基于制造网格的虚拟企业组织变更与制造资源调度问题研究

为提高虚拟企业的组织和运营效率,引入网格技术,基于制造网格构建面向应用的虚拟企业架构。在虚拟企业环境下,根据制造资源不同的调度阶段,分别建立基于外网格的虚拟企业制造系统和基于内网格的成员企业制造子系统;提出以制造资源特征匹配为核心的虚拟企业分布式调度策略和成员企业本地调度策略。针对特征匹配过程,建立制造资源特征集,对每个特征集制订相应的匹配准则,以保证特征匹配的可行性,进而完成调度过程。最后,通过定制型人工关节产品开发实例,阐述了基于制造网格的虚拟企业组织和制造资源调度过程。     

支持协同制造的制造网格平台研究

为支持虚拟企业间的协同，借鉴网格技术和网络化制造运行机制，讨论了制造网格的定义，提出了制造网格体系结构及制造网格协同制造平台模型。通过采用Globus Tookit3提供的元计算目录服务和各种组件，设计了制造网格资源管理系统，实现了制造资源的封装、发布、搜索、信任评估、优选评估等管理。结合Agent技术开发了制造网格任务管理系统，实现了制造网格制造任务的分解、分配、调度等管理。建立了应用原型，说明了制造网格平台的应用过程。     

云制造环境下资源动态调度系统研究

云制造环境下资源动态调度是云制造中的关键技术之一。针对云制造环境下制造资源调度的特点和存在的问题,提出了基于资源负载均衡的动态调度策略,建立了以完成任务的总服务成本最小为优化目标的模型,并通过建立应用实例说明了该系统的实际应用过程。     

自组织制造网格及其任务调度算法

通过分析制造系统自组织的特征，以及网格技术在制造业应用的理论基础和系统框架，提出了自组织制造网格的概念，指出资源动态管理和调度是自组织制造网格中建立虚拟组织、实现资源共享和协同工作的瓶颈点，提出基于T，Q，C，S的多层次、多目标整数规划调度算法。同时，结合自组织制造网格的应用实例和一个具体的加工任务，验证了自组织制造网格理论的合理性和调度算法的可行性。     

制造网格的搜索算法研究

通过分析网格计算理论，提出了制造网格模型，它是由制造企业“自组织”形成的分布式、动态和松散的虚拟专用网络。制造网格将多种类型和规模的制造业企业联系起来，形成有效的制造资源共享机制以及巨大的制造能力。讨论了制造网格的搜索算法，提出基于多Agent的制造网格的搜索系统，应用该系统可对制造网格中制造资源进行有效的搜索和共享。     

制造网格中资源管理与调度系统的研究

为解决制造网格 (MG)中资源管理与调度问题 ,本文开发了制造网格信息服务 (MGIS)和制造网格资源调度器 (MGRS) ,建立了制造网格资源管理与调度系统。其中 ,MGIS通过集成Globus提供的检测查询服务 (MDS)和各种制造资源封装模板实现了资源的远程封装、注册、发现和监控管理 ,而MGRS实现了全局工艺规划 (GPP)分析、资源发现、资源选择、资源匹配以及容错处理等基于TQCS(时间、质量、成本、服务 )的资源调度功能。最后 ,本文通过建立应用原型说明了该系统的实际应用过程。     

调度网格及其关键技术研究

针对网络化制造的需求,提出了调度网格的概念;建立了调度网格的层次化体系结构,将其划分为应用层、中间件层、接口与协议层、资源层和网络层共5层。基于Multi-Agent技术,对调度网格中的若干个关键技术包括制造资源、全局过程分析、任务调度、服务平台等问题进行了较深入分析;并指出了调度网格应用中急需解决的技术问题。     

制造网格中制造资源的建模

为了规范网格体系下的制造资源的管理，实现资源的共享与优化配置，建立了基于制造网格的制造资源管理模型。提出了服务域的概念，并将服务域引进到UML类图中对制造网格资源进行了分析与建模，使用域来支持资源模型的层次化管理，从而解决了只用一幅UML类图来构建海量制造网格资源的弊端。为了进一步方便制造网格中的资源存储、发布、封装和搜索，结合STEP和XML／WSDL对制造资源进行了描述。在开发的制造网格原型系统中，基于制造资源管理模型，对制造资源封装过程进行了分析。     

基于遗传算法的制造网格资源调度方法研究

为有效地解决制造网格中的资源调度问题，提出了以任务流程时间、加工质量、流程成本和服务质量为目标的多目标优化数学模型。基于多目标优化数学模型，结合用户对目标权重的要求，设计了基于遗传算法的制造网格资源调度过程。同时，设计了基于影响度因子的相对适应度函数来消除目标非标准化误差。以一个复杂零件加工过程的资源优化调度为算例，验证了多目标优化算法的有效性。     

制造网格与资源共享

在中国国家自然科学基金重点资助项目《网络环境下的数字制造理论与关键技术》和中国国家科技攻关项目《支持网络制造的协同交互与资源共享平台与产业化研究》共同资助下，基于制造业的发展现状以及现代制造技术的总体要求，研究网格在制造技术及制造产业中的应用形态，探讨基于产品全生命周期要求的制造资源共享格式，研究制造资源在网格中动态共享的方式及其共享的安全技术，提出数字制造网格的关键技术。 制造网格是制造互联网，其目的是隐藏技术的复杂性，使用户以简单方式共享广泛异构的制造资源，解决制造资源不平衡问题。制造资源的全生命周期共享格式、制造资源的网格接口标准、制造资源在网格中的调度及安全控制，是建立制造网格的关键技术。     

A grid-based scheduling system of manufacturing resources for a virtual enterprise

In this paper, a scheduling system of manufacturing resources for a virtual enterprise is built up based on grid technology. The scheduling system is composed of an exterior grid and an interior grid in the architecture, while the scheduling procedure of manufacturing resources in a virtual enterprise consists of two stages – distributed scheduling and local scheduling. The exterior grid is utilized to implement the distributed scheduling and the interior grid is used to accomplish the local scheduling. This paper illustrates the manufacturing system of a virtual enterprise based on an exterior grid and the manufacturing subsystem of a member enterprise based on an interior grid. Subsequently, the scheduling procedure of manufacturing resources within the virtual enterprise is described for a particular example. Finally, a case of collaborative production of a customized artificial joint (CAJ) in a virtual enterprise is applied to demonstrate the implementation of the scheduling system of manufacturing resources for the virtual enterprise. With grid technology, the efficiency of manufacturing resource scheduling in the virtual enterprise has been improved greatly.     

制造网格资源服务Trust-QoS评估及其应用

为提高制造网格(Manufacturing grid, MGrid)系统中资源调度的成功率和有效性,减少用户选择最佳资源的时间,设计开发MGrid资源优选系统。针对当前MGrid资源管理和调度与资源服务信任相分离的缺陷,阐述资源服务信任QoS概念及其在整个MGrid资源管理和调度中的重要地位和作用,分析MGrid系统中资源供需双方在进行资源服务交易时存在的信任问题。在此基础上,建立包括域内和域间资源服务信任QoS评估的两层结构的MGrid资源服务信任评估模型,并给出该模型中资源服务信任评估具体量化算法、信任值的实时动态更新算法。对所提出的模型和算法进行试验验证,结果表明所提出的模型和算法能有效地提高MGrid系统中资源调度的成功率和有效性。     

面向制造网格的应用平台及虚拟企业建模研究

在分析制造网格、计算网格和网络化制造之间差异的基础上,探讨了面向制造网格的应用平台及虚拟企业 建模等问题。首先,分析了制造网格和网络化制造在资源组织和应用模式上存在的差异,提出一种面向制造网格 的应用框架;其次,研究了制造网格相对于计算网格所具有的多变业务目标、多级资源共享、资源服务的提供和 结果提交的在线和离线混合方式的特点,形成了制造网格的应用内涵;然后,在剖析计算网格、基于资源服务的 制造网格以及应用程序等基础上,形成了从业务链、资源服务链到网格节点链的处理过程,并最终导出了面向制 造网格应用的虚拟企业的组织模型。最后,通过对问题的量化描述了应用平台的处理过程和算法。上述研究对于 推动制造网格的应用和虚拟企业的组织建模具有积极的意义。     

基于制造网格平台的模具制造资源共享机制研究

介绍了制造网格的基本概念，分析了中国模具制造企业制造资源利用现状以及对信息化的需求，提出了基于制造网格平台的模具制造资源共享机制。对中小模具企业里的各种与模具全生命周期有关的资源进行分类、规划和整合，以制造网格为平台构建了制造服务协同制造网络。通过对模具制造资源进行网格化封装，实现了资源的协同共享，为中国模具制造企业实现信息化和网格化制造提供了理论支撑。     

制造网格中资源的发现研究

制造资源的有效发现是制造企业间信息集成的基础。介绍了资源发现在网格环境中研究的现状,以及制造网格理论发展的最新动态。针对制造网格研究的现状以及制造企业的信息化集成需求,提出制造网格中资源的发现框架,采用网格技术中的Web资源服务框架(WS-Resource Framework,简称WSRF)对制造网格中的资源进行封装,并且把服务合成的概念应用在制造网格领域,讨论了合成的方案以及复合服务的执行。     

Modeling and scheduling for manufacturing grid workflows using timed Petri nets

A manufacturing grid workflow can be viewed as the composition of activities that execute on heterogeneous, distributed, and job-dependent resources in a virtual organization to accomplish a specific manufacturing goal. Scheduling emerges as a key issue in manufacturing grid workflows since it assigns manufacturing resources to perform the required activities such that the optimal service is obtained. However, scheduling problems prove to be NP-hard due to the inherent combination explosion vices adhered to discrete event systems, such as the grid manufacturing. To crack such a hard nut, we focus on the formulation of a heuristic search algorithm based on timed Petri nets. When the activities involved in the manufacturing grid workflow can be executed by more than one resource, this scheduling algorithm selects the optimal one so as to minimize the makespan. Furthermore, the proposed scheduling policy in this paper aims to be dynamic rather than static such that the whole algorithm can be applied in a dynamic manufacturing grid environment. Both the theoretical and experimental results validate the legitimacy of the proposed approach.     

基于网格原理的跨企业协同制造平台

为了支持企业间的制造协同,参考网格的运行机制,提出了基于网格的跨企业协同制造平台。该平台包括制造资源管理系统、制造任务建模系统和制造任务管理系统等3个相关的系统和面向网格的协同工具。采用Agent及领域知识模型支持平台的资源管理、任务建模、资源调度、任务分配及制造过程管理等。分散的制造企业可以通过Internet,利用协同制造平台建立全球制造网络,实现对市场的快速和敏捷响应。