云制造系統(tǒng)中制造信息監(jiān)控的框架設(shè)計(jì)

劉開(kāi)，徐宣國(guó)

（江蘇科技大學(xué)經(jīng)濟(jì)管理學(xué)院，江蘇鎮(zhèn)江212003）

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云制造系統(tǒng)中制造信息監(jiān)控的框架設(shè)計(jì)

劉開(kāi)，徐宣國(guó)

（江蘇科技大學(xué)經(jīng)濟(jì)管理學(xué)院，江蘇鎮(zhèn)江212003）

摘要：制造云服務(wù)組合過(guò)程中存在諸多不確定的異常因素，它們會(huì)影響云服務(wù)的動(dòng)態(tài)組合和執(zhí)行。針對(duì)不確定異常因素中制造信息的變動(dòng)，在對(duì)制造信息進(jìn)行分類的基礎(chǔ)上，有針對(duì)性提出云制造系統(tǒng)中制造信息異常監(jiān)控的若干框架設(shè)計(jì)，為云制造應(yīng)用中各參與方進(jìn)行制造信息的異常監(jiān)控提供思路，同時(shí)為相關(guān)企業(yè)構(gòu)建和應(yīng)用云制造提供決策理論和工具。

關(guān)鍵詞：云制造；制造信息；監(jiān)控；框架設(shè)計(jì)

針對(duì)當(dāng)前制造業(yè)信息化、網(wǎng)絡(luò)化發(fā)展存在的問(wèn)題，李伯虎院士在已有先進(jìn)制造模式和技術(shù)的基礎(chǔ)上，提出了一種面向服務(wù)和基于知識(shí)的網(wǎng)絡(luò)化制造新模式-云制造［1］。云制造概念一經(jīng)提出，在學(xué)術(shù)界和產(chǎn)業(yè)界產(chǎn)生了廣泛影響，各級(jí)政府和企事業(yè)單位相繼支持開(kāi)展研究。但在云制造系統(tǒng)的現(xiàn)實(shí)應(yīng)用中，任務(wù)請(qǐng)求方的任務(wù)需求往往需由多個(gè)制造云服務(wù)組合在一起才能順利完成［2］，且在服務(wù)組合的過(guò)程中存在諸多不確定的異常因素，它們會(huì)影響云服務(wù)的動(dòng)態(tài)組合和執(zhí)行，從而導(dǎo)致無(wú)法高效、高質(zhì)量地執(zhí)行云服務(wù)組合并完成用戶需求。

為了應(yīng)對(duì)這些異常情況的發(fā)生，避免和修復(fù)由于異常情況對(duì)組合服務(wù)運(yùn)行時(shí)功能或非功能效果的影響，需要能對(duì)這些異常狀況進(jìn)行監(jiān)控。本文針對(duì)不確定因素中制造信息的異常變動(dòng)，在對(duì)制造信息進(jìn)行分類的基礎(chǔ)上，有針對(duì)性提出制造信息異常監(jiān)控的若干框架設(shè)計(jì)，以期為云制造應(yīng)用中各參與方進(jìn)行制造信息的異常監(jiān)控提供思路。

1　云制造理念及企業(yè)智能化的趨勢(shì)

在云制造模式下，制造資源提供者可將自身富余的制造資源進(jìn)行虛擬化和封裝化處理，以云服務(wù)的形式發(fā)布到制造云池中，并由云制造服務(wù)平臺(tái)運(yùn)營(yíng)方對(duì)其進(jìn)行集中的優(yōu)化管理，制造任務(wù)請(qǐng)求方只需通過(guò)云端就能按需獲取制造服務(wù)［3］，如圖1所示。

圖1　云制造模式圖

企業(yè)智能化是實(shí)現(xiàn)云制造廣泛運(yùn)用的基礎(chǔ)。在傳感、通訊、網(wǎng)絡(luò)化、自動(dòng)化以及人工智能等技術(shù)的支撐下，制造業(yè)企業(yè)正變得越來(lái)越智能化，其最終目標(biāo)在于實(shí)現(xiàn)制造全生命周期過(guò)程的智能化，同時(shí)為云制造的深入推廣和應(yīng)用打下基礎(chǔ)。在智能化企業(yè)中，人員、物料、機(jī)床、工具或檢測(cè)設(shè)備等不僅是企業(yè)的實(shí)物制造資源，它們更是企業(yè)運(yùn)作網(wǎng)絡(luò)的各個(gè)節(jié)點(diǎn)［4］。不僅人與人之間應(yīng)保持互聯(lián)互通，物與物、應(yīng)用程序與應(yīng)用程序等也應(yīng)該實(shí)現(xiàn)互聯(lián)互通。本文構(gòu)建下圖所示的智能化企業(yè)運(yùn)營(yíng)框架。

圖2　智能企業(yè)運(yùn)營(yíng)框架圖

2　制造信息的分類

為了向云制造各參與方提供實(shí)時(shí)參考和決策信息，需要能對(duì)相關(guān)不確定的制造資源異常狀況進(jìn)行監(jiān)控，即對(duì)云制造系統(tǒng)中的制造信息進(jìn)行監(jiān)控。互聯(lián)網(wǎng)及云計(jì)算等技術(shù)已經(jīng)解決了眾多軟性制造資源（如產(chǎn)品開(kāi)發(fā)軟件、制造工藝知識(shí)以及知識(shí)產(chǎn)權(quán)等）的接入與實(shí)時(shí)監(jiān)控問(wèn)題。為了促進(jìn)企業(yè)全面智能以及云制造在社會(huì)上更廣泛的推廣和應(yīng)用，需著重解決云制造系統(tǒng)下硬性制造資源變動(dòng)狀況的監(jiān)控問(wèn)題。

制造資源是云制造系統(tǒng)的基本構(gòu)成要素，是云制造環(huán)境下制造云服務(wù)的實(shí)物體現(xiàn)。云制造環(huán)境下的制造資源信息形式各異、種類繁多且復(fù)雜，其給制造信息的有效監(jiān)控和管理帶來(lái)了難度。為便于在認(rèn)清其本質(zhì)的基礎(chǔ)上對(duì)制造信息進(jìn)行有針對(duì)性實(shí)時(shí)監(jiān)控，需首先對(duì)相關(guān)制造信息進(jìn)行合理的規(guī)則分類。在文獻(xiàn)閱讀、調(diào)研分析、借鑒專家經(jīng)驗(yàn)等的基礎(chǔ)上，本文對(duì)制造信息作如下分類：

圖3　制造信息分類圖

3　制造信息異常監(jiān)控的框架設(shè)計(jì)

3.1資源基本屬性信息的監(jiān)控

為了對(duì)云制造環(huán)境下制造資源的基本屬性信息進(jìn)行實(shí)時(shí)有效監(jiān)控獲取，需通過(guò)構(gòu)建模型框架進(jìn)行實(shí)現(xiàn)。本文借鑒學(xué)習(xí)劉波等［5］在自適應(yīng)制造資源動(dòng)態(tài)服務(wù)組合與優(yōu)化框框研究中提到的感知模型方案，同時(shí)結(jié)合云制造環(huán)境下制造資源不確定性、不穩(wěn)定性等特點(diǎn)，提出下圖所示的制造資源基本屬性信息實(shí)時(shí)監(jiān)控獲取的模型框架。

CPS技術(shù)的應(yīng)用是實(shí)現(xiàn)資源基本屬性信息監(jiān)控的關(guān)鍵。CPS技術(shù)旨在實(shí)現(xiàn)信息世界和物理世界的高度融合，云制造系統(tǒng)中的智能企業(yè)可通過(guò)對(duì)CPS技術(shù)的廣泛應(yīng)用以實(shí)現(xiàn)對(duì)物理世界中資源基本屬性信息的感知、監(jiān)測(cè)和控制［6］。該監(jiān)控模式下的企業(yè)需具有一定的智能，企業(yè)內(nèi)部基于現(xiàn)代物聯(lián)技術(shù)層層實(shí)現(xiàn)互聯(lián)互通，且每一層級(jí)、每一粒度、每一環(huán)節(jié)的運(yùn)作都在各智能應(yīng)用軟件的支持下運(yùn)作，嵌入式的智能軟件能實(shí)時(shí)獲取其所對(duì)應(yīng)層次、粒度、環(huán)節(jié)的制造資源基本屬性信息，并按路徑進(jìn)行及時(shí)傳輸，為云制造平臺(tái)及其他相關(guān)主體提供實(shí)時(shí)參考和決策信息，示意圖如圖4所示。

圖4　資源基本屬性信息監(jiān)控示意圖

3.2資源增減變動(dòng)信息的監(jiān)控

張映鋒等學(xué)者［7］在其研究中提到，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)可幫助企業(yè)對(duì)制造信息進(jìn)行實(shí)時(shí)感知、獲取，并指出可通過(guò)對(duì)相關(guān)智能設(shè)備（如傳感器、RFID、移動(dòng)APP等）的合理運(yùn)用以實(shí)現(xiàn)對(duì)相關(guān)制造信息的采集。企業(yè)智能化是實(shí)現(xiàn)云制造運(yùn)用的基礎(chǔ)。本文在前人研究基礎(chǔ)上，擬提出云制造環(huán)境下制造資源增減變動(dòng)的監(jiān)控框架。

假設(shè)無(wú)線射頻識(shí)別技術(shù)已被廣泛運(yùn)用于云制造環(huán)境下的智能企業(yè)之中。智能企業(yè)包括幾個(gè)主要的制造車間，各車間分別擁有完成各自制造任務(wù)的能力，且各車間按操作順序被劃割為了幾個(gè)板塊，每一粒度板塊中的制造資源均貼有識(shí)別標(biāo)簽，RFID讀寫器被安裝在各環(huán)節(jié)的主要關(guān)鍵位置，當(dāng)制造資源發(fā)生進(jìn)或出時(shí)，相關(guān)信息能被自動(dòng)采集，并通過(guò)網(wǎng)絡(luò)傳輸至車間的信息接收控制中心。本文構(gòu)建下圖所示的制造資源增減變動(dòng)信息監(jiān)控框架，示意圖如圖5所示。

3.3裝備資源狀況信息的監(jiān)控

為裝備資源是云制造硬性制造資源的重要組合部分，是云制造應(yīng)用中制造能力的顯著體現(xiàn)。云制造環(huán)境下的裝備資源種類多樣，規(guī)模較大，需檢查、監(jiān)控的信息是海量的。李瑞芳等［8］在相關(guān)研究中指出，制造裝備資源的狀態(tài)感知、獲取、監(jiān)控，可通過(guò)在制造裝備上安置各類傳感器來(lái)實(shí)現(xiàn)，而且提出最新的光纖光柵傳感技術(shù)為裝備資源狀況信息的高效監(jiān)控提供了可能。本文在借鑒前人研究基礎(chǔ)上，擬提出云制造環(huán)境下裝備資源狀況信息監(jiān)控框架。

圖5　資源增減變動(dòng)信息監(jiān)控示意圖

為提高服務(wù)組合的成功率，需要能夠?qū)崟r(shí)檢測(cè)、監(jiān)控到云制造系統(tǒng)中裝備資源的實(shí)時(shí)使用狀況信息。假設(shè)云制造系統(tǒng)中相關(guān)企業(yè)對(duì)各自所擁有的裝備資源均安裝了光纖光柵傳感器，且每個(gè)企業(yè)均已達(dá)到一定的信息化和網(wǎng)絡(luò)化程度。各制造任務(wù)參與企業(yè)能夠?qū)ο嚓P(guān)傳感節(jié)點(diǎn)進(jìn)行部署和組網(wǎng)，同時(shí)能對(duì)監(jiān)測(cè)獲取的裝備資源狀況信息進(jìn)行有效分析處理。本文構(gòu)建下圖所示的裝備資源狀況信息監(jiān)控示意圖，包括狀況獲取、信息處理、信息融合和面向云制造應(yīng)用的接入4個(gè)部分。

圖6　裝備資源狀況信息的監(jiān)控示意圖

3.4資源地理轉(zhuǎn)移信息的監(jiān)控

云制造環(huán)境下制造資源經(jīng)常會(huì)發(fā)生地理位置的轉(zhuǎn)移，這給制造資源的定位、監(jiān)控帶來(lái)了挑戰(zhàn)。為了推動(dòng)制造資源管理的透明化以及云制造應(yīng)用的更深入推廣，需要能夠?qū)崟r(shí)掌控云制造系統(tǒng)中各制造資源的地理位置變動(dòng)信息。多種最新定位技術(shù)的發(fā)展，使制造領(lǐng)域制造資源的位置跟蹤、監(jiān)控成為了可能。本文擬在考慮云制造環(huán)境下各類制造資源特點(diǎn)及地理轉(zhuǎn)移信息監(jiān)控需求的基礎(chǔ)上，綜合考慮多種最新定位技術(shù)的運(yùn)用［9］以解決對(duì)制造資源地理位置信息的監(jiān)控問(wèn)題。

通過(guò)將GPS芯片集成到各制造資源之中以實(shí)現(xiàn)對(duì)操作工、運(yùn)輸車輛、原料等制造資源的定位跟蹤，采用A-GPS、差分GPS等最新技術(shù)后的全球定位系統(tǒng)可在更高精度水平上實(shí)現(xiàn)監(jiān)控目標(biāo)；可將監(jiān)控范圍內(nèi)部署的微傳感器進(jìn)行組網(wǎng)以形成無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)來(lái)對(duì)相關(guān)制造資源的地理轉(zhuǎn)移情況進(jìn)行監(jiān)控，改進(jìn)后的WSN技術(shù)甚至還可用于制造資源的運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)控；蜂窩定位技術(shù)、射頻識(shí)別定位技術(shù)、超寬帶定位技術(shù)及WIFI定位技術(shù)等也可用于云制造環(huán)境下的制造資源地理轉(zhuǎn)移信息監(jiān)控，框架示意圖如圖7所示。

圖7　資源地理轉(zhuǎn)移信息的監(jiān)控示意圖

4　結(jié)束語(yǔ)

本文在對(duì)云制造理念及企業(yè)智能化趨勢(shì)進(jìn)行闡述分析的基礎(chǔ)上，指出企業(yè)智能化是實(shí)現(xiàn)云制造廣泛運(yùn)用的基礎(chǔ)，與此同時(shí)構(gòu)建了云制造系統(tǒng)中智能企業(yè)的運(yùn)營(yíng)框架圖。在對(duì)云制造系統(tǒng)中制造資源及制造信息進(jìn)行分析和歸類的基礎(chǔ)上，有針對(duì)性地提出云制造系統(tǒng)中制造信息異常監(jiān)控的若干框架設(shè)計(jì)，為云制造應(yīng)用中各參與方進(jìn)行制造信息的異常監(jiān)控提供思路。接下來(lái)工作的重點(diǎn)將放在各主要監(jiān)控環(huán)節(jié)的實(shí)際操作上，以期為相關(guān)企業(yè)構(gòu)建和應(yīng)用云制造提供決策理論和工具。

參考文獻(xiàn)：

［1］李伯虎，張霖，王時(shí)龍，等.云制造—面向服務(wù)的網(wǎng)絡(luò)化制造新模式［J］.計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)，2010，10（1）：1-7，16.

［2］陶飛，張霖，郭華，等.云制造特征及云服務(wù)組合關(guān)鍵問(wèn)題研究［J］.計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)，2011，17（3）：477-486.

［3］李伯虎，張霖，任磊.再論云制造［J］.計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)，2011，17（3）：449-458.

［4］張曙.工業(yè)4.0和智能制造［J］.機(jī)械設(shè)計(jì)與制造工程，2014，43 （8）：1-5.

［5］劉波，劉衛(wèi)寧，孫棣華，等.自適應(yīng)制造資源動(dòng)態(tài)服務(wù)組合與優(yōu)化框架［J］.中國(guó)機(jī)械工程，2012，23（10）：1187-1193.

［6］任磊，張霖，張雅彬等.云制造資源虛擬化研究［J］.計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)，2011，17（3）：511-518.

［7］張映鋒，趙曦濱，孫樹(shù)棟，等.一種基于物聯(lián)技術(shù)的制造執(zhí)行系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)方法與關(guān)鍵技術(shù)［J］.計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)，2012，18 （12）：2634-2642.

［8］李瑞芳，劉泉，徐文君.云制造裝備資源感知與接入適配技術(shù)［J］.計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)，2012，18（7）：1547-1553.

［9］黃剛，鐘小勇，龍淵銘，等.基于數(shù)據(jù)云與應(yīng)用云分離模式的制造資源云定位服務(wù)平臺(tái)［J］.計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)，2011，17 （3）：519-524.

Deslgn on the monltorlng frames of manufacturlng lnformatlon ln the system of cloud manufacturlng

LIU Kaj，XU Xuan-guo
（School of Economics and Management，Jiangsu University of Science and Technology，Zhenjiang 212003，China）

Abstract:The uncertajn and abnorma1 factors jn the process of manufacturjng c1oud servjce composjtjon wj11 jnf1uence the composjtjon and executjon of c1oud servjce. For the abnorma1 changes of manufacturjng jnformatjon from djfferent categorjes among uncertajn factors，the author accordjng1y proposed certajn number of monjtorjng frame. Thjs wj11 provjde jdeas for partjcjpants of c1oud manufacturjng to monjtor manufacturjng jnformatjon jn the system of c1oud manufacturjng，and wj11 further provjde decjsjon theorjes and too1s to re1ated enterprjses jn the fje1d of constructjng and utj1jzjng manufacturjng c1oud servjce.

Key words:c1oud manufacturjng；manufacturjng jnformatjon；monjtorjng；frame desjgn

中圖分類號(hào)：TN081

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1674-6236（2016）07-0104-03

收稿日期：2015-07-09稿件編號(hào)：201507076

基金項(xiàng)目：國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目（71371088）；江蘇省普通高校研究生科研創(chuàng)新計(jì)劃項(xiàng)目（KYZZ15-0297）

作者簡(jiǎn)介：劉開(kāi)（1990—），男，江蘇淮安人，碩士研究生。研究方向：信息監(jiān)控、異常信息處理。