基于作業車間與調度算法的云平臺研究與實現

張愷琪+張淑麗+姬長陣

摘 要：針對目前制造業中傳統制造平臺整體效率低，排產不合理，以及訂單受各種不確定性因素較大的特點，研究和實現了基于云計算思想的作業車間與調度算法的云平臺，該云平臺通過將調度算法的云服務封裝與虛擬化共享，使制造業的排產效率得到提高，文章采用基于模板的虛擬化與服務化的研究方法，建立本體模型，闡述該平臺整體服務化流程。最后，通過哈爾濱電機廠實例驗證，證明了該平臺的合理性與高效性。

關鍵詞：制造業；調度算法；虛擬化；服務化；高效

中圖分類號：TP301 文獻標志碼：A 文章編號：2095-2945（2017）19-0027-02

引言

制造業作為一門直接體現國家經濟發展的水平的產業，在經濟全球化的大潮下，其發展亦是日益更新。目前，我國正處于由第二世界向第一世界過渡時期，制造業的高速發展與轉型，也是我們要面臨的重要戰略問題。云制造即是利用信息技術與制造技術并結合云計算的思想發展起來的一種新型制造技術，其一直以綠色，環保，低成本，高效率的優勢在制造業中發揮著不可或缺的重要作用。在制造業領域，其加工，排產的信息量劇增，各中小型企業的需求量也急劇增加，傳統的制造水平在企業加工排產中出現排產效率低，資源供不應求的情況，因此利用信息技術，基于云計算的技術思想對企業加工排產線優化，實現制造業服務型轉型顯得尤為重要。

本文基于云計算的思想，設計和實現了基于調度算法的云服務平臺。云服務平臺的核心是將蟻群算法，遺傳算法，神經網絡算法等虛擬化封裝在云服務資源池中，通過云平臺將調度算法共享，服務請求者可通過服務請求獲得其高效服務。通過匹配相關算法進行作業排產加工來提高中小型企業加工生產中的排產效率和設備利用率，實現企業智能化轉型。

1 云制造平臺概述

在云制造平臺中，主要有三種角色，分別是云服務資源提供者，云服務資源請求者，第三方運營者。云服務資源提供者通過全方位對云服務平臺生命周期的感知，對于制造業中的軟資源，通過利用虛擬化與服務化技術，將軟資源感知與接入，并指定相應的參數規則，利用WSDL與OWL-S等相關技術[1]，對提供資源進行規范描述通過云制造平臺的服務化工

具，實現云服務功能，依此來將資源提供給第三方運營者，第三方運營者主要對接入資源進行管理與發布，通過高效的運營，實現制造資源的共享。通過云服務資源請求者對云服務平臺發布相關需求服務描述，第三方運營者根據其描述進行高效適配，提供給其相應服務。

2 調度算法資源的共享過程

2.1 算法資源的接入與適配

算法接入與適配主要針對算法資源提供者。調度算法屬于制造業資源中的制造軟資源，軟資源的共享主要有兩種方式，一個是利用虛擬化的技術，另一個是使用服務化技術的實現，云服務平臺就是利用虛擬化的技術，首先在云端構建虛擬的云服務資源池，將資源接入到云服務資源池，然后利用統一適配方式進行存儲與通信[2]，由于算法資源與云服務資源的使用者交互性不高的特點，所以，該算法資源的需要遠程調用的方式來實現，將其存儲于物理服務器或者虛擬服務器上，并且提供遠程調用的接口，該技術的實現主要利用Web Service技術[3]。

在Web Service技術實現上利用了它的三個要素：簡單對象協議（SOAP），網頁服務描述語言（WSDL），UDDI[4]。

其中SOAP主要用來傳遞算法信息的格式，由于它可以和HTTP，SMTP，MIME等因特網協議結合使用利用XML通過因特網訪問，從而保證了算法資源在傳輸中的可靠性。

在算法提供者方面，主要利用WSDL訪問其資源接口，這樣就可以為算法提供者提供詳細接口說明書。

對于Web Service的封裝，算法資源信息的注冊則是由UDDI來完成，由于UDDI可以實現可公開訪問的接口，所以，通過使用這些接口，資源提供者可以向算法云服務資源池注冊其算法資源信息，資源請求者也獲得云端信息，從而達到資源共享的目的。

2.2 算法資源的監督管理

算法資源的監督組件與管理主要是跟蹤算法云服務的執行過程與狀態，監控其算法運行的穩定性與響應時間，對已執行算法收集其執行效率與用戶對所選取算法滿意度，對之后的算法選取決策提供一定的依據。

2.3 調度算法的檢索與匹配

2.3.1 云服務平臺的檢索與匹配執行機制

調度算法的檢索與匹配由第三方運營者來完成。首先由云服務算法請求者向算法云服務資源池發送服務請求，通過語義描述，生成需求文檔，同時服務資源也經過適配環節生成算法文檔，第三方運營者依照云服務解析器的參數和需求，對其進行功能解析，數據解析以及性能解析。依據服務標準，調動智能匹配組件，利用高效智能搜索算法，由于請求的信息復雜多樣，云服務平臺需要根據其請求在本體資源庫中設置算法參數，并依據這些參數制定合適的計算方式，根據資源請求者的需求規劃算法權值，從而根據請求參數確定算法匹配程序，進而得出最佳匹配算法，返回結果[6]。如圖1所示。

2.3.2云服務平臺的匹配模式

云服務平臺支持匹配方式有兩種，分別是語法匹配和語義匹配。

某些用戶常常是用關鍵詞的形式來發送服務請求，云服務平臺針對注冊信息，進行語法匹配，云服務平臺通過對用戶注冊服務信息的檢索，利用關鍵詞的提取來發現服務。云平臺通過利用用戶提交的關鍵詞和各種服務類型進行語法級別的匹配。然后將匹配上的服務結果返回給用戶。語法匹配實現上比較方便，而且匹配效率也高。但是由于是利用關鍵詞匹配，故得到結果也過于密集，針對一些特殊請求，卻難以實現。

針對特殊領域的需求，當語法匹配不能夠識別用戶提供的服務需求時，云服務平臺將執行語義匹配的匹配模式，語義匹配是利用云平臺本身對相關服務的行為，功能進行語義描述，并在語義分析的基礎上進行服務的匹配。這是一種基于OWL-S的服務匹配模式算法，語義匹配依賴于邏輯演繹與推理[5]，其匹配精度也相對較高。

3 算法資源的本體建模

3.1 算法資源描述模型

云制造資源的描述是制造資源的共享，為需求者服務中重要的一步，由于制造資源種類繁多，不同的制造資源所包含的信息量也極具龐大，為了簡化，規范制造資源本身的描述，則采取分析制造資源的信息類型，從而總結出其共性，為同類型資源定義一個信息模板，來規范其信息的描述[10]。

資源服務化模板封裝過程算法如下：

Step1：從海量模板庫選擇合適模板，如果找到模板，轉Step3，否則轉Step2。

Step2：根據需求建立新模板，并將該模板發布到模板庫。

Step3：根據資源的描述封裝到模板，形成XML文檔。

Step4：搜索現有的實現類中是否能夠實現該類資源，如果可能，轉Step6，否則轉Step5。

Step5：利用資源實現模板實現該資源實現類。

Step6：將該資源接口加入資源適配器。

Step7： 發布該接口注冊到UDDI注冊中心。

Step8：結束程序。

3.2 算法資源描述模板

為了方便資源的描述，本文抽象出來算法資源元模板和每一類資源的描述模板，算法資源描述的元模板定義了類模板應遵守的描述規范[10]。

應用XML語言對資源進行規范化描述，每一類資源都對應一個XML Schema規范文檔，該文檔定義了算法資源描述時的屬性項。

3.3 算法資源實現模板

算法資源實現的元模板接口文件如下：

Public interface Alg_Resource{

Public static void init（Alg_containerCon con）；

//解析相關文檔，初始化操作。

Public HashMap getParameter（）；

//用來獲取參數信息并返回給客戶端，用戶可根據個人需求設置相應參數。

Public HashMap Execute（）；

//執行任務。

Public String getResult（）；

//獲取結果集。}

在執行該服務時候，首先執行init方法，來讀取與解析相關文檔，初始化該服務屬性。然后執行getParameter方法，將平臺的參數信息獲取后，返回給客戶端，用戶結合自身需求，設置各類算法的相關參數信息。接著平臺會檢驗參數是否符合規范，執行Execute方法，提交作業加工。最后將執行完畢，調用getResult返回結果集[10]。通過哈爾濱電機廠實例驗證，該平臺存在高效性。

4 結束語

基于云計算思想的作業車間調度算法平臺，解決了制造業中單件排產低，排產不合理的問題，對于突變訂單的處理也具有高效處理的特點，保證訂單按時按需完成，提高了的作業車間的生產效率。通過實例驗證，該平臺具有高效性與可行性。

參考文獻：

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