【摘要】：云制造作為一種新的面向服務(wù)的網(wǎng)絡(luò)化協(xié)同制造模式,推動(dòng)制造領(lǐng)域生產(chǎn)模式由以產(chǎn)品為中心向以服務(wù)為中心的快速變革。資源虛擬化是云制造實(shí)現(xiàn)的前提和基礎(chǔ),是提高整個(gè)云制造系統(tǒng)魯棒性的關(guān)鍵。本文考慮云制造環(huán)境中分布制造企業(yè)間的異構(gòu)制造資源與制造能力,研究云制造資源虛擬化的關(guān)鍵問(wèn)題；分析制造領(lǐng)域資源與能力的關(guān)鍵特性,設(shè)計(jì)支持云制造服務(wù)內(nèi)容與服務(wù)模式的資源虛擬化框架,提出面向制造資源與制造能力的虛擬化理論與方法,實(shí)現(xiàn)制造資源與制造能力的全局共享與流通。主要研究?jī)?nèi)容如下：(1)構(gòu)建具有多粒度多視角的云制造資源虛擬化框架。針對(duì)云制造服務(wù)內(nèi)容與服務(wù)模式,分析云制造資源在虛擬化過(guò)程中的存在形態(tài)、形態(tài)間的復(fù)雜關(guān)系、各種形態(tài)的復(fù)雜特性、以及資源使用的復(fù)雜性,構(gòu)建多粒度多視角云制造資源虛擬化框架,提出框架的主要關(guān)鍵技術(shù)和運(yùn)行機(jī)制,通過(guò)與已有框架的比較,分析所構(gòu)建框架的特點(diǎn)。(2)設(shè)計(jì)云制造資源規(guī)范化描述模板并提出相應(yīng)的語(yǔ)義填充方法。以云制造共享內(nèi)容為對(duì)象,給出多粒度與多視角的定義,建立相應(yīng)的形式化描述模型,提出求解資源粒度集的全序劃分序列算法,用于實(shí)現(xiàn)多粒度轉(zhuǎn)換與多視角交互；以制造能力為核心設(shè)計(jì)制造資源的概念模型,保證制造資源與制造能力間的松散耦合性；從資源與能力含義、應(yīng)用模式、約束條件、上下文、云制造知識(shí)等角度分析影響制造資源與制造能力語(yǔ)義的關(guān)鍵因素,基于層次化方法組織相關(guān)元數(shù)據(jù),建立制造資源與制造能力語(yǔ)義模型；基于建立的領(lǐng)域本體模型,提出制造資源與制造能力語(yǔ)義填充方法。(3)提出多粒度多目標(biāo)虛擬資源生成算法�？紤]資源應(yīng)用中用戶需求的多樣性以及復(fù)雜制造任務(wù)間存在的多粒度與多角度間的差異,基于影響復(fù)雜任務(wù)分解的三個(gè)關(guān)鍵因素,將傳統(tǒng)的資源功能相似度擴(kuò)展到資源對(duì)復(fù)雜任務(wù)需求的貢獻(xiàn)度、資源制造能力的協(xié)同等方面,分別設(shè)計(jì)面向?qū)傩�、面向活�?dòng)、面向過(guò)程的多粒度虛擬資源生成算法�？紤]云平臺(tái)資源應(yīng)用所需的準(zhǔn)確性與高效性,建立多目標(biāo)虛擬資源生成模型,結(jié)合Fuzzy C-Means(FCM)算法的高效性與Gravitational search algorithm(GSA)的全局搜索能力,提出基于進(jìn)化算法的虛擬資源生成算法,為云平臺(tái)處理不同規(guī)模不同類(lèi)型的資源應(yīng)用提供多樣選擇。為對(duì)本文提出的資源虛擬化框架及方法的有效性進(jìn)行驗(yàn)證,面向航空制造企業(yè)開(kāi)發(fā)資源虛擬化應(yīng)用原型系統(tǒng)。以直升機(jī)尾翼組件轉(zhuǎn)子葉片的制造為例,實(shí)現(xiàn)了制造資源與制造能力的規(guī)范化描述和語(yǔ)義填充,并通過(guò)模擬仿真對(duì)提出的多粒度多目標(biāo)虛擬資源算法進(jìn)行驗(yàn)證。結(jié)果顯示提出的模型與方法為云平臺(tái)資源應(yīng)用提供了充分全面的資源信息,并能保證資源與能力的語(yǔ)義一致性,擴(kuò)大資源的使用范圍,實(shí)現(xiàn)資源與能力的全局流通與共享。
[Abstract]:Cloud manufacturing, as a new service-oriented networked collaborative manufacturing model, promotes the rapid transformation of manufacturing model from product-centric to service-centric. Resource virtualization is the premise and foundation of cloud manufacturing and the key to improve the robustness of the whole cloud manufacturing system. In this paper, we consider heterogeneous manufacturing resources and manufacturing capabilities among distributed manufacturing enterprises in cloud manufacturing environment, study the key issues of cloud manufacturing resource virtualization, and analyze the key characteristics of manufacturing resources and capabilities. A resource virtualization framework supporting cloud manufacturing service content and service pattern is designed. A virtualization theory and method for manufacturing resources and manufacturing capabilities is proposed to realize the global sharing and circulation of manufacturing resources and manufacturing capabilities. The main research contents are as follows: (1) construct a cloud manufacturing resource virtualization framework with multi-granularity and multi-perspective. In view of cloud manufacturing service content and service mode, the paper analyzes the existing form of cloud manufacturing resources in the process of virtualization, the complex relationship between different forms, the complex characteristics of various forms, and the complexity of resource utilization. Build a multi-granularity and multi-perspective cloud manufacturing resource virtualization framework, propose the main key technology and running mechanism of the framework, and compare with the existing framework. The characteristics of the constructed framework are analyzed. (2) the cloud manufacturing resource normalization description template is designed and the corresponding semantic filling method is proposed. Taking the shared content of cloud manufacturing as the object, the definitions of multi-granularity and multi-perspective are given, the corresponding formal description model is established, and a total order partition sequence algorithm for solving resource granularity sets is proposed, which is used to realize multi-granularity transformation and multi-view interaction. The conceptual model of manufacturing resources is designed with manufacturing capability as the core to ensure the loose coupling between manufacturing resources and manufacturing capabilities, from the meaning of resources and capabilities, application patterns, constraints, context, The key factors affecting the semantics of manufacturing resources and manufacturing capabilities are analyzed from the point of view of cloud manufacturing knowledge. The semantic model of manufacturing resources and manufacturing capabilities is established based on the hierarchical method to organize the relevant metadata, and the domain ontology model is established. The semantic filling method of manufacturing resources and manufacturing capability is proposed. (3) A multi-granularity and multi-objective virtual resource generation algorithm is proposed. Considering the diversity of user requirements in resource applications and the differences between multi-granularity and multi-angle of complex manufacturing tasks, three key factors affecting the decomposition of complex tasks are considered. The traditional similarity of resource functions is extended to the contribution of resources to complex task requirements and collaboration of resource manufacturing capabilities. The algorithms of multi-granularity virtual resource generation are designed for attribute oriented, activity-oriented and process-oriented respectively. Considering the accuracy and efficiency of cloud platform resource application, a multi-objective virtual resource generation model is established. Combining the efficiency of Fuzzy C-Means (FCM) algorithm and the global search ability of Gravitational search algorithm (GSA), an evolutionary algorithm for virtual resource generation is proposed. It provides a variety of options for cloud platforms to handle resource applications of different sizes and types. In order to validate the framework and method of resource virtualization proposed in this paper, an application prototype system of resource virtualization is developed for aviation manufacturing enterprises. Taking the rotor blade manufacturing of helicopter tail component as an example, the standardized description and semantic filling of manufacturing resources and manufacturing capability are realized, and the proposed multi-granularity and multi-objective virtual resource algorithm is verified by simulation. The results show that the proposed model and method can provide full and comprehensive resource information for the application of cloud platform resources, ensure semantic consistency between resources and capabilities, expand the scope of use of resources, and realize the global circulation and sharing of resources and capabilities.
【學(xué)位授予單位】：東南大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類(lèi)號(hào)】：TP393.09

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本文編號(hào)：2161770