云制造資源-任務(wù)多因素匹配度問題研究*

李春泉，常鈺河，張　明，李彩林，胡宇威

(桂林電子科技大學(xué) 機電工程學(xué)院,廣西 桂林　541004)

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云制造資源-任務(wù)多因素匹配度問題研究*

李春泉，常鈺河，張明，李彩林，胡宇威

(桂林電子科技大學(xué) 機電工程學(xué)院,廣西 桂林541004)

針對云制造資源與制造任務(wù)的匹配度評價問題，提出了云制造資源與制造任務(wù)的多因素綜合匹配度評價模型。首先通過分析基于時間和制造加工精細度的單一因素匹配度問題，建立基于時間和制造加工精細度的綜合匹配度模型，進而建立云制造資源多因素下的綜合匹配度評價模型。最后，通過實例對綜合匹配度評價模型進行了驗證。

云制造資源；匹配度；評價模型

0　引言

近年來，制造業(yè)在全球范圍內(nèi)的發(fā)展趨勢呈現(xiàn)出由生產(chǎn)型制造向服務(wù)型制造的轉(zhuǎn)變[1-2]。在此前提下，由李伯虎院士首先提出的云制造作為一種面向服務(wù)的、按需組織網(wǎng)上制造資源的網(wǎng)絡(luò)化制造新模式應(yīng)運而生，為用戶提供各類按需的制造加工服務(wù)[3-6]。云制造集合了各類制造資源和制造能力，來為客戶提供各類的云制造服務(wù)請求[7]。一方面，云資源提供者所能承擔的制造任務(wù)應(yīng)該與其實際生產(chǎn)實際是相匹配的，但隨著制造行業(yè)的競爭壓力不斷加劇，一些資源提供者為了獲得更多的業(yè)務(wù)訂單，承接一些超出自身制造能力的任務(wù)請求的現(xiàn)象時有發(fā)生[8]，結(jié)果造成制造任務(wù)不能保質(zhì)保量地完成，輕則造成一定的經(jīng)濟損失，重則延誤客戶后續(xù)的生產(chǎn)制造任務(wù)，造成更大的損失[9-11]。另一方面，客戶很有必要對云資源提供者所提供的云資源進行量化的了解，用以判斷云資源與自己提交的制造任務(wù)是否匹配[12-13]，從而依據(jù)云資源與制造任務(wù)的匹配度來選取最佳的云制造資源進行制造資源的優(yōu)化配置。

在服務(wù)型制造的實現(xiàn)過程中，制造資源與制造任務(wù)以及制造資源之間的優(yōu)化匹配是基礎(chǔ)支撐技術(shù)[14]。云制造資源匹配度作為云制造資源優(yōu)化配置的重要依據(jù)，有著非常重要的研究價值。國內(nèi)外相關(guān)學(xué)者對云制造環(huán)境下制造資源匹配度評價問題也進行了較廣泛的研究[15-17]，并取得了一些的成果，但這些研究主要基于資源本體的語義相似度方面。

目前云制造資源匹配度還沒有明確的定義，本文所述的云制造資源多因素匹配度定義為在云制造環(huán)境下制造資源在多個關(guān)鍵因素約束下可以完成制造任務(wù)的適合程度。在生產(chǎn)制造活動中，每種制造資源都具備自身的屬性和特點，而每種制造任務(wù)，由不同的客戶提出，就會有不同的制造要求，比如工期、加工精度、加工效率、最遲完工時間、加工成本等，由此可見每項制造任務(wù)與每個制造資源之間都具有不同的匹配程度，匹配度越高，表明該資源越適合這類任務(wù)，從而可以提高制造活動的效率。

1　云制造資源匹配度問題分析

1.1任務(wù)-資源匹配問題

如圖1所示，在生產(chǎn)制造活動中，每項制造任務(wù)都有相應(yīng)要求及規(guī)范指標，而承擔相應(yīng)制造任務(wù)的制造資源，也都有其特征屬性。衡量一個云造資源是否能夠很好地完成一項制造任務(wù)的標準，取決于云制造資源的特征屬性與其要承擔的制造任務(wù)的各種要求和規(guī)范指標是否相匹配，即需要一個任務(wù)-資源匹配度評價指標來作為參考依據(jù)，用以選擇和配置最佳的云制造資源來承擔相應(yīng)的制造任務(wù)。

圖1　云制造服務(wù)資源配置過程

1.2資源-資源匹配問題

如圖2所示，某印刷產(chǎn)品的工藝流程圖，分為若干的制造環(huán)節(jié)。在圖3中，每個制造環(huán)節(jié)都有對應(yīng)的云制造資源集合R11,R12,…,R21,…,R51，同一資源集合中的的云制造資源節(jié)點承擔同一制造環(huán)節(jié)的制造任務(wù)，稱之為同質(zhì)資源；而不同資源集的云制造資源節(jié)點承擔不同制造環(huán)節(jié)的制造任務(wù)，稱之為異質(zhì)資源。因此鑒于生產(chǎn)實際，本文將資源-資源匹配問題分為兩種情況：①同質(zhì)資源匹配問題。在云制造資源正在執(zhí)行生產(chǎn)制造任務(wù)過程中，時常會出現(xiàn)制造任務(wù)訂單臨時增加，或者制造資源故障難以及時恢復(fù)的情況，此時需要有與正在執(zhí)行生產(chǎn)任務(wù)的云制造資源相同或相似的云制造資源，在滿足現(xiàn)行制造要求的情況下接替現(xiàn)有資源繼續(xù)進行生產(chǎn)，以完成預(yù)計的生產(chǎn)制造任務(wù)。由此可見，同質(zhì)資源間的匹配度問題，本質(zhì)上就是同質(zhì)資源的相似程度。②異質(zhì)資源匹配問題。在實際生產(chǎn)中，一項制造活動通常可以被分為多個制造環(huán)節(jié)，而多個制造環(huán)節(jié)之間也有著各方面(比如加工工藝、裝配順序等)的相互銜接和聯(lián)系。除此之外，一些云制造資源的加工能力并不是單一化的，具有一定的制造柔性，即可以在不同的生產(chǎn)環(huán)節(jié)分別承擔相應(yīng)制造任務(wù)，稱之為云制造的制造柔性，它大大提高了云制造資源的利用率。在這種情況下，異質(zhì)資源間的匹配問題就要由制造工藝上相互銜接的生產(chǎn)環(huán)節(jié)的特征屬性來進行衡量，本文不做定量分析。

圖2　印刷工藝流程圖

圖3　印刷工藝環(huán)節(jié)對應(yīng)的云制造資源集

2　建立云制造資源匹配度模型

2.1制造時間的匹配度分析

綜合以上三種情況，資源ri的時間匹配度可以表示為：

(1)

2.2云制造資源加工精細度的匹配度分析

客戶的制造任務(wù)請求中，制造加工的精細度A*(ri)常有一定的可接受浮動范圍，設(shè)定其最低加工精細度要求為A*min(ri)=A*(ri)—a，最高加工精細度要求為A*max(ri)=A*(ri)+b(a,b為可接受波動系數(shù))，有以下三種情況：

綜合以上三種情況，資源ri的時間匹配度可以表示為：

(2)

2.3綜合匹配度分析

以上所述云制造服務(wù)提供者向服務(wù)需求者(即用戶)所提供的制造加工時間、制造加工精細度等與客戶要求的制造加工時間、制造加工精細度等之間的匹配度，都是基于單一因素下的匹配度。但是在實際生產(chǎn)中，卻有著多種因素共同存在，并且可能出現(xiàn)多種因素下的各個匹配度此消彼長的情況。因此在進行匹配度分析時，應(yīng)該將多種單因素匹配度同時考慮，這實質(zhì)上是一種多目標決策問題。本文借鑒理想點法來解決多個因素下的匹配度評價問題。

3　綜合匹配度模型求解

(3)

將此綜合匹配度模型進一步推廣為一種通用性多因素綜合匹配度模型，則求解綜合匹配度模型應(yīng)為：

(4)

4　匹配模型計算實例

表1所示為惠普公司7款常見的不同型號的打印設(shè)備的部分性能參數(shù)，本例選取在相同的印刷任務(wù)要求下，采用本文提出的方法對不同的制造資源(即本例中的印刷設(shè)備)進行匹配度評價，最終確定與制造任務(wù)有最佳匹配度的備選設(shè)備。

為避免設(shè)備由于參數(shù)類型不同所引起的量綱問題，將以上設(shè)備性能參數(shù)進行歸一化處理，從而使設(shè)備性能參數(shù)不受量綱的限制。制造資源與制造任務(wù)的匹配度，要依靠任務(wù)要求來進行評價，本文將任務(wù)要求的各項性能指標α*，選定為以上制造資源中性能最佳的參數(shù)值，而各性能指標的上限αmax及下限αmin也取自各現(xiàn)有資源性能參數(shù)(如表2所示)，在實際的生產(chǎn)中，任務(wù)要求可以根據(jù)實際的任務(wù)需要來進行設(shè)定。

表1　備選制造資源的性能參數(shù)

表2　制造任務(wù)特征參數(shù)

(5)

表3　匹配度評價結(jié)果

5　結(jié)束語

針對云制造環(huán)境下，資源的匹配度評價問題，本文進行了制造資源與制造任務(wù)的匹配度問題以及制造資源之間的匹配度問題分析，并且建立了云制造資源與制造任務(wù)的多因素綜合匹配度評價模型。為了便于說明，文中利用工程實例對多因素綜合匹配度評價模型進行了驗證。通過匹配度評價模型的優(yōu)選，用戶可以根據(jù)資源與任務(wù)的多因素綜合匹配度評價結(jié)果進行制造資源的選取，從而提高了云制造環(huán)境下，制造資源的有效利用和合理配置，更好的滿足了客戶的云制造服務(wù)的定制需求。

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(編輯李秀敏)

ResearchonMulti-factorMatchingProblemofResource-taskinCloudManufacturing

LIChun-quan,CHANGYu-he,ZHANGMing,LICai-lin,HUYu-wei

(SchoolofMechanicalandElectricalEngineering,GuilinUniversityofElectronicTechnology,GuilinGuangxin541004,China)

Aimingattheevaluationofmatchingdegreebetweencloudmanufacturingresourceandmanufacturingtask,aevaluationmodelformulti-factorcomprehensivematchingdegreeforcloudmanufacturingresourceandmanufacturingtaskisproposed.Firstly,themodelforcomprehensivematchingdegreeoftimeandmachiningaccuracyisestablished,basedontheanalysisofthesinglefactormatchingdegree.Andthenaevaluationmodelformulti-factorcomprehensivematchingdegreeisestablished.Finally,itisprovedthatthemodelcouldsolvetherelevantpracticalproblemseffectivelybyanengineeringexample.

cloudmanufacturingresources;matchingdegree;evaluatemodel

1001-2265(2016)08-0153-04DOI:10.13462/j.cnki.mmtamt.2016.08.041

2015-09-06

國家自然科學(xué)基金(51465013)；桂林電子科技大學(xué)研究生創(chuàng)新項目(GDYCSZ201443，GDYCSZ201480)；廣西自動檢測技術(shù)與儀器重點實驗室主任基金(YQ15109)；廣西研究生教育創(chuàng)新計劃資助項目(YCSZ2014142)

李春泉(1975—)，男，北京人，桂林電子科技大學(xué)教授，博士，研究方向為先進制造技術(shù)研究，(E-mail)lichunquan@gmail.com。

TH166;TG506

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