网格技术在制造业中的应用研究

在分析当前制造领域的制造资源集成问题之后，引入当前先进的正在发展的网格技术，提出了制造网格的概念。目的在于充分利用先进和开放的网格技术，标准化各种网络化制造手段和方式，形成整个上海、全国、乃至全球制造业的信息规范，真正实现信息化带动工业化的跨越式发展。项目以快速制造为应用背景，建立快速制造网格，以此作为制造网格的前期研究和试点工程。通过对快速制造网格的系统结构和网格的技术原理的深入分析，以制造过程中的产品数据交换为例，阐明在快速制造网格中各种服务是如何创建和提供的。     

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。     

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。     

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。     

基于本体的制造网格服务自动链接

研究了一种基于本体、面向服务功能自动生成制造网格工作流构架的方法。制造网格本体采用制造领域本体与网格服务本体集成的方法来构建，前者由STEP集成资源、TOVE、PSL以正交方式分别实现产品、企业和制造过程子本体，后者通过扩展Web服务本体OWL—S实现。服务功能采用基于制造对象特征的输入、输出和基于制造任务的前提条件、效果组成的四元组建模，使用制造网格本体描述。在此基础上，提出了一种服务正向递进自动链接算法，它能够依据用户指定的输入和前提条件选择并链接服务，最终达到用户指定的输出和效果。通过一个原型系统和实例验证了方法的有效性，实验结果表明算法具有良好的性能。     

网格研究现状及其在制造业中的应用

介绍了网格的概念、发展、开放网格服务架构、开放网格服务基础设施、Web服务资源框架及Globus工具包3等网格开发工具，举例说明了网格在电子科学、电子政务、电子娱乐、电子教育、电子商务和电子制造等背景下的应用需求以及在制造业中的应用契机。利用网格交换制造信息的能力，可以建立虚拟企业，促进企业在软硬件、数信知和智力资源上的合作与共享。简述了国内网格研究现状，重点阐述了网络化制造资源网格的研究目标、研究内容和拟解决的关键问题，探讨了该网格的体系结构、应用集成框架、标准、协议、建模、组织、管理和协同以及工作流等。制造业网格系统是一个由物流网格、销售网格、客户网格、伙伴网格、制造网格和设计网格等多个业务网格系统组成的应用系统。     

制造网格中基于服务的工作流研究

为了实现制造网格平台中业务流程的构建、执行和管理监控，分析了制造网格环境下工作流的特点，在传统的工作流框架上进行扩充，提出了制造网格工作流框架和基于服务的抽象工作流模型。根据工作流查找和绑定服务的时机，将工作流分为服务模型建立、服务发现、服务绑定和服务调用4个阶段。根据工作流抽象模型中活动说明的服务质量需求和服务描述中的服务质量（QoS）属性，选用不同的服务发现策略，使同一个活动的不同实例能够绑定不同的服务，提高了制造网格工作流的柔性和自适应性。结合一个实例予以了验证。     

面向制造网格的任务管理系统研究

为协调和共享制造网格中分布的资源，设计并实现了一个面向网格服务的任务管理系统。建立了该系统的功能模型和工作流程，定义了面向零件和组件加工任务的网格资源节点模型和任务模型；基于任务时间、成本和服务质量的约束，建立了任务分解规则和资源节点的匹配规则，设计了任务调度及状态监控方案；最后构建了系统实现的体系结构和信息交换过程。基于网格原理，系统各功能被封装为网格服务，通过任务管理中心实现对服务的调用。系统已被集成到某区域网络化制造服务平台，为企业提供了与制造过程相关的网格服务。     

制造网格中服务质量管理系统的研究

为确保制造网格平台提供的各种制造资源及服务达到使用者的功能与质量要求,建立了制造网格服务质量管理系统。在该系统中,任务分解通过特征匹配和相似度搜索算法、服务质量约束分解、服务质量分解结果验证等过程实现;资源调度通过服务质量属性匹配,基于时间、质量、成本、服务和信誉度的多目标决策建模,以及容错处理等过程实现;资源预留采用基于预留策略和任务列表的方法实现;服务等级协议则通过服务等级协议协商、违约检测、违约赔偿以及服务等级协议中止等过程实现。制造网格服务质量的研究,贯穿产品开发、制造、管理和销售等整个生命周期,其成果直接影响制造网格的实用性,是制造网格从“研究”走向“应用”的一个重要环节。     

快速制造网格中全局工艺规划模块的分析与建立

基于快速制造网格平台,分析和建立了全局工艺规划模块,开发了全局工艺规划的分析工具包。该模块可以完成各种加工任务的全局工艺规划分析,确定每个任务的类别和全局工艺流程,实现任务分析的模块化。结合快速制造网格的应用实例发现,在实际运用中,全局工艺规划模块完全能够满足全局工艺规划分析的要求,对全局工艺规划决策具有重要的指导意义,验证了该模块的合理性与可行性。     

基于语义的制造网格服务自动组合

研究制造网格中基于语义的服务表示,在此基础上提出了一种基于语义的逆向递归服务自动组合方法。该方法面向用户目标搜索制造网格服务,生成备选服务组合,然后采用TQCSEKL七项指标评价备选组合的综合服务质量,从中选出最优组合。服务组合的结果存储到共享仓库,支持基于目标匹配的查找和局部调度重用。实现了一个基于语义的企业制造网格系统,验证了方法的有效性。     

制造网格动态访问控制策略的研究与应用

为了确保制造网格中共享服务的安全,加强制造网格动态环境下的访问控制,提出一种根据任务状态及制造网格节点间任务关系动态调整用户的可执行服务的动态访问控制机制。该授权机制基于TBAC模型的基本思想,考虑任务这一上下文环境对访问控制的约束,针对制造网格节点任务特性,定义动态授权中的节点任务之间的关系,确定了任务中需要使用的服务的可执行实体授权规则。实例分析证明了该授权机制应用于制造网格系统可有效加强制造网格共享服务的访问控制。     

基于Internet的制造单元建模研究

针对生产制造过程中各个应用环节对制造资源的需求，利用面向对象方法对制造单元从基本信息、制造能力、物理构成几个方面进行了建模研究：对制造单元进行三层管理组织形式建模：物理制造单元、工作中心、物理设备；对于物理制造单元的制造能力分别面向逻辑制造单元和物理制造单元可加工零件建模。     

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。     

RE&RP一体化技术在工业设计中的应用研究

阐述了反求工程和快速成型的概念,论证了反求工程和快速成型技术一体化在现代工业设计中应用的意义和模式,并从扫描模型的建立、数据采集、数据处理、CAD模型的重建、产品的再设计与快速成型技术等方面,对反求工程和快速成型一体化具体应用过程进行了比较详细的分析和研究。将反求工程与快速成型一体化技术应用于现代工业设计中,改变传统的产品开发设计、制造模式,从而大大缩短产品开发周期。     

虚拟制造单元设计与评估

虚拟制造系统可通过多种制造资源的合理配置和布置形成虚拟单元制造系统,在这种系统中可以迅速建立各种虚拟制造单元进行多种产品生产,以适应市场需求的快速变化。对虚拟制造进行的研究主要分为三部分,即为虚拟制造单元的设计、运作和经验研究。虚拟制造未来研究的一个重要方向是:测试用于设计一段时间内虚拟制造单元结构的单元设计方法。引用一种虚拟单元设计方法,设计一定时间内的虚拟单元,并将设计方法用于实际生产运作中。对设计出的虚拟单元,使用GI/G/m排队论进行评估,与原生产系统进行对比,从而比较优劣。     

制造网格中访问控制的研究

针对制造网格开放的系统框架、动态的组织结构和复杂的业务流程等特性,提出了一种基于网格社区授权服务框架的动态、分粒度访问控制解决方案.在该方案中,制造网格的访问控制模型扩展了基于角色的访问控制模型.全局细粒度的访问控制策略确定用户对应角色的全局权限;根据项目状态,动态调整角色的可执行权限,本地粗粒度的访问控制策略确定服务的共享权限;服务节点做出授权决策.应用实例证明,制造网格访问控制模型支持动态授权及制造网格服务节点自主控制,可以增强制造网格的安全性.     

虚拟制造体系结构研究

作为一种新的制造模式,虚拟制造是多学科先进知识形成的综合技术,其框架和体系结构在其各单元技术的研究与应用中起着提纲挈领的作用,因而引起了越来越多的重视。本文结合当前虚拟制造研究和应用情况,给出了虚拟制造的内涵,探讨了其关键技术和主要研究内容,研究了与实际制造过程的映射关系,提出了支持企业生产全过程的虚拟制造平台的框架及体系结构