網格環境下協同設計平臺的模型研究

摘要：介紹了時網格技術的發展以及網格體系結構(OGSA)；并以網格技術為核心。結合復雜產品協同設計過程的特點。提出了基于網格技術的復雜產品協同設計平臺的模型。通過對該平臺模型的研究，證明利用平臺可以很好地解決復雜產品設計過程中的協同問題，并提高產品的開發效率和質量。

關鍵詞：網格；OGSA；復雜產品；協同設計

0 引言

網格技術的發展為復雜產品設計過程中的問題提供了很好的解決方案。網格技術是近年來出現的一組架構在互聯網絡服務之上的新興技術，旨在支持虛擬組織的資源共享與協同工作。它通過高速的共享網絡，連接地理上廣泛分布的異構資源(包括計算機、數據庫、科學儀器、文件系統和超級計算系統等)，通過這些異構資源的協同，解決那些通常需要許多CPU和存儲器來處理的問題。利用網格技術，可以很好地將分布在不同位置，不同層次的設計，分析資源等集成到一個虛擬的集成化的協同設計平臺中，實現產品設計過程中不同資源的共享，縮短產品的開發周期，提高產品質量和性能。

1 網格技術

1.1 網格技術概述

網格技術被稱為“下一代的Intemet\"，是一種新興的信息技術。網格技術的應用使計算資源、存儲資源、通信資源、軟件資源、信息資源、知識資源的全面共享成為可能。

網格具有以下特點：①網格是Intemet、高性能計算機和數據源的有機集合；②網格比interact具有更高的帶寬、更多的高性能計算機和更有效率的體系結構；③網格可進行知識加工；④巨大的網格對于用戶來講更像是一臺便于使用的超級機器，而不是成千上萬的網站。目前國外有關網格的研究正在大力開展，IBM、FIP，Oracle、Sun公司等IT巨頭爭相投入巨資進入網格計算領域。我國網格技術的研究也得到了相關方面和政府的高度重視，一些研究課題已被科技部列入863重點支持項目。網格計算在協同工作方面的應用也已經取得了重要成果。

1.2網格體系結構設計

網格體系結構是網格技術實現的框架和靈魂，也是網格最核心的技術，同時也是實現協同設計的平臺支持技術。如何建立良好的網格體系結構是我們首先要解決的問題。

目前影響比較廣泛的網格體系結構是五層沙漏模型和OGSA模型。前者是美國Argonne國家實驗室的I FOSTER在較早時候提出的。而OGSA(Open Grid Services architectur)是由GGF(GIobalGrid Forum)的OGSI工作小組于2002年6月制定的開放式網格服務架構，它是以“服務”為中心的體系結構。面向服務的框架模型也是當前業界發展的主流趨勢，因此本文重點介紹OGSA的體系結構框架。 OGSA架構由四個主要的層構成，從下到上依次為：資源層一包括物理資源和邏輯資源；Web服務以及定義網格服務的OGSI擴展；基于OGSA架構的服務和網格應用程序(如圖1所示)。下面靜逐一介紹這些架構層。

(1)物理和邏輯資源層：物理資源包括服務器、存儲器和網絡。物理資源之上是邏輯資源，它們通過虛擬化和聚合物理層的資源來提供額外的功能。通用的中間件，比如文件系統、數據庫管理員、目錄和工作流管理人員，在物理網格之上提供這些抽象服務。

(2)Web服務層：OGSA架構中的第二層是Web服務。一條重要的OGSA原則是：所有網絡資源(包括邏輯的與物理的)都建模成為服務。oGSI規范定義了網格服務。網格服務建立在標準Web服務技術之上。OGSI利用XML與Web服務描述語言(Web Services Description Language，WSDL)這樣的Web服務機制，為所有網格資源指定標準的接口、行為與交互方法。OGSI進—步擴展了Web服務的定義，提供了動態的、有狀態的和可管理的Web服務的能力，這對網格資源的建模是必需的。

(3)基于OGSA架構的網格服務層：Web服務層及其OGSI擴展為下一層提供了基礎設施：基于架構的網格服務。GGF目前正在致力于在諸如程序執行、數據服務和核心服務等領域中定義基于網格架構的服務。隨著這些新架構的服務開始出現，OGSA將變成更加有用的面向服務的架構(sOA)。

(4)網格應用程序層：隨著時間的推移，一組豐富的基于網格架構的服務不斷被開發出來，使用一個或多個基于網格架構服務的新網絡應用程序亦將出現。這些應用程序構成了OGSA架構的第四層。

2 網格環境下協同設計平臺的模式研究

2.1 網格環境下協同設計平臺的模型

基于OGSA框架之上，復雜產品協同設計平臺以一種虛擬運行模式工作。參考OGSA／OGSI標準，綜合運用J2EE，WebService。Globus Toolkit等技術及開發工具，本文提出了一種由分布式應用資源，網格中間件，應用層組成的復雜產品協同設計網格系統模型，如圖2所示。 網格的最底層是由高速網絡與通訊服務構成的，它將分散在各處的軟、硬件資源用高帶寬網絡聯結起來。在它之上是復雜產品設計制造資源節點層，其中包括：①產品設計資源，如UGH、Pr0／E等CAD軟件以及反求工程資源。②CAE，CAD資源，包括對模具產品的仿真建模，有限元分析以及優化軟件。③制造資源，如大型、貴重的產品模型加工數控機床和計算機輔助工藝編制等。④高性能計算與存儲資源等，它們可以及時、迅速地對服務請求進行處理，并在海量存儲設備中用Oracle 10g數據庫技術管理大量數據。在網格平臺中間件層，利用GlobusToolkit工具將設計制造資源節點封裝成服務節點，使網格系統有標準的服務接口；并提供基本的Web Service功能，網格的安全問題也在此系統中得到充分的保證。在應用層，設置與產品協同設計制造相關的軟件包。

2.2 應用實例模型

在基于網格的協同設計平臺中，不同的分布式資源通過基于網格的協同設計平臺進行注冊、發布以及提出服務申請，而所有的服務對客戶來說都是透明的。網格平臺通過必要的協同調度算法對不同資源的請求服務優化分配，實現資源的共享，達到協同設計的目的。下面結合圖3，介紹一下該平臺的主要工作流程。 如圖3所示，設計實體要對高速轉向架進行設計分析，并協同設計平臺提出設計服務請求。協同設計平臺中的網格體系結構接受設計實體的請求，并在系統中查找到已經注冊過且提供該服務的資源單元B，然后協同設計平臺將資源單元B的服務提供地址返回給設計實體。設計實體接受服務地址，并通過該地址與資源單元B取得聯系，簽署合同，并將高速轉向架的設計要求文檔傳遞給資源單元B，資源單元B接受請求并對設計文檔進行分析。在此后的設計過程中，設計實體可以和資源單元B進行信息交互，實現協同設計。同時，資源單元B可以根據設計工作的需要和資源單元A進行合作(比如由資源單元A提供CAD、CA等相關軟件資源)共同完成設計工作。合同執行完畢，協同設計平臺即取消為設計實體提供的服務。由此，設計實體圓滿完成高速轉向架的設計分析工作。

3 結束語

復雜產品涉及到多學科技術，其質量、可靠性要求較高，因而復雜產品的設計、制造具有開發難度大、多批次、周期長等特點。利用基于網格技術的協同設計平臺進行復雜產品的異地協同設計制造，可以提高設備資源，人力資源及其計算能力的利用效率，克服傳統開發方式過程復雜、周期長、成本高的缺點，加快產品的開發進程。