制造网格工作流研究及实现

论文摘要

制造网格是网格技术与制造业自组织特征相结合的产物。其目的是为跨地域、跨企业分布的异构制造资源提供一种资源共享和协同工作的环境，使得用户提交的任务，能够在动态组成的虚拟组织中完成。由于产品开发过程涉及到多个步骤，不但需要有大量的资源，而且任务的过程也比较复杂，包含很多时间、空间和资源方面的约束条件，为了使用户提交的任务能够在制造网格平台上有条不紊的自动或者半自动执行，需要制造网格工作流对制造网格应用进行构建、执行调度、管理监控，使得网格应用能够自动化而且效率更高。论文主要工作包括：对制造网格和工作流的相关研究进行了综述，分析阐述了本文的研究背景，在此基础上，提出了本文的研究内容。制造网格工作流不仅仅是传统工作流技术在制造网格环境中的应用，在结构体系、模型描述和工作流执行过程都有许多问题需要探索、解决。研究了制造网格工作流的基本原理。明确在制造网格产品开发过程中制造网格工作流与项目管理、产品数据管理三者有机集成和相互关联；分析了制造网格工作流的组织复杂性、资源复杂性和过程复杂性，制造网格工作流的复杂性使得其必须具有适应性，适应性是制造网格工作流中必须解决的问题；根据自组织理论，按照目标优化方法，给出制造网格工作流的最优目标决策模型；定义了制造网格工作流本体，使制造网格工作流能够建立在严格的理论基础之上以保证语法和语义的严格性及完整性。分析制造网格工作流特点，将网格技术与传统工作流技术结合，给出了制造网格工作流定义，提出基于服务的工作流体系架构，基于服务的工作流系统不仅可以用来管理业务流程，而且还具备了组合服务、进行企业间应用集成的功能。然后，介绍了制造网格工作流中间件与其它模块的关系。研究制造网格工作流模型及其形式化定义。制造网格工作流模型是工作流执行的基础。它包括四个子模型：过程模型、组织模型、资源模型、服务模型。过程模型中增加动态活动执行类型，使工作流的过程定义中(业务逻辑)能够充分考虑动态特性，配合执行阶段(应用)的处理，可以从更基本的层次解决动态自适应性问题；组织模型描述参与产品开发过程的工作组、成员及角色的组成结构和权限；资源模型描述了制造资源的分类、制造资源的静态属性和动态属性；服务模型将制造资源描述和封装为一个制造服务，初步形成了制造资源封装标准和规范，有效屏蔽了资源的异构性、复杂性和多样性；为了有助于工作流执行过程中进行任务调度与计划，给出了工作流过程模型时间参数和关键路径的计算方法。研究如何在制造网格工作流执行阶段增强系统的适应性，我们采用三种动态调整方法来提高工作流系统的适应性：针对资源的动态性和复杂性，在工作流执行过程中根据活动需求，采用基于语义的资源发现和基于模糊层次法的资源选择，实现活动和服务的动态结合；针对工作流任务执行过程中多任务竞争资源的情况，构造了任务—资源约束模型，并从工作流整体执行要求(任务重要程度、资源状态等)上考虑，抽象出这类问题的数学模型，提出一种综合多种策略的调度模型和启发式任务调度算法；针对工作流的可预测异常和不可预测异常，给出了相应的处理策略和处理过程。最后，对本文研究内容进行了开发和应用验证。以上海大学制造网格试验床的一个具体任务——蜗杆组件设计流程为例进行说明，验证了理论的正确性和方法的可行性，获得了很多有价值的经验和数据，为制造网格工作流进一步完善和推广实施奠定了坚实的基础。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 目录
• 第1章 绪论
• 1.1 研究背景及意义
• 1.1.1 网络化制造
• 1.1.2 制造网格
• 1.1.3 工作流技术
• 1.1.3.1 工作流概念
• 1.1.3.2 工作流技术发展
• 1.1.4 制造网格对工作流技术的需求
• 1.1.5 课题来源及其研究意义
• 1.1.5.1 课题来源
• 1.1.5.2 研究目的和意义
• 1.2 国内外研究现状和发展趋势
• 1.2.1 工作流技术研究的现状
• 1.2.1.1 制造业中工作流应用现状
• 1.2.1.2 网格环境中工作流研究现状
• 1.2.2 工作流技术研究的趋势
• 1.3 课题研究相关技术基础
• 1.3.1 网格技术
• 1.3.1.1 WSRF
• 1.3.1.2 Globus
• 1.3.2 本体论与语义Web
• 1.3.2.1 本体论
• 1.3.2.2 语义Web
• 1.4 本文的主要研究内容及论文结构
• 1.5 本章小结
• 第2章 制造网格工作流基本原理研究
• 2.1 制造网格环境下产品开发过程管理
• 2.1.1 产品开发过程管理技术集成框架
• 2.1.2 项目分解层次结构描述
• 2.1.3 项目管理与制造网格工作流双向关联关系
• 2.2 制造网格工作流的复杂性和适应性
• 2.2.1 制造网格工作流的复杂性
• 2.2.1.1 虚拟组织复杂性
• 2.2.1.2 制造资源复杂性
• 2.2.1.3 过程复杂性
• 2.2.2 制造网格工作流的适应性
• 2.3 制造网格工作流自组织模式
• 2.4 制造网格工作流本体论
• 2.5 本章小结
• 第3章 基于服务的制造网格工作流体系架构
• 3.1 制造网格工作流定义
• 3.2 制造网格工作流体系架构
• 3.2.1 工作流定义服务
• 3.2.2 工作流引擎服务
• 3.2.3 制造网格信息系统
• 3.3 基于服务的制造网格工作流中间件
• 3.3.1 服务作为工作流任务的实现
• 3.3.2 制造网格工作流系统封装
• 3.4 制造网格工作流模块与其它模块的关系
• 3.5 本章小结
• 第4章 制造网格工作流模型
• 4.1 工作流建模方法
• 4.2 制造网格工作流模型描述
• 4.2.1 过程模型
• 4.2.1.1 ECA规则
• 4.2.1.2 活动
• 4.2.1.3 任务
• 4.2.2 组织模型
• 4.2.3 资源模型
• 4.2.3.1 制造资源类型
• 4.2.3.2 制造资源实体
• 4.2.4 服务模型
• 4.2.4.1 制造服务定义
• 4.2.4.2 制造服务接口
• 4.2.4.3 服务质量
• 4.3 工作流过程模型时间参数确定
• 4.3.1 必要定义
• 4.3.2 时间参数确定算法
• 4.4 本章小结
• 第5章 制造网格工作流执行过程
• 5.1 制造网格工作流的动态绑定
• 5.1.1 制造资源动态绑定过程
• 5.1.2 基于语义的制造资源匹配
• 5.1.2.1 基本信息匹配
• 5.1.2.2 功能匹配
• 5.1.2.3 基于QoS参数阈值约束的匹配
• 5.1.2.4 实例分析
• 5.1.3 基于模糊层次评价的制造资源选择
• 5.2 制造网格工作流的任务调度
• 5.2.1 任务-资源约束模型
• 5.2.2 调度框架
• 5.2.3 调度策略
• 5.2.4 调度算法
• 5.2.4.1 假设与算法参数定义
• 5.2.4.2 启发式算法
• 5.2.4.3 实例分析
• 5.3 制造网格工作流的异常处理
• 5.3.1 异常处理概念
• 5.3.2 异常处理策略
• 5.3.2.1 可预测异常处理
• 5.3.2.2 不可预测异常处理
• 5.3.3 异常处理过程
• 5.4 本章小结
• 第6章 制造网格工作流系统开发和应用实例
• 6.1 工作流过程定义语言
• 6.2 MGFlow系统开发
• 6.2.1 MGFlow系统开发架构
• 6.2.2 MGFlow功能开发
• 6.2.2.1 工作流定义
• 6.2.2.2 工作流引擎
• 6.2.2.3 管理和监控
• 6.2.2.4 任务表管理
• 6.3 MGFlow系统应用实例
• 6.4 本章小结
• 第7章 总结与展望
• 7.1 全文总结
• 7.2 展望
• 7.3 本章小结
• 参考文献
• 图表清单
• 博士学习期间公开发表（录用）的论文
• 博士学习期间参与完成的主要科研项目
• 致谢