何 焱，馬 軍，白衛(wèi)星，謝 歡

（1. 河南城建學(xué)院 計(jì)算機(jī)科學(xué)與工程系，鄭州 450002；2. 鄭州輕工業(yè)學(xué)院 機(jī)電工程學(xué)院，鄭州 450002）

0 引言

在經(jīng)濟(jì)全球化發(fā)展趨勢(shì)下，由于市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)的加劇，企業(yè)從制造過(guò)程中獲得的利潤(rùn)已經(jīng)越來(lái)越少。將現(xiàn)代服務(wù)業(yè)與制造業(yè)融合，提升產(chǎn)品服務(wù)附加值，發(fā)展現(xiàn)代制造服務(wù)業(yè)成為企業(yè)新的利潤(rùn)增長(zhǎng)點(diǎn)[1]。

現(xiàn)代制造服務(wù)的關(guān)鍵是要滿足客戶多樣化和個(gè)性化的體驗(yàn)需求，但僅憑企業(yè)有限的內(nèi)部資源已難以滿足，必須集中發(fā)展核心競(jìng)爭(zhēng)力，將非核心業(yè)務(wù)外包，在外部?jī)?yōu)勢(shì)資源的幫助下完成制造服務(wù)。在此背景下，企業(yè)利用各自的優(yōu)勢(shì)來(lái)提升產(chǎn)品服務(wù)附加值，形成圍繞整個(gè)產(chǎn)業(yè)鏈的制造服務(wù)協(xié)同增值網(wǎng)絡(luò)[2,3]。

饒運(yùn)清等應(yīng)用分布式人工智能中的多Agent技術(shù)和CORBA分布式對(duì)象技術(shù)與規(guī)范，對(duì)車(chē)間各種異構(gòu)制造資源進(jìn)行建模和封裝設(shè)計(jì)[4]。姚遠(yuǎn)等從W eb服務(wù)的角度提出了一個(gè)基于本體的制造服務(wù)知識(shí)建模方法[5]。顧寄南等提出了制造資源UDDI和WSIL相結(jié)合的聯(lián)合發(fā)現(xiàn)機(jī)制，服務(wù)的驅(qū)動(dòng)下形成動(dòng)態(tài)的資源共享和應(yīng)用[6]。然而制造服務(wù)協(xié)同的關(guān)鍵是在服務(wù)的驅(qū)動(dòng)下形成動(dòng)態(tài)的資源共享和應(yīng)用?，F(xiàn)有的研究以固定的資源和既定解決方案為客戶提供服務(wù)，已經(jīng)不能滿足客戶需求。如何在面向服務(wù)思想的指導(dǎo)下，通過(guò)服務(wù)的交互與協(xié)作來(lái)集成企業(yè)的各生產(chǎn)資源，幫助企業(yè)將已有而不靈活的生產(chǎn)系統(tǒng)集成起來(lái)，釋放其中的信息或功能為可重用的服務(wù)與業(yè)務(wù)流程成為實(shí)現(xiàn)現(xiàn)代制造服務(wù)的熱點(diǎn)問(wèn)題。

本文通過(guò)分析制造服務(wù)協(xié)同的層次及需求特點(diǎn)，提出復(fù)雜產(chǎn)品制造服務(wù)協(xié)同本體建模機(jī)制及基于OWL的實(shí)現(xiàn)方法，利用面向服務(wù)架構(gòu)建立復(fù)雜產(chǎn)品制造服務(wù)協(xié)同平臺(tái)，最后以汽車(chē)零部件制造服務(wù)協(xié)同為例說(shuō)明了知識(shí)共享過(guò)程。

1 可重構(gòu)制造服務(wù)協(xié)同層次及服務(wù)模式

1.1 可重構(gòu)制造服務(wù)協(xié)同的內(nèi)涵及特點(diǎn)

可重構(gòu)制造服務(wù)協(xié)同是圍繞某種復(fù)雜產(chǎn)品或零部件，利用網(wǎng)絡(luò)和制造服務(wù)協(xié)同平臺(tái)，對(duì)來(lái)自企業(yè)內(nèi)外的制造資源進(jìn)行合理的組織、調(diào)度和優(yōu)化，為用戶提供各類(lèi)按需制造服務(wù)的一種網(wǎng)絡(luò)化制造新模式[7]。

可重構(gòu)制造服務(wù)協(xié)同系統(tǒng)與傳統(tǒng)制造系統(tǒng)既有共同點(diǎn)又有很大的區(qū)別，相比有以下區(qū)別，詳見(jiàn)表1所示。但實(shí)際上制造服務(wù)協(xié)同是在傳統(tǒng)制造系統(tǒng)的基礎(chǔ)上進(jìn)行擴(kuò)展，包容了后者，又有了新的發(fā)展。

表1 制造服務(wù)協(xié)同與傳統(tǒng)制造模式區(qū)別

1.2 可重構(gòu)制造服務(wù)協(xié)同的層級(jí)劃分

從產(chǎn)品時(shí)間維度，可重構(gòu)制造服務(wù)協(xié)同可以劃分為三個(gè)空間層次，即：車(chē)間層制造服務(wù)協(xié)同、企業(yè)層制造服務(wù)協(xié)同、聯(lián)盟層制造服務(wù)協(xié)同。

1）車(chē)間層服務(wù)制造協(xié)同：車(chē)間是制造企業(yè)的核心部分，執(zhí)行將原材料（包括半成品）轉(zhuǎn)變成成品的功能。車(chē)間層制造服務(wù)協(xié)同包括：?jiǎn)卧圃煜到y(tǒng)、獨(dú)立制造島、柔性制造單元/系統(tǒng)等。

2）企業(yè)層制造服務(wù)協(xié)同：企業(yè)層制造服務(wù)協(xié)同通過(guò)聯(lián)系上下游企業(yè)的生產(chǎn)活動(dòng)來(lái)滿足市場(chǎng)需求。企業(yè)層制造協(xié)同包括：現(xiàn)代集成制造系統(tǒng)、精益生產(chǎn)系統(tǒng)、分形企業(yè)等。

3）聯(lián)盟層制造服務(wù)協(xié)同：聯(lián)盟層制造服務(wù)協(xié)同可看作是企業(yè)層服務(wù)制造協(xié)同在整個(gè)產(chǎn)業(yè)鏈上的動(dòng)態(tài)擴(kuò)展。其形式包括：企業(yè)聯(lián)盟、企業(yè)集群、供應(yīng)鏈、虛擬企業(yè)等。

2 基于本體語(yǔ)義的聯(lián)盟層制造服務(wù)協(xié)同資源建模

2.1 制造服務(wù)協(xié)同資源的本體概念模型

當(dāng)前對(duì)制造資源服務(wù)化研究主要集中于資源的發(fā)布及資源的搜索，然而，聯(lián)盟層可重構(gòu)制造服務(wù)協(xié)同涉及到跨組織的流程和資源整合，不同的制造資源系統(tǒng)采用不同的接口、功能、流程、語(yǔ)義，這成為制約制造服務(wù)協(xié)同發(fā)展的瓶頸，因此需要在企業(yè)間進(jìn)行知識(shí)的統(tǒng)一建模、并使用能互相理解的知識(shí)表示語(yǔ)言進(jìn)行通信和交互，同時(shí)確保各自的獨(dú)立自治性。

要做到制造服務(wù)協(xié)同環(huán)境下的知識(shí)共享，必須使不同的應(yīng)用系統(tǒng)對(duì)同一領(lǐng)域內(nèi)的知識(shí)不存在二義性的理解。本體是對(duì)概念化(Conceptualization)對(duì)象的明確表示和描述，它提供了一個(gè)表達(dá)機(jī)制，在保障語(yǔ)義一致性的前提下將隱含的概念及概念之間的關(guān)系明晰化，從而有助于實(shí)現(xiàn)知識(shí)的重用和共享[8,9]。為此，從技術(shù)上建立本行業(yè)、本領(lǐng)域通用、標(biāo)準(zhǔn)的術(shù)語(yǔ)集合，對(duì)制造服務(wù)協(xié)同過(guò)程中企業(yè)成員所使用的概念和關(guān)系進(jìn)行規(guī)范的知識(shí)表達(dá)。

首先建立制造服務(wù)協(xié)同資源的本體概念模型CM，采用五元組定義：

CM=（ID,Service,Property,Action，Relation)

其中：ID::=＜Address:|(URI/URL, URL,…＞制造服務(wù)單元唯一標(biāo)識(shí)。URL描述所提供服務(wù)的地址，防止該服務(wù)在進(jìn)入制造服務(wù)鏈后的冗余和不一致性。

Service::=＜Service:|(Qulity,Time,Cost)＞為制造資源服務(wù)能力集，定義制造服務(wù)單元能夠?qū)崿F(xiàn)的制造任務(wù)及其能夠達(dá)到的質(zhì)量、時(shí)間、費(fèi)用要求

Property::=＜property set＞ 為制造服務(wù)單元屬性集，描述服務(wù)單元的基本信息，如設(shè)備參數(shù)、狀態(tài)信息、地域信息、歸屬信息和歷史信息等

Action::=＜ Action set:| (…)，…)＞是服務(wù)方法集，描述制造服務(wù)單元對(duì)于服務(wù)對(duì)象所提供的制造方法。如機(jī)械加工或非機(jī)械加工方法等。

Relation::=＜Relation set＞為制造服務(wù)單元關(guān)系集合，定義制造服務(wù)單元之間的關(guān)聯(lián)約束，并通過(guò)其動(dòng)態(tài)構(gòu)建制造服務(wù)鏈的高層語(yǔ)義表達(dá)。

2.2 制造服務(wù)協(xié)同資源模型的本體語(yǔ)義

在制造服務(wù)協(xié)同資源本體概念模型CM的基礎(chǔ)下，制造服務(wù)協(xié)同資源模型的本體語(yǔ)義以概念結(jié)構(gòu)圖的形式加以組織。

如圖1所示，圖中每個(gè)概念節(jié)點(diǎn)都具有一個(gè)CM本體概念的所有語(yǔ)義。根據(jù)CM本概念模型規(guī)定，上下概念節(jié)點(diǎn)之間形成父子繼承關(guān)系(Is-a關(guān)系)。此外，概念節(jié)點(diǎn)還可以根據(jù)實(shí)例化關(guān)系（Iscase-of）具有概念屬性節(jié)點(diǎn)。這樣，概念及概念屬性節(jié)點(diǎn)之間通過(guò)語(yǔ)義關(guān)系聯(lián)系起來(lái)，制造服務(wù)協(xié)同資源模型就是利用這些本體語(yǔ)義關(guān)系來(lái)表達(dá)其內(nèi)在的知識(shí)。

一個(gè)實(shí)例化的制造服務(wù)協(xié)同資源模型本體語(yǔ)義結(jié)構(gòu)圖例子如圖2所示，從中可知，對(duì)于同一制造服務(wù)協(xié)同資源實(shí)例的信息，即使分布在不同地域，通過(guò)本體結(jié)構(gòu)圖中仍然可以保持語(yǔ)義上的關(guān)聯(lián)和唯一性，這就為跨地域的制造服務(wù)協(xié)同提供了統(tǒng)一、一致的制造資源表達(dá)機(jī)制。

圖1 制造服務(wù)協(xié)同資源模型的本體語(yǔ)義

圖2 制造服務(wù)協(xié)同資源本體語(yǔ)義模型的實(shí)例化

3 聯(lián)盟層制造服務(wù)協(xié)同平臺(tái)

3.1 應(yīng)用背景分析

隨著汽車(chē)市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)的日趨激烈，整車(chē)廠對(duì)零部件產(chǎn)品的需求逐步向全球采購(gòu)、系統(tǒng)配套、模塊化供應(yīng)的方向發(fā)展[10]。為了應(yīng)對(duì)這種潮流，汽車(chē)零部件企業(yè)必須快速、有效地與世界范圍內(nèi)的客戶、制造商、分銷(xiāo)商和供應(yīng)商共享信息并協(xié)同作業(yè)，并與整車(chē)廠相互交流以及在動(dòng)態(tài)基礎(chǔ)上與大量參與者協(xié)作，同步或超前開(kāi)發(fā)相應(yīng)的零部件。

因此，傳統(tǒng)制造方式下制造資源表達(dá)方式已無(wú)法適應(yīng)需求，協(xié)同企業(yè)各部門(mén)之間，各個(gè)企業(yè)之間需要知識(shí)級(jí)的共享和重用機(jī)制。

3.2 聯(lián)盟層制造服務(wù)協(xié)同平臺(tái)的應(yīng)用

在汽車(chē)配件研發(fā)過(guò)程中，需要同整車(chē)廠進(jìn)行汽車(chē)配件的產(chǎn)品知識(shí)交互，并協(xié)調(diào)上下游制造企業(yè)之間的生產(chǎn)協(xié)同關(guān)系，以便對(duì)制造服務(wù)協(xié)同的汽車(chē)配件進(jìn)行產(chǎn)品定型和生產(chǎn)調(diào)度。

如圖3所示，某汽車(chē)零配件企業(yè)建立了網(wǎng)絡(luò)化協(xié)同制造服務(wù)平臺(tái)，借助該平臺(tái)的制造服務(wù)鏈本體語(yǔ)義建模工具，構(gòu)建了面向知識(shí)共享的汽車(chē)配件制造服務(wù)單元本體語(yǔ)義模型。

圖4所示為針對(duì)汽車(chē)傳動(dòng)軸協(xié)同制造建立的制造服務(wù)單元，制造服務(wù)單元構(gòu)建成功后，各協(xié)作企業(yè)可以使用平臺(tái)所提供的制造服務(wù)協(xié)同管理工具，進(jìn)行制造服務(wù)過(guò)程、工藝文檔等信息的無(wú)縫集成和知識(shí)共享，完成汽車(chē)配件制造服務(wù)協(xié)同過(guò)程。

圖3 汽車(chē)配件制造服務(wù)鏈本體語(yǔ)義建模

圖4 汽車(chē)配件制造服務(wù)單元的知識(shí)共享

4 結(jié)論

為保證復(fù)雜產(chǎn)品制造的高效、低成本，企業(yè)需要尋求能滿足需求的外協(xié)進(jìn)行制造協(xié)同。本文分析并總結(jié)了可重構(gòu)制造服務(wù)協(xié)同生產(chǎn)模式的內(nèi)涵及特點(diǎn)，劃分了可重構(gòu)制造服務(wù)協(xié)同的層次，重點(diǎn)研究了聯(lián)盟層制造服務(wù)協(xié)同環(huán)境下，制造服務(wù)資源的本體語(yǔ)義建模及其OWL實(shí)現(xiàn)方法，針對(duì)汽車(chē)配件廠面向整車(chē)企業(yè)的制造服務(wù)協(xié)同，建立了汽車(chē)制造服務(wù)協(xié)同平臺(tái)。實(shí)踐表明，基于該平臺(tái)可以有效地實(shí)現(xiàn)制造服務(wù)資源在聯(lián)盟層制造服務(wù)協(xié)同中基于知識(shí)的共享和重用。

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