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云制造若干关键技术及其应用研究

作　者: 张倩
导　师: 齐德昱
学　校: 华南理工大学
专　业: 计算机应用技术
关键词: 云制造物控网融合网资源封装资源融合
分类号: TP311.52
类　型: 博士论文
年　份: 2013年
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内容摘要

制造服务正成为制造业新的经济增长点。云制造的提出为制造业由生产型成功转型为服务型提供了一种新的思路。然而云制造还是一个新兴领域，其研究目前仍处于起步阶段，相关理论研究和应用方面都不够成熟。本文结合目前在研的科研项目，开展了云制造体系架构、关键技术、平台及工具集的研究。本文的主要工作及创新性成果包括：（1）提出基于“物控网+融合网”的云制造二级体系结构。该体系结构是一个动静结合的体系。其中，物控网是静态网络，负责实现制造资源的封装、接入、组织和管理等；融合网是动态网，负责制造资源的按需动态融合、重组与联动。这一动一静的二级体系，对云制造系统形成了充分的、合理的共性抽象，形成了合理的支撑环境，利于提高软件开发效率、利于系统管理。（2）研究物控网体系结构模型，并给出设计实现该模型关键问题的解决方案。该模型有两个关键的架构组件：物控网平台和物控网节点。物控网平台提供了各种标准和模板，用来规范制造资源的封装、接入、组织和管理；物控网节点用于负责本地制造资源的具体封装实现和管理。针对那些自身提供调用功能接口的制造资源，文中还提出一种资源功能自动服务化抽取和封装工具辅助资源提供者来快速完成资源封装。（3）分析融合网模型的融合框架，并使用接口自动机形式化建模工具，给出融合网资源模型以及资源融合模型的形式化描述；扩展格件横向融合系统，丰富了格件理论模型；基于提出的融合网环境和工具，快速构建了一个可运行的云制造应用系统，系统实例证明了基于融合网构造应用系统的可行性，以及构造应用系统的良好可复用性、并发性和可扩展性。（4）提出基于DHT和分层的云制造资源服务组织模型。该模型采用分层的管理方式，逻辑上分为三层：下层是资源服务层，是由各种托管型制造资源服务组成；中间层由若干自治域组成，负责区域内资源服务的注册、部署、管理和查找；上层为由负责资源服务注册的服务注册节点组成的基于DHT的覆盖网，用于实现对服务注册节点的组织、管理和资源服务定位。基于该模型设计了支持5种查询方式的搜索算法，并对算法的复杂度和性能进行分析和评估。实验结果表明该模型有效地解决了分布式云制造资源服务的组织和资源服务的复杂搜索问题。（5）提出基于fuzzy TOPSIS的资源服务优化选择算法。该算法以三角模糊数表达用户对资源服务非功能QoS评价为基础，在考虑用户的感知和交易经验的同时，综合考虑了资源服务非功能QoS评价合成中的各种因素（如时间、用户信誉度、评价一致性等）的影响。由于该算法需要消耗时间计算评价合成阶段中用户评价意见的相似性，导致其时间复杂度较高，因此，文中还给出了相应的改进方法。实验结果表明，提出的算法及其优化算法具有较高的准确度，并可在一定程度上抵制恶意评价对资源服务质量评价的影响。（6）搭建了一个面向中小企业的公共云制造服务平台，并对平台架构中的各层结构进行了定义和形式化描述；对服务平台的运作模型进行了描述；开发出面向中小企业的公共云制造服务平台原型系统，并进行应用验证。原型系统的开发作为一个示范系统，为这类系统的开发提供了思路和借鉴。

全文目录

摘要  5-7
Abstract  7-9
目录  9-12
第一章绪论  12-25
  1.1 云制造的提出  12-13
  1.2 相关领域的研究动态及存在的问题  13-22
    1.2.1 网络化制造  13-15
    1.2.2 云计算  15-17
    1.2.3 信息物理融合系统  17-18
    1.2.4 云制造  18-19
    1.2.5 覆盖网  19-21
    1.2.6 问题与发展趋势  21-22
  1.3 研究背景和意义  22
  1.4 本文主要研究内容  22-24
  1.5 本文的组织结构  24-25
第二章云制造系统的体系结构研究  25-37
  2.1 引言  25
  2.2 相关研究  25-26
  2.3 领域基本需求  26-27
  2.4 基于“二网”的云制造体系结构  27-33
    2.4.1 物控网体系  28-29
    2.4.2 融合网体系  29-33
  2.5 公共云制造服务平台架构及组成  33-35
  2.6 公共云制造服务平台运作模型  35-36
  2.7 本章小结  36-37
第三章物控网体系结构模型及其实现研究  37-59
  3.1 引言  37
  3.2 物控网体系结构模型  37-38
  3.3 物控网实现关键问题及解决方案  38-58
    3.3.1 制造资源的云封装  39-47
    3.3.2 资源功能自动服务化抽取和封装工具  47-51
    3.3.3 资源服务化封装代理  51-52
    3.3.4 制造资源服务注册与发布  52
    3.3.5 基于 DHT 和分层的云制造资源服务组织模型  52-58
  3.4 本章小结  58-59
第四章融合网的建模理论框架及其实现研究  59-75
  4.1 引言  59
  4.2 形式化的融合网模型框架  59-68
    4.2.1 融合网模型的融合框架  59-61
    4.2.2 形式化的融合模型  61-68
  4.3 融合网实现关键问题及解决方案  68-72
    4.3.1 制造资源服务的格化封装  68-69
    4.3.2 CMg 资源格同步机制  69-70
    4.3.3 融合网引擎  70-71
    4.3.4 应用系统 Webservice 化封装机制  71-72
  4.4 基于融合网的云制造应用系统建模实例  72-74
  4.5 本章小结  74-75
第五章云制造资源服务的发现与优选  75-102
  5.1 云制造资源服务的发现  75-82
    5.1.1 相关研究  75
    5.1.2 资源服务发现算法  75-77
    5.1.3 算法分析  77-79
    5.1.4 模拟实验  79-82
  5.2 基于 fuzzy TOPSIS 的制造资源服务优化选择  82-100
    5.2.1 相关研究  82-83
    5.2.2 预备知识  83-84
    5.2.3 基于 fuzzy TOPSIS 的资源服务选择  84-89
    5.2.4 实验仿真  89-100
  5.3 本章小结  100-102
第六章中小企业公共云制造平台的设计与实现  102-110
  6.1 平台开发背景与环境  102
  6.2 主要功能模块  102-108
    6.2.1 制造资源封装与发布  104-106
    6.2.2 资源服务化封装代理  106-107
    6.2.3 融合网  107-108
  6.3 性能测试  108-109
  6.4 本章小结  109-110
总结与展望  110-113
参考文献  113-125
附录 1 应用实例  125-133
附录 2 SEAPTool 的实现  133-139
附录 3 Webservice 基于格件的封装实现  139-142
附录 4 融合网子系统的实现  142-145
附录 5 接口自动机表示  145-147
攻读博士学位期间取得的研究成果  147-149
致谢  149-150
附件  150

云制造若干关键技术及其应用研究

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