制造网格中资源虚拟化方法研究与应用

【摘要】： 制造业是创造人类财富的重要支柱,也是一个国家国民经济和综合国力的重要体现。目前,经济全球化使得制造业面临着全球性市场、资源、技术和人才的激烈竞争。在这种环境下,制造企业亟需快速按需集成各种资源,广泛开展企业间的协作,及时应对快速变化的市场需求。近年来,网格技术的兴起为实现制造资源共享和企业间的协作提供了新的思路,制造网格(Manufacturing Grid,MG)成为学术界和产业界关注和探讨的热点问题。 由于制造资源种类繁杂,分属于不同的企业,存在地理分布性、形态多样性及管理自主性等特点,使得制造网格中的资源共享和管理更为复杂。本文重点开展制造网格及其资源虚拟化方法的研究,利用虚拟化技术,将种类繁杂、形态多样的制造资源进行封装,以服务的方式提供统一接口规范,实现透明、有效的资源访问。 本文针对制造网格中的资源虚拟化问题,以计算机辅助工程(ComputerAided Engineering,CAE)软件及共享应用为重点,分析了各类制造资源的特点,开展了制造资源表示与建模,资源虚拟化模型与方法,以及业务流程建模中的服务选择方法等研究。采用上述方法对ANSYS软件等CAE资源进行了虚拟化,并分析了CAE业务流程,通过组合逻辑服务实现制造网格中的CAE应用。 本文的主要研究工作和创新点: 1.提出了一种制造网格资源虚拟化模型 该模型主要分为制造资源层、物理服务层、逻辑服务层。制造资源层中是异构、分布的制造资源,由参与网格的各个企业提供;物理服务层主要解决制造资源统一标准、统一调用接口的问题;逻辑服务层主要面向特定的功能需求,其中逻辑服务是更高一层的抽象服务,它的可执行能力依赖于与之相关联的物理服务。这样,通过对资源的虚拟化,在制造网格应用和制造资源之间建立了绝缘层,使应用不再依赖于特定的制造资源。 2.提出了基于WSRF的制造资源适配器 基于WSRF(WS-Resource Framework)规范构造了制造资源适配器,可以将制造资源封装成网格服务,使其具有统一的结构和标准的调用规范。适配器通过管理模块,可以管理封装、部署后的资源,并可实时获得资源的状态。另外,资源适配器支持热部署,不需要重新启动服务容器,即可添加新的资源,对外暴露为服务。 3.提出了基于模板的资源服务化封装方法 该方法针对制造资源的异构、复杂性特点,抽象各类资源的公共属性和操作,描述为资源封装模板;然后将资源封装模板按照资源类型进行组织;在此基础上用户可以基于模板进行资源服务化封装,也可以根据自己的需要扩充新的模板。该方法规范了操作过程,简化了封装工作。 4.提出了基于服务的CAE业务实现方法 采用上述方法对ANSYS软件等CAE资源进行了虚拟化,并分析了CAE业务流程,提出了基于约束的物理服务选择方法,可通过组合逻辑服务实现制造网格中的CAE应用,使应用不再依赖于给定的物理服务。用户可以根据业务需求选择、重组逻辑服务,完成新的分析任务,适应灵活多变的业务需求。同时可以动态绑定不同的物理服务实例,以适应需求的变化,使得物理服务发生变化时也不会影响到应用的执行。 5.系统设计与实现 在研究工作基础上设计开发了资源适配器、资源封装工具等虚拟化工具,应用于构造制造网格原型系统MGrid,实现基于网格的CAE应用。部分研究成果已经在“华夏制造网”和“龙口先进制造服务平台”中得到初步应用。 在上述研究工作的基础上,下一步还需要在针对数控设备等资源、虚拟化模式、丰富资源封装模板库、降低企业使用制造网格的门槛等方面进一步开展工作。