网格支持下的服务型制造模式研究

摘要：服务型制造是最近由中国学者提出的一种新的先进制造模式，是服务业与制造业融合的产物。论述了服务型制造模式的内涵、需要解决的关键问题；基于网格技术及网格制造的理念与方法，提出网格支持下的服务型制造模式的概念模型，并建立了基于网格的服务型制造系统的体系结构。
关键词：网格；服务型制造；模式
0  引言
人类正从工业社会向服务社会过渡，“服务经济”将成为 21 世纪经济的主导。当前，西方发达国家的服务业占国民经济的比重已经超过三分之二，经济重心正从制造业向服务业转变，通过发展服务业增强制造业竞争力。针对服务业与制造业不断融合的趋势，以西安交通大学汪应洛、孙林岩为代表的中国学者根据中国制造的现状与需求，提出了服务型制造模式[1~2]，服务型制造是制造与服务相融合的新产业形态，是新的先进制造模式。它是为了实现制造价值链中各利益相关者的价值增值，通过产品和服务的融合、客户全程参与、企业相互提供生产性服务和服务性生产，实现分散化制造资源的整合和各自核心竞争力的高度协同，达到高效创新的一种制造模式。服务型制造是基于制造的服务和面向服务的制造，是基于生产的产品经济和基于消费的服务经济的融合[1]。服务型制造有两层含义：（1）有形产品附加了更多的服务或发生了服务化；（2）在提供产品服务系统的过程中，企业间分工更为深化，通过相互提供生产性服务实现高效生产和快速创新[2]。服务型制造模式及其实施关键技术的研究刚起步。汪应洛院士认为，实施服务型制造需要解决的关键科学问题有以下 3 大方面：（1）制造服务网络的结构及构建机理；（2）服务型制造网络的优化、运行控制理论；（3 ）数字化服务制造网络运行机制。本文注意到，被称为“第三代互联网”的网格(Grid)技术代表下一代的网络计算发展方向，它是一种屏蔽设备的异构性而面向服务的计算模式，正好能成为服务型制造实现的基础平台。事实上，近年来网格技术应用于制造领域而产生了制造网格，成为网络化制造的研究热点。为此，本文将制造网格的理念与服务型制造模式融为一体，提出一种网格支持下的服务型制造实现模式。
1  基于网格的服务型制造概念模型的提出
1.1  网格技术及制造网格
网格是把整个互联网整合成一台巨大的超级计算机，实现计算资源、存储资源、数据资源、信息资源、知识资源、专家资源的全面共享。网格的主要特征是远程资源(包括硬件和软件)  共享和协同工作。网格主要研究在分布、异构、自治的网络资源环境上，动态建构虚拟组织并实现跨自治域的资源共享与协同工作，资源的汇聚和共享是网格最重要的特征，共享与协作是网格的基本理念。将网格技术应用于制造领域产生了一种新的制造模式，即制造网格(Manufacturing grid) 。制造网格是指利用网格技术、计算机技术、信息技术和先进制造与管理技术, 将地理上分散的不同企业和社会群体中的设计、制造、管理、信息、技术、智力和软件等资源通过封装和集成，屏蔽制造资源的异构性和地理分布性，以透明的方式为用户提供各种制造服务。使企业或经营个体能够以请求服务的方式，方便地获得所有与制造相关的服，能够像使用本地资源一样方便地使用封装在制造网格中的所有资源，实现各类资源的集成和优化运行，并为构建面向企业协同制造特定需求的制造网格应用系统提供协同工作支持环境，从而实现企业间的商务协同、设计协同、远程监控和故障诊断、客户参与、制造协同和供应链协同，以便制造企业在全球范围内充分共享与利用企业的计算、存储、加工、通信、软件、信息和知识等各类资源，迅速组建动态联盟、快速响应客户需求[3~4]。
目前 IT 公司( IMB , HP ,SUN 等) 、汽车制造商(通用汽车、福特汽车等) 、航空公司和很多科研院所都开始研究协同制造和网格之间的关系，从体系结构、网格工作流等角度研究制造网格。制造网格提供一个基础平台，以透明的方式提供服务，实现面向产品全生命周期的资源共享、集成和协同工作[8]。由此可见，制造网格是实现服务型制造的基础技术及有效途径。
1.2  基于网格的服务型制造概念模型
本文认为，服务型制造模式的实施要解决的主要问题如下：（1）客户能通过网格发现自己需要的服务（产品）；即要有相应的服务提供网格（包括电子商务、物流系统等）；（2）服务（产品）提供商（实际上是某一核心企业），通过网格发现生产性服务（包括零部件的提供及咨询服务等），构建虚拟企业；（3）制造企业、服务企业、顾客等通过网格实现制造资源的共享及协同工作。由此，提出如图1所示的基于网格的服务型制造概念模型，通过网格能为顾客、生产性服务及服务性生产三大基石提供信息共享、协同工作平台，同时通过网格实现服务型制造网络的形成、运行及控制。
2  基于网格的服务型制造结构模式
2.1 OGSA 网格体系
开放网格服务体系结构 OGSA （Open Grid Services Architecture）被称为是下一代的网格系结构，它是在原来“五层沙漏结构”的基础上，结合最新的 Web Service 技术提出来的。OGSA 包括两大关键技术即网格技术和 Web Service 技术。 OGSA最突出的思想就是以“服务”为中心。在 OGSA 框架中，将一切都抽象为服务，包括计算机、程序、数据、仪器设备等。这种观念，有利于通过统一的标准接口来管理和使用网格。 Web Service 提供了一种基于服务的框架结构，但是，Web Service 面对的一般都是永久服务，而在网格应用环境中，大量的是临时性的短暂服务，比如一个计算任务的执行等。考虑到网格环境的具体特点，OGSA  在原来 WebService 服务概念的基础上，提出了“网格服务（GridService）”的概念，用于解决服务发现、动态服务创建、服务生命周期管理等与临时服务有关的问题。
2.2  基于 OGSA 的服务型制造系统结构
根据所提出的网格支持下的服务型制造概念模型，应用OGSA网格体系结构，融入面向应用的构架技术（SOA），建立基于网格（OGSA）的服务型制造系统模型，如图 2 如示。该体系结构分 4 个层次：（1）资源层：本层是体系的最底层，除需要基本的计算机、网络等基本的硬件及软件外，将服务型制造所需要的“生产性服务”与“服务性生产”基本的硬、软件封装、集成为基础性的制造网格服务节点，形成全球性的制造网格。OGSA 是以服务为中心的体系结构,一切都是服务，因此在相应的服务型制造网格中，首先要把各种制造资源描述和封装成服务,从而把各种不同的软、硬件资源抽象成为制造网格服务,再提交给网格中间件。对于网格中间件而言,各种制造资源是透明的。（2）面向服务体系构架SOA层：该层涉及到的具体的服务构件，应用的技术为Web 服务定义语言(Web Services Definition Language , WSDL )、UDDI（统一描述、发现和集成，即：Universal Description,Discovery, and Integration）、简单对象访问协议(Simple Object Access Protocol ,SOAP)、RDF（资源描述语言，Resource Description Framework）、OWL（Web Ontology Language）等。（3）网格中间件层：该层属于网格服务的公共基础框架，实现网格注册、发布、资源搜索等功能。（4）服务型制造应用层：本层为面向顾客、制造企业、服务企业等服务型制造系统主体的应用层，为这些主体提供交互、服务、协同工作的界面。
3  结论
本文提出了网格支持下的服务型制造模式概念模型，并建立了服务型制造系统的网格结构图，为网格在服务型制造中的应用研究提出了初步的思路。但其中的关键问题还有待于进一步深入研究，具体为：（1）在网格环境下服务型制造网格的构建与运行策略；（2）体系结构中每一层的关键技术。
参考文献：
[1]  孙林岩,李刚,江志斌,郑力,何哲.21世纪的先进制造模式－服务型制造[J].中国机械工程,2007,18(19):2307-2312.
[2]  孙林岩,高杰,朱春燕,李刚,何哲.服务型制造:新型的产品模式与制造范式[J].中国机械工程,2008,19(21):2600-2688.
[3]  刘敏,严隽薇,于轶.基于SOA 的网格制造单元构造方法[J].同济大学学报(自然科学版),2008,36(10):1417-1422.
[4]  孙海洋,俞涛,刘丽兰,何玉安.面向服务的制造网格系统研究[J].计算机集成制造系统,2008,14(1):56-63.
[5]  张建华.服务驱动的制造网格系统[J].系统工程,2008,24(6).
[6]  武蕾,孟祥旭,刘士军. 制造网格中资源服务化封装方法研究[J].计算机集成制造系统,2008,14(9):8380.
[7]  付景枝,刘婷婷, 张友.制造网格中资源的层次检索方法研究[J].计算机集成制造系统,2008,14(5):1008-1014.
[8]  叶作亮,顾新建,钱亚东,祁国宁.制造网格—网格技术在制造业中的应用[J].中国机械工程,2004,15(19):1717-1720.
[9]  何哲,孙林岩,贺竹磬,李刚.服务型制造的兴起及其与传统供应链体系的差异[J].软科学,2008,22(4):77-81.
[10]  刘琼,石涌江,邵新宇,崔首领.支持跨企业协作的网格制造概念及核心结构研究[J].计算机集成制造系统,2007,13