張愷琪+張淑麗+姬長陣

摘 要：針對目前制造業(yè)中傳統(tǒng)制造平臺整體效率低，排產(chǎn)不合理，以及訂單受各種不確定性因素較大的特點，研究和實現(xiàn)了基于云計算思想的作業(yè)車間與調(diào)度算法的云平臺，該云平臺通過將調(diào)度算法的云服務(wù)封裝與虛擬化共享，使制造業(yè)的排產(chǎn)效率得到提高，文章采用基于模板的虛擬化與服務(wù)化的研究方法，建立本體模型，闡述該平臺整體服務(wù)化流程。最后，通過哈爾濱電機廠實例驗證，證明了該平臺的合理性與高效性。

關(guān)鍵詞：制造業(yè)；調(diào)度算法；虛擬化；服務(wù)化；高效

中圖分類號：TP301 文獻標(biāo)志碼：A 文章編號：2095-2945（2017）19-0027-02

引言

制造業(yè)作為一門直接體現(xiàn)國家經(jīng)濟發(fā)展的水平的產(chǎn)業(yè)，在經(jīng)濟全球化的大潮下，其發(fā)展亦是日益更新。目前，我國正處于由第二世界向第一世界過渡時期，制造業(yè)的高速發(fā)展與轉(zhuǎn)型，也是我們要面臨的重要戰(zhàn)略問題。云制造即是利用信息技術(shù)與制造技術(shù)并結(jié)合云計算的思想發(fā)展起來的一種新型制造技術(shù)，其一直以綠色，環(huán)保，低成本，高效率的優(yōu)勢在制造業(yè)中發(fā)揮著不可或缺的重要作用。在制造業(yè)領(lǐng)域，其加工，排產(chǎn)的信息量劇增，各中小型企業(yè)的需求量也急劇增加，傳統(tǒng)的制造水平在企業(yè)加工排產(chǎn)中出現(xiàn)排產(chǎn)效率低，資源供不應(yīng)求的情況，因此利用信息技術(shù)，基于云計算的技術(shù)思想對企業(yè)加工排產(chǎn)線優(yōu)化，實現(xiàn)制造業(yè)服務(wù)型轉(zhuǎn)型顯得尤為重要。

本文基于云計算的思想，設(shè)計和實現(xiàn)了基于調(diào)度算法的云服務(wù)平臺。云服務(wù)平臺的核心是將蟻群算法，遺傳算法，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法等虛擬化封裝在云服務(wù)資源池中，通過云平臺將調(diào)度算法共享，服務(wù)請求者可通過服務(wù)請求獲得其高效服務(wù)。通過匹配相關(guān)算法進行作業(yè)排產(chǎn)加工來提高中小型企業(yè)加工生產(chǎn)中的排產(chǎn)效率和設(shè)備利用率，實現(xiàn)企業(yè)智能化轉(zhuǎn)型。

1 云制造平臺概述

在云制造平臺中，主要有三種角色，分別是云服務(wù)資源提供者，云服務(wù)資源請求者，第三方運營者。云服務(wù)資源提供者通過全方位對云服務(wù)平臺生命周期的感知，對于制造業(yè)中的軟資源，通過利用虛擬化與服務(wù)化技術(shù)，將軟資源感知與接入，并指定相應(yīng)的參數(shù)規(guī)則，利用WSDL與OWL-S等相關(guān)技術(shù)[1]，對提供資源進行規(guī)范描述通過云制造平臺的服務(wù)化工

具，實現(xiàn)云服務(wù)功能，依此來將資源提供給第三方運營者，第三方運營者主要對接入資源進行管理與發(fā)布，通過高效的運營，實現(xiàn)制造資源的共享。通過云服務(wù)資源請求者對云服務(wù)平臺發(fā)布相關(guān)需求服務(wù)描述，第三方運營者根據(jù)其描述進行高效適配，提供給其相應(yīng)服務(wù)。

2 調(diào)度算法資源的共享過程

2.1 算法資源的接入與適配

算法接入與適配主要針對算法資源提供者。調(diào)度算法屬于制造業(yè)資源中的制造軟資源，軟資源的共享主要有兩種方式，一個是利用虛擬化的技術(shù)，另一個是使用服務(wù)化技術(shù)的實現(xiàn)，云服務(wù)平臺就是利用虛擬化的技術(shù)，首先在云端構(gòu)建虛擬的云服務(wù)資源池，將資源接入到云服務(wù)資源池，然后利用統(tǒng)一適配方式進行存儲與通信[2]，由于算法資源與云服務(wù)資源的使用者交互性不高的特點，所以，該算法資源的需要遠(yuǎn)程調(diào)用的方式來實現(xiàn)，將其存儲于物理服務(wù)器或者虛擬服務(wù)器上，并且提供遠(yuǎn)程調(diào)用的接口，該技術(shù)的實現(xiàn)主要利用Web Service技術(shù)[3]。

在Web Service技術(shù)實現(xiàn)上利用了它的三個要素：簡單對象協(xié)議（SOAP），網(wǎng)頁服務(wù)描述語言（WSDL），UDDI[4]。

其中SOAP主要用來傳遞算法信息的格式，由于它可以和HTTP，SMTP，MIME等因特網(wǎng)協(xié)議結(jié)合使用利用XML通過因特網(wǎng)訪問，從而保證了算法資源在傳輸中的可靠性。

在算法提供者方面，主要利用WSDL訪問其資源接口，這樣就可以為算法提供者提供詳細(xì)接口說明書。

對于Web Service的封裝，算法資源信息的注冊則是由UDDI來完成，由于UDDI可以實現(xiàn)可公開訪問的接口，所以，通過使用這些接口，資源提供者可以向算法云服務(wù)資源池注冊其算法資源信息，資源請求者也獲得云端信息，從而達到資源共享的目的。

2.2 算法資源的監(jiān)督管理

算法資源的監(jiān)督組件與管理主要是跟蹤算法云服務(wù)的執(zhí)行過程與狀態(tài)，監(jiān)控其算法運行的穩(wěn)定性與響應(yīng)時間，對已執(zhí)行算法收集其執(zhí)行效率與用戶對所選取算法滿意度，對之后的算法選取決策提供一定的依據(jù)。

2.3 調(diào)度算法的檢索與匹配

2.3.1 云服務(wù)平臺的檢索與匹配執(zhí)行機制

調(diào)度算法的檢索與匹配由第三方運營者來完成。首先由云服務(wù)算法請求者向算法云服務(wù)資源池發(fā)送服務(wù)請求，通過語義描述，生成需求文檔，同時服務(wù)資源也經(jīng)過適配環(huán)節(jié)生成算法文檔，第三方運營者依照云服務(wù)解析器的參數(shù)和需求，對其進行功能解析，數(shù)據(jù)解析以及性能解析。依據(jù)服務(wù)標(biāo)準(zhǔn)，調(diào)動智能匹配組件，利用高效智能搜索算法，由于請求的信息復(fù)雜多樣，云服務(wù)平臺需要根據(jù)其請求在本體資源庫中設(shè)置算法參數(shù)，并依據(jù)這些參數(shù)制定合適的計算方式，根據(jù)資源請求者的需求規(guī)劃算法權(quán)值，從而根據(jù)請求參數(shù)確定算法匹配程序，進而得出最佳匹配算法，返回結(jié)果[6]。如圖1所示。

2.3.2云服務(wù)平臺的匹配模式

云服務(wù)平臺支持匹配方式有兩種，分別是語法匹配和語義匹配。

某些用戶常常是用關(guān)鍵詞的形式來發(fā)送服務(wù)請求，云服務(wù)平臺針對注冊信息，進行語法匹配，云服務(wù)平臺通過對用戶注冊服務(wù)信息的檢索，利用關(guān)鍵詞的提取來發(fā)現(xiàn)服務(wù)。云平臺通過利用用戶提交的關(guān)鍵詞和各種服務(wù)類型進行語法級別的匹配。然后將匹配上的服務(wù)結(jié)果返回給用戶。語法匹配實現(xiàn)上比較方便，而且匹配效率也高。但是由于是利用關(guān)鍵詞匹配，故得到結(jié)果也過于密集，針對一些特殊請求，卻難以實現(xiàn)。

針對特殊領(lǐng)域的需求，當(dāng)語法匹配不能夠識別用戶提供的服務(wù)需求時，云服務(wù)平臺將執(zhí)行語義匹配的匹配模式，語義匹配是利用云平臺本身對相關(guān)服務(wù)的行為，功能進行語義描述，并在語義分析的基礎(chǔ)上進行服務(wù)的匹配。這是一種基于OWL-S的服務(wù)匹配模式算法，語義匹配依賴于邏輯演繹與推理[5]，其匹配精度也相對較高。

3 算法資源的本體建模

3.1 算法資源描述模型

云制造資源的描述是制造資源的共享，為需求者服務(wù)中重要的一步，由于制造資源種類繁多，不同的制造資源所包含的信息量也極具龐大，為了簡化，規(guī)范制造資源本身的描述，則采取分析制造資源的信息類型，從而總結(jié)出其共性，為同類型資源定義一個信息模板，來規(guī)范其信息的描述[10]。

資源服務(wù)化模板封裝過程算法如下：

Step1：從海量模板庫選擇合適模板，如果找到模板，轉(zhuǎn)Step3，否則轉(zhuǎn)Step2。

Step2：根據(jù)需求建立新模板，并將該模板發(fā)布到模板庫。

Step3：根據(jù)資源的描述封裝到模板，形成XML文檔。

Step4：搜索現(xiàn)有的實現(xiàn)類中是否能夠?qū)崿F(xiàn)該類資源，如果可能，轉(zhuǎn)Step6，否則轉(zhuǎn)Step5。

Step5：利用資源實現(xiàn)模板實現(xiàn)該資源實現(xiàn)類。

Step6：將該資源接口加入資源適配器。

Step7： 發(fā)布該接口注冊到UDDI注冊中心。

Step8：結(jié)束程序。

3.2 算法資源描述模板

為了方便資源的描述，本文抽象出來算法資源元模板和每一類資源的描述模板，算法資源描述的元模板定義了類模板應(yīng)遵守的描述規(guī)范[10]。

應(yīng)用XML語言對資源進行規(guī)范化描述，每一類資源都對應(yīng)一個XML Schema規(guī)范文檔，該文檔定義了算法資源描述時的屬性項。

3.3 算法資源實現(xiàn)模板

算法資源實現(xiàn)的元模板接口文件如下：

Public interface Alg_Resource{

Public static void init（Alg_containerCon con）；

//解析相關(guān)文檔，初始化操作。

Public HashMap getParameter（）；

//用來獲取參數(shù)信息并返回給客戶端，用戶可根據(jù)個人需求設(shè)置相應(yīng)參數(shù)。

Public HashMap Execute（）；

//執(zhí)行任務(wù)。

Public String getResult（）；

//獲取結(jié)果集。}

在執(zhí)行該服務(wù)時候，首先執(zhí)行init方法，來讀取與解析相關(guān)文檔，初始化該服務(wù)屬性。然后執(zhí)行g(shù)etParameter方法，將平臺的參數(shù)信息獲取后，返回給客戶端，用戶結(jié)合自身需求，設(shè)置各類算法的相關(guān)參數(shù)信息。接著平臺會檢驗參數(shù)是否符合規(guī)范，執(zhí)行Execute方法，提交作業(yè)加工。最后將執(zhí)行完畢，調(diào)用getResult返回結(jié)果集[10]。通過哈爾濱電機廠實例驗證，該平臺存在高效性。

4 結(jié)束語

基于云計算思想的作業(yè)車間調(diào)度算法平臺，解決了制造業(yè)中單件排產(chǎn)低，排產(chǎn)不合理的問題，對于突變訂單的處理也具有高效處理的特點，保證訂單按時按需完成，提高了的作業(yè)車間的生產(chǎn)效率。通過實例驗證，該平臺具有高效性與可行性。

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