云制造資源-任務(wù)多因素匹配度問(wèn)題研究*

李春泉，常鈺河，張　明，李彩林，胡宇威

(桂林電子科技大學(xué) 機(jī)電工程學(xué)院,廣西 桂林　541004)

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云制造資源-任務(wù)多因素匹配度問(wèn)題研究*

李春泉，常鈺河，張明，李彩林，胡宇威

(桂林電子科技大學(xué) 機(jī)電工程學(xué)院,廣西 桂林541004)

針對(duì)云制造資源與制造任務(wù)的匹配度評(píng)價(jià)問(wèn)題，提出了云制造資源與制造任務(wù)的多因素綜合匹配度評(píng)價(jià)模型。首先通過(guò)分析基于時(shí)間和制造加工精細(xì)度的單一因素匹配度問(wèn)題，建立基于時(shí)間和制造加工精細(xì)度的綜合匹配度模型，進(jìn)而建立云制造資源多因素下的綜合匹配度評(píng)價(jià)模型。最后，通過(guò)實(shí)例對(duì)綜合匹配度評(píng)價(jià)模型進(jìn)行了驗(yàn)證。

云制造資源；匹配度；評(píng)價(jià)模型

0　引言

近年來(lái)，制造業(yè)在全球范圍內(nèi)的發(fā)展趨勢(shì)呈現(xiàn)出由生產(chǎn)型制造向服務(wù)型制造的轉(zhuǎn)變[1-2]。在此前提下，由李伯虎院士首先提出的云制造作為一種面向服務(wù)的、按需組織網(wǎng)上制造資源的網(wǎng)絡(luò)化制造新模式應(yīng)運(yùn)而生，為用戶(hù)提供各類(lèi)按需的制造加工服務(wù)[3-6]。云制造集合了各類(lèi)制造資源和制造能力，來(lái)為客戶(hù)提供各類(lèi)的云制造服務(wù)請(qǐng)求[7]。一方面，云資源提供者所能承擔(dān)的制造任務(wù)應(yīng)該與其實(shí)際生產(chǎn)實(shí)際是相匹配的，但隨著制造行業(yè)的競(jìng)爭(zhēng)壓力不斷加劇，一些資源提供者為了獲得更多的業(yè)務(wù)訂單，承接一些超出自身制造能力的任務(wù)請(qǐng)求的現(xiàn)象時(shí)有發(fā)生[8]，結(jié)果造成制造任務(wù)不能保質(zhì)保量地完成，輕則造成一定的經(jīng)濟(jì)損失，重則延誤客戶(hù)后續(xù)的生產(chǎn)制造任務(wù)，造成更大的損失[9-11]。另一方面，客戶(hù)很有必要對(duì)云資源提供者所提供的云資源進(jìn)行量化的了解，用以判斷云資源與自己提交的制造任務(wù)是否匹配[12-13]，從而依據(jù)云資源與制造任務(wù)的匹配度來(lái)選取最佳的云制造資源進(jìn)行制造資源的優(yōu)化配置。

在服務(wù)型制造的實(shí)現(xiàn)過(guò)程中，制造資源與制造任務(wù)以及制造資源之間的優(yōu)化匹配是基礎(chǔ)支撐技術(shù)[14]。云制造資源匹配度作為云制造資源優(yōu)化配置的重要依據(jù)，有著非常重要的研究?jī)r(jià)值。國(guó)內(nèi)外相關(guān)學(xué)者對(duì)云制造環(huán)境下制造資源匹配度評(píng)價(jià)問(wèn)題也進(jìn)行了較廣泛的研究[15-17]，并取得了一些的成果，但這些研究主要基于資源本體的語(yǔ)義相似度方面。

目前云制造資源匹配度還沒(méi)有明確的定義，本文所述的云制造資源多因素匹配度定義為在云制造環(huán)境下制造資源在多個(gè)關(guān)鍵因素約束下可以完成制造任務(wù)的適合程度。在生產(chǎn)制造活動(dòng)中，每種制造資源都具備自身的屬性和特點(diǎn)，而每種制造任務(wù)，由不同的客戶(hù)提出，就會(huì)有不同的制造要求，比如工期、加工精度、加工效率、最遲完工時(shí)間、加工成本等，由此可見(jiàn)每項(xiàng)制造任務(wù)與每個(gè)制造資源之間都具有不同的匹配程度，匹配度越高，表明該資源越適合這類(lèi)任務(wù)，從而可以提高制造活動(dòng)的效率。

1　云制造資源匹配度問(wèn)題分析

1.1任務(wù)-資源匹配問(wèn)題

如圖1所示，在生產(chǎn)制造活動(dòng)中，每項(xiàng)制造任務(wù)都有相應(yīng)要求及規(guī)范指標(biāo)，而承擔(dān)相應(yīng)制造任務(wù)的制造資源，也都有其特征屬性。衡量一個(gè)云造資源是否能夠很好地完成一項(xiàng)制造任務(wù)的標(biāo)準(zhǔn)，取決于云制造資源的特征屬性與其要承擔(dān)的制造任務(wù)的各種要求和規(guī)范指標(biāo)是否相匹配，即需要一個(gè)任務(wù)-資源匹配度評(píng)價(jià)指標(biāo)來(lái)作為參考依據(jù)，用以選擇和配置最佳的云制造資源來(lái)承擔(dān)相應(yīng)的制造任務(wù)。

圖1　云制造服務(wù)資源配置過(guò)程

1.2資源-資源匹配問(wèn)題

如圖2所示，某印刷產(chǎn)品的工藝流程圖，分為若干的制造環(huán)節(jié)。在圖3中，每個(gè)制造環(huán)節(jié)都有對(duì)應(yīng)的云制造資源集合R11,R12,…,R21,…,R51，同一資源集合中的的云制造資源節(jié)點(diǎn)承擔(dān)同一制造環(huán)節(jié)的制造任務(wù)，稱(chēng)之為同質(zhì)資源；而不同資源集的云制造資源節(jié)點(diǎn)承擔(dān)不同制造環(huán)節(jié)的制造任務(wù)，稱(chēng)之為異質(zhì)資源。因此鑒于生產(chǎn)實(shí)際，本文將資源-資源匹配問(wèn)題分為兩種情況：①同質(zhì)資源匹配問(wèn)題。在云制造資源正在執(zhí)行生產(chǎn)制造任務(wù)過(guò)程中，時(shí)常會(huì)出現(xiàn)制造任務(wù)訂單臨時(shí)增加，或者制造資源故障難以及時(shí)恢復(fù)的情況，此時(shí)需要有與正在執(zhí)行生產(chǎn)任務(wù)的云制造資源相同或相似的云制造資源，在滿(mǎn)足現(xiàn)行制造要求的情況下接替現(xiàn)有資源繼續(xù)進(jìn)行生產(chǎn)，以完成預(yù)計(jì)的生產(chǎn)制造任務(wù)。由此可見(jiàn)，同質(zhì)資源間的匹配度問(wèn)題，本質(zhì)上就是同質(zhì)資源的相似程度。②異質(zhì)資源匹配問(wèn)題。在實(shí)際生產(chǎn)中，一項(xiàng)制造活動(dòng)通常可以被分為多個(gè)制造環(huán)節(jié)，而多個(gè)制造環(huán)節(jié)之間也有著各方面(比如加工工藝、裝配順序等)的相互銜接和聯(lián)系。除此之外，一些云制造資源的加工能力并不是單一化的，具有一定的制造柔性，即可以在不同的生產(chǎn)環(huán)節(jié)分別承擔(dān)相應(yīng)制造任務(wù)，稱(chēng)之為云制造的制造柔性，它大大提高了云制造資源的利用率。在這種情況下，異質(zhì)資源間的匹配問(wèn)題就要由制造工藝上相互銜接的生產(chǎn)環(huán)節(jié)的特征屬性來(lái)進(jìn)行衡量，本文不做定量分析。

圖2　印刷工藝流程圖

圖3　印刷工藝環(huán)節(jié)對(duì)應(yīng)的云制造資源集

2　建立云制造資源匹配度模型

2.1制造時(shí)間的匹配度分析

綜合以上三種情況，資源ri的時(shí)間匹配度可以表示為：

(1)

2.2云制造資源加工精細(xì)度的匹配度分析

客戶(hù)的制造任務(wù)請(qǐng)求中，制造加工的精細(xì)度A*(ri)常有一定的可接受浮動(dòng)范圍，設(shè)定其最低加工精細(xì)度要求為A*min(ri)=A*(ri)—a，最高加工精細(xì)度要求為A*max(ri)=A*(ri)+b(a,b為可接受波動(dòng)系數(shù))，有以下三種情況：

綜合以上三種情況，資源ri的時(shí)間匹配度可以表示為：

(2)

2.3綜合匹配度分析

以上所述云制造服務(wù)提供者向服務(wù)需求者(即用戶(hù))所提供的制造加工時(shí)間、制造加工精細(xì)度等與客戶(hù)要求的制造加工時(shí)間、制造加工精細(xì)度等之間的匹配度，都是基于單一因素下的匹配度。但是在實(shí)際生產(chǎn)中，卻有著多種因素共同存在，并且可能出現(xiàn)多種因素下的各個(gè)匹配度此消彼長(zhǎng)的情況。因此在進(jìn)行匹配度分析時(shí)，應(yīng)該將多種單因素匹配度同時(shí)考慮，這實(shí)質(zhì)上是一種多目標(biāo)決策問(wèn)題。本文借鑒理想點(diǎn)法來(lái)解決多個(gè)因素下的匹配度評(píng)價(jià)問(wèn)題。

3　綜合匹配度模型求解

(3)

將此綜合匹配度模型進(jìn)一步推廣為一種通用性多因素綜合匹配度模型，則求解綜合匹配度模型應(yīng)為：

(4)

4　匹配模型計(jì)算實(shí)例

表1所示為惠普公司7款常見(jiàn)的不同型號(hào)的打印設(shè)備的部分性能參數(shù)，本例選取在相同的印刷任務(wù)要求下，采用本文提出的方法對(duì)不同的制造資源(即本例中的印刷設(shè)備)進(jìn)行匹配度評(píng)價(jià)，最終確定與制造任務(wù)有最佳匹配度的備選設(shè)備。

為避免設(shè)備由于參數(shù)類(lèi)型不同所引起的量綱問(wèn)題，將以上設(shè)備性能參數(shù)進(jìn)行歸一化處理，從而使設(shè)備性能參數(shù)不受量綱的限制。制造資源與制造任務(wù)的匹配度，要依靠任務(wù)要求來(lái)進(jìn)行評(píng)價(jià)，本文將任務(wù)要求的各項(xiàng)性能指標(biāo)α*，選定為以上制造資源中性能最佳的參數(shù)值，而各性能指標(biāo)的上限αmax及下限αmin也取自各現(xiàn)有資源性能參數(shù)(如表2所示)，在實(shí)際的生產(chǎn)中，任務(wù)要求可以根據(jù)實(shí)際的任務(wù)需要來(lái)進(jìn)行設(shè)定。

表1　備選制造資源的性能參數(shù)

表2　制造任務(wù)特征參數(shù)

(5)

表3　匹配度評(píng)價(jià)結(jié)果

5　結(jié)束語(yǔ)

針對(duì)云制造環(huán)境下，資源的匹配度評(píng)價(jià)問(wèn)題，本文進(jìn)行了制造資源與制造任務(wù)的匹配度問(wèn)題以及制造資源之間的匹配度問(wèn)題分析，并且建立了云制造資源與制造任務(wù)的多因素綜合匹配度評(píng)價(jià)模型。為了便于說(shuō)明，文中利用工程實(shí)例對(duì)多因素綜合匹配度評(píng)價(jià)模型進(jìn)行了驗(yàn)證。通過(guò)匹配度評(píng)價(jià)模型的優(yōu)選，用戶(hù)可以根據(jù)資源與任務(wù)的多因素綜合匹配度評(píng)價(jià)結(jié)果進(jìn)行制造資源的選取，從而提高了云制造環(huán)境下，制造資源的有效利用和合理配置，更好的滿(mǎn)足了客戶(hù)的云制造服務(wù)的定制需求。

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(編輯李秀敏)

ResearchonMulti-factorMatchingProblemofResource-taskinCloudManufacturing

LIChun-quan,CHANGYu-he,ZHANGMing,LICai-lin,HUYu-wei

(SchoolofMechanicalandElectricalEngineering,GuilinUniversityofElectronicTechnology,GuilinGuangxin541004,China)

Aimingattheevaluationofmatchingdegreebetweencloudmanufacturingresourceandmanufacturingtask,aevaluationmodelformulti-factorcomprehensivematchingdegreeforcloudmanufacturingresourceandmanufacturingtaskisproposed.Firstly,themodelforcomprehensivematchingdegreeoftimeandmachiningaccuracyisestablished,basedontheanalysisofthesinglefactormatchingdegree.Andthenaevaluationmodelformulti-factorcomprehensivematchingdegreeisestablished.Finally,itisprovedthatthemodelcouldsolvetherelevantpracticalproblemseffectivelybyanengineeringexample.

cloudmanufacturingresources;matchingdegree;evaluatemodel

1001-2265(2016)08-0153-04DOI:10.13462/j.cnki.mmtamt.2016.08.041

2015-09-06

國(guó)家自然科學(xué)基金(51465013)；桂林電子科技大學(xué)研究生創(chuàng)新項(xiàng)目(GDYCSZ201443，GDYCSZ201480)；廣西自動(dòng)檢測(cè)技術(shù)與儀器重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室主任基金(YQ15109)；廣西研究生教育創(chuàng)新計(jì)劃資助項(xiàng)目(YCSZ2014142)

李春泉(1975—)，男，北京人，桂林電子科技大學(xué)教授，博士，研究方向?yàn)橄冗M(jìn)制造技術(shù)研究，(E-mail)lichunquan@gmail.com。

TH166;TG506

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