了制造资源高效利用，以及制造资源与服务的开放协作、社会资源高度共享。
目前，根据云制造资源的存在形式及使用方式的不同，云制造资源可以分为制造资源和制造能力。而制造能力的研究尚处于初步发展阶段，现有的研究成果中，有研究成果初步探讨了制造能力描述问题，示例性的给出了制造能力的四元组描述模型，也有研究成果提出了云制造服务供需能力模型应该包括能力模型、需求模型、企业整体能力模型等，对云制造环境下制造能力进行了简单的描述。
然而，给出了制造能力的四元组描述模型的研究中，并没有细致的分析各类制造能力的内涵以及分类，而且现有的研究中，没有具体论述如何描述制造能力，也没有具体论述如何封装制造能力以及服务。这些，在云制造领域给人们带来很大的困扰。
发明内容
为了解决现有技术中存在的上述问题，本发明提供了一种基于云制造资源的制造能力建模方法。本发明要解决的技术问题通过以下技术方案实现：
一种基于云制造资源的制造能力建模方法，包括：
获取制造资源和制造能力；
利用所述制造资源构建制造资源描述模型；
利用所述制造能力和所述制造资源描述模型构建制造能力模型。
在本发明的一个实施例中，利用所述制造资源构建制造资源描述模型包括：
根据所述制造资源得到制造资源对象；
确定所述制造资源对象的多种属性；
利用所述制造资源对象以及对应的所述多种属性构建所述制造资源描述模型。
在本发明的一个实施例中，所述制造资源描述模型包括制造资源的基本属性、制造资源的使用属性、制造资源的状态属性和制造资源的功能属性。
在本发明的一个实施例中，所述制造资源的基本属性包括所述制造资源的编码、名称、型号、版本、类型、简介、提供者、位置、联系方式信息中的一种或多种；
所述制造资源的使用属性包括所述制造资源的可用时间、价格标准、客户评价信息中的一种或多种；
所述制造资源的状态属性包括所述制造资源的闲忙状态、已完成的任务、正在排队的任务信息中的一种或多种；
所述制造资源的功能属性包括所述制造资源的功能编码、功能类型、功能简介和性能指标中的一种或多种。
在本发明的一个实施例中，利用所述制造能力结合所述制造资源描述模型构建制造能力模型包括：
根据所述制造能力得到制造能力对象；
根据所述制造能力对象和所述制造资源描述模型构建原子制造能力模型。
在本发明的一个实施例中，所述制造能力模型包括制造能力的基本属性、制造能力的使用属性、制造能力的状态属性、制造能力的主体资源和制造能力的关联关系。
在本发明的一个实施例中，所述制造能力的基本属性包括所述制造能力的编码、名称、类型、简介、提供者以及所处位置信息中的一种或多种；
所述制造能力的使用属性包括所述制造能力的可用时间、价格标准、客户评价信息中的一种或多种；
所述制造能力的状态属性包括所述制造能力的当前闲忙状态、已完成的任务、正在排队的任务信息中的一种或多种；
所述制造能力的主体资源为所述制造资源描述模型信息；
所述制造能力的关联关系包括所述制造能力内部关系和所述制造能力之间的关系。
在本发明的一个实施例中，所述主体资源通过所述制造资源描述模型构建而成。
在本发明的一个实施例中，所述构建制造能力模型之后还包括对所述制造能力封装。
与现有技术相比，本发明的有益效果：
1)云制造资源覆盖面较为全面，可描述软、硬资源及抽象、模糊的制造能力，并且对制造能力进行建模，详细的描述了制造能力；
2)制造能力采用层次化结构，由原子制造能力模型可组合更为复杂制造能力；
3)通过分解制造任务，完成制造能力与制造任务之间的映射，方便制造任务的实施；
4)采用XML文档存储，方便不同制造能力进行属性的扩展和裁剪。
附图说明
图1为本发明实施例提供的一种基于云制造资源的制造能力建模方法的流程图；
图2为本发明实施例提供的一种基于云制造资源的制造能力建模方法的建模封装使用流程图；
图3为本发明实施例提供的一种基于云制造资源的制造能力建模方法的制造资源结构示意图；
图4为本发明实施例提供的一种基于云制造资源的制造能力建模方法的制造能力结构示意图。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明做进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。
实施例一
请参见图1，图1为本发明实施例提供的一种基于云制造资源的制造能力建模方法的流程图。一种基于原子模型的云制造能力的建模使用方法，具体的，该方法包括以下步骤：
步骤1、获取制造资源和制造能力；
步骤2、利用所述制造资源构建制造资源描述模型；
步骤3、利用所述制造能力和所述制造资源描述模型构建制造能力模型。
其中，对于步骤2，可以包括：
步骤21、根据所述制造资源得到制造资源对象；
步骤22、确定所述制造资源对象的多种属性；
步骤23、利用所述制造资源对象以及对应的所述多种属性构建所述制造资源描述模型。
进一步地，步骤2中的所述制造资源描述模型包括制造资源的基本属性、制造资源的使用属性、制造资源的状态属性和制造资源的功能属性。
进一步地，所述制造资源的基本属性包括所述制造资源的编码、名称、型号、版本、类型、简介、提供者、位置、联系方式信息中的一种或多种；
所述制造资源的使用属性包括所述制造资源的可用时间、价格标准、客户评价信息中的一种或多种；
所述制造资源的状态属性包括所述制造资源的闲忙状态、已完成的任务、正在排队的任务信息中的一种或多种；
所述制造资源的功能属性包括所述制造资源的功能编码、功能类型、功能简介和性能指标中的一种或多种。
其中，对于步骤3，可以包括：
步骤31、根据所述制造能力得到制造能力对象；
步骤32、根据所述制造能力对象和所述制造资源描述模型构建原子制造能力模型。
进一步地，步骤3中的所述制造能力模型包括制造能力的基本属性、制造能力的使用属性、制造能力的状态属性、制造能力的主体资源和制造能力的关联关系。
进一步地，所述制造能力的基本属性包括所述制造能力的编码、名称、类型、简介、提供者以及所处位置信息中的一种或多种；
所述制造能力的使用属性包括所述制造能力的可用时间、价格标准、客户评价信息中的一种或多种；
所述制造能力的状态属性包括所述制造能力的当前闲忙状态、已完成的任务、正在排队的任务信息中的一种或多种；
所述制造能力的主体资源为所述制造资源描述模型信息；
所述制造能力的关联关系包括所述制造能力内部关系和所述制造能力之间的关系。
进一步地，所述主体资源通过所述制造资源描述模型构建而成。
其中，在步骤3之后还可以包括：对所述制造能力封装。
本实施例提供一种基于原子模型的云制造能力的建模使用方法，通过云制造资源进行分类，分别构建制造资源模型和制造能力模型，并将云制造任务分解，最后，将制造能力进行封装，实现制造能力与制造任务的映射。本实施例对制造能力进行了建模，并且对制造能力进行了详细的描述，更加方便的制造能力的应用。
实施例二
请参图2、图3和图4，图2为本发明实施例提供的一种基于云制造资源的制造能力建模方法的建模封装使用流程图；图3为本发明实施例提供的一种基于云制造资源的制造能力建模方法的制造资源结构示意图；图4为本发明实施例提供的一种基于云制造资源的制造能力建模方法的制造能力结构示意图。一种基于原子模型的云制造能力的建模使用方法，包括以下步骤：
步骤1、对云制造资源进行分类
根据云制造资源的存在形式及使用方式的不同，将云制造资源分为制造资源和制造能力。其中，制造资源为物理存在的、具有静态传输介质的一种资源形式，如加工设备、仿真软件、模型、知识等客观存在的物理资源。制造能力为在某一具体活动过程中产生，体现了一种对制造资源配置和整合的能力，反映了制造企业或实体完成某一任务及预期目标的水平，包含了制造全生命周期过程中的各类能力，如设计能力、仿真能力、生产加工能力等。制造资源是制造能力形成的基础。
步骤2、构建制造资源描述模型
如图3所示，采用面向对象的思想把现实的各种实体抽象为对象，则每个对象包含若干个属性，这些属性用来描述对象的形态、组成等特征。属性也可以是对象，也可能包含其他对象作为其属性，这种递归引用对象的过程可以组成更加复杂的对象。不同类型的制造资源之间存在着很大的差异，实现的功能也不同，但相互之间最大的差异是资源本身的信息。将云制造资源下的制造资源看作对象，它的属性也是多种多样的。制造资源属性分为静态属性(基本属性、功能属性)和动态属性(状态属性)，静态属性是指资源的标志信息，如资源名称、功能、使用情况等静态描述信息；动态属性指制造资源的活动状态，如资源资源的可用性、任务状态等动态描述信息。
将一个制造资源由一个四元属性组描述，即将制造资源映射成为四元属性组，构建制造资源描述模型，其中，四元属性组包括制造资源的基本属性、制造资源的使用属性、制造资源的状态属性和制造资源的功能属性
优选地，制造资源的基本属性为制造资源的编码、名称、型号或版本、类型、简介、提供者、位置、联系方式等信息；制造资源的使用属性为制造资源的可用时间、价格标准和客户评价等信息；制造资源的状态属性为制造资源的闲忙状态、已完成的任务和正在排队的任务等信息；制造资源的功能属性为制造资源的功能编码、功能类型、功能简介和性能指标，其中，性能指标还包括包括生产能力、精度能力、尺寸能力、刀库参数等。例如，一个制造资源描述模型由一个四元组表示为：
Resource＝(ResBasicInfo，ResUseInfo，ResStatusInfo，ResFunctionInfo)，其中，ResBasicInfo指制造资源的基本信息，ResUseInfo指制造资源的使用信息，ResStatusInfo指的制造资源的状态信息，ResFunctionInfo描述该资源的功能信息。
ResBasicInfo的描述方式如下
ResBasicInfo＝(ResID，ResName，ResModel，ResType，ResBrief，ResProducer，ResLocation，ResContact…)，其中，ResID指的制造资源编码，ResName指的制造资源名称，ResModel指制造资源的型号或软件版本，ResType指的制造资源类型，ResBrief指的制造资源简介，ResProducer指的制造资源提供者，ResLocation指的制造资源所处位置，ResContact指的制造资源所有者的联系方式。该属性可根据具体制造能力进行扩展。
ResUseInfo的描述方式如下
ResUseInfo＝(ResAvaTime，ResPrice，ResEvaluation,…)，其中，ResAvaTime指的制造资源可用时间，ResPrice指的制造资源价格标准，ResEvaluation指的制造资源的客户评价。
ResStatusInfo的描述方式如下
ResStatusInfo＝(ResCurrState，ResComTask，ResQueTask,…)，其中，ResCurrState表示制造资源当前闲忙状态，ResComTask表示已完成的任务，ResQueTask表示正在排队的任务。
ResFunctionInfo的描述方式如下
ResFunctionInfo＝(FuncID，FuncType，FuncBrief，PerfoIndex)，其中，FuncID为功能编码，FuncType为功能类型，FuncBrief为功能简介，PerfoIndex指的性能指标，包括生产能力(ProduAbility)，精度能力(AccurAbility)，尺寸能力(SizeAbility)，刀库参数(ToolMagazine)。
步骤3、构建制造能力模型
如图4所示，在云制造资源环境中，由于一些云制造资源无法直接通过网络进行使用，因此这些云制造资源往往以制造能力的形式提供给用户，制造能力除了制造资源的一些基本属性和状态属性之外，还包含若干制造资源以及所包含的若干制造资源之间的关联关系，和外部其他制造能力的关联关系。所以，在制造资源的基础上，将制造能力抽象为对象，即将制造能力分解为多个属性。
优选地，将制造能力映射成五元属性组，构建原子制造能力模型，即将制造能力看成类似原子的结构，那么不同制造能力则可以看成由不同原子制造能力组合而成的，其中，五元属性组包括制造能力的基本属性、制造能力的使用属性、制造能力的状态属性、制造能力的主体资源和制造能力的关联关系。
优选地，制造能力的基本属性为制造能力的编码、名称、类型、简介、提供者以及所处位置等信息；制造能力的使用属性为制造能力的可用时间、价格标准以及客户评价等信息；制造能力的状态属性为制造能力的当前闲忙状态、已完成的任务以及正在排队的任务等信息；制造能力的主体资源为制造资源；制造能力的关联关系为制造能力形成过程中调用制造资源之间的关系，以及和外部其他制造能力的关系。
优选地，制造能力形成过程中调用资源之间的关系(内部关联)包括：并行、顺序、循环和选择的关系。制造能力之间的关联关系，包括功能相似、需求相似、协作相似和竞争相似。例如，一个制造能力模型由一个五元组表示为：
AtomCapModel＝(CapBasicInfo，CapUseInfo，CapStatusInfo，MajorResource，Relation)，其中，CapBasicInfo指制造能力的基本信息，CapUseInfo指制造能力的使用信息，CapStatusInfo指的制造能力的状态信息，MajorResource指制造能力所包含的核心制造资源，Relation表示该原子制造能力与其他制造能力的关联关系。
CapBasicInfo的描述方式如下
CapBasicInfo＝(CapID，CapName，CapType，CapBrief，CapProducer，CapLocation，…)，其中CapID指的制造能力编码，CapName指的制造能力名称，CapType指的制造能力类型，CapBrief指的制造能力简介，CapProducer指的制造能力提供者，CapLocation指的制造能力所处位置。该属性可根据具体制造能力进行扩展。
CapUseInfo的描述方式如下
CapUseInfo＝(CapAvaTime，CapPrice，CapEvaluation，…)，其中，CapAvaTime指的制造能力可用时间，CapPrice指的制造能力价格标准，CapEvaluation指的制造能力的客户评价。
CapStatusInfo的描述方式如下
CapStatusInfo＝(CapCurrState，CapComTask，CapQueTask,…)，其中，CapCurrState表示制造能力当前闲忙状态，CapComTask表示已完成的任务，CapQueTask表示正在排队的任务。
MajorResource的描述方式如下
MajorResource＝(ResID1，ResID2，ResID3，…)其中Res1，Res2，Res3表示上述已经描述完成的制造资源编码。
Relation的描述方式如下
Relation＝(InternalRelation，ExternalRelation)其中InternalRelation表示制造能力形成过程中调用制造资源的组织过程，各制造资源之间的并行(Synchronization)、顺序(Sequence)、循环(Loop)及选择(Swich)的关系，可进一步表示如下
InternalRelation＝(Synchronization,Sequence,Loop,Swich)，如某一制造能力涉及ResID1与ResID2的顺序关系，此时表示为Sequence(ResID1,ResID2)。
ExternalRelation指制造能力之间的关联关系，包括功能相似(FuncSimilar)、需求相似(ReqSimilar)、协作(Cooperation)、竞争(Compete)。
ExternalRelation＝(FuncSimilar，ReqSimilar，Cooperation，Compete)，如制造能力CapID1与CapID2为功能相似关系，则表述为FuncSimilar(CapID1，CapID2)。
步骤4、对制造任务进行分解
结合制造活动生命周期特点，对云制造任务进行分类，对于指定的制造任务，按照其在制造活动的生命周期中的阶段进行归类。
优选地，对归类的任务进行分解，根据任务流程将制造任务分解为若干个子任务，对于不可再分的子任务称为原子任务，其中，将其描述为原子任务为不可再分的任务。原子任务通过其基本信息属性、目标属性、约束条件属性、所需制造资源集合以及原子任务之间的组合关系进行描述。
步骤5、制造能力封装使用
根据云制造资源的分类方法，根据制造资源描述模型针对每一类资源创制造建资源描述模板，该模板采用XML Schema格式的文档保存
优选地，使用JAXB(Java Architecture for XML Binding)技术，在web系统中将上述XML Schema文档生成为Java类文件，并且生成相应的web页面，提供给云制造资源服务提供者输入制造资源的详细属性，保存至web系统后再将制造资源生成为XML格式的描述文件，完成具体制造资源的实例化。
优选地，将实例化的制造资源描述文件的索引和文件本身，提交给制造资源封装模块，制造资源封装模块获得制造资源实现类的相关信息并部署到云制造资源服务库，其中，制造资源名称和任务属性存储在索引中。
优选地，云制造资源服务提供者在web系统中填写制造能力的基本信息，并在资源服务库中选择制造能力所需的制造资源，编辑制造资源之间的关系，以及与现有制造能力之间的关系，完成一个原子制造能力的描述。由制造能力提供者在制造资源服务库中选择制造资源并规定资源的内部调用关系，实例化原子制造能力，并在Web系统将提交好的原子制造能力保存为XML文件。
优选地，根据制造任务描述中基本属性、功能属性和使用属性对云制造资源库中制造资源的基本属性、功能属性、使用属性进行语义搜索，按照给定的匹配度进行匹配。对于单一制造资源能够直接满足的原子任务，建立制造资源与原子任务的映射。对于单个制造资源难以满足的原子任务，建立原子制造能力与原子任务的映射。将映射后的资源或能力名称描述到任务的制造资源合集属性中。按照原子任务-子任务-任务的过程自底向上完成制造任务需求与制造资源的匹配。将原子任务、子任务的关系描述到制造任务描述的原子任务之间的组合关系属性中。至此，完成云制造资源到制造任务直接的映射。
在本实施例中，通过构建原子制造能力模型，对于抽象模糊的制造能力进行了详细的描述，而且由原子制造能力模型可组合更为复杂制造能力，通过分解制造任务，完成制造能力与制造任务之间的映射，方便制造任务的实施，并采用XML文档存储，方便不同制造能力进行属性的扩展和裁剪。
以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种基于云制造资源的制造能力建模方法，其特征在于，包括：
获取制造资源和制造能力；
利用所述制造资源构建制造资源描述模型；
利用所述制造能力和所述制造资源描述模型构建制造能力模型。
2.根据权利要求1所述的制造能力建模方法，其特征在于，利用所述制造资源构建制造资源描述模型包括：
根据所述制造资源得到制造资源对象；
确定所述制造资源对象的多种属性；
利用所述制造资源对象以及对应的所述多种属性构建所述制造资源描述模型。
3.根据权利要求1所述的制造能力建模方法，其特征在于，所述制造资源描述模型包括制造资源的基本属性、制造资源的使用属性、制造资源的状态属性和制造资源的功能属性。
4.根据权利要求3所述的制造能力建模方法，其特征在于，所述制造资源的基本属性包括所述制造资源的编码、名称、型号、版本、类型、简介、提供者、位置、联系方式信息中的一种或多种；
所述制造资源的使用属性包括所述制造资源的可用时间、价格标准、客户评价信息中的一种或多种；
所述制造资源的状态属性包括所述制造资源的闲忙状态、已完成的任务、正在排队的任务信息中的一种或多种；
所述制造资源的功能属性包括所述制造资源的功能编码、功能类型、功能简介和性能指标中的一种或多种。
5.根据权利要求1所述的制造能力建模方法，其特征在于，利用所述制造能力结合所述制造资源描述模型构建制造能力模型包括：
根据所述制造能力得到制造能力对象；
根据所述制造能力对象和所述制造资源描述模型构建原子制造能力模型。
6.根据权利要求1所述的制造能力建模方法，其特征在于，所述制造能力模型包括制造能力的基本属性、制造能力的使用属性、制造能力的状态属性、制造能力的主体资源和制造能力的关联关系。
7.根据权利要求6所述的制造能力建模方法，其特征在于，所述制造能力的基本属性包括所述制造能力的编码、名称、类型、简介、提供者以及所处位置信息中的一种或多种；
所述制造能力的使用属性包括所述制造能力的可用时间、价格标准、客户评价信息中的一种或多种；
所述制造能力的状态属性包括所述制造能力的当前闲忙状态、已完成的任务、正在排队的任务信息中的一种或多种；
所述制造能力的主体资源为所述制造资源描述模型信息；
所述制造能力的关联关系包括所述制造能力内部关系和所述制造能力之间的关系。
8.根据权利要求6所述的制造能力建模方法，其特征在于，所述主体资源通过所述制造资源描述模型构建而成。
9.根据权利要求1所述的建模使用方法，其特征在于，所述构建制造能力模型之后还包括对所述制造能力封装。
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