支持復雜設備運行的協同服務系統框架研究

李國偉，李鵬忠，虞 敏

（1. 同濟大學 機械工程學院，上海 200092；2. 同濟大學 中德學院，上海 200092）

0 引言

隨著現代設備日益向高新技術集成和智能化方向發展，其結構日趨復雜，功能日臻完善，自動化程度也越來越高，由此帶來了整個系統發生故障的潛在可能性和方式也在相應增加，只要一處發生故障就可能引起鏈式反應[1]。如何保障復雜設備的可靠有效地運行，就成了亟待解決的問題。

目前，在國內，各學術研究機構和應用企業在進一步深入研究復雜設備遠程檢測和故障診斷技術的同時，也進一步拓寬復雜設備的遠程服務功能的研究領域，開展滿足客戶對產品“TQCSE”高要求的服務與遠程工程支持[2]。在國外，特別是德國和歐洲的大型科研機構已認識到了工業服務的巨大意義，他們認為，技術領先并不必然獲得市場成功，服務已經超越設備本身成為保持國際競爭力的重要因素。在新一輪中德政府間科技合作中，德國教育與研究部(BMBF)資助“Co-Service”協同服務項目，通過研究開發支持協同服務的方法、過程和工具，優化高科技設備的使用與運行，進而提高中德合作雙方的競爭力。

作為一種全新的服務模式，協同服務強調以下幾個方面[3]：1）跨企業、跨地域，以有效的協作來響應用戶的服務需求。2）供應商、合作伙伴、設備用戶關系的轉變：用戶-供應商關系由買賣關系轉變為一種相互合作的關系；合作伙伴結成利益共同體，建立了優勢互補、市場共享、風險分擔的“雙贏”發展模式。3）實現全球化的協同服務。因此協同服務模式的實施首先需要建立合作和提供服務的平臺；其次，要提供適合于協同服務模式的設備服務遠程解決方案。基于以上要求，本文提出了協同服務系統框架（如圖1所示），在該框架下，設備供應商及協作伙伴按照協同服務平臺中的業務流程提供服務，設備用戶把自己的設備查詢接口集成到服務平臺供服務商遠程在線監控并接受相關服務。因此，本文主要研究基于合同約束的ASP協同服務平臺關鍵技術、服務內容，以及支持協同服務的設備在線服務實現技術。

圖1 協同服務系統框架

1 基于合同約束的ASP協同服務平臺研究

應用服務提供商(Application Service Provider，ASP)是一種新興的服務運行模式。“通過采用ASP應用服務，能夠有效整合社會優勢資源，加強企業間的協同,提高企業核心競爭力,從而形成具備整體優勢的增值鏈及產業鏈，形成雙贏及多贏的模式”[4]。

ASP協同服務平臺整合了第三方服務模式，并在平臺上集成了一系列應用服務。用戶選擇角色在平臺上注冊，系統將根據角色分配不同的操作權限(功能權限和資源權限)。服務商在平臺上注冊并配置基礎服務資源(產品信息、技術文檔等)，就可以為設備用戶提供相關服務，而不必建設自己的服務平臺，大大縮短了企業信息化建設周期,降低了企業運營成本。另一方面，設備用戶在平臺上注冊后，就能主動或被動地找到能滿足其需求的服務商，獲得服務商業務確認后，與服務商簽訂服務合同，合同結束后，雙方可以續簽，設備用戶也可以在平臺上選擇更優秀的服務商為自己服務。

1.1 ASP協同服務平臺的關鍵技術

在協同服務平臺中，為了有效保障設備用戶-設備供應商和設備供應商-協作伙伴之間的權利和義務，建立了基于電子合同約束的服務管理模式，其生命周期如圖2所示，具體內容如下：

1）選擇合同模板：服務中主要涉及設備用戶-設備供應商和設備供應商-協作伙伴的合同關系，因此，定義了服務合同和協作合同兩個模板。

2）啟動合同談判環境[5]：電子合同協同環境主要為用戶提供文本交流、語音通信、電子合同同步更新和集成NetMeeting等服務工具。

圖2 電子合同的生命周期

3）電子簽名與合同認證：在電子合同中，表示合同生效的傳統的簽字蓋章方式被電子簽名所代替。同時，需要公正機構對其進行CA認證以確認電子簽名合同的有效性。

4）合同履行狀態監控：生效的合同進入履行階段，該平臺提供輔助監督功能，平臺接受用戶投訴并對被投訴方及時提醒，以保證合同的順利執行。

5）合同結束。

在平臺開發中，使用DTD(Documnet Type Definition)來規范和約束電子合同的結構和內容模式；使用可擴展標記語言(Extensible Mark Language，XML)描述電子合同的各項商務信息，如：合同雙方、合同日期、使用的資源、服務收費標準等。

城市尺度上，地方滿意度維度均值(3.86)小于量表總均值；地方依戀維度均值(3.89)約等于量表總均值；地方認同維度均值(3.93)大于量表總均值，此維度所有測量項的得分均值均大于或等于量表總均值。說明留學生對昆明的物質文化環境，尤其是飲食，存在一定不滿，而對昆明的社交環境有不錯的感知，其在昆明的經歷也產生了對地方文化生活較高的地方認同。

1.1.2 基于角色的權限管理[6,7]

圖3 基于角色的權限管理簡易模型

基于角色的權限管理的基本思想是：權限賦予角色，角色賦予用戶，用戶通過角色享有權限。ASP平臺用戶類型多樣，角色主要有：系統管理員、設備用戶、服務商、軟件供應商等。權限可分為功能權限和資源權限，功能如通過EOS遠程訪問設備、遠程視頻等，資源主要指各種數據庫資源。

考慮到實際服務中，服務商通常把服務任務分派給下屬部門員工，在模型中引入了角色層次關系，部門員工繼承了服務商的角色后，就自動獲得了服務商角色的權限。

在基于角色的訪問控制下，登陸到系統中的用戶可通過所擁有角色的權限來訪問允許的服務資源，并處理相應的事務，這樣既確保了對資源的安全操作，也保障了平臺中各項業務的順利進行。

1.1.3 嵌入式在線服務系統的集成方案

德國項目組對嵌入式在線服務系統進行了深入的研究。如何把該系統與協同服務平臺進行集成是完成協同服務任務的關鍵所在。由于該系統是一個獨立運行的系統，因此，設備用戶只需提供系統中的查詢服務器統一資源位置(URL)，然后將其在協同服務平臺注冊并同時分配服務商相應權限，服務商就可以通過查詢服務器的服務導航功能，選擇相關服務，對設備進行故障診斷和遠程監控。

1.2 ASP協同服務平臺的主要內容

協同平臺主要應用服務包括：

1）安裝/調試支持服務: 用戶可以通過遠程課堂視頻獲得幫助，設備制造商、專業技術服務機構也可直接對新設備進行遠程操作或指導現場人員，對設備安裝和調試進行遠程支持。

2）技術培訓服務: 由于高科技產品技術含量高，操作復雜，設備供應商需要提供便捷、優質的技術支持以幫助用戶較快較好地使用設備。可以通過遠程課堂對用戶進行遠程技術培訓，借助于視頻、音頻、白板、操作模擬等手段，使遠程課堂達到現場培訓的效果，同時也節約了人力成本。

3） 故障排除服務: 為了較快地排除設備故障，該服務提供了自助式和專門故障服務兩種途徑，充分利用專家知識和經驗，在最短時間內排除故障。

4）預防性維護服務: 為了降低因故障引起的宕機時間，必須改傳統方式下“被動服務的方式”為“主動式服務”。通過對用戶設備進行例行檢查，對設備的運行狀況有一個定期了解，對發現的問題盡早地給出維護建議，以電子郵件或預警消息的方式發送給設備用戶；通過對歷史數據的分析評估，可以對設備系統或重要部件的劣化趨勢進行預測，消除設備隱患。

圖4 協同服務平臺的體系結構

5） 用戶信息反饋服務: 基于此服務，設備用戶可以自由發表評論，對服務商服務質量進行滿意度評價，指出設備使用過程中的不足之處。另一方面，服務商有義務對用戶反饋的信息給予及時解答，同時，對反饋信息的分析利用，可以促進產品的改進和創新，從而保持產品的競爭優勢。

此外，獨立的軟件提供商可以將軟件以服務的形式注冊到ASP平臺，成為平臺服務資源的一部分，如：備品備件管理系統，客戶關系管理（CRM）系統，企業資源計劃（ERP）系統等。客戶若使用服務須向ASP平臺支付費用，ASP平臺再按照事先協商的利益分配方案，付費給獨立軟件提供商。

1.3 ASP協同服務平臺的開發技術

采用J2EE標準進行系統平臺的設計開發，J2EE標準是SUN公司推出的用于構建基于Web系統的標準平臺和環境，采用層次開發模式，把客戶端表示和業務邏輯分離，提高了ASP平臺的開發效率。平臺總體上分為客戶層、業務邏輯層和數據層三層，其中業務邏輯層又可擴展為基礎層、功能層和支撐技術層。

1） 客戶層: 客戶端把Web瀏覽器作為統一的用戶界面，客戶端的請求結果可以由JSP頁面、顯示HTML頁面的servlets以及applets組成。

2） 業務邏輯層: 此層是平臺的核心部分，邏輯處理主要由EJB(Enterprise Java Beans，EJB)組件實現，EJB組件包含會話EJB和實體EJB。主要實現的業務邏輯包括：業務流轉、流程管理、信息傳遞等。基礎層是功能層業務實現的基礎，功能層是對各個功能模塊的集成，技術支撐層包括了平臺建設和運轉所需的相關技術。

3） 數據層: 建立和提供數據資源庫，包括：用戶信息庫、設備信息庫、業務信息庫等。

2 支持協同服務的設備在線服務系統

為了支持ASP協同平臺中的應用服務，必須提供適合于協同服務模式的設備服務遠程解決方案，為此，本文研究了嵌入式在線服務(Embedded Online Service, EOS)協議標準和實現架構[8]（如圖5所示）。基于計算機技術、網絡通訊技術的EOS協議標準，可以不受設備控制器的類型和年限的限制，以“即插即用”的方法將設備連接到系統中，方便快捷地獲得設備的運行狀態等信息。設備在線服務實現邏輯是用戶通過瀏覽器統一地址URL訪問查詢服務器，通過權限認證后，對局域網設備IP地址和端口進行配置，搜索設備服務器，如果設備在線(Online)，點擊在線設備鏈接，綁定設備客戶端，通過客戶端調用Web Service發布相關服務。

基于EOS協議標準和實現架構開發設備在線服務系統，內容主要包括：

1）基于Web Service的設備服務器(Device Sever)。以開發數控機床的設備服務器為例進行說明，設備服務器主要完成兩方面任務：一方面，與機床Severs建立自動連接，完成對設備狀態信號的采集并將數據封裝成各種設備服務，通過Web service標準對這些服務進行查詢和訪問；另一方面，響應查詢服務器和客戶端的請求，發布相關服務。

2）客戶端應用程序(Client Application)。客戶端連接到Web Service并完成認證過程，認證通過后，客戶端通過調用Web Service發布機床信息。由于不同類型的設備發布的服務信息不同，必須針對不同類型設備，開發與設備信息一致的客戶端。

3）查詢服務器(Lookup-sever)。利用Java技術

開發的查詢服務器，在局域網內就像一個設備信息管理平臺，實現用戶管理、設備搜索、文件上傳下載等，Internet用戶通過查詢服務器URL及訪問權限就可以對設備服務進行相應操作。

圖5 EOS實現架構

圖6 協同故障診斷服務流程

3 協同服務應用實例

作為中德國際科技合作項目，“復雜設備的協同服務支持”通過研究保障復雜設備穩定運行所需要的技術服務模式，旨在建立一個由中德復雜設備供應商及用戶參加的協同服務示范網，通過協同服務，保障復雜設備的可靠有效地運行。

本文以復雜設備協同故障診斷服務為例說明協同服務的實現（如圖6所示）。首先，服務參與方在平臺中確認了業務關系，并簽訂了服務合同或協作合同。服務商在平臺上配置了自己的基礎服務資源，設備用戶注冊了查詢服務器的URL并分配了訪問權限。

當設備發生故障時，對于一般故障，用戶可以利用平臺提供的資源或服務通過自助方式解決；如果屬于專門故障，可以申請專門服務支持，設備供應商利用自己的專業知識并對設備進行遠程狀態檢測，能獨立解決則把任務分給自己員工，如果不能獨立解決，則協同處理：情況一，國外的設備用戶要求現場解決的情況，就可以委托當地合作伙伴協助；情況二，發生的故障與某重要零部件直接相關，可以把相應問題提交給零部件商；情況三，若情況復雜，可利用平臺中集成的設備在線服務系統（如圖7所示）、遠程視頻會議系統等手段多方協商解決。故障排除后，問題的原因和解決方法要向相關人員通告，并且記錄到歷史數據庫，作為平臺上專家知識庫知識的來源。

圖7 協同中設備在線服務

4 結束語

支持復雜設備運行的協同服務系統為實現“協同服務”這一全新的服務模式創造了條件。協同服務系統主要研究：1）建立基于合同約束的ASP協同服務公共平臺。提出了基于角色的權限管理，以保證平臺上各項業務的順利進行，通過應用服務中信息的交互，實現信息共享和資源重用，消除了信息孤島，加強了企業與用戶以及企業之間的聯系和技術合作。2）提出設備服務遠程解決方案—嵌入式在線服務系統，該系統按行業特點抽象出面向行業設備的服務內容和接口規范，設備系統只要滿足這個結構規范，就可方便將其接入網絡中，從而實現對設備遠程狀態檢測、故障診斷和總體性能評估。

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