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。     

面向云制造服务的制造资源多目标动态优化调度

针对云制造环境下制造资源调度的特点和存在的问题,建立了云制造环境下制造服务资源多目标调度模型。根据云制造环境下极易发生扰动的特点,提出了一种动态调度技术,以在发生突发事件时及时作出反应。提出了一种基于遗传蚁群算法的制造资源调度算法,该算法利用遗传算法搜索能力强、收敛速度快的优势弥补蚁群算法易陷入局部最优、收敛速度慢的不足,使整个调度过程能快速、准确地收敛于最优解。最后用实例证明了该算法的有效性。     

基于资源云端化的服务调度本体描述模型

在分析云制造资源虚拟化支持技术的基础上,探讨了制造资源融入平台的虚拟云端化的形式化描述方法;以云制造服务调度框架为依托,梳理了云制造服务调度的各类参与角色与完整运作流程,建立了云制造服务调度本体概要模型并基于OWL-S进行了模型刻画,规划了云制造服务调度作业的逻辑处理结构,分析了云服务调度知识库的知识规则分类组成,最后拟定了基于SOA架构的云制造服务调度平台的技术实现方案。     

面向服务链构建的云制造资源集成共享技术研究

为实现时序约束关联任务驱动的云制造环境下面向服务链构建的制造资源集成共享,研究并提出一种能促进云制造环境下制造资源快速共享、广域集成和分散服务特点的服务过程模型,对基于语义本体的云制造任务与资源建模、基于Web服务资源框架的云制造资源的平台服务化封装方案、云制造任务分解与时序约束关联原子任务链构建技术,以及云制造资源服务链构建技术等关键问题进行了研究,有效解决了云制造环境下异构资源描述、虚拟化、检索匹配与服务组合问题,最后通过仿真算例对提出的云制造服务模式及技术方案进行了验证。     

基于动态资源能力服务的分布式协同调度技术

基于云制造技术中面向服务的思想,针对现有异地分布多车间协同生产计划的关联协调问题,提出并建立一种以云制造思想为指导的基于动态制造资源能力服务化的分布式协同生产调度技术。通过分析多车间协作生产下的制造资源动态服务共享和关联协调的问题,建立基于服务性制造资源的协同生产调度技术总体框架;提出服务性资源的地域和能力相结合的筛选规则,形成面向多车间协同生产的空闲占用和插入调整相结合的作业排产技术;提出资源指定占用下的作业排产处理技术,解决了协同生产环境下特定车间基于制造资源能力局部能力占用的调度排产;针对生产过程中频繁发生的突发事件,提出以降低生产扰动影响范围的时间容忍度技术及基于移动处理方式的动态调度方案调整技术,解决了制造资源服务动态变化下的快速响应处理问题。通过应用实例对以上关键技术进行了验证。     

基于教—学算法的制造云服务组合优化

为解决云制造环境下的制造云服务组合优化问题,并排除智能算法的初始值对算法求优结果的影响,提出一种基于教—学算法的制造云服务组合优化算法。分析了基于服务质量的制造云服务组合流程,给出了制造云服务组合的服务质量评估模型和组合服务整体服务质量的评价方法,建立了制造云服务组合问题的数学模型,最后利用教—学算法求解最优组合。将所提方法与改进的遗传算法和改进的粒子群算法进行对比,并通过仿真实验证明了该算法求解制造云服务组合问题的有效性。     

[云制造]基于可持续性的云制造多任务调度

为提高云制造调度过程的可持续性,研究基于可持续性的云制造多任务调度方法,基于面向服务架构理论分析了云制造多任务调度流程和可持续性框架。考虑经济、环境和社会因素,构建了基于可持续性的云制造多任务调度模型,设计了改进的遗传算法以有效解决调度模型的求解问题。通过将基于可持续性调度模型和基于满意度调度模型作对比模拟实验,观察可持续性对云制造多任务调度效果的影响。结果表明,从系统整体优化的角度,基于可持续性的调度模型,能够在不损失客户满意度的前提下,同时降低环境成本和设备闲置率,保障平台整体的可持续运行。     

云制造环境下面向多任务协同的机床装备资源动态调度方法

针对云服务环境下支持多任务协同运行的机床装备资源易受紧急插单、系统故障、质量异常等不确定高频扰动影响,致使云制造服务难以高效、稳定运行的问题,提出一种面向多任务协同的机床装备资源动态调度方法。通过应用非线性工艺规划理论,建立了一个包括最小时间、成本、能耗、负载均衡度及最优服务质量和可靠性为约束目标的调度模型,并采用改进遗传变邻域算法对其求解。同时,基于生产随机扰动致使调度方案动态偏离的问题,提出一种基于事件驱动和周期性重调度的动态调度策略,以支持云制造服务的协同优化运行;最后通过仿真案例验证该模型及算法的可行性和适用性。     

云制造环境下基于双层规划的资源优化配置方法

为解决云制造环境下的制造资源优化配置问题,在深入分析云制造的运行模式和制造资源配置过程的基础上,充分考虑云制造环境下制造服务过程中的不确定因素以及制造任务需求方和云制造服务平台运营方的利益,提出包括服务质量指标和柔性指标的云制造资源服务组合评价指标体系,建立了云制造环境下的制造资源优化配置双层规划模型,并采用改进的进化多目标优化算法对模型进行求解,实验结果表明了该模型和算法的可行性和有效性。     

基于Lenk方法的云制造栈模型探索

云制造是制造业在云计算支撑下的一种新的商务模式,其研究现处于探索和初步实践阶段。在Lenk方法基础上,从制造业信息化现状和发展需求出发,构建了商务云制造栈模型,其中包括资源即服务模型(Resource as a Service,Raa S)、基础设施即服务模型(Infrastructure as a Service,Iaa S)、平台即服务模型(Platform as a Service,Paa S)、软件即服务模型(Software as a Service,Saa S)及人力资源即服务模型(Human as a Service,Haa S)这五层结构,并对制造资源虚拟化、云端数据管理、制造资源调度以及云端信息安全等云制造关键技术进行了分析。在某集团信息化改造项目中,将该云制造栈模型运用到集团私有云的网络环境搭建中,并开发了基于Saa S的应用系统。     

云制造调度问题研究综述

为了对云制造调度问题的研究提供参考和指导,对相关研究现状进行了综述。分析了云制造运作模式和相关的调度问题。对云制造调度问题的最新研究进展进行了总结和分析,包括云制造平台中计算资源和制造资源的调度、企业层调度和车间层调度问题。介绍了云制造调度相关的理论和技术,指出了云制造调度问题的复杂性,并展望了未来的研究趋势。     

智能制造 调度为先——《制造系统智能调度方法与云服务》导读

随着越来越多小微型企业对制造车间“万物感知、万物互联、万物智能”的需求,结合大数据和云计算技术,针对制造资源和生产任务,构建多种制造类型下的调度算法库,提供智能调度方案,是实现制造系统高效运行的关键。为了探讨智能调度的原理、方法和云端化实现路径,笔者撰写了《制造系统智能调度方法与云服务》一书,全面介绍了制造系统中多种复杂调度问题,重点介绍了各类调度问题对应的调度方法,结合云服务框架介绍了不同调度方法的云端化技术与实现方式,搭建了基于云计算的制造车间智能调度算法库及服务系统。本书为推动我国制造业的智能化发展和企业应用提供参考,对提升我国制造业的核心竞争力具有重要意义。     

云制造环境中的虚拟制造单元

为实现云制造环境下制造资源的灵活配置和制造能力的按需匹配,提出云制造环境中的虚拟制造单元（VMU-CM）和云制造环境中的虚拟制造中心（VMC-CM）,基于VMC-CM给出了产品的制造过程。对云制造环境下制造资源、制造能力的特点进行分析,对制造资源和制造能力进行具体分类,给出了VMU-CM的结构和构造流程,根据制造任务设定VMU-CM的信息,构造从事各类制造活动的VMU-CM。通过生产过程、组织结构和对外服务信息,将各类VMU-CM整合起来构建VMC-CM。将VMC-CM的制造能力信息封装为制造服务接入制造服务中心,实现了＂制造资源—制造能力—制造服务＂的制造资源虚拟化过程。通过VMU-CM和VMC-CM的部分理论在面向集团企业的云制造平台的制造能力标准制定和制造服务中心构建中的应用,证明了所提理论的可行性。     

机床装备云制造服务建模方法研究

针对云制造环境下机床装备制造服务的共享和集成,在分析机床装备云制造服务建模的特点及需求的基础上,提出一种基于机床装备资源层、机床装备服务语义描述层和机床装备服务实现层三层结构的机床装备云制造服务建模实现框架,基于该框架对机床装备制造资源分析、机床装备制造资源语义描述和机床装备制造服务实现进行研究。通过对一类机床进行云制造服务建模,验证了该建模方法的可行性及有效性。     

云际协作环境下能耗与成本感知的工作流调度方法

为解决云计算中的效费比、平台锁定和跨域资源管理等问题,目前已提出云际计算模式以便多个云服务实体之间的开放协作并创造云价值.在云际协作环境中,如何高效实现兼顾成本与能耗的云工作流调度是涉及多方云资源管理的一个重要问题.针对该问题,构建了云际协作环境下能耗与成本感知的工作流调度模型,并提出一种相应的云工作流调度方法(ECO).该方法主要包含任务组选择、虚拟机复用和资源动态管理等策略,可在云际协作环境下调度多个云工作流应用,并在满足截止时间约束的前提下,优化工作流执行成本与能耗.通过仿真实验说明了该算法的有效性.     

面向多学科设计的多域递归制造服务资源组建方法

针对云制造模式下云制造设计服务、云制造加工服务数量庞大,缺少高效的云制造虚拟服务资源组建管理方法,导致云制造虚拟服务资源缺乏有效管理和控制的问题,在综合考虑云制造虚拟服务资源特点的基础上,提出基于多域的云制造服务资源建模方法。通过云制造服务资源—行为—特征多域模型,建立基于多域递归的云制造虚拟服务资源组建方法,给出了相应的云制造虚拟服务资源谱库架构,为制造云中的终端用户提供了高效率、低成本和可重用的虚拟服务资源组建技术。实验结果分析表明,该方法能够有效提高云制造模式下满足云制造资源需求的虚拟服务资源组建效率性能,并验证了其在工程应用中的正确性与高效性。     

复杂零件云制造知识服务模式研究

针对企业复杂零件云制造需要对制造信息资源有效管理以实现共享和重用的需求,以复杂零件云制造环境下数字化加工过程为研究对象,在分析企业知识服务需求及知识资源特点的基础上,对动态知识服务模式及静态知识服务模式进行了研究。     

制造资源云集成元建模及云Agent服务调度研究

针对云制造过程中的制造资源虚拟化问题,分析了制造资源的存在形态、构成及其属性,提出基于RFID技术与对象名解析服务的制造资源感知与追溯逻辑架构,以实现物理制造资源虚拟化;通过建立虚拟制造资源静态-动态集成元模型,为异构、动态的虚拟制造资源的重组和融合提供统一描述机制;在此基础上,将移动Agent和云服务发现机制相融合,提出云Agent（cloud  Agent）的概念,并基于资源中介的改进合同网机制,实现云制造服务自适应管理和调度;给出了面向复杂产品协同的制造资源云服务平台原型系统,并结合汽轮机制造服务协同应用案例,初步实现了制造资源虚拟化和服务部署。     

基于语义Web的云设计服务平台及关键技术

针对云设计环境下设计资源具有分布性、异构性和面向服务等特点,以及中小制造企业对外部设计资源和设计能力的需求,以语义Web为基础,设计了一种能够实现设计资源集成共享并支持中小企业内外部资源整合与产业协作的云设计服务平台。给出了云平台的层次体系结构与运行机制;探讨了基于Web服务和本体论的资源虚拟化和云资源池构建方法,建立了面向产品信息模型的资源动态能力与客户需求表述模型,研究了基于语义推理的资源搜索匹配算法以及平台运行调度与监控等;采用Flex和Java开发了云平台原型,并以使用UG终端仿真服务设计起落架外筒为运行案例,验证了云平台的可行性和有效性。     

云制造资源服务能耗评估及应用

针对目前云制造平台中资源数据采集、制造服务化接入、服务柔性组合、制造服务综合效用评估和优化配置以及服务应用过程中忽略了能耗重要性等问题,提出了基于物联网的云制造资源服务能耗综合评估框架和云制造服务能耗计算模型,建立了制造服务负载、空载、附加能耗条件下的各类能源消耗计算矩阵,给出了制造服务综合能耗计算方法,并分析了能耗评估框架内各个层次所涉及的关键技术。以制造资源为例,给出了制造资源概念模型,通过物理标志语言描述了资源能耗信息,举例说明了某种制造服务单位综合能耗的计算,并初步设计了一种云制造资源接入与信息管理系统。