制造网格及其基于QoS的资源管理系统研究

随着制造业向全球化、标准化、数字化、虚拟化、开放化方向的发展,网络化制造、虚拟制造、动态联盟、绿色制造、敏捷制造已成为业界熟知的术语和制造模式,并在各行各业发挥着不同程度的作用,对推进制造业信息化进程做出了不可磨灭的贡献。 然而,网络化制造仍然存在一定的缺陷和不足,如:缺乏开放的系统结构、未实现资源分布式动态管理、未形成统一的标准和规范等,这种局限性使得网络化制造缺乏必要的柔性和开放性,约束了网络化制造的扩展和推广应用,同时也违背了制造业全球化的发展趋势。 制造网格(Manufacturing Grid,MG)的概念就是在这种时代背景下提出的,该平台以网络化制造为基础,充分利用网格技术开放的OGSA体系框架、通用的标准和规范、统一的开发平台和工具,致力于为制造业建立一种通用的、标准的和规范的网络化制造模式。该模式的实现不仅能够达到资源共享、协同工作、降低制造成本、提高资源利用率、加快产品上市时间的目的,同时又具有极大的柔性和开放性,可以扩展到世界的每一个角落,覆盖所有的现代制造资源和制造系统,并最终形成全球性的制造网格。 论文首先从经济学、系统学和心理学等角度出发,阐述了制造系统自组织的发展趋势和必要的演化条件,并结合影响企业关系的合作竞争博弈和机会主义倾向,论述了制造网格提出的理论基础和现实意义。制造网格的提出不仅是一种概念和应用的创新,同时也具有一定的历史必然性和必要性,是制造系统自组织进化过程中的必然产物。该论点已得到国内外专家的认可,相关研究论文和成果也已获得美国工程索引(EI)的检索。 在对制造网格体系结构进行研究的同时,本文指出资源管理作为平台建设的主要内容之一,是制约网格技术向制造业应用的瓶颈。在充分考虑制造业非技术因素影响的基础上,将服务质量(QoS)的理念引入制造网格,建立了基于QoS的资源管理系统。该系统小仅实现了资源的分布式动态管理,任务的实时分析与处理,同时还为满足用户特定需求提供了有效保证。 以OGSI规范为基础,切实结合制造资源的自身特点和实际情况,建立了基于QoS的局部资源管理器(LRM),为制造资源的封装提供了统一框架,实现了制造资源的信息建模与描述、任务转换与控制、通知预约与发送、权限控制与管理以及QoS策略制定等功能,并建立了WSDL/gWSDL格式的对外统一接口。通过将制造资源封装为服务,有效屏蔽了资源的异构性、复杂性和多样性,为制造业资源管理问题提供了一种新的解决思路。 深入研究制造网格中应用层资源管理问题,建立了基于QoS的全局资源管理器(GRM Broker)。在给出必要定义的基础上,采用横向结构与纵向功能相结合的任务分解方法、基于邻接矩阵(ADM)和AON活动网络图的任务规划方法、以及基