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制造网格资源管理与配置关键技术研究

作　者: 石胜友
导　师: 杨海成
学　校: 西北工业大学
专　业: 航空宇航制造工程
关键词: 制造网格开放网格服务体系结构多视图模型资源抽象模型资源配置遗传算法市场机制迭代算法
分类号: TH166
类　型: 博士论文
年　份: 2007年
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引　用: 7次
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内容摘要

制造全球化和制造网络化是当前制造领域的研究热点，作为网络化制造的关键技术支撑和基于网络集成和共享制造资源的基础设施，制造网格利用网格技术和信息技术将制造资源封装成标准、开放的网格服务节点，向用户提供优质的制造服务。为了有效地实现制造网格环境下资源的共享与优化配置，本文在制造网格现有研究的基础上，对制造网格的体系结构、资源建模、服务节点构建、资源服务能力评价和资源优化配置等关键技术展开深入研究。全文的主要研究成果如下：(1)基于开放网格服务体系结构OGSA提出了一种制造网格的多层次体系架构，从下至上由物理资源层、资源连接层、虚拟资源层、服务管理层和制造服务应用层组成。该架构中，物理资源层的资源实体被映射为虚拟资源层的网格服务，以服务的形式将本地资源共享为网络上的全局资源，充分体现网格以服务为核心的精髓。(2)提出了用功能视图、资源视图、信息视图和过程视图描述体系结构的功能结构、资源构成、信息来源和系统运行方式，过程视图将前三个视图连接为一个整体，构成制造网格体系结构全局关系的多视图模型，全面描述制造网格体系结构的特征。(3)研究了制造网格资源管理的典型过程和基本操作，包括资源注册、资源描述、资源发现、资源评价、资源分配和资源状态监控等环节。构建了制造网格资源管理模型，基于OGSA中基本的管理接口实现制造网格资源管理功能。提出了制造网格环境下的资源统一抽象模型，用于描述资源属性信息和定义访问接口。基于web技术实现了服务节点的信息描述，操作接口定义，服务实现和部署，并实例化封装了标准件库网格服务节点。(4)研究了基于任务驱动的制造网格资源配置过程，对该过程的任务建模、任务分解、资源检索、资源服务能力评价、任务分配及任务状态监控等环节进行了深入研究。资源服务能力评价是该过程的关键和难点，提出了基于遗传算法的资源服务能力多属性综合评价方法，建立了多属性优化模型，设计了遗传算法的适应度函数、具有自适应能力的交叉概率和变异概率、选择、交叉、变异算子，以及保优操作和终止条件，并对算法的有效性进行了验证。(5)研究了制造网格中的经济学问题，阐述了在制造网格资源配置中引入经济模型的优点。基于市场供求关系理论建立了制造网格资源市场模型和基于市场机制的资源配置框架。研究了基于市场机制的制造网格资源配置原理和过程，在市场供需均衡状态下达到资源配置的帕雷托(Pareto)最优。资源配置过程的关键是资源均衡价格的确定，引入了确定资源均衡价格的快速迭代算法，并验证了算法的有效性。(6)依托相关项目研究背景，基于Web技术和网格软件开源工具包Globus Toolkit开发了一个面向资源共享的制造网格服务平台，包括一个制造资源管理子系统和制造任务管理子系统。封装了加工资源数控机床(硬件资源)和设计资源标准件库系统(软件资源)的网格服务节点，并以某型号航空发动机叶片加工为制造任务，将论文所研究的理论、方法进行了验证和应用。

全文目录

摘要  4-6
Abstract  6-8
目录  8-12
第一章绪论  12-31
  1.1 研究背景与研究意义  12-14
    1.1.1 研究背景  12-14
    1.1.2 研究意义  14
  1.2 选题来源  14
  1.3 制造网格概述  14-18
    1.3.1 制造网格的概念  15
    1.3.2 制造网格的特征  15-16
    1.3.3 制造网格要解决的关键问题  16-18
  1.4 国内外研究现状综述  18-24
    1.4.1 网格技术  18-19
    1.4.2 制造网格技术  19-21
    1.4.3 网络化制造及其资源优化配置技术  21-24
  1.5 主要研究内容  24
  1.6 论文体系结构安排  24-26
  本章参考文献  26-31
第二章制造网格的体系结构和多视图模型  31-47
  2.1 网格体系结构的演变  31-35
    2.1.1 协议与服务  31-32
    2.1.2 五层沙漏结构  32-33
    2.1.3 开放网格服务体系结构  33-35
  2.2 制造网格的体系结构  35-39
    2.2.1 制造网格的体系结构的研究现状  35-36
    2.2.2 面向资源共享的制造网格的体系结构  36-39
    2.2.3 制造网格体系结构的特点  39
  2.3 制造网格体系结构的多视图模型  39-43
    2.3.1 功能视图  39-40
    2.3.2 资源视图  40-41
    2.3.3 信息视图  41-42
    2.3.4 过程视图  42-43
  2.4 本章小结  43-44
  本章参考文献  44-46
  本章研究成果  46-47
第三章制造网格资源管理与服务节点构建  47-71
  3.1 制造网格资源管理的目的  47-48
  3.2 制造网格资源管理过程  48-49
  3.3 制造网格资源管理的基本操作  49-51
    3.3.1 资源信息收集与更新  49
    3.3.2 资源发现与定位  49-50
    3.3.3 资源评价与资源分配  50-51
    3.3.4 生命周期管理  51
  3.4 资源管理系统结构  51-54
    3.4.1 OGSA中的资源管理  51-53
    3.4.2 制造网格资源管理需求  53
    3.4.3 制造网格资源管理模型  53-54
  3.5 制造网格服务节点构建  54-63
    3.5.1 资源抽象模型  55-56
    3.5.2 服务信息的描述  56-60
    3.5.3 操作接口的定义  60-63
    3.5.4 服务实现与部署  63
  3.6 标准件库系统的网格化封装实例  63-68
    3.6.1 面向服务的标准件库系统集成的体系结构  64
    3.6.2 标准件库网格服务的实现机制  64-65
    3.6.3 标准件库网格服务信息的描述  65-66
    3.6.4 标准件库网格服务的操作接口定义  66-67
    3.6.5 系统实现  67-68
  3.7 本章小结  68-69
  本章参考文献  69
  本章研究成果  69-71
第四章制造网格任务管理与资源能力评价  71-92
  4.1 制造网格任务管理过程  71-73
  4.2 制造网格任务管理模型  73
  4.3 制造网格任务管理过程的关键技术  73-81
    4.3.1 制造任务建模  74-77
    4.3.2 制造任务分解  77-78
    4.3.3 制造资源检索  78-80
    4.3.4 制造任务分配  80-81
    4.3.5 制造任务监控  81
  4.4 基于遗传算法的资源服务能力评价  81-90
    4.4.1 遗传算法  82-83
    4.4.2 术语定义  83
    4.4.3 多目标资源优化模型  83-84
    4.4.4 适应度函数  84-87
    4.4.7 遗传算子设计  87-89
    4.4.8 算例论证  89-90
  4.5 本章小结  90-91
  本章参考文献  91
  本章研究成果  91-92
第五章基于市场机制的制造网格资源配置  92-108
  5.1 制造网格中的经济学问题  92-93
  5.2 相关研究  93-95
    5.2.1 基于经济学的网格资源管理  93-94
    5.2.2 网络化制造中的相关研究  94-95
  5.3 资源市场模型  95-98
    5.3.1 制造网格资源市场模型  96-97
    5.3.2 制造网格资源市场的构成要素  97-98
  5.4 基于市场机制的资源配置框架  98-99
  5.5 基于市场机制的制造网格资源配置  99-105
    5.5.1 市场机制  99-100
    5.5.2 相关术语定义  100-101
    5.5.3 基于市场机制的资源配置原理  101-103
    5.5.4 确定资源均衡价格的迭代算法  103-104
    5.5.5 算例  104-105
  5.6 本章小结  105
  本章参考文献  105-107
  本章研究成果  107-108
第六章技术验证与系统实例  108-122
  6.1 原型系统概述  108-111
    6.1.1 系统功能模型  108-110
    6.1.2 系统执行架构  110-111
  6.2 系统实现架构  111-113
  6.3 网格服务开发过程描述  113
  6.4 系统实例  113-121
    6.4.1 系统运行环境  113-114
    6.4.2 资源管理子系统部分功能实例  114-118
    6.4.3 任务管理子系统部分功能实例  118-121
  6.5 本章小结  121
  本章参考文献  121-122
第七章总结与展望  122-126
  7.1 全文工作总结  122-124
  7.2 论文主要创新点  124
  7.3 进一步工作展望  124-126
致谢  126-127
作者博士期间发表的学术论文  127-128
作者博士期间参与的科研工作与成果  128-129

制造网格资源管理与配置关键技术研究

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