CN103714050B - 具有多粒度特性的多层云制造资源建模框架 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种具有多粒度特性的多层云制造资源建模框架，为云制造环境中异构制造资源提供统一描述规范，实现资源全局共享并提高资源利用率。此资源建模框架共分为三层，从下至上依次是资源模型层、功能模型层、语义元模型层。资源模型层与功能模型层通过多对多映射关系进行关联，使得资源与其对应的功能特性松散耦合在一起，提高建模框架的灵活性。功能模型层与语义元模型层通过转换关系进行关联，使得资源描述具有准确的语义。

Description

具有多粒度特性的多层云制造资源建模框架

技术领域

本发明涉及一种在云制造环境中为资源语义描述而实现的具有多粒度特性的多层云制造资源建模框架，属于制造资源描述技术领域。

背景技术

资源描述是资源发现与资源选择的基础，资源描述的充分性与准确性决定了资源利用率的高低，因此资源描述是云制造关键问题之一。资源描述规范依赖于有效的资源建模框架，当前主要的资源建模框架设计技术包括基于标准的资源建模框架设计、基于本体的资源建模框架设计。

基于标准的资源建模框架设计方法主要采用web 服务相关的一系列标准，例如：应用WSDL对web服务进行描述，通过UDDI对服务进行注册，基于关键字方法对服务进行查找。但这种资源描述方式缺乏机器可理解的资源语义，资源发现不全面、不准确、导致资源利用率较低。

基于本体的资源建模框架设计方法从多个方面改善了基于标准的资源建模框架设计方法的不足。例如：OWL-S提供了资源描述的语义信息，为自动化资源发现与组合提供了基础。WSMO使用状态机对资源行为进行建模，实现资源内部能力描述与资源组合之间的能力编排。

现有的资源建模框架无法直接应用于对云制造资源的描述中，因为云制造资源具有数量多、种类多、异构、动态、多粒度等特性。从资源信息的充分性而言，基于标准的资源建模框架缺乏对云制造资源多粒度功能特性以及云制造资源所特有的QoS信息的描述。从资源语义的准确性而言，基于本体的资源建模框架仅提供了对资源功能特性输入、输出信息的语义标注，缺乏对资源上下文信息以及资源间互操作信息的语义描述。因此，本发明基于以上不足，设计一种具有多粒度特性的多层云制造资源建模框架。

发明内容

发明目的：本发明提供一种具有多粒度特性的多层云制造资源建模框架，为云制造资源描述提供必要的信息与准确的语义。从不同抽象层次展现云制造资源的多粒度特性，多层资源建模框架可以适应云制造环境中所需资源的动态特性和不同功能的抽象层次表达，从而可以实现资源共享。

技术方案：一种具有多粒度特性的多层云制造资源建模框架，可以在云制造环境中实现分布的各资源提供资源抽象和共享。此模型框架共分为三层，分别是底层的资源模型层，中层的功能模型层和高层的基于语义的元模型层。最底层描述各种物理资源，它是云制造的基础，由地理位置分布的企业中所拥有的异构资源组成；中间层描述资源所具有的各种功能，为云制造平台提供统一的资源功能视图；最高层定义资源相关的概念以及资源之间的关系，为资源应用提供充分的语义信息，促进协同企业之间的语义互操作。

具有多粒度特性的多层云制造资源建模框架包括以下几个关系：

多对多映射关系，关联资源模型层与功能模型层，通过将云制造资源与其对应的功能特征解耦，提高资源建模的灵活性，资源可以动态的加入或者退出云制造***，符合云制造***的动态特性，一个资源具有多个功能特性，并且一个功能特性可以由不同的资源提供，多对多映射关系反映了资源的多功能、多任务、多目的的特性；

语义转换关系，关联功能模型层与基于语义的元模型层，通过元模型层定义的概念与关系为异构的资源信息进行语义标注，确保异构资源在不同的上下文环境中能够被正确的解释，保证资源的语义一致性。

进一步地，资源模型层，接收分布式企业注册的异构资源信息，根据企业原有的资源描述方式设计资源信息对应的XML模式，将异构的资源信息转换为对应的XML文档，使得异构的资源信息同构化。

进一步地，功能模型层，从资源对应的XML文档中抽取资源功能信息，将同类资源功能信息合并，根据功能信息合并的结果，设计功能信息对应的XML模式，建立功能信息XML文档视图。

进一步地，元模型层，对通用的本体构件进行扩展，提供概念、关系、约束、公理为资源相关语义进行标注；从四个方面定义云制造资源语义信息、资源非功能特征语义信息、具有多粒度特性的资源功能特征语义信息、云制造上下文环境语义信息和支持云制造服务等级协议机制的语义信息。

进一步地，多对多关系：对于资源模型层中的每一个注册资源，顺序查找功能信息视图，将资源与其对应的功能特性进行链接，若不存在与注册资源对应的功能特性，则在功能信息视图中创建新的功能特征项，将资源与新特征项进行链接，将资源与功能特征链接关系记录到资源功能映射表中；对于功能视图中的每一个功能特性，在资源注册表中查找提供此功能特性的所有资源，将其与对应资源链接在一起，并将关联信息记录到功能特性映射表中；若资源注册表中不存在提供此功能特性的资源，则删除该功能特征项。

进一步地，语义转换关系：根据语义元模型中定义的概念，对资源与功能特性中涉及的等价词汇进行标注；根据语义元模型中定义的关系，对资源之间与功能特性之间的关系进行标注；根据语义元模型中定义的约束，对资源与功能特性所需满足的约束条件进行描述；根据语义元模型中定义的公理，对资源之间与功能特性之间的逻辑关系进行标注，提供机器可理解的推理信息。

有益效果：本发明提供了云制造资源多粒度功能特性的描述方式，提供了云制造资源应用所需的QoS信息，对云制造上下文环境进行建模，提供了支持服务等级协议机制的描述信息。本发明体现了云制造资源的特性，模型框架保证了合作的异构企业的信息交互性，提供了制造资源和制造功能对应的动态关系，保证了云制造的灵活性，有效的对分布制造资源进行管理。

附图说明

图1为语义元模型概念框架图；

图2为多粒度功能特性描述图；

图3为多主轴车床功能特性描述示例图；

图4为基于历史经验的云制造上下文描述示例图；

图5为具有多粒度特性的多层云制造资源建模框架图。

具体实施方式

下面结合具体实施例，进一步阐明本发明，应理解这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围，在阅读了本发明之后，本领域技术人员对本发明的各种等价形式的修改均落于本申请所附权利要求所限定的范围。

具有多粒度特性的多层云制造资源建模框架（如图5所示），共分为三层，分别是底层的资源模型层，中层的功能模型层和高层的基于语义的元模型层（如图1所示）。最底层描述各种物理资源，它是云制造的基础，由地理位置分布的企业中所拥有的异构资源组成；中间层描述资源所具有的各种功能，为云制造平台提供统一的资源功能视图；最高层定义资源相关的概念以及资源之间的关系，为资源应用提供充分的语义信息，促进协同企业之间的语义互操作。

具有多粒度特性的多层云制造资源建模框架包括以下几个关系：

多对多映射关系，关联资源模型层与功能模型层，通过将云制造资源与其对应的功能特征解耦，提高资源建模的灵活性，资源可以动态的加入或者退出云制造***，符合云制造***的动态特性，一个资源具有多个功能特性，并且一个功能特性可以由不同的资源提供，多对多映射关系反映了资源的多功能、多任务、多目的的特性；

语义转换关系，关联功能模型层与基于语义的元模型层，通过元模型层定义的概念与关系为异构的资源信息进行语义标注，确保异构资源在不同的上下文环境中能够被正确的解释，保证资源的语义一致性。

资源模型层，接收分布式企业注册的异构资源信息，根据企业原有的资源描述方式设计资源信息对应的XML模式，将异构的资源信息转换为对应的XML文档，使得异构的资源信息同构化。

功能模型层，从资源对应的XML文档中抽取资源功能信息，将同类资源功能信息合并，根据功能信息合并的结果，设计功能信息对应的XML模式，建立功能信息XML文档视图。

元模型层，对通用的本体构件进行扩展，提供概念、关系、约束、公理为资源相关语义进行标注；从四个方面定义云制造资源语义信息、资源非功能特征语义信息、具有多粒度特性的资源功能特征语义信息（如图2所示）、云制造上下文环境语义信息和支持云制造服务等级协议机制的语义信息。

多对多关系：对于资源模型层中的每一个注册资源，顺序查找功能信息视图，将资源与其对应的功能特性进行链接，若不存在与注册资源对应的功能特性，则在功能信息视图中创建新的功能特征项，将资源与新特征项进行链接，将资源与功能特征链接关系记录到资源功能映射表中；对于功能视图中的每一个功能特性，在资源注册表中查找提供此功能特性的所有资源，将其与对应资源链接在一起，并将关联信息记录到功能特性映射表中；若资源注册表中不存在提供此功能特性的资源，则删除该功能特征项。

语义转换关系：根据语义元模型中定义的概念，对资源与功能特性中涉及的等价词汇进行标注；根据语义元模型中定义的关系，对资源之间与功能特性之间的关系进行标注；根据语义元模型中定义的约束，对资源与功能特性所需满足的约束条件进行描述；根据语义元模型中定义的公理，对资源之间与功能特性之间的逻辑关系进行标注，提供机器可理解的推理信息。

1.多主轴车床功能特性描述示例

如图3所示，具有精车功能特性的多主轴车床描述示例。基于多粒度特性多层资源建模框架，多主轴车床的功能特性根据包含关系可以被扩展为三个不同层次上的多粒度功能特性，如：打孔、车、精车。这三个功能层次的描述粒度由粗至细，分别对应三个不同的粒度层次，联盟层、企业层、资源层。通过多粒度的功能特性的扩展，多主轴车床可以在三个不同的粒度层次上被发现并使用，提高了资源利用率。

2.基于历史经验的云制造上下文描述示例

如图4所示，基于历史经验的云制造上下文描述示例。一个具有精车功能特性的多主轴车床，其资源提供者为NEV.Company@ChengDu，根据资源应用的历史经验，资源消费者ISS.Company@Anchorage曾发出过资源请求，具有机械加工类型功能，可执行车操作，可人力资源辅助，资源位置在上海，完工时间为3小时，基于以上需求，根据历史经验可发现此多主轴车床被选择提供服务，其服务的实际记录为无人工辅助，并且2小时完工，根据此次服务的情况，资源消费者可以给资源进行评级，表征资源对于此类需求的支持程度，若云平台接受到同类资源需求时，可将此资源的历史评级反馈给需求者，需求者根据评级直接决定是否选择此资源进行服务，增加了资源利用率与资源发现效率。

Claims (2)

1.一种具有多粒度特性的多层云制造资源建模框架，其特征在于：包括底层的资源模型层，中层的功能模型层，以及高层的基于语义的元模型层；资源模型层描述各种物理资源，由地理位置分布中的企业所拥有的异构资源组成；功能模型层描述资源所具有的各种功能，为云制造平台提供统一的资源功能视图；元模型层定义资源相关的概念以及资源之间的关系；

具有多粒度特性的多层云制造资源建模框架包括多对多映射关系和语义转换关系：

多对多映射关系，关联资源模型层与功能模型层，通过将云制造资源与其对应的功能特征解耦，提高资源建模的灵活性，资源动态的加入或者退出云制造***，符合云制造***的动态特性，一个资源具有多个功能特性，并且一个功能特性由不同的资源提供，多对多映射关系反映了资源的多功能、多任务、多目的的特性；

语义转换关系，关联功能模型层与基于语义的元模型层，通过元模型层定义的概念与关系为异构的资源信息进行语义标注；

资源模型层接收分布式企业注册的异构资源信息，根据企业原有的资源描述方式设计资源信息对应的XML模式，将异构的资源信息转换为对应的XML文档，使得异构的资源信息同构化；

功能模型层从资源对应的XML文档中抽取资源功能信息，将同类资源功能信息合并，根据功能信息合并的结果，设计功能信息对应的XML模式，建立功能信息XML文档视图；

元模型层对通用的本体构件进行扩展，提供概念、关系、约束、公理为资源相关语义进行标注；从概念、关系、约束、公理四个方面定义云制造资源的语义信息、资源非功能特征语义信息、具有多粒度特性的资源功能特征语义信息、云制造上下文环境语义信息和支持云制造服务等级协议机制的语义信息；

多对多映射关系对于资源模型层中的每一个注册资源，顺序查找资源功能视图，将资源与其对应的功能特性进行链接，若不存在与注册资源对应的功能特性，则在资源功能视图中创建新的功能特征项，将资源与新特征项进行链接，将资源与功能特征链接关系记录到资源功能映射表中；对于资源功能视图中的每一个功能特性，在资源功能映射表中查找提供此功能特性的所有资源，将其与对应资源链接在一起，并将关联信息记录到资源功能映射表中；若资源功能映射表中不存在提供此功能特性的资源，则删除该功能特征项。

2.如权利要求1所述的具有多粒度特性的多层云制造资源建模框架，其特征在于，语义转换关系根据语义元模型中定义的概念，对资源与功能特性中涉及的等价词汇进行标注；根据语义元模型中定义的关系，对资源之间与功能特性之间的关系进行标注；根据语义元模型中定义的约束，对资源与功能特性所需满足的约束条件进行描述；根据语义元模型中定义的公理，对资源之间与功能特性之间的逻辑关系进行标注，提供机器可理解的推理信息。