1 引言

隨著先進(jìn)制造技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，產(chǎn)品開(kāi)發(fā)逐漸成為多角色參與、多領(lǐng)域協(xié)同設(shè)計(jì)與制造的活動(dòng)，需要跨地域、跨部門(mén)的制造資源支持；由于新產(chǎn)品開(kāi)發(fā)資源的分布不均衡，廣大制造企業(yè)特別是量大面廣的中小制造企業(yè)面臨著資金不足、人才匱乏、整體技術(shù)及設(shè)備水平落后等問(wèn)題，嚴(yán)重制約了企業(yè)的產(chǎn)品創(chuàng)新和核心競(jìng)爭(zhēng)能力的提升，而一些企業(yè)及高校等大量的硬件資源、軟件資源和能力資源處于閑置狀態(tài)，造成資源的極大浪費(fèi)。云制造模式的提出，為求解制造企業(yè)特別是量大面廣的中小企業(yè)新產(chǎn)品開(kāi)發(fā)問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)制造資源的優(yōu)化配置、增值與增效，進(jìn)而提高企業(yè)的自主創(chuàng)新能力和核心競(jìng)爭(zhēng)力，提供了新的解決思路。

云制造技術(shù)將現(xiàn)有網(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,實(shí)現(xiàn)各類(lèi)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)一的、集中的智能化管理和經(jīng)營(yíng),為制造全生命周期過(guò)程提供可隨時(shí)獲取的、按需使用的、安全可靠的、優(yōu)質(zhì)廉價(jià)的各類(lèi)制造活動(dòng)服務(wù)。在云制造模式下，用戶(hù)能夠根據(jù)應(yīng)用需求，隨時(shí)隨地、動(dòng)態(tài)、敏捷地使用云端制造資源池中的制造資源。

新產(chǎn)品開(kāi)發(fā)云服務(wù)的匹配過(guò)程中包含三個(gè)主要的參與角色，如圖1所示。

圖1 新產(chǎn)品開(kāi)發(fā)云服務(wù)中角色關(guān)系

云制造服務(wù)平臺(tái)：云制造服務(wù)平臺(tái)作為對(duì)新產(chǎn)品開(kāi)發(fā)云制造服務(wù)資源需求方和新產(chǎn)品開(kāi)發(fā)云制造服務(wù)資源提供方間的第三方平臺(tái)，負(fù)責(zé)云制造服務(wù)資源的組織、管理和維護(hù)，包括服務(wù)資源的注冊(cè)、注銷(xiāo)與更新等，同時(shí)，保證供需雙方間交易過(guò)程的透明、公平和公正。

新產(chǎn)品開(kāi)發(fā)云服務(wù)提供方：指廣大具有閑散的新產(chǎn)品開(kāi)發(fā)資源的廠(chǎng)商、院所或單位個(gè)人。云制造服務(wù)提供方將擁有的資源按照云制造服務(wù)的統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)注冊(cè)發(fā)布到云制造服務(wù)平臺(tái)中，使其能夠被需求方發(fā)現(xiàn)與調(diào)用。

新產(chǎn)品開(kāi)發(fā)云服務(wù)需求方：指廣大具有新產(chǎn)品開(kāi)發(fā)需求的廠(chǎng)商、院所或單位個(gè)人。需求方能夠在云制造服務(wù)平臺(tái)中發(fā)布服務(wù)需求，并獲得符合需求的查詢(xún)結(jié)果。

然而，目前云制造關(guān)鍵技術(shù)還處于研究探索階段，其中的云服務(wù)語(yǔ)義匹配方法是實(shí)現(xiàn)云制造按需服務(wù)關(guān)鍵技術(shù)之一。

2 新產(chǎn)品開(kāi)發(fā)云服務(wù)語(yǔ)義匹配的定義

新產(chǎn)品開(kāi)發(fā)云服務(wù)語(yǔ)義匹配是指在云制造環(huán)境下，根據(jù)云服務(wù)需求方提供的新產(chǎn)品開(kāi)發(fā)需求描述，通過(guò)服務(wù)語(yǔ)義匹配機(jī)制對(duì)新產(chǎn)品開(kāi)發(fā)云資源池中的服務(wù)資源進(jìn)行搜索和匹配，并返回一系列與新產(chǎn)品開(kāi)發(fā)需求描述相匹配的云服務(wù)，使云服務(wù)需求方能夠發(fā)現(xiàn)云資源池中最符合其需求的云服務(wù)資源，從而發(fā)揮云制造的功能，促進(jìn)新產(chǎn)品開(kāi)發(fā)云服務(wù)資源的有效共享。為了給新產(chǎn)品開(kāi)發(fā)用戶(hù)提供一個(gè)高效、可靠且智能化的服務(wù)匹配環(huán)境，云服務(wù)語(yǔ)義匹配需滿(mǎn)足以下要求：

（1）能夠?qū)崿F(xiàn)新產(chǎn)品開(kāi)發(fā)云服務(wù)資源的注冊(cè)、注銷(xiāo)和更新

由于新產(chǎn)品開(kāi)發(fā)云制造服務(wù)資源種類(lèi)繁多并且功能各異，服務(wù)資源提供方必須將服務(wù)資源信息注冊(cè)到統(tǒng)一的云制造平臺(tái)中，便于服務(wù)資源的發(fā)現(xiàn)和使用；當(dāng)服務(wù)資源提供方停止提供某項(xiàng)新產(chǎn)品開(kāi)發(fā)服務(wù)資源時(shí)，相應(yīng)的服務(wù)資源信息要從平臺(tái)中及時(shí)地刪除，從而避免出現(xiàn)垃圾信息；同時(shí)，為確保服務(wù)資源信息的精確性，云制造平臺(tái)能夠使服務(wù)提供方方便、快捷的更新服務(wù)資源信息。

（2）能夠根據(jù)服務(wù)需求方描述的信息智能匹配符合要求的服務(wù)資源

傳統(tǒng)的基于關(guān)鍵字的信息檢索方法在匹配精度和準(zhǔn)度上都無(wú)法滿(mǎn)足云服務(wù)智能化的需求。然而，基于領(lǐng)域本體的服務(wù)語(yǔ)義層面發(fā)現(xiàn)與匹配能夠準(zhǔn)確地推理判斷服務(wù)的能力滿(mǎn)足服務(wù)需求的程度。因此，云制造服務(wù)的匹配應(yīng)提供一種基于領(lǐng)域本體的語(yǔ)義檢索方法。

（3）能夠?qū)崿F(xiàn)自動(dòng)化地處理

新產(chǎn)品開(kāi)發(fā)云服務(wù)的檢索匹配應(yīng)該盡量減少供需雙方的操作且能夠較快地返回用戶(hù)所需的結(jié)果。

3 新產(chǎn)品開(kāi)發(fā)云服務(wù)語(yǔ)義匹配總體框架

新產(chǎn)品開(kāi)發(fā)云服務(wù)語(yǔ)義匹配框架由三大模塊組成，分別為云服務(wù)語(yǔ)義注冊(cè)模塊、云服務(wù)語(yǔ)義匹配模塊、以及新產(chǎn)品開(kāi)發(fā)云服務(wù)本體庫(kù)，如圖2所示。

圖2 新產(chǎn)品開(kāi)發(fā)云制造服務(wù)語(yǔ)義匹配框架

3.1 云服務(wù)語(yǔ)義注冊(cè)模塊

服務(wù)語(yǔ)義注冊(cè)模塊包括OWL-S/UDDI解析器和UDDI注冊(cè)中心兩部分。UDDI注冊(cè)中心負(fù)責(zé)新產(chǎn)品開(kāi)發(fā)云服務(wù)的注冊(cè)、發(fā)布和檢索。OWL-S/UDDI解析器負(fù)責(zé)將用OWL-S本體的Profile類(lèi)描述的新產(chǎn)品云服務(wù)信息一對(duì)一地映射到UDDI對(duì)應(yīng)元素中，使其包含服務(wù)的語(yǔ)義信息，映射過(guò)程如圖3所示。

圖3 OWL-S與UDDI間的映射

3.2 云服務(wù)語(yǔ)義匹配模塊

云服務(wù)語(yǔ)義匹配模塊負(fù)責(zé)云用戶(hù)的新產(chǎn)品開(kāi)發(fā)需求與UDDI注冊(cè)中心的新產(chǎn)品開(kāi)發(fā)云服務(wù)間的語(yǔ)義匹配，它根據(jù)新產(chǎn)品開(kāi)發(fā)云服務(wù)本體庫(kù)提供的概念語(yǔ)義信息，將需求描述和服務(wù)描述中對(duì)應(yīng)的概念參數(shù)進(jìn)行語(yǔ)義匹配，通過(guò)執(zhí)行本體概念推理確定概念間的語(yǔ)義匹配程度，最后根據(jù)服務(wù)與需求的匹配程度排序并將達(dá)到設(shè)定匹配度閥值（Th）的新產(chǎn)品開(kāi)發(fā)云服務(wù)輸出到服務(wù)需求方的用戶(hù)界面中。

3.3 新產(chǎn)品開(kāi)發(fā)云服務(wù)本體庫(kù)

新產(chǎn)品開(kāi)發(fā)云服務(wù)本體庫(kù)通過(guò)提供新產(chǎn)品開(kāi)發(fā)云服務(wù)領(lǐng)域的共享概念知識(shí)，使服務(wù)語(yǔ)義匹配引擎能夠?qū)π枨蠛头?wù)間的本體概念進(jìn)行語(yǔ)義層次的推理和匹配。

4 新產(chǎn)品開(kāi)發(fā)云服務(wù)語(yǔ)義描述方法

新產(chǎn)品開(kāi)發(fā)云服務(wù)語(yǔ)義匹配框架中，云需求和云服務(wù)都采用OWL-S中的Profile類(lèi)來(lái)描述。Profile類(lèi)既可以用來(lái)描述服務(wù)提供者的服務(wù)，也可以用來(lái)描述服務(wù)請(qǐng)求者的需求。具體來(lái)說(shuō)，Profile本體模型如圖4所示，主要包含以下三個(gè)部分：

圖4 OWL-S Profile中的類(lèi)和屬性

4.1 服務(wù)名稱(chēng)、聯(lián)系方式和簡(jiǎn)單文本描述信息

Profile類(lèi)通過(guò)serviceName,textDescription和conta ctInformation三個(gè)屬性把服務(wù)的基本信息引入到服務(wù)描述中。Profile中最多只能有一個(gè)serviceName和textDescription屬性，但可以有多個(gè)contactInformation屬性。其中，serviceName指定了所提供服務(wù)的名稱(chēng)，可作為其標(biāo)識(shí)。textDescription提供了對(duì)服務(wù)的簡(jiǎn)要文本描述，一般是其功能的簡(jiǎn)單介紹。contactInformation指定了服務(wù)提供者給出的個(gè)人或其他形式的聯(lián)系方式，例如name、title、phone、email、physicalAddress、webURL等信息。

4.2 服務(wù)的功能屬性描述

Profile中最本質(zhì)的部分是關(guān)于服務(wù)功能屬性的描述，它從兩方面表達(dá)了服務(wù)功能屬性：信息轉(zhuǎn)化和服務(wù)執(zhí)行引起的狀態(tài)變化。服務(wù)信息轉(zhuǎn)變通過(guò)輸入（Input）和輸出（Output）來(lái)表示。Input指定了服務(wù)進(jìn)行執(zhí)行所需要的信息，例如新產(chǎn)品開(kāi)發(fā)過(guò)程中某個(gè)汽車(chē)零部件的性能、尺寸、材料和成本作為輸入。Output指定了服務(wù)操作的結(jié)果，例如可以是某產(chǎn)品設(shè)計(jì)完成后的三維數(shù)字實(shí)體模型；服務(wù)執(zhí)行引起的狀態(tài)變化則通過(guò)前置條件（Precondiction）和執(zhí)行結(jié)果（Effect或Result）表達(dá)，Precondiction說(shuō)明了在服務(wù)被請(qǐng)求前所應(yīng)滿(mǎn)足的邏輯條件，這些條件一般與服務(wù)可能導(dǎo)致的結(jié)果有聯(lián)系：Effects則是服務(wù)成功執(zhí)行的效果，一般會(huì)涉及到外部世界狀態(tài)的變化。例如：對(duì)于提供快速原型樣件制造的新產(chǎn)品開(kāi)發(fā)云制造硬件服務(wù)，它的前提條件可以是需求方的地理位置必須在指定區(qū)域內(nèi)，而執(zhí)行結(jié)果則是具體快速原型樣件所能達(dá)到的各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)，如尺寸大小，比例大小等。

4.3 服務(wù)其他屬性的描述

除了上面介紹的服務(wù)的功能屬性外，還有其它一些用戶(hù)會(huì)關(guān)心的服務(wù)屬性信息，例如服務(wù)質(zhì)量保證、服務(wù)分類(lèi)以及服務(wù)想描述的其它參數(shù)。這些附加的服務(wù)屬性信息可以通過(guò)下面的兩個(gè)屬性來(lái)描述：servieeParameter和serviceCategory。這兩個(gè)屬性的取值則分別為類(lèi)serviceParameter和serviceCategory的實(shí)例。其中的類(lèi)serviceParameter包含serviceParameterName和sParameter兩個(gè)屬性，用來(lái)描述參數(shù)的名字和取值；而類(lèi)serviceCategory包含四個(gè)屬性，分別為categoryName、taxonomy、value和code，來(lái)描述服務(wù)所引用的服務(wù)分類(lèi)規(guī)范，以及其在該規(guī)范中對(duì)應(yīng)的取值或代碼。

5 小結(jié)

本文首先對(duì)新產(chǎn)品開(kāi)發(fā)云服務(wù)語(yǔ)義匹配的需求和參與角色進(jìn)行了分析，在此基礎(chǔ)上提出了基于擴(kuò)展UDDI的新產(chǎn)品開(kāi)發(fā)云服務(wù)語(yǔ)義匹配總體框架，該總體框架能夠支持新產(chǎn)品開(kāi)發(fā)云服務(wù)的語(yǔ)義注冊(cè)、語(yǔ)義檢索和語(yǔ)義匹配。在該語(yǔ)義匹配總體框架下，建立了基于OWL-S的新產(chǎn)品開(kāi)發(fā)云服務(wù)本體語(yǔ)義描述模型。