基于语义Web的协同制造链快速构建研究

论文摘要

制造全球化和制造网络化是现代制造业发展的主要趋势之一，也是当前制造领域的研究热点。为了有效的实现网络制造环境下资源共享与优化配置，本文提出了协同制造链的概念。协同制造链是围绕零件制造过程的网络化制造动态联盟，它将制造资源聚合起来并封装成制造服务，同时以零件制造过程为核心对制造服务加以合理配置，是一种面向零件的网络化制造实现方式。本文以协同制造链快速构建为主要研究方向，对支持协同制造链快速构建的相关理论及其关键技术进行了深入研究。 （1） 在对网络化制造动态联盟不同模式进行分类的基础上，结合复杂零件的异地协同制造过程，对协同制造链进行了定义。面向协同制造链构建过程，建立了扩展无环有向图模型，并基于该模型对其构建过程的不同阶段进行了详细分析，建立了面向协同制造的零件工艺规划、依赖于制造服务的零件工艺规划以及协同制造链的模型与形式化描述。在此基础上，进一步对协同制造链构建与运行支撑平台——网络化敏捷制造平台进行了研究，给出了平台的定义、功能划分及其体系结构，阐述了平台的工作流程。 （2） 针对现有制造信息网站与电子商务网站在制造能力与制造任务建模描述方面存在的问题，提出了基于本体论的协同制造任务与制造服务建模方法，并通过扩展OWL-S本体构建了一个面向零件网络化制造的Web本体模型——网络协同制造本体。为了实现制造任务与制造能力的有效描述，对制造特征与协同制造单元进行了研究，以此为基础建立了协同制造任务与制造服务的描述模型，并通过实例研究了基于网络协同制造本体的协同制造任务与制造服务的语义描述。 （3） 为了实现快速、高效、精确的制造服务发现与匹配，建立了该问题的数学模型，阐述了制造服务发现的基本要求；对其实现环境——制造服务匹配引擎进行了研究，建立了制造服务匹配引擎的体系结构，阐述了其工作过程；在制造服务匹配度以及语义相似度计算研究的基础上，设计了制造服务匹配引擎的核心算法——基于能力约束的制造服务匹配算法。 （4） 深入研究了制造服务优化选择与排序的策略及其实现算法。对于制造服务优化选择问题，在数学建模分析的基础上，构建了相应的制造服务综合评价指标体系，并将模糊层次分析与运筹学中的0-1整数规划理论引入到制造服务优化选择问题中，提出并实现了一个模糊层次分析法与分枝隐枚举法相结合的制造服务优化选择算法。对于制造服务排序这一复杂的组合优化问题，提出了基于生物群体智能的制造服务排序策略，设计了一个蚂蚁算法，实现了基于蚂蚁算法的制造服务排序。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 目录
• 第一章 绪论
• 1.1 研究背景
• 1.2 论文研究问题的界定
• 1.3 国内外相关研究现状
• 1.3.1 网络化制造基础理论和方法研究
• 1.3.2 网络制造环境下资源优化配置技术研究
• 1.3.3 语义 Web技术应用研究现状
• 1.4 论文拟解决的主要问题
• 1.5 论文主要研究内容
• 1.6 各章内容安排
• 第二章 协同制造链及其支撑平台研究
• 2.1 协同制造链概念及其特征
• 2.1.1 网络化制造动态联盟及其分类
• 2.1.2 协同制造链概念及其特征
• 2.2 协同制造链构建过程分析
• 2.2.1 协同制造链全生命周期总体分析
• 2.2.2 面向协同制造链构建过程分析的扩展无环有向图模型
• 2.2.3 基于扩展无环有向图的协同制造链构建过程详细分析
• 2.2.4 协同制造链构建过程中相关概念形式化描述
• 2.3 基于网络化敏捷制造平台的协同制造链构建与运行
• 2.3.1 基于网络化敏捷制造平台的协同制造链运行模式
• 2.3.2 网络化敏捷制造平台功能划分
• 2.3.3 网络化敏捷制造平台体系结构
• 2.3.4 网络化敏捷制造平台工作流程
• 2.4 本章小结
• 第三章 基于本体论的协同制造任务与制造服务建模
• 3.1 协同制造链构建过程中的建模问题
• 3.2 网络协同制造本体
• 3.2.1 本体论与网络协同制造本体
• 3.2.2 网络协同制造本体的建立方法
• 3.2.3 网络协同制造本体描述语言
• 3.2.4 基于 OWL-S的网络协同制造本体
• 3.3 基于网络协同制造本体的协同制造任务建模
• 3.3.1 协同制造任务定义
• 3.3.2 协同制造任务描述模型
• 3.3.3 基于网络协同制造本体的协同制造任务语义化描述
• 3.4 基于网络协同制造本体的制造服务建模
• 3.4.1 协同制造单元与制造服务
• 3.4.2 制造服务描述模型
• 3.4.3 基于网络协同制造本体的制造服务语义化描述
• 3.5 本章小结
• 第四章 基于能力约束的制造服务发现与匹配
• 4.1 制造服务发现问题分析
• 4.1.1 制造服务发现问题分析与形式化描述
• 4.1.2 制造服务发现的基本要求
• 4.2 相关研究及存在问题
• 4.3 制造服务匹配引擎
• 4.4 基于能力约束的制造服务匹配算法
• 4.4.1 制造服务匹配度定义
• 4.4.2 制造服务语义相似度计算
• 4.4.3 基于能力约束的制造服务匹配算法
• 4.5 本章小结
• 第五章 协同制造链生成与优化
• 5.1 制造服务优化选择
• 5.1.1 制造服务优化选择问题分析
• 5.1.2 制造服务综合评价指标体系
• 5.1.3 模糊层次分析法原理
• 5.1.4 基于模糊层次分析法的制造服务综合评价
• 5.1.5 基于分枝隐枚举法的制造服务选择
• 5.2 基于生物群体智能的制造服务排序
• 5.2.1 制造服务排序问题分析
• 5.2.2 蚂蚁算法基本原理
• 5.2.3 基于蚂蚁算法的制造服务排序
• 5.3 本章小结
• 第六章 原型系统实现
• 6.1 原型系统概述
• 6.2 系统运行实例
• 6.2.1 制造服务描述与发布
• 6.2.2 协同制造链构建
• 6.3 原型系统特点
• 6.4 本章小结
• 第七章 总结与展望
• 7.1 全文总结
• 7.2 论文主要创新点
• 7.3 研究展望
• 参考文献
• 作者博士期间发表的学术论文
• 作者博士期间参与的科研工作
• 致谢