鄭 棣，樊銀亭

（1.鄭州信息技術(shù)學(xué)校，河南 鄭州450000；2.中原工學(xué)院 計(jì)算機(jī)學(xué)院，河南 鄭州450007）

0 引言

云制造[1]是一種利用網(wǎng)絡(luò)和云制造服務(wù)平臺(tái)，按用戶需求組織網(wǎng)上制造資源（制造云），為用戶提供各類按需服務(wù)的網(wǎng)絡(luò)化制造新模式。云制造技術(shù)將現(xiàn)有的網(wǎng)絡(luò)化制造和服務(wù)技術(shù)同云計(jì)算、云安全、高性能計(jì)算、物聯(lián)網(wǎng)等技術(shù)融合，將各類制造資源（制造硬設(shè)備、計(jì)算系統(tǒng)、軟件、模型、數(shù)據(jù)、知識(shí)等）統(tǒng)一、集中地智能化管理和經(jīng)營(yíng)，為制造全生命周期過程提供可隨時(shí)獲取、按需使用、安全可靠、優(yōu)質(zhì)廉價(jià)的各類制造服務(wù)。云制造貫穿產(chǎn)品研制的整個(gè)生命周期，云制造提供的服務(wù)數(shù)量龐大、種類繁多，而用戶需求和設(shè)備環(huán)境也千差萬別且復(fù)雜多變，如何幫助用戶快速定制出滿足自己需求的個(gè)性化產(chǎn)品成為云制造研究領(lǐng)域亟待解決的問題。

在云制造環(huán)境下，人機(jī)交互方式不再僅僅局限于傳統(tǒng)的鍵盤鼠標(biāo)操作模式，而是需要一種更為普適化、智能化、個(gè)性化、虛擬化的方式（如語(yǔ)音、筆等）來支持云制造整個(gè)生命周期的不同階段不同用戶的交互環(huán)境[2]，從而提高效率，改善用戶體驗(yàn)。

普適計(jì)算（Pervasive Computing）[3]自1991年由Mark Weiser提出之后經(jīng)過20多年的發(fā)展，已經(jīng)取得了豐碩的理論成果和應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)。普適計(jì)算以用戶需求為中心，從根本上改變了用戶適應(yīng)計(jì)算機(jī)的被動(dòng)服務(wù)模式，強(qiáng)調(diào)用戶能夠自然主動(dòng)地接受網(wǎng)絡(luò)服務(wù)，使計(jì)算不再局限于桌面進(jìn)行，信息交互的時(shí)間、地點(diǎn)、內(nèi)容以及實(shí)現(xiàn)方式變得更加靈活，在真正意義上實(shí)現(xiàn)了“以人為本”的計(jì)算方式。

傳統(tǒng)的個(gè)性化服務(wù)多集中在電子商務(wù)中的產(chǎn)品銷售等領(lǐng)域。自由構(gòu)思設(shè)計(jì)的產(chǎn)品需要客戶具有一定的設(shè)計(jì)知識(shí)來表達(dá)他們的個(gè)性化需求，而傳統(tǒng)的服務(wù)表現(xiàn)形式限制了客戶實(shí)現(xiàn)個(gè)性化選擇的可能性。另外，傳統(tǒng)的搜索結(jié)果經(jīng)常帶給用戶混亂龐雜的界面，大大地降低了用戶對(duì)云服務(wù)的使用興趣。在云制造環(huán)境中，產(chǎn)品的論證、設(shè)計(jì)、加工、實(shí)驗(yàn)和仿真都通過云服務(wù)來實(shí)現(xiàn)，讓最終用戶直接參與到產(chǎn)品設(shè)計(jì)的各個(gè)階段。設(shè)計(jì)滿意的個(gè)性化產(chǎn)品成為云制造發(fā)展的根本要求，自然的交互技術(shù)是解決上述問題的關(guān)鍵。

1 云制造環(huán)境下的個(gè)性化服務(wù)定制分析

1.1 云制造環(huán)境下以用戶為中心的個(gè)性化服務(wù)需求

云制造[4]借用云計(jì)算的思想，利用信息技術(shù)實(shí)現(xiàn)制造資源的高度共享。建立共享制造資源的公共服務(wù)平臺(tái)，將巨大的社會(huì)制造資源池連接在一起，提供各種制造服務(wù)，實(shí)現(xiàn)制造資源與服務(wù)的開放協(xié)作、社會(huì)資源高度共享，用戶無需再投入高昂的成本來購(gòu)買加工設(shè)備等資源，可通過公共平臺(tái)來購(gòu)買租賃制造能力。

云制造覆蓋制造的整個(gè)生命周期，包括論證、設(shè)計(jì)、加工、實(shí)驗(yàn)、仿真、營(yíng)銷等各個(gè)階段。在整個(gè)生命周期中涉及的用戶角色繁多，不同類型用戶的業(yè)務(wù)需求不同，所需的界面種類與交互方式也千差萬別。例如，對(duì)于產(chǎn)品的概念設(shè)計(jì)，最終用戶更傾向于使用筆、手勢(shì)和草圖等自然交互方式來快速完成初始的產(chǎn)品設(shè)計(jì)；對(duì)于有個(gè)性偏好的用戶，喜歡自選顏色和形狀的“部件”。因此，云制造環(huán)境下的用戶界面，應(yīng)該能夠?yàn)樵浦圃煺麄€(gè)生命周期中的各類用戶提供服務(wù)，根據(jù)用戶的個(gè)性化要求，為用戶提供靈活的定制能力，使用戶能簡(jiǎn)單方便地選擇界面種類、定制個(gè)性化的界面內(nèi)容呈現(xiàn)和交互方式。

定義1：產(chǎn)品的生命周期表示產(chǎn)品論證到最后消亡的過程，可描述為=<論證,設(shè)計(jì),加工,實(shí)驗(yàn),仿真,分銷,升級(jí),回收>。

其中，PLC（i）可表示第i個(gè)階段，若i!=j,則PLC（i）!=PLC（j）。

定義2：個(gè)性化服務(wù)。設(shè)PS為企業(yè)提供給客戶的個(gè)性化服務(wù)的選擇集合，PS={Enterprise（a），Product（b）,PLC（i），Client（z），Aff（m）|Aff（m）∈AffSet,1≤m≤n,1≤x,y,z,j<∞}。

其中,Aff（i）是云制造系統(tǒng)供給服務(wù)集合AffSet的元素,n表示用戶選擇的服務(wù)總數(shù).x,y,z,j分別表示企業(yè)、產(chǎn)品、產(chǎn)品生命周期和客戶的序號(hào)。則PS可描述為企業(yè)Enterprise（a）在產(chǎn)品Product（b）生命周期某個(gè)階段PLC（i）向客戶Client（z）提供個(gè)性化服務(wù)∑Aff（m）。個(gè)性化服務(wù)如自選顏色，自定義部件的形狀、工藝、自選部件等。

1.2 基于普適計(jì)算的個(gè)性化服務(wù)定制模式

云制造整個(gè)生命周期中各個(gè)階段的業(yè)務(wù)需求不同、任務(wù)目標(biāo)不同、所處環(huán)境不同、用戶偏好不同，用戶界面應(yīng)能夠根據(jù)上下文環(huán)境實(shí)現(xiàn)云服務(wù)的個(gè)性化定制，在普適計(jì)算環(huán)境中用戶可以在任何地點(diǎn)，任何時(shí)間透明地使用各種服務(wù)。圖1所示，個(gè)性化服務(wù)定制模式如下：用戶通過筆、語(yǔ)音和手勢(shì)等自然交互手段發(fā)出一個(gè)或多個(gè)信號(hào)，系統(tǒng)分析用戶意圖并轉(zhuǎn)換為確定的語(yǔ)義，即所需要的云服務(wù)信息；然后提交搜索，搜索模塊從云服務(wù)空間按語(yǔ)義進(jìn)行模糊匹配并取得所需的服務(wù)列表,用戶選擇所需的服務(wù)顯示可視結(jié)果；最后確認(rèn)選中的服務(wù)并保存在用戶個(gè)性化虛擬空間。整個(gè)定制過程如同客戶到超市購(gòu)物一樣自然便利，在此，云服務(wù)空間就是服務(wù)超市，用戶購(gòu)買的云服務(wù)是商品，個(gè)性化虛擬空間如同客戶的“籃子”。

圖1 個(gè)性化服務(wù)定制模式

2 云制造環(huán)境下的個(gè)性化服務(wù)定制平臺(tái)體系結(jié)構(gòu)

2.1 基于普適計(jì)算的個(gè)性化服務(wù)建模

從用戶出發(fā)，根據(jù)云制造整個(gè)生命周期各階段的需求特點(diǎn)，對(duì)涉及整個(gè)生命周期中的所有用戶任務(wù)權(quán)限進(jìn)行分類標(biāo)識(shí)，對(duì)各層次任務(wù)序列、制造過程中不同階段的領(lǐng)域信息和交互環(huán)境進(jìn)行描述；進(jìn)而分析云制造環(huán)境中的任務(wù)特征、用戶特征、領(lǐng)域特征及其關(guān)聯(lián)關(guān)系；建立相應(yīng)的用戶模型、任務(wù)模型、領(lǐng)域模型以及各個(gè)模型間的關(guān)系映射；建立面向按需服務(wù)的用戶—領(lǐng)域模型映射、用戶—任務(wù)模型映射、用戶—界面模型映射。研究任務(wù)層與計(jì)算層之間的邏輯關(guān)系，建立任務(wù)—計(jì)算模型映射關(guān)系。深入分析界面層與計(jì)算層之間的關(guān)系，建立面向云制造普適計(jì)算環(huán)境的界面—計(jì)算模型映射關(guān)系。按照從抽象到具體，從簡(jiǎn)單到復(fù)雜的過程，逐步完成對(duì)用戶的個(gè)性化服務(wù)建模，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)按需服務(wù)的個(gè)性化定制需求。個(gè)性化服務(wù)建模過程圖2所示（圖中序號(hào)為建模順序編號(hào)）。

圖2 個(gè)性化服務(wù)建模過程

2.2 個(gè)性化服務(wù)定制平臺(tái)體系結(jié)構(gòu)

云制造個(gè)性化服務(wù)定制平臺(tái)體系架構(gòu)如圖3所示。該架構(gòu)主要包括以下三個(gè)層次:用戶界面層、中間管理層和虛擬資源層。

（1）用戶界面層（UI-Layer）：UI-Layer為用戶使用云制造服務(wù)的入口，用戶可以通過嵌入式云終端設(shè)備，利用筆、手勢(shì)和語(yǔ)音等多個(gè)交互通道以自然、并行、協(xié)同的方式進(jìn)行人機(jī)對(duì)話，通過融合來自多個(gè)通道的輸入來捕捉用戶的交互意圖，實(shí)現(xiàn)任務(wù)目標(biāo)，并接收來自中間管理層的系統(tǒng)反饋。

（2）中間管理層（MM-Layer）：MM-Layer為用戶調(diào)用虛擬云資源的應(yīng)用服務(wù)接口，該層主要由多通道融合/語(yǔ)義轉(zhuǎn)換、個(gè)性化服務(wù)識(shí)別、搜索/匹配、個(gè)性化推薦、集成裝配、分析/驗(yàn)證和注冊(cè)發(fā)布等功能模塊組成。多通道融合及轉(zhuǎn)換模塊接收來自界面層的各種交互信息，并結(jié)合交互歷史轉(zhuǎn)換為統(tǒng)一的語(yǔ)義，然后傳入個(gè)性化服務(wù)識(shí)別模塊。個(gè)性化服務(wù)識(shí)別模塊結(jié)合用戶上下文環(huán)境在個(gè)性化虛擬空間中查找是否存在對(duì)應(yīng)的服務(wù)，若存在，則推薦給用戶，否則直接搜索語(yǔ)義信息。搜索模塊也結(jié)合對(duì)應(yīng)的上下文環(huán)境、模糊匹配云服務(wù)，并按照相似度大小以可視方式顯示結(jié)果。個(gè)性化推薦模塊是結(jié)合來自系統(tǒng)的知識(shí)庫(kù)對(duì)搜索結(jié)果候選按照興趣度遞減序列推薦給用戶，由用戶查看并選擇最終結(jié)果。已經(jīng)確定的服務(wù)和系統(tǒng)已有的服務(wù)作為云制造的“零部件”由集成裝配模塊進(jìn)行系統(tǒng)組合。裝配的產(chǎn)品由分析模塊進(jìn)行功能和性能分析，不達(dá)要求的“零部件”重新到云資源空間搜索并替換，該模塊的搜索是迭代的過程，直到找到的“部件”最終滿足用戶的要求。經(jīng)驗(yàn)證合格的產(chǎn)品由發(fā)布注冊(cè)模塊發(fā)布到云資源空間。

（3）虛擬資源層（VR-Layer）：VR-Layer為云制造服務(wù)層，為中間管理層提供調(diào)用接口。該層主要匯集各類制造云服務(wù)，從而形成各類云制造服務(wù)數(shù)據(jù)中心。制造資源是產(chǎn)品制造全生命周期中所需的各種物理要素的集合[5]。制造資源按照存在的具體形式和使用途徑的不同,可分為硬制造資源和軟制造資源兩類[6]。硬制造資源主要指制造活動(dòng)中所使用的各種制造設(shè)備、計(jì)算設(shè)備以及產(chǎn)品所需物料等。軟制造資源主要指制造活動(dòng)中所需的軟件工具、制造模型、領(lǐng)域知識(shí)等。不管是硬制造資源，還是軟制造資源，最后都虛擬化后[7]發(fā)布在該層中，服務(wù)于制造全生命周期的各種個(gè)性化制造應(yīng)用。

圖3 個(gè)性化服務(wù)定制平臺(tái)體系結(jié)構(gòu)

3 關(guān)鍵技術(shù)

在基于普適計(jì)算的云制造環(huán)境中，用戶可以如購(gòu)物一樣自然地定制個(gè)性化云服務(wù)，完成產(chǎn)品的研制，這需要自然的交互手段和信息可視化方式以及智能的服務(wù)組合技術(shù)?；谄者m計(jì)算的云制造個(gè)性化服務(wù)定制技術(shù)主要涉及云服務(wù)的表征、云服務(wù)交互、云服務(wù)的檢索、云服務(wù)搜索結(jié)果可視化和云服務(wù)的組合5個(gè)方面，貫穿個(gè)性化服務(wù)定制的全過程。其關(guān)鍵技術(shù)包括：（1）基于本體的云服務(wù)表征技術(shù)；（2）基于交互歷史的多通道融合技術(shù)；（3）基于句子相似度計(jì)算的云服務(wù)搜索技術(shù)；（4）基于雙曲樹的云服務(wù)搜索結(jié)果可視化技術(shù)；（5）基于語(yǔ)義鏈的服務(wù)組合技術(shù)。

3.1 基于本體的云制造服務(wù)表征技術(shù)

本體是概念化的明確的規(guī)范說明[8]，是對(duì)特定領(lǐng)域知識(shí)及其相互之間關(guān)系的形式化表達(dá)。在云制造環(huán)境中，提供了基于本體庫(kù)的統(tǒng)一的語(yǔ)義理解，有助于快速準(zhǔn)確地在云服務(wù)空間中檢索適合的云服務(wù)。一個(gè)云服務(wù)本體由4個(gè)主要子本體組成:基本信息、服務(wù)功能、服務(wù)質(zhì)量和訪問方式[9]。每個(gè)子本體的元素也是本體。

定義3：::=。

定義4：< BasicInfo >::=。

其中，GUID為服務(wù)注冊(cè)號(hào)，全球唯一，Name為名稱,Description為服務(wù)基本功能特征描述,Provider服務(wù)提供者的信息,ChineseName為服務(wù)的中文名稱，AliasList為服務(wù)的別名列表。

定義5：::=。

其中，Category為功能分類信息,Input為輸入,Output為輸出,PreCondition為執(zhí)行功能的前置條件，Effect為執(zhí)行功能的預(yù)期效果。

定義6：::=。

其中，Time包括服務(wù)請(qǐng)求到達(dá)和完成的時(shí)間,包括延遲時(shí)間、處理時(shí)間；Cost指執(zhí)行服務(wù)的相關(guān)費(fèi)用；Reliability為可靠性，指成功執(zhí)行次數(shù)與調(diào)度執(zhí)行總次數(shù)的比率；Fidelity=定義為n個(gè)真實(shí)屬性組成的向量,其中第i個(gè)真實(shí)屬性被用于確定服務(wù)滿足第i個(gè)服務(wù)質(zhì)量屬性的真實(shí)程度。

定義7：< Access>::=。

其中，Protocol指訪問服務(wù)的協(xié)議,Format指訪問服務(wù)的消息格式,TransferMode指服務(wù)信息傳輸?shù)姆绞?Address指服務(wù)訪問的地址。

3.2 基于交互歷史的多通道融合技術(shù)

傳統(tǒng)的交互技術(shù)負(fù)擔(dān)過重，用戶難以將注意力集中在任務(wù)本身，干擾了交互任務(wù)的有效執(zhí)行。針對(duì)基于普適計(jì)算的云制造環(huán)境，本文引入基于筆、語(yǔ)音和視頻相結(jié)合的多通道交互技術(shù)，以滿足最終用戶的交互需求。

多通道交互環(huán)境中，計(jì)算機(jī)難以智能感知周圍的交互環(huán)境并做出正確的判斷以提供合適的交互方式,需要融合多個(gè)通道的輸入來決定用戶的交互意圖[10]，而且以往的交互歷史也有助于理解用戶意圖的理解。

在普適環(huán)境中，將每個(gè)交互任務(wù)的輸入定義為一個(gè)動(dòng)作序列：

定義8：::=

其中,taskinput為某個(gè)交互任務(wù)的輸入，channeli表示第i步輸入的輸入通道，content i表示該通道需要接受的輸入內(nèi)容。

圖4為基于交互歷史的多個(gè)輸入通道的融合過程：每個(gè)輸入通道結(jié)合交互歷史進(jìn)行識(shí)別輸出，輸出結(jié)果再結(jié)合交互歷史根據(jù)多數(shù)原則進(jìn)行仲裁，不能仲裁的按照先來先服務(wù)進(jìn)行輸出；如果融合的結(jié)果從交互歷史庫(kù)中能夠找到對(duì)應(yīng)的序列，并指示用戶確認(rèn)推薦的結(jié)果，若是以前的輸入序列則直接輸出匹配的交互歷史。否則，直接輸出識(shí)別結(jié)果。如果找不到對(duì)應(yīng)的交互歷史序列，直接輸出結(jié)果并加入交互歷史庫(kù)中。輸入完成時(shí)，清空輸入序列，進(jìn)入下一次輸入。

圖4 多通道輸入融合過程

3.3 基于句子相似度計(jì)算的云服務(wù)搜索技術(shù)

計(jì)算結(jié)果最后以文本方式輸出，比如服務(wù)名稱及相關(guān)描述等，然后用來查找所要的服務(wù)。由于用戶的輸入是局部的、片面的、非精確的，同云服務(wù)的本體描述可能存在一定差距，因此需要對(duì)用戶輸入的句子與云服務(wù)數(shù)據(jù)中心的知識(shí)庫(kù)進(jìn)行相似度匹配。

句子中的名詞、動(dòng)詞等有意義的關(guān)鍵詞起主要作用，代詞、助詞等不具有代表意義的詞所起作用不大；而且，句子的語(yǔ)法結(jié)構(gòu)也有一定的作用，而關(guān)鍵詞序列具有一定的句法結(jié)構(gòu)信息表達(dá)能力。句子相似度，就是匹配的句子中的關(guān)鍵詞意思相同或相近，并且在句子中的相對(duì)位置也相同。所以，匹配過程就是首先提取關(guān)鍵詞，然后進(jìn)行詞形相似度計(jì)算，詞序相似度計(jì)算和句子相似度計(jì)算[11]。

定義 9（詞形相似度）:simword（S1,S2）=2*

（SameWordcount（S1,S2）/（Len（S1）+len（S2）））

其中，SameWordcount（S1,S2）表示S1和S2中所含同義詞或相同詞的數(shù)量；Len（S）表示句子S中所含詞的數(shù)量。simword（S1,S2）反映了兩個(gè)句子形態(tài)上的相似度，用兩個(gè)句子中所含同義詞的個(gè)數(shù)來衡量。

定義10（詞序相似度）:

其中，OnceWord（S1,S2）表示S1和S2中所含僅一次的同義詞的集合，Pfst（S1,S2）表示OnceWord（S1,S2）中的詞在S1中的位置序號(hào)構(gòu)成的向量，Psec（S1,S2）表示Pfst（S1,S2）中的分量按對(duì)應(yīng)詞在S2中的次序排序生成的向量，Revord（S1,S2）表示Psec（S1,S2）各相鄰分量的逆序數(shù)。Simord（S1,S2）反映了所含同義詞在位置關(guān)系上的相似度，用兩個(gè)句子中所含同義詞的相鄰順序逆向的數(shù)量來衡量。

定義11（句子相似度）:Sim（S1,S2）=μ1*Simword（S1,S2）+μ2*Simword（S1,S2）

其中，Simword（S1,S2）表示S1和S2的詞形相似度；Simword（S1,S2）表示S1和S2詞序相似度；μ1,μ2為常數(shù)，且滿足μ1+μ2=1。Sim（S1,S2）反映兩個(gè)句子之間的相似度。0表示不相似，1表示完全相似，數(shù)值越大表示越相似。

云服務(wù)搜索的結(jié)果是用戶最終確認(rèn)的服務(wù)，則把輸入搜索短語(yǔ)或句子作為候選加入到原服務(wù)的候選描述，這樣可以不斷擴(kuò)大本體知識(shí)庫(kù)，以便于提高搜索的智能度和搜索效率。

3.4 基于雙曲樹的云服務(wù)搜索結(jié)果可視化技術(shù)

云資源空間中存在著海量的云服務(wù)，匹配的結(jié)果也可能是海量的，傳統(tǒng)的列表方式顯示結(jié)果既不符合用戶的認(rèn)知心理，也花費(fèi)大量查找目標(biāo)服務(wù)的時(shí)間。而雙曲樹可視化技術(shù)能夠在有限的空間中顯示海量信息，同時(shí)可通過節(jié)點(diǎn)的層次鏈接實(shí)現(xiàn)用戶所感興趣節(jié)點(diǎn)的導(dǎo)航及瀏覽詳細(xì)視圖。因此，普適計(jì)算環(huán)境下的云服務(wù)搜索結(jié)果適合基于雙曲樹的可視化技術(shù)顯示最終結(jié)果。

由于云服務(wù)在云資源空間以網(wǎng)狀層次結(jié)構(gòu)的方式存在，云服務(wù)之間存在依賴關(guān)系，一個(gè)節(jié)點(diǎn)可能存在多個(gè)父節(jié)點(diǎn)，節(jié)點(diǎn)間的連接關(guān)系較為復(fù)雜，關(guān)注度高的節(jié)點(diǎn)到其他節(jié)點(diǎn)的路徑較多。因此，該方法用云服務(wù)表示網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)，以服務(wù)的依賴關(guān)系表示父子節(jié)點(diǎn)之間的層次關(guān)系，以相似度與關(guān)注度決定與顯示區(qū)域中心的距離與層次的大小。然后用Radial算法[12]轉(zhuǎn)換成雙曲樹。雙曲樹中當(dāng)前節(jié)點(diǎn)的父節(jié)點(diǎn)表示最高關(guān)注度和相似度，其他在網(wǎng)絡(luò)圖中的父節(jié)點(diǎn)轉(zhuǎn)換為當(dāng)前節(jié)點(diǎn)的同層次兄弟節(jié)點(diǎn)。

實(shí)現(xiàn)海量層次可視化數(shù)據(jù)的目標(biāo)主要包含兩點(diǎn)：根據(jù)用戶偏好和信息間的邏輯關(guān)系把信息結(jié)構(gòu)自動(dòng)排列在屏幕上，根據(jù)用戶偏好平滑地實(shí)現(xiàn)信息導(dǎo)航。圍繞這兩個(gè)目標(biāo)實(shí)現(xiàn)基于雙曲樹的可視化包括布局和交互技術(shù)。

布局技術(shù)：計(jì)算每個(gè)樹節(jié)點(diǎn)在雙曲平面上的位置。雙曲樹采用層級(jí)節(jié)點(diǎn)表示，因此要計(jì)算根節(jié)點(diǎn)和子節(jié)點(diǎn)之間的距離d，計(jì)算公式為：

其中，s作為可選參數(shù)影響d的大小范圍選擇，α為子節(jié)點(diǎn)所在的子扇形區(qū)域中線和邊的夾角。布局是一個(gè)迭代的過程，根據(jù)計(jì)算結(jié)果可以連續(xù)獲得下一級(jí)迭代的參數(shù)：

其中，p為扇形區(qū)的頂點(diǎn)坐標(biāo)，m為扇形區(qū)中線終點(diǎn)坐標(biāo)，Trans為上面定義的映射變換im（1n（…）），為取角度運(yùn)算。

節(jié)點(diǎn)之間采用弧線連接，需要計(jì)算弧線的曲率中心；給定點(diǎn)a和b，則：

c即為所求的曲率中心。

交互技術(shù)：主要指根據(jù)用戶對(duì)當(dāng)前焦點(diǎn)的選擇以及焦點(diǎn)變換時(shí)實(shí)現(xiàn)視圖的動(dòng)態(tài)變化效果。當(dāng)用戶選定新焦點(diǎn)在雙曲空間中坐標(biāo)為s和e，采用保向變換，設(shè)保向點(diǎn)為p，則可以采用如下變換關(guān)系：

其中，compose（,）=<>為組合變換，T即為所求變換。

用戶可以拖動(dòng)視圖以觀察視圖的不同部分，雙曲樹方法把視圖變化的整個(gè)過程平滑不間斷地顯示出來，因此，即使信息結(jié)構(gòu)龐大，用戶可以看到視圖變化的過程而不會(huì)迷航。

3.5 基于語(yǔ)義鏈的服務(wù)組合技術(shù)

經(jīng)過用戶選取相應(yīng)的服務(wù)后，替換云服務(wù)組合流程中對(duì)應(yīng)的請(qǐng)求服務(wù)節(jié)點(diǎn)。但是，如果流程中請(qǐng)求服務(wù)節(jié)點(diǎn)所需的發(fā)布服務(wù)不可用或不存在時(shí)，如何在不使整個(gè)系統(tǒng)中斷的前提下自動(dòng)合成服務(wù)來實(shí)現(xiàn)該請(qǐng)求服務(wù)就顯得尤為重要。在此，請(qǐng)求服務(wù)是抽象的，發(fā)布服務(wù)是具體的，服務(wù)組合的流程就是把抽象服務(wù)替換為具體服務(wù)的過程。

圖5給出了從抽象服務(wù)組合流程映射到云服務(wù)空間中具體服務(wù)的關(guān)聯(lián)過程。對(duì)于抽象服務(wù)組合流程，首先提取出每個(gè)抽象服務(wù)節(jié)點(diǎn)描述，然后逐個(gè)匹配云服務(wù)空間中的服務(wù)，即要求具體服務(wù)sl的輸出能夠匹配具體服務(wù)s2的輸入，而s2的輸出又能匹配具體服務(wù)s3的輸入，從而形成一個(gè)服務(wù)鏈，當(dāng)組合流程的節(jié)點(diǎn)沒有對(duì)應(yīng)的具體服務(wù)來實(shí)現(xiàn)時(shí)，可通過后向搜索算法[13]對(duì)抽象服務(wù)節(jié)點(diǎn)自動(dòng)合成，并通過獲取規(guī)劃來實(shí)現(xiàn)抽象服務(wù)要求的功能。本文通過語(yǔ)義鏈[14]矩陣（SLM）存儲(chǔ)云服務(wù)相關(guān)信息作為自動(dòng)合成的語(yǔ)義上下文，從而實(shí)現(xiàn)服務(wù)的自動(dòng)組合。

圖5 抽象服務(wù)組合流程及服務(wù)關(guān)系圖

定義12（語(yǔ)義鏈）：Slink=

其中，服務(wù)sx為服務(wù)sy的直接前趨，Sim（out_sx,in_sy）表示sx的輸出集與sy的輸入集在操作上的語(yǔ)義匹配度，計(jì)算公式可參考文獻(xiàn)[15]。

定義13（語(yǔ)義鏈矩陣SLM）:一個(gè)語(yǔ)義鏈矩陣SLM表示為m行和n列的矩陣，m表示sws中輸入?yún)?shù)的個(gè)數(shù)，n表示sws中所有的輸入?yún)?shù)與目標(biāo)參數(shù)集合元素的個(gè)數(shù)。SLM中的元素aij=，其取值來自集合m×nSLM，而集合m×nSLM定義為Tmn（sws×[0,1]）。

定義14:sws為一個(gè)采用本體標(biāo)識(shí)的可用云服務(wù)集合。

SLM的第i行為ri且ri∈∈in_Swsk，i∈{1,…,p}。其中，n表示Sws中可用服務(wù)的個(gè)數(shù),in_Swsk表示服務(wù)Swsk輸入?yún)?shù)集；第j列為cj且in_Swsk∪Goal）-in_Swsk∩Goal）,j∈{1,…,p},Goal為目標(biāo)集。

定義15：

其中，T為領(lǐng)域本體，ri∈T,ci∈T,Goal∈T?；赥，上式需要計(jì)算服務(wù)Sx的輸出參數(shù)out_sx與cj的語(yǔ)義匹配度，Sim（out_sx,cj）=1表示out_sx和cj在本體T里完全匹配，out_sx∈T。

SLM存儲(chǔ)了服務(wù)的輸出參數(shù)與輸入?yún)?shù)之間的語(yǔ)義鏈且給定了一個(gè)不同服務(wù)的輸入、輸出參數(shù)在邏輯上的依賴。在SLM中，當(dāng)aij沒有語(yǔ)義匹配度值時(shí)，aij=φ。

基于SLM的后向搜索可以看成一個(gè)規(guī)劃問題。

定義16（規(guī)劃）：一個(gè)規(guī)劃Plan定義為一個(gè)三元組：Plan=

其中,InitSet為初始輸入集，Goal為目標(biāo)集，為目標(biāo)狀態(tài)的部分描述。如果服務(wù)序列S能從初始狀態(tài)InitSet到達(dá)最終狀態(tài)Goal，則S是一個(gè)規(guī)劃。

在服務(wù)節(jié)點(diǎn)自動(dòng)合成過程中，抽象服務(wù)的輸入?yún)?shù)對(duì)應(yīng)于規(guī)劃中的InitSet，抽象服務(wù)的輸出參數(shù)對(duì)應(yīng)于規(guī)劃中的Goal?；赟LM，根據(jù)抽象服務(wù)節(jié)點(diǎn)所提供的初始輸入集和目標(biāo)集，在Sws中尋找一系列滿足該初始輸入集和目標(biāo)集服務(wù)的規(guī)劃，以實(shí)現(xiàn)一個(gè)抽象服務(wù)節(jié)點(diǎn)的接口功能。

4 基于普適計(jì)算的個(gè)性化服務(wù)定制平臺(tái)

為驗(yàn)證上述個(gè)性化服務(wù)定制技術(shù)方案的可行性和有效性，筆者設(shè)計(jì)了普適計(jì)算的個(gè)性化服務(wù)定制仿真平臺(tái)。

平臺(tái)參與的主要角色為資源需求方，通過平臺(tái)服務(wù)門戶獲得平臺(tái)所提供的應(yīng)用功能支持。該平臺(tái)提供基于普適計(jì)算的用戶界面、云搜索引擎、可視化管理模塊、服務(wù)組合模塊和個(gè)性虛擬空間管理模塊，還有一些常見產(chǎn)品的定制模板庫(kù)。該平臺(tái)建立在云制造平臺(tái)基礎(chǔ)之上，為最終用戶產(chǎn)品定制提供友好接口。下面以訂單服務(wù)的業(yè)務(wù)流程建模和相關(guān)服務(wù)組合為例，設(shè)計(jì)草圖如圖6所示。客戶代理向訂單服務(wù)發(fā)出請(qǐng)求，訂單服務(wù)接受其請(qǐng)求并根據(jù)訂單數(shù)據(jù)調(diào)用訂單庫(kù)存查詢服務(wù)。當(dāng)確定查找到的結(jié)果滿足客戶的要求時(shí)，向客戶發(fā)送確認(rèn)信息，然后客戶代理調(diào)用銀行支付服務(wù)實(shí)現(xiàn)支付操作，一旦訂單支付成功，則執(zhí)行向客戶發(fā)送訂單服務(wù)完成的操作。圖7為云服務(wù)搜索界面圖，圖8為搜索結(jié)果可視化。

圖6 訂單購(gòu)物建模草圖

圖7 云服務(wù)搜索引擎

圖8 搜索結(jié)果可視化

5 結(jié)束語(yǔ)

文章對(duì)云制造環(huán)境下的個(gè)性化服務(wù)需求和個(gè)性化服務(wù)定制模式和流程進(jìn)行了分析，設(shè)計(jì)了云制造環(huán)境下個(gè)性化服務(wù)定制平臺(tái)體系結(jié)構(gòu)，研究了個(gè)性化服務(wù)定制的關(guān)鍵技術(shù)，包括云服務(wù)的表征、交互、檢索、可視化和組合技術(shù)，結(jié)合其他已有成果，對(duì)個(gè)性化服務(wù)定制平臺(tái)原型進(jìn)行了仿真實(shí)驗(yàn)。目前對(duì)基于普適計(jì)算的個(gè)性化服務(wù)定制技術(shù)的研究還處于起步階段，今后該技術(shù)在企業(yè)服務(wù)中必將有更廣泛的應(yīng)用。

[1]李伯虎,張霖，等.云制造—面向服務(wù)的網(wǎng)絡(luò)化制造新模式[J].計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng),2010,16（1）:1-7.

[2]馬翠霞,任磊,滕東興，等.云制造環(huán)境下的普適人機(jī)交互技術(shù)[J].計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng),2011,17（3）:504-510.

[3]M.Weiser.Ubiquitous Computing[J].Computer,1993,26（10）:71-72.

[4]李伯虎,張霖,任磊等.再論云制造[J].計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng),2011,17（3）:449-457.

[5]MUAMMERK,JUNN,JAYL.Introduction of manufacturing[EB/OL].[2010-12-03].http://citeseerx.ist.psu.edu/viewdoc/download?doi= 10.1.1.98.9021&rep=rep1&type=pdf.

[6]張霖,羅永亮,陶飛，等.制造云構(gòu)建關(guān)鍵技術(shù)研究[J].計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng),2010,16（11）:2510-2520.

[7]任磊,張霖，等.云制造資源虛擬化研究[J].計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng),2011,17（3）:511-518.

[8]Gruber T R.A Translation Approach to Portable Ontology Specifications.Knowledge Acquisition[T].Knowledge Systems Laboratory,Technical Report KSL 92-71,1993:199-220.

[9]Raman B,Agarwal S,Chen Y,et al.The SAHARA Model for Service Composition Across Multiple Providers[C]//Proceedings of the First International Conf.Pervasive Computing.2002:1-14.

[10]Sturm J,Bores L.Effective error recovery strategies for multimodal form-filling applications[J].Speech Communication,2005,45（3）:289-303.

[11]Ramiz M.A new sentence similarity measure and sentence based extractive technique for automatic text summarization[J].Expert Systems with Applications,2009,36:7764–7772.

[12]Yee KP,Fisher D,Dhamija R,Hearst MS.Animated exploration of dynamic graphs with radial layout[C]//Proceedings of IEEE Symposium on Information（InfoVis’01）.Los Alamitos:IEEEComputer Science Press,2001:43-50.

[13]Liu JM，Gu N，ShiBL.Non-Backtrace backward chaining dynamic composition of Web services based on mediator[J].Journal of Computer Research and Development,2005,42（7）:1153-1158.

[14]Hai Zhuge.Communities and Emerging Semantics in Semantic Link Network:Discovery and Learning[J].IEEE Transactionson Knowledge and Data Engineering,2009,21（6）:785-799.

[15]張佩云.基于語(yǔ)義的Web服務(wù)組合研究[D].博士學(xué)位論文.南京:南京理工大學(xué),2008.