吳 沖，潘 莉，蘇梅月，陳 樂，王丹妮，王 騰

(武漢科技大學 a.冶金裝備及其控制教育部重點實驗室；b.機械傳動與制造工程湖北省重點實驗室，武漢 430081)

0 引言

隨著時代的快速發(fā)展，制造業(yè)和服務業(yè)之間相互融合，“制造服務”由此而來[1-2]。再制造服務就是一種以再制造服務平臺為基礎，用戶通過網(wǎng)絡可以隨時獲取，按需使、用的制造服務。然而，由于再制造服務平臺上匯聚著再制造企業(yè)巨大的數(shù)據(jù)信息，再制造客戶要想從再制造服務平臺上快速選擇出符合自身需求的優(yōu)質(zhì)再制造服務，就需要針對各個行業(yè)建立標準的再制造標準服務體系，該體系的建立可以完成再制造服務的標準化建模，從而實現(xiàn)再制造服務平臺制造資源和服務的系統(tǒng)化管理，達到資源共享、優(yōu)化產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)等目的。

關于制造服務的模型，文獻[3-4]從制造服務的資源、信息、功能和服務狀態(tài)對制造服務進行建模，并用標準化的語言對制造服務進行規(guī)范描述；文獻[5-6]從多個視圖角度對制造服務進行分類，給出了服務的形式化描述方法，同時探索了資源的封裝方法和服務化應用方法；文獻[7]提出了一種兩層三元組模塊化制造加工服務的建模方法用來解決制造服務描述異構(gòu)性問題，基本實現(xiàn)了網(wǎng)絡化環(huán)境下項目任務和制造服務的快速發(fā)現(xiàn)和精確匹配，文獻[8]從制造服務的粒度角度出發(fā)，根據(jù)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的復雜性給出了制造服務合成規(guī)則和合成技術。文獻[9]通過對再制造產(chǎn)品全生命周期內(nèi)對再制造服務進行劃分，提出了再制造服務分類方法和描述模型。這些文獻對再制造服務標準化都具有一定的借鑒意義，但再制造服務作為一種新的服務，區(qū)別于傳統(tǒng)的制造服務，本文初步提出一種再制造標準服務建模方法，該方法旨在為再制造環(huán)境下的特定行業(yè)制定標準的制造服務樹，通過該體系的構(gòu)建，實現(xiàn)再制造服務平臺企業(yè)標準化建模和封裝。

1 再制造服務及其標準化建模

1.1 再制造服務

再制造服務是以廢舊產(chǎn)品為服務載體，旨在滿足客戶多樣化的制造服務要求，并使得再制造企業(yè)借助再制造服務平臺為客戶提供整個產(chǎn)業(yè)鏈上的價值增值服務[10]。再制造服務平臺的開放性決定了再制造服務具有動態(tài)性和多樣性。動態(tài)性是指再制造服務會根據(jù)用戶的需求隨時對再制造資源和活動進行動態(tài)調(diào)整和重新組合；多樣性則是指在再制造服務平臺上存在著大量的參差不齊的再制造服務，這些服務功能相似但質(zhì)量良莠不齊。具體的再制造服務平臺工作流程如圖1所示。

圖1 再制造服務平臺工作流程

如圖1所示,再制造平臺運營商主要為再制造客戶以及再制造企業(yè)提供服務。再制造客戶通過在再制造服務平臺發(fā)布自身需求的再制造服務，平臺接收到請求后檢索再制造服務云池為客戶推薦最優(yōu)服務，在客戶確認后聯(lián)系再制造企業(yè)完成再制造任務。再制造服務供應商的主要工作是將再制造企業(yè)的再制造資源服務化并錄入再制造服務云池。

1.2 再制造環(huán)境下的標準制造服務BOSS模型

產(chǎn)品標準再制造服務BOSS模型是指再制造服務平臺利用BOM技術，構(gòu)建涵蓋特定產(chǎn)品或行業(yè)的再制造服務。這些服務包括原子、集成以及平臺再制造服務三個層面，生成類似于產(chǎn)品BOM樹的再制造標準服務BOSS結(jié)構(gòu)樹[11]。在該結(jié)構(gòu)中，企業(yè)根據(jù)自身的再制造能力在再制造服務平臺上相應的節(jié)點上發(fā)布再制造服務信息。此外， BOSS結(jié)構(gòu)樹還需要根據(jù)再制造服務平臺上的海量的再制造服務信息實時動態(tài)地對再制造BOSS結(jié)構(gòu)樹做出調(diào)整，以適應不斷變化的市場環(huán)境。

為了方便快捷的對行業(yè)內(nèi)再制造產(chǎn)品進行規(guī)范化建模與描述，以實現(xiàn)再制造服務平臺的標準化建模和系統(tǒng)化管理。本文參照產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理中的BOM技術，構(gòu)建了一種面向再制造產(chǎn)品全生命周期的標準再制造服務體系結(jié)構(gòu)示例，如圖2所示。

圖2 再制造標準服務體系結(jié)構(gòu)示例

本文構(gòu)建的BOSS模型涵蓋產(chǎn)品全生命周期階段的所有再制造服務，并考慮到構(gòu)建的BOSS樹的可用性，在BOSS樹構(gòu)建過程中，綜合考慮企業(yè)的產(chǎn)品BOM，行業(yè)標準和實際業(yè)務能力與再制造能力等諸多因素。圖中不同類型的企業(yè)可以提供不同類型的制造服務，并且它還能根據(jù)業(yè)務規(guī)模和相應的業(yè)務能力確定公司在行業(yè)中的地位。因此，根據(jù)行業(yè)企業(yè)的市場結(jié)構(gòu)，再制造企業(yè)可以提供的再制造服務被系統(tǒng)地分類管理，這將有助于再制造企業(yè)實現(xiàn)準確的描述建模和項目任務的精準匹配。

2 多色集理論與加權(quán)關聯(lián)規(guī)則

2.1 多色集理論

1976年，Pavlov教授提出了一種過顏色描述來賦予普通集合中元素不同性質(zhì)的方法進行多色集合理論仿真建模方法，解決了一般的集合論無法完整的描述集合本身和其組成元素性質(zhì)的問題。

一般情況下，傳統(tǒng)集合論中A={a1,…，ai,…，an}元素ai∈A所表示的僅僅是元素的名稱，但為了更好的描述系統(tǒng)信息，希望建模過程中將合元素的一些性質(zhì)體現(xiàn)出來，此時普通的集合論就無法完成。多色集合理論中集合元素ai∈A可以表示其具備的某些特性，即

F(ai)={F1(ai),F2(ai),…，F(xiàn)m(ai) }

表示為元素ai的性質(zhì)集合為{F1(ai),F2(ai),…，F(xiàn)m(ai) }，而全體集合F(A)統(tǒng)一著色F(A)={F1,F2,…,Fn}。

2.2圍道矩陣

為了實現(xiàn)復雜系統(tǒng)中各元素性質(zhì)之間的映射關系，提出了圍道矩陣。在計算過程中，利用圍道的概念來替換“顏色”這一術語，即圍道可以看成性質(zhì)、特征、參數(shù)等術語[13-14]。通過圍道矩陣，我們可以將復雜系統(tǒng)中的各元素之間的性質(zhì)、關系通尅看成是一種集合的關系，也可以看成是一種邏輯關系。

利用多色集合理論，圍道矩陣中的元素對象的邏輯表示方法則有：

當Fj=1時，圍道Fj是可實現(xiàn)的；當Fj=0時，說明圍道Fj是不能實現(xiàn)的，即再制造企業(yè)不具備能力完成某一再制造任務的加工。

在復雜系統(tǒng)建模的過程中，圍道將作為一種特定的方式表達多色集理論中顏色的概念。具體的含義如下：

圍道矩陣[A×F(A)],形如公式(1)所示:

(1)

式中說明了圍道F={F1,F2,…,Fp}的組成，其中如果Fj∈F(ai),則cij=1,表明對象元素ai具有顏色(性質(zhì))Fj，反之則cij=0。

計算方法為：已知F(ai)=(f1,f5),F(aj)=(f3,f5,f6)，那么F(ai),F(aj)∈FA=(f1,f2,f3,f4,f5,f6)著色F(ai) 和F(aj)可以用布爾向量表示為：F(ai)=(1,0,0,0,1,0),F(aj)=(0,0,1,0,1,1)。布爾矢量的邏輯運算主要有邏輯和與邏輯積。具體的運算過程如下：

F(ai)=(1,0,0,0,1,0)
∪
F(aj)=(0,0,1,0,1,1)
F(ai)∪F(aj)=(1,0,1,0,1,1)
F(ai)=(1,0,0,0,1,0)
∩
F(aj)=(0,0,1,0,1,1)
F(ai)∩F(aj)=(0,0,0,0,1,0)

2.3 關聯(lián)規(guī)則

數(shù)據(jù)庫中關聯(lián)規(guī)則的挖掘可以定義為：設I=(i1,i2,…,in)是所有項的集合，S是所有事務也即數(shù)據(jù)庫中記錄的集合，每一個事務T是一些項目的集合，即T=(t1,t2,…,tn),其中t是I的非空子集，即t∈I,每一個交易都有唯一的標示符TID相對應。關聯(lián)規(guī)則是形如X→Y的蘊含式，其中X,Y∈I且X∩Y=?，X和Y分別稱為關聯(lián)式的先導和后繼。關聯(lián)規(guī)則X→Y在S中的支持度是S中事物包含X∪Y的百分比，即概率P(X∪Y),置信度是包含X的事務中同時包含Y的百分比，即條件概率P(X│Y)。關聯(lián)規(guī)則用三個函數(shù)來表征X與Y的相關性:

X→Y[Suppprt,Confidence,Coeerlation]

其中,關聯(lián)規(guī)則形如X→Y的支持度為X∪Y，表示同時包含X和Y的概率，記作：

Support(X→Y)=P(X∪Y)

(2)

關聯(lián)規(guī)則形如X→Y的信任度為在數(shù)據(jù)庫中在包含X的前提下同時也包含Y的概率，記作：

(3)

Lift(X,Y)函數(shù)是關聯(lián)規(guī)則中的相關性測度計算函數(shù)，它表示X與Y之間的相關性，記作：

(4)

其中,Lift(X,Y)=1表示X與Y是相互獨立的，不存在相關性；Lift(X,Y)<1表示X與Y屬于負相關，即表示X和Y之間存在相互排斥的關系；Lift(X,Y)>1表示X與Y屬于正相關，即表示X和Y之間有一定的相關性同時出現(xiàn)。

2.4 加權(quán)關聯(lián)規(guī)則模型

在一般的加權(quán)關聯(lián)規(guī)則模型基礎上，本文提出一種基于再制造服務平臺企業(yè)信譽值的加權(quán)關聯(lián)規(guī)則算法，考察平臺企業(yè)封裝的制造服務集合I=(i1,i2,…,in)，其中每一個ip表示再平臺企業(yè)所封裝的制造服務，并賦予一個事務標識符TID。

根據(jù)公式(2)～式(4)可以依次定義基于再制造服務平臺企業(yè)信譽值的加權(quán)支持度、加權(quán)置信度、加權(quán)相關性測度。

關聯(lián)規(guī)則形如X→Y的加權(quán)支持度為：

(5)

關聯(lián)規(guī)則形如X→Y的加權(quán)置信度為：

(6)

關聯(lián)規(guī)則形如X→Y的加權(quán)相關性為：

(7)

3 案例

本文將以某機床的再制造為例構(gòu)建面向廢舊機床的再制造標準制造服務。首先給出機床的主要零部件，在此基礎上總結(jié)出廢舊機床的通用結(jié)構(gòu)，然后利用多色集合理論構(gòu)建廢舊機床再制造服務BOSS，最后，對再制造BOSS節(jié)點制造服務進行標準化，從而進一步完善再制造服務BOSS結(jié)構(gòu)。

3.1 機床再制造服務BOSS樹構(gòu)建

某機床的主要零部件如表1所示。

表1 機床主要零部件

具體的機床再制造BOM如圖3所示。

圖3 機床再制造BOM圖

如圖3所示，機床的零部件主要可以分為兩大部分：一類通用件，例如：電動機、離合器、繼電器、傳感器等可以作為一個整體進行采購；另一類為組合件，例如互鎖機構(gòu)、變速機構(gòu)等部件。組合件通過結(jié)構(gòu)劃分可以分為若干個零部件，并且需要特定的供應商進行生產(chǎn)。特別指出，雖然電動機、離合器、繼電器、傳感器等也是可以進行拆分，然而由于他們的通用性，在機床再制造服務BOSS中不予考慮。因此，在再制造服務BOSS構(gòu)建過程中，主要考慮的是產(chǎn)品的通用結(jié)構(gòu)。

制造服務集合的確定是再制造服務BOSS樹構(gòu)建的基礎，其中包括原子再制造服務集合以及集成再制造服務集合的確定。但是，不同的產(chǎn)業(yè)在再制造環(huán)節(jié)上差別很大，因此再制造服務集合往往需要考慮實際的行業(yè)背景以及應用環(huán)境。本文結(jié)合表1所述的廢舊機床通用結(jié)構(gòu)信息給出了機床的原子再制造服務集合和集成再制造服務集合，如表2所示。

表2 機床原子與集成再制造服務

通過多色集合理論的圍道矩陣構(gòu)建方法，結(jié)合表2進給箱集成再制造服務集合構(gòu)建進給箱集成再制造服務映射矩陣[IS×AS]如表3所示。

表3 進給箱再制造服務映射矩陣

由此可以構(gòu)建進給箱、移換機構(gòu)、轉(zhuǎn)換機構(gòu)、操作機構(gòu)、變速機構(gòu)等再制造集成服務圍道為：

進給箱集成再制造服務IS8：

[IS×AS]/IS8={移換機構(gòu)、轉(zhuǎn)換機構(gòu)、操作機構(gòu)、變速機構(gòu)}

移換機構(gòu)再制造服務IS9：

[IS×AS]/IS9={軸、滑移齒輪、空套齒輪、圓錐齒輪、花鍵}

轉(zhuǎn)換機構(gòu)再制造服務IS10：

[IS×AS]/IS10={齒輪、齒條}

操作機構(gòu)再制造服務IS11：

[IS×AS]/IS11={手柄、花鍵軸、擺桿、齒輪}

變速機構(gòu)IS12：

[IS×AS]/IS12={移換齒輪、交換齒輪}

用布爾向量表示為：

F(IS8)=(1，1，1，1，1，1，1，1，1，1，1，1，1)

F(IS9)=(1，1，1，1，1，0，0，0，0，0，0，0，0)

F(IS10)=(0，0，0，0，0，1，1，0，0，0，0，0，0)

F(IS11)=(0，0，0，0，0，0，0，1，1，1，1，0，0)

F(IS12)=(0，0，0，0，0，0，0，0，0，0，0，1，1)

計算過程如下：

F(IS9)=(1，1，1，1，1，0，0，0，0，0，0，0，0，)

∪

F(IS10)=(0，0，0，0，0，1，1，0，0，0，0，0，0…)

∪

F(IS11)=(0，0，0，0，0，0，0，1，1，1，1，0，0，)

∪

F(IS12)=(0，0，0，0，0，0，0，0，0，0，0，1，1，)

F(IS8)=F(IS9)∪F(IS10)∪F(IS11)∪F(IS12)=(1，1，1，1，1，1，1，1，1，1，1，1，1)

由此可以確定集成制造服務IS8、IS9、IS10、IS11、IS12五者之間的關系如圖4所示。

圖4 進給箱再制造服務BOSS

根據(jù)上述機床再制造服務BOSS構(gòu)建方法，初步建立起了類似于圖4所示的進給箱再制造服務BOSS，再制造服務平臺企業(yè)可以根據(jù)企業(yè)自身的再制造能力在相應的節(jié)點服務模板上發(fā)布符合企業(yè)自身的再制造服務信息。但是再制造服務BOSS一方面方便了企業(yè)的再制造服務建模和資源封裝；另一方面也讓企業(yè)失去了個性化的定制。因此，在企業(yè)注冊、發(fā)布再制造服務的過程中，再制造服務平臺給予了企業(yè)一定的靈活性，再制造企業(yè)可以根據(jù)再制造加工能力提供再制造服務。

3.2服務標準化

在初步建立起了機床再制造服務BOSS樹后，再制造服務平臺企業(yè)可以根據(jù)自身再制造加工能力在相應的BOSS節(jié)點上封裝個性化的再制造服務。由于再制造服務平臺上有海量的集成再制造服務，為了得到它們之間的相應關系，需要對再制造服務平臺上的封裝數(shù)據(jù)信息進行關聯(lián)規(guī)則分析。例如：移換機構(gòu)節(jié)點再制造服務的注冊過程中，原子再制造服務組成為(軸再制造服務、滑移齒輪再制造服務、空套齒輪再制造服務、花鍵再制造服務、圓錐齒輪再制造服務)。假設再制造服務平臺上有5家企業(yè)由于設備、業(yè)務、能力等因素，其在移換機構(gòu)節(jié)點再制造服務封裝的集成制造服務如表4所示。

表4 平臺企業(yè)再制造服務情況

通過本文所提出的加權(quán)關聯(lián)規(guī)則頻繁項集發(fā)現(xiàn)算法求解有：

WS(AS29→AS30)=0.679
Wc(AS29→AS30)=0.841
WL(AS29→AS30)=1.238

計算結(jié)果如表5所示：

表5 計算結(jié)果

通過關聯(lián)規(guī)則分析，最后總結(jié)得出{AS29、AS30、AS31、AS32、AS33}的頻繁項集為{AS29、AS30}和{AS31、AS32、AS33}。由此，在機床再制造服務BOSS中添加{ASp、ASq}兩項節(jié)點再制造服務，從而形成圖5所示的標準化后進給箱再制造服務BOSS結(jié)構(gòu)。

圖5 標準化后進給箱再制造服務BOSS結(jié)構(gòu)

4 結(jié)論

本文在再制造環(huán)境下，提出了一種基于多色集合理論的再制造服務BOSS結(jié)構(gòu)樹構(gòu)建方法，實現(xiàn)了再制造環(huán)境下BOSS樹模型的構(gòu)建，有利于再制造企業(yè)在平臺上的服務組合、匹配以及信息發(fā)布。此外，利用基于企業(yè)信譽值的加權(quán)關聯(lián)規(guī)則對再制造服務平臺企業(yè)封裝的再制造服務信息進行分析，挖掘出原子再制造服務之間的相關性，提出了一種基于關聯(lián)規(guī)則的制造BOSS節(jié)點再制造服務標準化方法，解決了當前因再制造服務描述混亂、制造服務信息不完整而造成的再制造服務管理困難和再制造服務與項目任務匹配不準確等問題。