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制造网格若干关键技术研究

作　者: 谢晓兰
导　师: 周德俭
学　校: 西安电子科技大学
专　业: 机械制造及其自动化
关键词: 制造网格数据访问与集成资源预留普适环境资源共享
分类号: TH166
类　型: 博士论文
年　份: 2009年
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内容摘要

随着网格技术在科学和计算领域应用的日益深入以及相关研究的逐步成熟,网格应用已经从科学计算领域扩展到商业领域及工业领域的方方面面。制造网格是在充分借鉴与吸收网格计算理论的基础上,结合传统制造业而形成的一种网络基础架构。制造网格提供了一个分布式、动态和松散耦合的制造环境,它弥补了网络化制造的不足,为产品全生命周期内各个阶段实现资源的全面共享及协同工作提供了有效的思路。制造网格在制造业的应用能有效降低制造成本、提高对资源的应用效率、加快产品的上市时间,为企业实施先进制造技术提供了开放的、柔性的、易维护的、可重构、易扩展的应用开发与系统运行的集成支持服务平台。本文根据“提高企业资源共享能力、提高制造企业的协同工作能力,制造资源快速、高效集成以实现生产的最大有效性”的需求,针对目前我国制造企业、广西制造企业资金不足、服务应用平台体系建设的不完善、管理机制及管理思想落后、资源利用率和经济效率较低、产业价值链的大多数环节没有真正建立国际标准与规范的现状,结合目前在研的科研项目,开展制造网格关键技术、关键支撑软件、平台及工具集的研究。本文的主要工作及创造性成果如下:(1)结合Globus Toolkit version 4,给出了基于GT4的制造网格体系结构。并构建了一个基于GT4的制造网格实验平台。结合基于GT4的制造网格体系结构,提出采用一种“制造网格综合集成方法”来进行制造网格数据集成,提出了虚拟视图法的中间件法的数据访问与集成方案——在OGSA-DAI中间件的基础上,通过工作流技术、Activity开发运用对其进行功能拓展,使其在制造网格下真正发挥作用。部署了制造网格数据访问与集成的实验环境,在此基础上给出了基于OGSA-DAI的制造网格集成模块的系统结构框图;设计了一个具体示例,对分布式异构数据的访问与集成中的关键技术进行了详细的说明与描述。在从目前所知的专业文献,未见有制造网格数据访问与集成研究这方面的报道,弥补了制造网格在这些关键技术研究上的空白与不足。(2)基于OGSA-DQP分布式查询处理器对制造网格上分布、复杂的数据密集型请求,从物理结构上实现了具有并行功能的分布式查询,给出了OGSA-DQP+OGSA-DAI的制造网格数据查询工作流程图,并针对OGSA-DQP图形化接口的不足(不支持DISTINCT、GROUP BY功能,且不能集成到应用程序系统中),通过应用程序编程进行改进并在制造网格实验平台上进行了验证。(3)建立了资源预留神经网络决策系统基本框架,提出了基于服务等级协商的神经网络资源预留技术,着重研究了基于神经网络的制造网格资源预留决策控制策略。通过示例及Matlab仿真进行了验证。(4)通过对JSDL的扩展,对制造网格中的目标任务进行描述,建立了任务模型;基于制造网格实验平台,研究了制造网格任务管理实验环境的部署,并采用Condor系统作为GT4的前端,实现对作业的管理监控。根据制造网格服务开发的流程,通过定义任务管理服务接口,使用Java语言实现了一个任务管理服务。(5)提出了普适环境下制造网格的两种应用模式:“服务请求模式”、“服务提供-请求模式”,给出了在普适环境下基于“服务提供-请求模式”的制造网格的体系结构,并对其进行详细描述。基于制造网格实验平台,设计与开发了一个具体的普适环境中基于“服务请求模式”的制造网格的数据查询模块;设计与开发了一个普适环境下的制造网格门户数字资源共享模块。(6)采用分层的思想,设计了一个基于OGSA-DAI中间件的,包括了资源层、评价处理层和应用层的三层制造网格的性能评价模型MGPEM(Manufacturing Grid Performance Evaluation Model);给出了属性重心坐标算法进行性能评价的算法流程并进行了算法的验证;给出了基于SLA的制造网格评价模型的工作流程。本文的主要研究工作在制造网格实验平台上进行了验证通过,在桂林制造业信息化中心进行了试运行,经测试无误且运行良好。其余研究成果也进行了仿真及示例验证,达到了预期的效果。本文的研究及成果将有助于改变制造业中知识和信息资源相对孤立的局面,提高国家及区域制造企业的技术创新能力和有效规避企业信息化进程的风险;还将有助于国家及区域制造企业有效整合现代制造资源,提高企业协同工作能力与管理水平;另外,还将有助于整合区域资源,提高区域经济竞争力;本文的研究与成果弥补了制造网格一些关键技术的空白与不足,完善了制造网格的学术思想。

全文目录

摘要  3-5
Abstract  5-11
第一章绪论  11-30
  1.1 论文研究课题来源  11
  1.2 课题的研究背景  11-19
    1.2.1 制造业的现状及其发展趋势  11-13
    1.2.2 网格技术给制造企业的发展带来新的契机  13-15
    1.2.3 制造网格的产生  15-19
  1.3 研究现状  19-23
    1.3.1 CIMS国内外研究现状  19-20
    1.3.2 网络化制造国内外研究现状  20-21
    1.3.3 制造网格国内外研究现状  21-23
  1.4 论文的主要工作  23-27
    1.4.1 论文的研究思路  23-25
    1.4.2 论文主要研究内容及结构  25-27
  1.5 论文的创造性成果及研究意义  27-30
第二章制造网格体系结构研究及其实验平台构建  30-56
  2.1 网格体系结构演变  30-35
    2.1.1 五层沙漏结构  30-31
    2.1.2 开放网格服务体系结构OGSA(Open Grid Services Architecture)  31-33
    2.1.3 Web服务资源框架（Web Service Resource Framework，WSRF）  33-35
  2.2 Globus Toolkit概述  35-37
    2.2.1 网格计算工具包  35
    2.2.2 Globus Toolkit 演变  35-37
  2.3 制造网格体系结构研究  37-48
    2.3.1 当前制造网格体系结构的研究  37-39
    2.3.2 基于GT4 的制造网格体系结构研究  39-48
  2.4 基于GT4 的制造网格实验平台构建及组件配置  48-54
    2.4.1 制造网格实验平台的设计目标及要求  48-49
    2.4.2 Linux下GT4 的安装  49-52
    2.4.3 Windows下GT4 的安装配置  52-54
  2.5 小结  54-56
第三章制造网格中的数据访问与集成研究  56-86
  3.1 概述  56-58
    3.1.1 数据管理  56
    3.1.2 研究需求  56-58
  3.2 数据访问与集成  58-62
    3.2.1 目前一些数据访问技术的局限  58
    3.2.2 常用的数据集成方法与技术  58-59
    3.2.3 传统数据集成三种集成架构  59
    3.2.4 制造网格环境中以OGSA-DAI实现数据访问与集成的优点  59-60
    3.2.5 OGSA-DAI国内外应用状况  60-62
  3.3 制造网格中的数据访问与集成方法的研究  62-64
    3.3.1 制造网格综合集成方法提出  62-64
    3.3.2 制造网格中OGSA-DAI的功能拓展  64
  3.4 OGSA-DAI容器的内部结构  64-65
  3.5 制造网格下OGSA-DAI的Activity与Workflow研究与运用  65-71
    3.5.1 Acitvity研究  67-68
    3.5.2 制造网格中OGSA-DAI工作流（Workflow）研究与运用  68-71
  3.6 制造网格中异构数据访问与集成的实现  71-74
    3.6.1 制造网格数据访问与集成采用OGSA-DAI的部署流程  71-73
    3.6.2 制造网格数据访问与集成模块系统结构与功能  73-74
  3.7 示例设计及验证  74-84
    3.7.1 资源部署  76-79
    3.7.2 应用程序编写及测试  79-84
  3.8 小结  84-86
第四章制造网格中OGSA-DQP的应用研究  86-102
  4.1 OGSA-DQP概述  86-87
  4.2 客户请求的数据查询流程及OGSA-DQP功能体现  87-88
  4.3 OGSA-DQP在制造网格实验平台上的查询执行过程研究  88-90
  4.4 OGSA-DQP 运用及示例验证  90-101
    4.4.1 实验环境部署及基于DQP的数据查询流程研究  90-91
    4.4.2 使用GUI实现分布式异构数据源的查询分析与处理  91-97
    4.4.3 DQP编程实现分布式异构数据源的查询分析与处理  97-101
  4.5 小结  101-102
第五章制造网格资源预留技术研究  102-116
  5.1 制造网格资源管理  102-103
  5.2 制造网格资源预留技术概述  103-106
    5.2.1 制造网格资源预留定义  103
    5.2.2 制造网格资源预留研究意义  103-104
    5.2.3 目前有关制造网格资源预留的研究  104-106
  5.3 制造网格资源预留神经网络决策系统框架的提出  106-107
  5.4 资源预留预测神经网络的设计与实现  107-112
  5.5 服务级别神经网络的实现  112-114
  5.6 资源预留决策示例及验证  114-115
  5.7 小结  115-116
第六章制造网格任务描述及任务管理技术的研究  116-140
  6.1 制造网格任务管理系统的简介及功能描述  116-125
    6.1.1 任务管理的目的  117
    6.1.2 任务管理的系统结构  117-118
    6.1.3 基于JSDL的制造网格任务描述  118-123
    6.1.4 目标任务的分解  123-125
  6.2 制造网格任务管理实验环境部署  125-133
    6.2.1 为什么采用Condor  125-126
    6.2.2 实验环境  126-129
    6.2.3 Condor与Condor-G  129-133
  6.3 制造网格任务管理服务开发的关键技术研究  133-139
    6.3.1 使用WSDL定义接口  133-136
    6.3.2 以JAVA语言实现服务  136-137
    6.3.3 在WSDD及JNDI文件中配置部署参数  137-138
    6.3.4 使用ANT产生GAR文件  138
    6.3.5 在GT4 容器中部署服务  138-139
  6.4 小结  139-140
第七章普适环境下制造网格应用模式研究  140-165
  7.1 普适计算概念及研究领域  140-141
  7.2 网格技术与普适计算的区别与联系  141
  7.3 普适计算与制造网格的融合的必要性与可行性分析  141-143
    7.3.1 普适计算融入制造网格的必要性  141-142
    7.3.2 普适计算与制造网格可行性分析  142-143
  7.4 普适环境下制造网格应用模式的提出  143-151
    7.4.1 服务请求模式提出  144-146
    7.4.2 服务提供－请求模式提出及该模式下制造网格体系结构研究  146-151
  7.5 普适环境下的制造网格应用程序示例及测试  151-163
    7.5.1 基于“服务请求模式”制造网格应用程序开发结构图  151-157
    7.5.2 普适环境下制造网格门户数字资源共享模块研究及测试  157-163
  7.6 小结  163-165
第八章制造网格的性能评价模型研究  165-179
  8.1 引言  165
  8.2 制造网格性能评价标准研究  165-168
  8.3 制造网格的评价指标的数据表现及获取  168-171
  8.4 企业制造网格性能评价模型MGPEM提出及研究  171-173
    8.4.1 制造网格性能评价体系结构  171-172
    8.4.2 制造网格性能评价模型MGPEM的提出  172-173
  8.5 示例及算法验证  173-176
  8.6 引入SLA的制造网格评价体系  176-177
    8.6.1 制造网格评价体系引入SLA的意义  176-177
    8.6.2 制造网格中SLA监测性能评价指标研究  177
    8.6.3 基于SLA的制造网格评价模型的工作流程  177
  8.7 小结  177-179
第九章总结与展望  179-184
  9.1 主要工作及创造性成果  179-182
  9.2 进一步工作的方向  182-184
致谢  184-185
参考文献  185-196

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