云制造模式車輛試驗服務(wù)平臺構(gòu)建方法

文賢鶴, 周曉軍, 楊辰龍

(浙江大學(xué) 流體動力與機電系統(tǒng)國家重點實驗室, 浙江 杭州 310027)

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云制造模式車輛試驗服務(wù)平臺構(gòu)建方法

文賢鶴, 周曉軍, 楊辰龍

(浙江大學(xué) 流體動力與機電系統(tǒng)國家重點實驗室, 浙江 杭州 310027)

針對車輛試驗臺重復(fù)建設(shè)嚴重、供應(yīng)同質(zhì)化、對不同型號的被試件適應(yīng)性差、缺乏創(chuàng)新性和可靠性、對試驗數(shù)據(jù)的保存及其后處理分析不足、缺少對試驗領(lǐng)域?qū)＜抑R的有效利用等諸多問題,結(jié)合最新的云制造理念,從服務(wù)平臺的角度將云制造模式引入車輛試驗領(lǐng)域,提出基于云制造模式的車輛試驗服務(wù)平臺構(gòu)建方法.介紹平臺架構(gòu)及其業(yè)務(wù)流程,提出平臺網(wǎng)絡(luò)物理架構(gòu),規(guī)劃平臺的技術(shù)體系,給出平臺實施及其主要類圖關(guān)系.為車輛試驗領(lǐng)域的信息化和服務(wù)化提供有效手段,為減少車輛試驗領(lǐng)域的重復(fù)建設(shè)和提高對行業(yè)已有試驗資源和專家知識的有效利用提供方法支撐.

車輛試驗；服務(wù)平臺；云制造模式；網(wǎng)絡(luò)服務(wù)；面向服務(wù)的架構(gòu)(SOA)

隨著制造業(yè)競爭加劇、附加值降低,工業(yè)4.0、物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)等新興領(lǐng)域受到學(xué)術(shù)界和產(chǎn)業(yè)界的極大關(guān)注.中國政府近期提出了“互聯(lián)網(wǎng)+”和“制造2025”等新的戰(zhàn)略布局,指出了未來生產(chǎn)性服務(wù)和信息化在制造業(yè)的重要性.作為制造業(yè)信息化和服務(wù)化的有效載體,云制造[1]概念由李伯虎院士于2010年首次提出,并得到同行專家廣泛認可,出現(xiàn)了大量架構(gòu)類[2-4]和相關(guān)技術(shù)類[5-7]的研究文章. 主要原因是云制造適應(yīng)了制造業(yè)和信息業(yè)發(fā)展的新需要.“云制造”中的“云”指的是基于云計算思想的資源服務(wù)化共享模式,“制造”指的是由帶有各種網(wǎng)絡(luò)終端、傳感設(shè)備、自動化裝置的制造業(yè)主體所提供的制造服務(wù).“云制造”是對制造產(chǎn)業(yè)和信息產(chǎn)業(yè)深度融合的高度概括.

隨著汽車產(chǎn)業(yè)的自主創(chuàng)新步伐加快,國內(nèi)汽車試驗領(lǐng)域迎來了黃金發(fā)展機遇.筆者所在的實驗室在汽車試驗臺領(lǐng)域已研究20余年,發(fā)現(xiàn)近幾年汽車試驗臺的需求明顯攀升.但是,中國汽車試驗領(lǐng)域也存在諸多問題,例如：試驗臺建設(shè)缺少信息化、標準化、模塊化和服務(wù)化,對不同型號的被試件適應(yīng)性差,重復(fù)建設(shè)嚴重,試驗臺供應(yīng)同質(zhì)化,缺乏創(chuàng)新性和可靠性,對試驗數(shù)據(jù)的保存及其后處理分析不足,缺少對試驗領(lǐng)域?qū)＜抑R的有效利用等.

云制造框架類和相關(guān)技術(shù)類的研究工作正在學(xué)術(shù)界深入開展,汽車領(lǐng)域也不例外.尹翰坤等[8]提出了基于云制造的汽摩零部件開發(fā)平臺,吉莉等[9]提出汽車電子云制造平臺,但是尚未得出將云制造的模式引入車輛試驗領(lǐng)域的研究成果,鄭濤[10]和姚曉初[11]分別從信息采集的角度和遠程監(jiān)控的角度研究了其中的一些技術(shù)問題,但是并沒有從平臺的角度整體考慮將云制造模式引入車輛試驗領(lǐng)域.

本文結(jié)合最新的云制造理念,提出基于云制造模式的車輛試驗服務(wù)平臺構(gòu)建方法,為車輛試驗領(lǐng)域的信息化、服務(wù)化、標準化、模塊化提供有效手段,為減少車輛試驗領(lǐng)域的重復(fù)建設(shè)和提高對行業(yè)專家知識的有效利用提供平臺.介紹平臺架構(gòu)及其業(yè)務(wù)流程，提出平臺網(wǎng)絡(luò)物理架構(gòu)，規(guī)劃平臺的技術(shù)體系,并介紹平臺實施及其主要類圖關(guān)系.

1 平臺架構(gòu)及業(yè)務(wù)流程

圖1 不同維度車輛試驗分類Fig.1 Vehicle test classification from different dimensions

如圖1所示,文獻[12]從試驗臺特征、試驗?zāi)康暮驮囼瀸ο?個維度對車輛試驗領(lǐng)域進行了詳細的劃分. 按試驗臺特征可以分為臺架試驗、試驗場試驗和道路試驗；按試驗?zāi)康目梢苑譃榭蒲性囼灐⒍ㄐ驮囼灪唾|(zhì)檢試驗；按照試驗對象可以分為整車試驗、總成試驗和零部件試驗. 其中,單從零部件的角度,1輛普通轎車大致有1萬個左右不可拆卸零件,某些特型車輛(如：F1方程賽車)大約包含2萬個左右的零件[13].為了保證車輛的使用性能、可靠性和安全性等指標,首先,必須要對這些零件進行強度、剛度及材料等相關(guān)試驗；其次,要對由其組成的部件總成進行使用性能和可靠性等方面的試驗；最后,由這些零部件組裝完成之后還要對整車進行各種臺架、試驗場和道路等相關(guān)試驗.一方面,為了搶占汽車試驗市場份額,企業(yè)必須思考如何在汽車試驗領(lǐng)域進行商業(yè)模式創(chuàng)新和技術(shù)創(chuàng)新；另一方面,為了促進汽車試驗領(lǐng)域的信息化、標準化、模塊化和服務(wù)化,市場亟需1個信息化和智能化的服務(wù)平臺.基于以上兩方面的因素,結(jié)合最新的云制造理念,提出基于云制造的車輛試驗服務(wù)平臺構(gòu)建方法.

平臺架構(gòu)：如圖2所示為車輛試驗服務(wù)平臺簡要架構(gòu),平臺主要包括服務(wù)提供者、服務(wù)需求者和平臺管理員3種角色.服務(wù)提供者包括汽車整車廠、零部件廠、專業(yè)的檢測供應(yīng)商和檢測專家等.其中,汽車整車廠可以提供成熟的模塊化系列化的整車或者部件總成的相關(guān)試驗服務(wù),在為本車廠提供試驗服務(wù)之外,將富余的試驗?zāi)芰ψ鳛?種服務(wù)出售給有需求的其他單位,為企業(yè)創(chuàng)造額外的經(jīng)濟效益；零部件廠與整車廠類似,將過剩的零部件試驗?zāi)芰Υ虬煞?wù)提供給有需要的企業(yè)；專業(yè)的檢測供應(yīng)商包括試驗臺集成商、檢測設(shè)備供應(yīng)商和檢測相關(guān)軟件提供商.服務(wù)需求者主要包括整車廠和零部件廠商,向其他整車廠、零部件廠、專業(yè)的檢測供應(yīng)商和檢測專家購買相應(yīng)的服務(wù).服務(wù)提供者和服務(wù)需求者通過車輛檢測服務(wù)門戶注冊身份.前者將所提供的服務(wù)提交到服務(wù)注冊中心進行注冊,后者通過門戶搜索所需的服務(wù)組合.平臺管理員負責管理協(xié)調(diào)整個平臺的運行.

圖2 基于云制造模式的車輛試驗服務(wù)平臺架構(gòu)Fig.2 Architecture of vehicle test service platform based on cloud manufacturing model

平臺業(yè)務(wù)流程：如圖3所示,車輛試驗服務(wù)業(yè)務(wù)流程從起始到結(jié)束經(jīng)歷了用戶發(fā)布需求、試驗服務(wù)、狀態(tài)監(jiān)測服務(wù)、數(shù)據(jù)分析服務(wù)和軟件服務(wù)等階段.如圖3所示的模式是1種標準的服務(wù)模式,除此之外,用戶可以按照自己發(fā)布的需求規(guī)劃業(yè)務(wù)流程,自主選擇所需服務(wù)內(nèi)容,比如：可以按照需要,只選擇數(shù)據(jù)分析服務(wù)和軟件服務(wù)等服務(wù)內(nèi)容.具體服務(wù)內(nèi)容介紹如下.

1)試驗服務(wù)：由服務(wù)提供者提供試驗臺,由服務(wù)需求者提供被試件和試驗要求,服務(wù)模式采用O2O的模式.試驗服務(wù)所涵蓋的范圍很廣,圖4按照粒度從大到小,將試驗服務(wù)分劃分為粗粒度試驗服務(wù)、細粒度試驗服務(wù)和元粒度試驗服務(wù).元粒度試驗服務(wù)提供各種試驗所需的傳感,作為試驗服務(wù)的最基本的元素,采用被試件的關(guān)鍵試驗數(shù)據(jù).再由元粒度試驗服務(wù)組成細粒度試驗服務(wù),細粒度試驗服務(wù)再組成粗粒度的服務(wù).服務(wù)提供者和服務(wù)需求者都可以分別發(fā)布和尋找不同粒度的試驗服務(wù),各取所需.

圖3 基于云制造模式的車輛試驗服務(wù)流程Fig.3 Vehicle test service process based on cloud manufacturing model

2)狀態(tài)監(jiān)測服務(wù)：如圖3所示,狀態(tài)監(jiān)測服務(wù)指的是試驗臺的各種相關(guān)設(shè)備的運行狀態(tài)監(jiān)測.包括電機狀態(tài)監(jiān)測、變頻器狀態(tài)監(jiān)測、控制軟硬件狀態(tài)監(jiān)測和數(shù)采軟硬件狀態(tài)監(jiān)測服務(wù)等.對各類設(shè)備運行進行監(jiān)控,及時發(fā)現(xiàn)如過電流、過電壓、超頻、過載、欠壓、堵轉(zhuǎn)、缺相等故障；對各類設(shè)備的過程量(流量、壓力、溫度)進行實時采集和監(jiān)控；對系統(tǒng)控制模塊、數(shù)據(jù)采集模塊、早期診斷系統(tǒng)的工作進行實時監(jiān)控；對于這些系統(tǒng)的“報錯”也及時進行匯總,以便必要時及時急停.

3)數(shù)據(jù)分析服務(wù)：如圖3所示,需求者將試驗所獲得的數(shù)據(jù)交由專業(yè)的數(shù)據(jù)分析服務(wù)提供者代為分析,通過平臺支付一定的費用,分析完成之后再將結(jié)果打包發(fā)回給需求者.很多專業(yè)檢測人員通過這種方式介入到車輛檢測行業(yè)實踐中,讓專業(yè)知識得到充分利用.

4)軟件服務(wù)：一些中小企業(yè)缺少資金購買一些昂貴的檢測專業(yè)軟件,更適合采用軟件租賃的方式通過平臺遠程訪問和操作軟件的方式來獲得的服務(wù).這些軟件包括德國紅螞蟻早期故障診斷軟件、D2T數(shù)據(jù)分析軟件和dSPACE半實物在環(huán)仿真平臺軟件等.

2 平臺網(wǎng)絡(luò)物理架構(gòu)

平臺基于云制造的模式搭建,采用瀏覽器/服務(wù)

圖4 試驗服務(wù)不同粒度表現(xiàn)形式Fig.4 Manifestation of test services with different particle sizes

器的架構(gòu),由中心服務(wù)器群、試驗臺應(yīng)用服務(wù)器集合、診斷專家瀏覽器和試驗需方瀏覽器等構(gòu)成,整體網(wǎng)絡(luò)物理架構(gòu)[14]如圖5所示.中心服務(wù)器群由Web應(yīng)用服務(wù)器、應(yīng)用程序服務(wù)器、UDDI應(yīng)用服務(wù)器、數(shù)據(jù)服務(wù)器群、郵件服務(wù)器和FTP文件服務(wù)器等構(gòu)成. Web應(yīng)用服務(wù)器負責處理來自瀏覽器的用戶請求,將請求結(jié)果返回給瀏覽器；應(yīng)用服務(wù)器負責數(shù)據(jù)請求、數(shù)據(jù)庫操作、動態(tài)網(wǎng)頁生成和應(yīng)用程序業(yè)務(wù)邏輯執(zhí)行等工作[15]；UDDI應(yīng)用服務(wù)器負責服務(wù)注冊、發(fā)現(xiàn)和匹配等相關(guān)應(yīng)用；數(shù)據(jù)服務(wù)器群平臺各種相關(guān)數(shù)據(jù),包括用戶/廠家信息庫、試驗數(shù)據(jù)信息庫、試驗臺信息庫、被試件信息庫、故障類型信息庫、診斷方法信息庫、UDDI信息庫和交易信息庫等；郵件服務(wù)器和FTP文件服務(wù)器分別負責處理平臺郵件和文件往來服務(wù).

試驗臺應(yīng)用服務(wù)器集合：汽車整車廠、零部件廠和專業(yè)檢測供應(yīng)商等搭建了各種車輛試驗臺(整車、總成、零部件).每個試驗臺都有1個相應(yīng)的應(yīng)用服務(wù)器,一方面負責管理現(xiàn)場的各種試驗臺控制、數(shù)據(jù)采集和狀態(tài)監(jiān)測等工作;另一方面負責將試驗臺接入基于云制造模式的車輛試驗服務(wù)平臺網(wǎng)絡(luò),方便平臺對每個試驗臺的實時管理.

檢測專家瀏覽器：檢測專家通過瀏覽器訪問平臺,為平臺上的用戶提供專業(yè)的檢測診斷服務(wù).

試驗服務(wù)需方瀏覽器：有車輛領(lǐng)域相關(guān)的檢測需求的用戶,缺少專業(yè)的試驗平臺、試驗設(shè)備、試驗相關(guān)軟件和試驗人才,通過瀏覽器訪問檢測服務(wù)平臺,通過平臺可以找到滿意的服務(wù)提供方.

3 平臺技術(shù)體系

基于J2EE開發(fā)平臺,采用面向?qū)ο蟮木幊趟枷?service oriented achitecture, SOA),借鑒了最新的云計算技術(shù)理念.開發(fā)了基于云制造的車輛試驗服務(wù)平臺(圖6).云計算的典型特征是XXX as a service (software as a service, hardware as a service, platform as a service等),任何應(yīng)用都可以打包成一種服務(wù),為用戶提供軟件服務(wù)、存儲服務(wù)和平臺服務(wù)等. 同樣,基于云制造的車輛試驗服務(wù)平臺采用面向服務(wù)的編程思想,基于IBM SIBus 總線技術(shù),將車輛試驗、狀態(tài)監(jiān)測、故障診斷和專業(yè)軟件等都打包成服務(wù)(Web service),發(fā)布到服務(wù)平臺.用戶通過客戶端檢索所需的服務(wù),最終實現(xiàn)線上交易、線上/線下提供服務(wù)的商業(yè)模式,改變傳統(tǒng)單一地提供試驗臺產(chǎn)品的商業(yè)模式,促進車輛試驗領(lǐng)域的技術(shù)創(chuàng)新和質(zhì)量提升.

4 基于Web service 的服務(wù)提供策略

基于云制造的車輛試驗服務(wù)平臺將車輛試驗、狀態(tài)監(jiān)測和故障診斷等都打包成Web service服務(wù),服務(wù)請求者通過客戶端或瀏覽器應(yīng)用申請服務(wù).基于Web service的服務(wù)提供策略[16]具體如圖7所示,其中包括3種角色和3種技術(shù).3種角色分別是：1)服務(wù)提供者,將所提供的服務(wù)打包成WSDL格式的Web service 服務(wù)(如數(shù)據(jù)采集服務(wù)或在線故障診斷服務(wù)等),再通過SOAP協(xié)議向服務(wù)代理申請在UDDI注冊中心進行注冊；2)服務(wù)請求者,通過SOAP協(xié)議在UDDI注冊中心尋找并調(diào)用以WSDL描述的web service 服務(wù)；3)服務(wù)代理,負責以WSDL格式綁定服務(wù)請求者和服務(wù)提供者之間的服務(wù).3種技術(shù)分別是：1)WSDL(Web service description language),為服務(wù)提供者提供以XML格式描述Web service 請求的標準格式,表達了1個Web service的功能、位置以及調(diào)用方法；2)SOAP(simple object access protocal),也就是簡單對象訪問協(xié)議,定義了服務(wù)請求者和服務(wù)提供者之間的消息傳遞規(guī)范,SOAP用XML來格式化消息,用HTTP來承載消息；3)UDDI(Universal discovery, description, intergration),是 Web service 信息的注冊規(guī)范,通過UDDI提供的標準接口,用戶可以發(fā)布自己的Web service 服務(wù)供其他用戶查詢調(diào)用,也可查詢特定服務(wù)的描述信息并動態(tài)綁定到該服務(wù)上.

圖5 基于云制造的車輛試驗服務(wù)平臺網(wǎng)絡(luò)物理架構(gòu)Fig.5 Network physical infrastructure of vehicle test service platform based on cloud manufacturing

5 平臺實施及其主要類圖關(guān)系

基于云制造模式的車輛試驗服務(wù)平臺實施基于以下相關(guān)開發(fā)技術(shù)體系.

1)操作系統(tǒng)：Windows 2007；

2)開發(fā)語言：Java；

3)開發(fā)環(huán)境：Eclipse3.1.2+Lomboz3.1.0；

4)Web service 服務(wù)總線：IBM SIBus總線；

5)服務(wù)描述：WSDL規(guī)范；

6)服務(wù)消息傳遞：SOAP協(xié)議；

7)服務(wù)注冊/發(fā)現(xiàn)機制：UDDI規(guī)范；

8)數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)：開源MySQL.

基于以上開發(fā)技術(shù)體系,平臺主要類圖關(guān)系[17]如圖8所示,平臺的開發(fā)工作基于此圖展開.

布置于web服務(wù)器層的文件：

1)XXX.jsp文件：負責瀏覽器頁面顯示；

圖6 基于云制造的車輛試驗服務(wù)平臺實現(xiàn)技術(shù)體系框架Fig.6 Technology framework of vehicle test service platform based on cloud manufacturing

圖7 基于Web service 的服務(wù)提供策略Fig.7 Service providing strategy based on Web service

2)ActionServlet：負責在web.xml文件中配置各Action Bean；

3)XXXAction文件：屬于Struts Action Bean文件,負責邏輯層和頁面層的聯(lián)系,同時負責頁面間的轉(zhuǎn)換；

4)VehiTestServiPlatImp：負責業(yè)務(wù)具體實施時調(diào)用后臺服務(wù)組件.

布置于應(yīng)用服務(wù)器的文件：

1)WSDL Service Locator：負責服務(wù)定位；

2)Service Integration Bus-SOA：服務(wù)總線；

3)Web Service：封裝好的服務(wù)包；

4)Session Bean：處于服務(wù)包更下一級,負責業(yè)務(wù)邏輯實現(xiàn)；

5)Entity Bean：實體層,也稱持久層,負責對數(shù)據(jù)庫的直接操作.

6 結(jié) 語

以服務(wù)平臺的方式將云制造模式引入車輛試驗領(lǐng)域,提出了基于云制造模式的車輛試驗服務(wù)平臺構(gòu)建方法,介紹了平臺架構(gòu)及其業(yè)務(wù)流程,提出了平臺網(wǎng)絡(luò)物理架構(gòu),規(guī)劃了平臺的技術(shù)體系,給出了平臺實施及其主要類圖關(guān)系.為車輛試驗領(lǐng)域的信息化和服務(wù)化提供了手段,為該領(lǐng)域的規(guī)范化和標準化打好了基礎(chǔ),為減少該領(lǐng)域的重復(fù)建設(shè)和提高對行業(yè)已有試驗資源和專家知識的有效利用提供了方法支撐,同時也為該領(lǐng)域融入未來云制造體系做好的技術(shù)準備.與其他相關(guān)研究相比,本研究不停留于整體框架和理論體系的探討,注重云制造的具體實施方法,為工業(yè)4.0和制造2025的落地提供技術(shù)參考,滿足了云制造模式在制造業(yè)其他方向推廣對實施方法的迫切需要.后續(xù)將基于車輛試驗服務(wù)平臺進一步對該領(lǐng)域大數(shù)據(jù)的構(gòu)建和分析技術(shù)進行重點研究,挖掘平臺的服務(wù)能力.

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Construction method of vehicle test service platform based on cloud manufacturing model

WEN Xian-he, ZHOU Xiao-jun, YANG Chen-long

(TheStateKeyLaboratoryofFluidPowerTransmissionandControl,ZhejiangUniversity,Hangzhou310027,China)

Cloud manufacturing model was introduced into the vehicle test area based on the latest cloud manufacturing concept, aiming at all kinds of problems in building vehicle test bed, such as redundant construction, supply homogeneity, poor adaptability to different types of specimens, the lack of innovation and reliability, the lack of effective use of expert knowledge, the shortage of post-processing analysis for the test data and so on, A novel approach for building the vehicle test service platform was proposed. The platform architecture and business processes were introduced. The physical infrastructure of platform network was raised. The technology system for the platform was planned. The implementation of the platform and the relationship between the main class diagrams were provided. This approach provides an effective means for the informationization and servicization of the vehicle test area. It also provides theoretical support for reduction of the redundant construction and improvement of the effective use of existed test resources and expert knowledge.

vehicle test；service platform；cloud manufacturing model；web service；service oriented achitecture (SOA)

2015-04-07.

國家自然科學(xué)基金資助項目(51175463).

文賢鶴(1989—),男,博士生,從事云制造、車輛測試、制造業(yè)信息化/服務(wù)化研究. ORCID: 0000-0002-8113-7636. E-mail: wenxianhe@126.com 通信聯(lián)系人：周曉軍,男,教授,博導(dǎo). ORCID: 0000-0003-2565-1398. E-mail: cmeesky@163.com

10.3785/j.issn.1008-973X.2016.12.002

TH 166

A

1008-973X(2016)12-2254-08