面向云制造的服務組合執行引擎框架研究

肖 剛，項哲銳，張元鳴，章振杰，陸佳煒，高 飛

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面向云制造的服務組合執行引擎框架研究

肖 剛1,2，項哲銳1，張元鳴2，章振杰1，陸佳煒2，高 飛2

(1. 浙江工業大學機械工程學院，浙江 杭州 310014；2. 浙江工業大學計算機科學與技術學院，浙江 杭州 310023)

云制造模式下，制造資源被封裝成制造服務，通常以服務組合的方式滿足用戶復雜的制造需求。針對云制造服務組合執行過程中高效性、準確性和動態性等要求，提出了面向云制造的服務組合執行引擎框架，并詳細闡述了引擎運行機制。首先，通過解析云制造服務組合描述文件，構造服務組合節點和服務組合依賴邊，建立服務組合節點參數關聯關系，歸納推倒出相應的執行規則。然后，基于執行狀態變更的服務組合執行算法實現了制造服務組合的動態執行。最后，給出了面向電梯產業聯盟的云制造服務組合執行引擎實例，驗證了框架的可行性和有效性。

云制造；服務組合；服務組合執行；執行引擎

云制造(cloud manufacturing，CMfg)是一種面向服務的網絡化制造新模式[1]，利用云計算、物聯網等技術將各類制造資源和制造能力虛擬化、服務化，通過云制造平臺實現多方共贏、普適化和高效的共享與協同[2]。云制造模式中，用戶發布制造任務后選擇合適的云制造服務，在業務流程的驅動下[3]得到云制造服務組合。云制造服務組合作為提高云制造資源利用率、實現制造資源增值的關鍵途徑之一，對云制造的實施和開展具有重要作用[4]。為完成制造任務，需要在云制造服務組合的執行階段[5]對制造服務進行調用。目前，眾多云制造平臺[6-8]處于研發試用階段，用戶已經可以在云制造平臺上對制造服務進行組合來滿足自身的業務需求[9]。因此如何有效地對云制造服務組合進行執行，成為云制造領域迫切需要解決的問題。

針對服務組合的執行問題，研究者們提出了多種服務組合執行方案：宋波和李妙妍[10]提出了先創建服務組合模型，然后將模型轉化為BPEL描述，最后在BPEL引擎上加以執行的方法；王朔等[11]針對服務組合模型轉化為BPEL后的執行效率問題，提出了層次化服務流程向可執行BPEL轉換的方法對服務組合執行進行優化；鐵威等[12]通過擴展BPEL元模型，增加了BPEL對異步RESTful Web服務組合的支持，并設計實現了擴展后的BPEL執行引擎。但是以上方案需要建立服務組合模型并進行模型轉換，流程較為復雜，需要專業的開發人員。班倩超等[13]針對業務模型轉化為執行模型的語義失配缺陷問題，提出了一種基于業務流程建模標注的Web服務組合執行方案，但一定程度依賴于Web服務的結構，不具備良好的通用性。孫強等[14]將Petri網應用于服務組合領域，使用基于Petri網的服務組合執行引擎實現服務組合的執行；陳偉安和高春鳴[15]針對Web服務組合執行引擎中解耦流程執行和成分Web服務調用問題，提出了一種基于反饋控制的Web服務組合執行引擎，提高引擎性能。但是這些方法沒有考慮服務組合執行過程中的流程判斷問題，不能應用于包含選擇、并行等結構的服務組合。

以上方案并不能很好地運用于云制造服務組合的執行：①自身方案不夠完善，存在各自不足；②面向的服務對象主要為傳統Web服務。與傳統Web服務相比，云制造服務的調用周期較長，在復雜多變的云制造運行環境下調用條件更為苛刻[16-18]，需要在執行過程中通過流程驗證方法[19-23]防止服務組合執行階段因服務失效造成執行失敗。

結合上述分析，服務組合執行引擎能較好地改進上述方案的不足，具有較大的現實意義。執行引擎解耦了服務選擇和服務執行過程，實現了多服務之間的參數傳遞和自動調用，使用戶專注于業務邏輯層面的服務優選組合操作，由執行引擎對服務進行統一調度，同時為云平臺后期對云制造服務進行質量監控、流量統計以及調用決策等方面的進一步研究打下基礎。本文通過解析云制造服務組合中的服務組合依賴和服務組合節點，保證執行過程中流程判斷的正確性，通過基于執行狀態變更的服務組合執行算法實現云制造模式下服務組合的動態執行，提出了一種面向云制造的服務組合執行引擎框架。

1 服務組合執行問題描述

如圖1所示，對于一個云制造服務組合，包含了1、2、3、4、5、6、7、8等8個云制造服務，每個方塊表示一個云制造服務，每個服務的具體信息見表1，云制造服務之間的連線代表2個云制造服務之間的依賴關系。

該服務組合執行流程如下：Start表示服務組合的原始輸入參數I、T，獲得原始輸入后開始調用服務1、5，得到1的調用結果、、、、和5的調用結果后，將、、、作為2的輸入參數，自動執行2得到調用結果P，結合1的調用結果自動調用3，獲得3的調用結果T按照此規則，最終獲得8的調用結果A作為云制造服務組合的執行結果。

圖1 云制造服務組合

表1 服務屬性表

云制造模式下，制造企業通過虛擬化技術將制造資源封裝成服務并發布到云制造平臺中，用戶通過服務組合的方式滿足自身復雜的制造需求。由于用戶需求的多樣化，會產生大量的云制造服務組合，所有服務組合共享云平臺服務庫中的云制造服務。如圖2所示，由于云制造服務組合只包含了需要調用的服務及其調用順序，為了實現其執行，需要設計一個執行引擎進行解讀，管理服務參數，按照組合邏輯自動調用云制造服務。

圖2 服務組合與服務組合執行

2 服務組合執行方法

2.1 服務組合描述文件

服務組合是由多個服務及服務間復雜的調用邏輯和嚴格的調用時序所共同組成的整體。為了保證以服務組合的方式實現業務流程的正確運行，本文將服務組合中的服務及其關系抽象為服務組合節點、服務組合依賴邊和節點參數關聯，進行結構化描述，以Json格式進行持久化，生成服務組合描述文件，保存在云平臺中。以圖1中的服務組合為例，其云制造服務組合描述文件如下所示：

{"comeFrom": "yzz016",

"area": "垂直梯",

"Links":

{

"7": {"child": {"and": [{"id":"3"}]}, "father": {"and": [{"id": "6","paramMatch": [{"M1": "M1"}]}]}},

"6":{"child":{"and":[{"id":"5"},{"id":"7"}]},"father":{"and": [{"id": "end","paramMatch": []}]}},

"5":{"child":{"and":[{"id":"3"},{"id":"0"},{"id":"4"}]},"father":{"and":[{"id":"6","paramMatch":[{"Mmax":"Mmax"}]}]}},

…

"0": {"child": {"and": []},"father": {"and": [{"id": "1","paramMatch": [{"Q": "Q"}, {"V": "V"}, {"alpha": "alpha"}, {"H": "H"}],"paramRule":[{"Q": "Q>2000"}]},{"id": "2","paramMatch": [{"V": "V"}]}, {"id": "5","paramMatch": [{"alpha": "alpha"}, {"Q": "Q"}]}]}},

"end": "6"

},

"description": "用于曳引機扭矩校核",

"name": "yyjjhxt",

"edgeInCanvas": [{"0": "1"}, {"1": "2"}, {"0": "2"}, {"2": "3"}, {"3": "5"}, {"0": "5"}, {"4": "5"}, {"3": "7"}, {"5": "6"}, {"7": "6"}],

"executeArr": [],

"chiName": "曳引機校核系統",

"Nodes":

{

"3":{"id":"3","outputParams":[{"param":"Imax"},{"param":"D1"},{"param":"N"},{"param":"n1"},{"param":"RGS"},{"param":"gama"},{"param":"beta"},{"param":"i"}],"realId":"20171122173123789","inputParams":[{"mathed":"true","param": "Tractortype"}],"name": "tractor technical parameter query","chiName": "曳引機技術參數查詢","y": 229.33333206176758,"x": 497.75},

"2":{"id":"2","outputParams":[{"param":"Tractortype"}],"realId":"20171117163421730","inputParams":[{"mathed":"true", "param":"V"},{"mathed":"true","param":"Pd"}],"name": "tractor choose","chiName": "曳引機選型","y": 194.33333206176758,"x": 455.75},

…

}

}

服務組合描述文件中的Nodes和Links是對服務組合節點和服務組合依賴邊的文本描述。Nodes代表云制造服務組合中所有服務組合節點的集合，組合文件通過該集合描述執行過程中需要調用的云制造服務；Links代表云制造服務組合中所有服務組合依賴邊集合，組合文件通過該集合描述云制造服務之間的調用順序、參數匹配以及參數依賴。

服務組合節點是指云制造服務組合系統中的服務本身以及其所依賴的參數和依賴該節點輸出的參數，用表示。

定義1. 服務組合節點可表示為一個四元組=(,,,)，其中，為節點的標識；為節點所包含服務的名稱；為節點所依賴的輸入參數，其個數稱為入度；為依賴節點輸出的參數，其個數稱為出度。

服務組合依賴邊是指云制造服務組合系統中節點之間的參數依賴關系，用表示。

定義2. 服務組合依賴邊可表示為五元組=(，，，，)，其中，為依賴邊的標識；o為依賴邊的起點；o為依賴邊的終點；為依賴邊的匹配條件；為依賴邊的依賴條件，不存在依賴條件時用表示。

2.2 服務組合節點參數關聯關系

服務組合節點參數關聯關系指的是作用于同一節點的輸入參數或者輸出參數之間的關系。每個云制造服務都包含輸入參數和輸出參數，在服務組合過程中，復雜的組合邏輯使得輸入、輸出參數之間產生各種關聯，通過服務組合節點參數關聯關系對其進行闡述，作為服務組合在執行過程中流程判斷的依據。服務組合節點參數關聯關系如圖3所示，包含以下4種類型：

(1) 輸入并行關系。云制造服務組合節點的入度為，以該節點為終點的依賴邊的個數為，若滿足=，則稱該節點為輸入并行關系。

(2) 輸入選擇關系。云制造服務組合節點的入度為，以該節點為終點的依賴邊的個數為，若滿足<，則稱該節點為輸入選擇關系。

(3) 輸出并行關系。云制造服務組合節點的出度為，以該節點為起點的依賴邊的個數為，若滿足=，則稱該節點為輸出并行關系。

(4) 輸出選擇關系。云制造服務組合節點的出度為，以該節點為起點的依賴邊的個數為，若滿足<，則稱該節點為輸出選擇關系。

圖3 云制造服務節點NO參數關聯關系

2.3 服務組合執行實例化

當云制造服務組合執行時，執行引擎會讀取其描述文件，在內存中生成云制造服務組合執行時對象(cloud manufacturing service composition execution object，CMSCEO)，完成服務組合的一次實例化。每個CMSCEO包含區分執行時對象的唯一標志符，執行狀態信息(包括等待、執行、掛起和結束狀態)以及記錄運行過程的執行上下文。服務組合每次執行都會產生一個新的執行時對象。

定義3.云制造服務組合執行時對象可以表示為一個三元組=(V,l,V)，其中：

(1)V={NO|NO是服務組合節點，1≤≤}，表示所有服務組合節點集合；

(2)l={LO|LO是服務組合依賴邊，1≤≤}，表示所有服務組合依賴邊集合；

(3)V={NO|j是服務組合節點，1≤≤},表示正在執行的服務組合節點集合。

云制造服務組合執行時對象初始化過程包括服務組合節點初始化和服務組合依賴邊初始化。

首先，讀取服務組合描述文件Nodes中的信息，獲取服務組合包含的云制造服務以及服務具體信息完成云制造服務組合節點初始化。其次，讀取服務組合描述文件Links中的信息，提取服務間的參數匹配關系和參數依賴關系完成云制造服務組合依賴邊初始化。然后，根據獲得的節點和依賴邊，計算每個服務組合節點的出度和入度，確定每個服務組合節點的參數關聯關系。最終，云制造服務組合節點和云制造服務組合依賴邊的集合共同構成執行時對象。

以圖1中的服務組合為例，執行時對象的初始化過程為：

對于云制造服務1，該服務的輸入參數為I，輸出參數為、、、、，設1為包含1的云制造服務組合節點，該節點的為1。因為1的輸入參數I依賴于Start節點的1個原始參數I，所以節點1的入度為1；1的輸出參數被2的輸入參數和6的輸入參數所依賴，輸出參數未被其他服務參數依賴，結合其他輸出參數、、的被依賴情況，可得到共有7個參數依賴于節點1的輸出，所以出度為7。最終得到節點1={1,1,1,7}。同理，可得節點1~8。

對于云制造服務組合節點1和2，由于1的輸出參數作為2的輸入參數，即參數匹配關系：→，同時根據約束條件只有當1的輸出參數大于2 000時才能作為2的輸入參數的輸入，即存在參數依賴關系：>2000，所以涉及的依賴邊表示為1={1，1，2，→，>2000}。同理?？傻靡蕾囘?~24。

云制造服務組合節點和云制造服務組合依賴邊初始化完成后，對服務組合節點參數關聯關系進行判斷。服務組合節點2={2，2，4，1}，該節點的輸入參數依賴于1的、、、的4個輸出參數，所以入度為4，以該節點為終點的依賴邊有1={1，1，2，→，>2000}，2={1，1，2，→，}，3={1，1，2，→，}，4={1，1，2，→，}，共4條，與入度數量相等，所以為輸入并行關系；共有1個參數(3輸入參數P)依賴于該節點的輸出參數，所以出度為1，以該節點為起點的依賴邊有8={1，2，3，P→P，}，共1個，與出度數量相等，所以為輸出并行關系。同理，可得其他服務組合節點的參數關聯關系。

將依賴于Start節點的1和5歸入正在執行的服務組合節點集合，最終得到執行時對象如下：

V={NO|NO是云制造服服組合節點，1≤≤8}；

l= {LO|LO是云制造服務組合依賴邊，1≤≤24 }；

V= {1，5}。

3 服務組合執行引擎框架

云制造服務組合執行引擎的框架如圖4所示，包括業務層、調度層、執行層、服務層和交互層。

(1) 業務層。執行引擎在業務層中對云制造服務組合描述文件進行相關操作，包括云制造服務組合描述文件的創建、查找、存儲、修改以及刪除，并對外提供操作接口。

圖4 云制造服務組合執行引擎框架

(2) 調度層。執行引擎在調度層中進行云制造服務組合執行任務的調度。調度層中包含任務請求隊列、任務線程池、任務管理器、負載監測模塊，負責云制造服務組合從開始運行到執行完畢的整個生命周期管理。其中，任務請求隊列是一個隊列對象，用戶每次發起云制造服務組合執行請求，執行引擎將把請求加入該隊列中；任務線程池是執行引擎管理工作線程的工具，可以根據硬件條件和用戶需求設置有效的工作線程數量；任務管理器是執行引擎管理任務執行請求的工具，負責從隊列中獲取任務執行請求，以及為任務請求分配工作線程；負載監測模塊用于根據當前任務數量監測引擎負載。

(3) 執行層。執行引擎在執行層完成云制造服務組合的執行流程解析和服務調用。執行層包含預處理模塊、流程解析模塊、服務調用模塊、服務監控模塊、異常處理模塊等。其中，預處理模塊負責讀取云制造服務組合文件，并將云制造服務組合文件轉化為執行時對象；流程解析模塊負責執行時對象執行過程中節點的服務執行條件判斷和執行狀態轉移條件判斷；服務調用模塊負責接收用戶外部參數輸入，并通過服務操作接口實現云制造服務的調用；服務監控模塊負責服務調用過程中的服務監控，并將服務調用日志記錄在服務狀態文檔中；異常處理模塊負責云制造服務組合執行過程中發生服務調用異常時的相關處理操作。

(4) 服務層。執行引擎在服務層中對云制造服務進行相關操作，包括云制造服務的查找、聚類、替換以及調用，并對外提供云制造服務操作接口。

(5) 交互層。交互層是由前端頁面組成，提供用戶對執行引擎進行各種操作的入口，包括業務層交互、調度層交互、執行層交互和服務層交互。用戶通過業務層交互對執行引擎發起云制造服務組合描述文件的相關操作請求；用戶通過調度層交互查看引擎當前包含的執行任務，并可以使用任務管理器設置任務執行的優先級；用戶通過執行層交互輸入服務調用需要的外部輸入參數，查看服務調用結果；用戶通過服務層交互對執行引擎發起云制造服務的相關操作請求。

云制造服務組合的執行需要引擎框架中的業務層、調度層、執行層、服務層和交互層共同協作完成，執行引擎的執行流程如圖5所示。用戶通過交互層選擇需要運行的云制造服務組合并通過服務層提供的云制造服務操作接口查看云制造服務組合中包含的云制造服務的具體信息，在業務層中調用云制造服務組合操作接口，根據讀取的服務組合文件生成運行實例，在調度層中將運行實例放入運行實例隊列，執行引擎不斷輪詢任務線程池中的空閑線程數量，當查詢到有空閑的任務線程并且引擎負載在正常范圍內時，任務管理器將運行實例從隊列中取出，占用該空閑任務線程。任務線程在執行層中生成云制造服務組合執行時對象，調用流程解析模塊解析執行時對象的執行流程順序，然后結合服務調用模塊實現服務的自動調用，同時用戶通過交互層輸入服務調用需要的外部參數，利用服務監控模塊和異常處理模塊確保服務調用的正常執行，得到服務調用的結果。

圖5 執行引擎運行流程

4 服務組合執行引擎的運行機制

云制造服務組合的執行過程可以抽象為云制造服務組合執行時對象(V，l，V)的執行狀態變更過程。每次組合節點中的云制造服務調用完成，則發生執行狀態變更。串行業務流程所形成的云制造服務組合呈線性結構，引擎解析節點參數關聯關系依次調用云制造服務，經過一定次數的執行狀態變更，得到最終結果；并行業務流程所形成的云制造服務組合呈分叉結構，引擎解析節點參數關聯關系，獲取并行服務的信息并發起調用，待多次執行狀態變更操作完成，則并行業務流程結束。當正在執行的云制造服務組合節點集合V中節點數量為0時，稱執行狀態為穩定狀態，否則為不穩定狀態。通過上述分析，將云制造服務組合執行問題轉化為執行狀態判斷流程。此時如若正在執行的云制造服務組合發生變化(例如，服務失效)，執行引擎不會受其影響運行出錯，而是根據服務組合的執行狀態是否穩定而繼續運行，即將服務組合原本基于流程的靜態執行轉化為動態執行。

如圖6所示，執行狀態變更分為執行狀態轉移和服務執行兩個環節，當某個云制造服務組合節點執行完畢后，獲取后續將要執行的云制造服務組合節點，對滿足執行狀態轉移條件和服務執行條件的節點完成執行狀態變更操作。

圖6 執行狀態變更示意圖

算法1. 服務組合動態執行算法。

Input:V,V,l

Output:

(1)V

(2) IF=THEN V.add(n)

(3) END IF

(4) WHILE(V)>0:

(5)n = V. reduce()

(6) IF=THEN

(7)=()

(8) IF>0 THEN

(9)lV=

(10) IF=THEN

(11) IF !V.contains ()

(12)V.add ()

(13) END IF

(14) END FOR

(15) END IF

(16) END WHILE

(17) RETURN

基于執行狀態變更的服務組合執行算法見算法1，其中，為云制造服務組合節點；l為云制造服務組合依賴邊；=為節點滿足服務執行條件；=為依賴邊l的起點節點滿足到終點節點的執行狀態轉移條件。其具體過程為：首先，獲取節點集合V進行循環判斷，找出入度為0的節點放入正在執行的節點集合V(第1~3行)。其次，對V中的節點循環判斷是否滿足服務執行條件，如若節點滿足條件，則執行節點包含的云制造服務，將執行結果保存在CMSCEO的上下文中(第4~7行)。然后將節點從V中去除，判斷與其后續節點是否滿足執行狀態轉移條件，如果滿足，則將該后續節點放入V，繼續循環直到執行狀態達到穩定。最終，返回服務組合執行結果(第8~17行)。

(1) 服務執行條件的判斷規則為：當判斷節點執行條件時，首先獲取以為終點并且滿足依賴條件的所有依賴邊，依次查詢依賴邊中包含的參數匹配條件，然后從的上下文中搜索依賴邊的起始節點的執行結果，若所有匹配條件中涉及的參數都在上下文中找到對應執行結果，并且節點的輸入參數都有對應的匹配參數，則說明滿足節點執行條件。

(2) 執行狀態轉移條件的判斷規則為：設節點1服務執行完畢，2為1的后續節點，(，1，2，，)為連接1，2的依賴邊，開始進行1到2的轉移條件判斷。①當1為輸出并行關系，2為輸入并行關系時：若滿足依賴條件，則說明滿足1到2執行狀態轉移條件。②當1為輸出并行關系，2為輸入選擇關系時：若中是1的輸出參數與2的輸入參數的參數匹配關系，當以2為終點并且匹配條件涉及該參數的依賴邊數目為1時，若滿足的依賴條件，則說明滿足1到2執行狀態轉移條件；當以2為終點并且匹配條件涉及該參數的依賴邊數目>1時，則說明參數是選擇邏輯，只有當滿足依賴條件時，說明有且僅有1能滿足到2的執行狀態轉移條件，于此同時把其他依賴邊的置為。③當1為輸出選擇關系，2為輸入并行關系時，若中是1的輸出參數與2的輸入參數的參數匹配關系，當以1為起點并且涉及該參數的依賴邊數目等于1，若滿足的依賴條件，則說明滿足1到2執行狀態轉移條件；當以1為起點并且涉及該參數的依賴邊數目>1，則說明參數是選擇邏輯，只有當滿足依賴條件時，說明有且僅有1能滿足到2的執行狀態轉移條件，于此同時把其他依賴邊的置為。④當1為輸出選擇關系，2為輸入選擇關系時：若中是1的輸出參數與2的輸入參數的參數匹配關系。當以1為起點并且涉及該參數的依賴邊數目等于1，以2為終點并且涉及該參數的依賴邊數目等于1，若滿足的依賴條件，則說明滿足1到2執行狀態轉移條件；當以1為起點并且涉及該參數的依賴邊數目等于1，以2為終點并且涉及該參數的依賴邊數目>1，只有當滿足依賴條件時，說明有且僅有1能滿足到2的執行狀態轉移條件，于此同時把其他涉及參數的依賴邊的置為；當以1為起點并且涉及該參數的依賴邊數目>1，以2為終點并且涉及該參數的依賴邊數目等于1，只有當滿足依賴條件時，說明有且僅有1能滿足到2的執行狀態轉移條件，于此同時把其他涉及參數的依賴邊的置為；當以1為起點并且涉及該參數的依賴邊數目>1，以2為終點并且涉及該參數的依賴邊數目>1，只有當滿足依賴條件時，說明有且僅有1能滿足到2的執行狀態轉移條件，于此同時把其他涉及參數和的依賴邊的置為。

5 實例驗證

電梯作為一類重要的特種設備，對電梯企業的生產水平具有較高要求，然而由于大多數電梯企業屬于中小型企業，制造資源短缺，不具備獨立自主研發的條件；另一方面，具有優質資源的大企業，在生產過程中往往出現制造資源閑置現象。

本文依托面向電梯產業聯盟的云制造平臺[24]，以Intel Xeon X3430 2.40 GH、8 G內存、320 G硬盤的服務器和Windows10操作系統終端作為硬件開發環境，以Java和Javascript編程語言，Eclipse開發環境、Mysql數據庫、Tomcat7.0服務器、Windows10操作系統等為軟件開發環境，結合服務組合執行引擎框架構建了面向電梯產業聯盟的云制造服務組合執行引擎，實現了云制造平臺對于大量個性化服務組合的執行功能。

本節以電梯制造過程中的設計階段為例，驗證執行引擎的有效性。電梯的設計本質上是根據領域知識對制造資源中計算資源的使用，通過面向電梯產業聯盟的云制造平臺對計算服務進行組合，可以為不同聯盟企業用戶定制個性化的設計計算系統。圖7給出了電梯曳引機校驗服務組合的執行過程。

(1) 根據曳引機校驗流程對云制造服務進行服務組合。通過云制造服務信息區查看服務的具體信息，在云制造服務庫中選取需要的服務，在服務組合操作區域定義服務調用流程，在服務匹配操作區域為服務節點之間添加參數匹配條件和參數依賴條件，最終生成云制造服務組合并產生相應的云制造服務組合描述文件，曳引機校驗流程服務組合和該組合涉及的具體服務如圖1和表1所示，相應生成的服務組合描述文件及參數依賴關系在第2節已做詳細說明。

(2) 引擎讀取服務組合描述文件開始執行。曳引機校核服務組合包含的云制造服務顯示在服務列表區，運行區中部顯示當前正在執行的云制造服務的輸入參數表單，底部顯示服務調用結果。所有執行步驟完成后最終云制造服務組合得出執行結果“max<1，滿足設計要求”，與實際設計結果相符。

按照上述流程，云制造平臺管理員對所有云制造服務組合進行管理，根據電梯企業用戶各自提出的服務組合定制需求，為不同的企業組合出個性化的電梯設計計算服務組合。通過云制造平臺，如圖8所示垂直梯設計計算和扶梯設計計算的流程，分別為西奧電梯公司設計了垂直梯設計設計算服務組合，為巨人電梯公司設計了扶梯設計計算服務組合，并同時在執行引擎中進行執行，執行效果如圖9所示。

圖8 電梯設計計算服務流程圖

圖9 電梯設計計算服務組合執行引擎運行效果圖

企業設計人員通過選擇垂直梯設計計算服務組合和扶梯設計計算服務組合進行執行，最后獲得垂直梯和扶梯的設計計算說明書。由實例運行結果可知，該引擎框架能正確解析云制造服務組合的執行流程，并實現云制造服務的自動調用，進一步推進了云制造技術的發展，使云制造平臺在集成企業以服務方式發布的制造資源的同時，支持用戶在產業聯盟電梯產品的設計、生產、裝配、測試、認證等制造活動過程中，自主、高效、靈活地組合所需要的設計服務、分析服務、裝配服務、測試服務，并且將最終的組合方案以云制造服務組合的形式由引擎自動執行，實現企業間資源共享和按需調度。

6 結束語

云制造模式下，服務組合是實現制造資源增值的重要手段。本文提出了一種面向云制造的服務組合執行引擎框架，對云制造服務組合的執行方法、運行機制、框架結構進行了詳細闡述。基于該執行引擎，可以解析制造服務組合描述文件，構造云制造服務節點和云制造服務依賴邊，實現了動態環境下制造服務組合的自動執行。最后以面向產業聯盟的云制造服務平臺為例，驗證了執行引擎框架的可行性和有效性。下一步將針對云制造服務組合的高并發執行情況下，確保執行引擎執行準確率的同時提高執行效率進行研究。

[1] 李伯虎, 張霖, 王時龍, 等. 云制造——面向服務的網絡化制造新模式[J]. 計算機集成制造系統, 2010, 16(1): 1-7.

[2] 李伯虎, 張霖, 任磊, 等. 再論云制造[J]. 計算機集成制造系統, 2011, 17(3): 449-457.

[3] 張霖, 羅永亮, 陶飛, 等. 制造云構建關鍵技術研究[J]. 計算機集成制造系統, 2010, 16(11): 2510-2520.

[4] 陶飛, 張霖, 郭華, 等. 云制造特征及云服務組合關鍵問題研究[J]. 計算機集成制造系統, 2011, 17(3): 477-486.

[5] 易樹平, 劉覓, 溫沛涵. 基于全生命周期的云制造服務研究綜述[J]. 計算機集成制造系統, 2016, 22(4): 871-883.

[6] 尹瀚坤, 尹超, 龔小容, 等. 汽摩零部件新產品開發云制造平臺總體框架及關鍵技術[J]. 計算機集成制造系統, 2013, 19(9): 2332-2339.

[7] 楊琛, 王中杰, 劉朝輝, 等. 面向起重機企業的云制造服務平臺的研究與應用[J]. 系統仿真學報, 2017, 29(6): 1351-1358.

[8] 楊晨, 李伯虎, 柴旭東, 等. 面向云制造的云仿真支撐框架及應用過程模型[J]. 計算機集成制造系統, 2012, 18(7): 1444-1452.

[9] 趙秋云, 魏樂, 舒紅平. 基于業務流程的制造云服務組合模型[J]. 計算機應用, 2014, 34(11): 3100-3103.

[10] 宋波, 李妙妍. 面向Web服務的BPEL的研究與實現[J]. 計算機工程與設計, 2007, 28(9): 2212-2214.

[11] 王朔, 王忠杰, 于夢, 等. 層次化服務流程向可執行BPEL轉換的方法[J]. 計算機科學與探索, 2015, 9(7): 781-792.

[12] 鐵威, 黃志球, 王進, 等. 基于BPEL的RESTful Web服務異步交互及組合研究[J]. 計算機工程與科學, 2013, 35(4): 29-36.

[13] 班倩超, 劉旭東, 曾晉, 等. 基于BPMN的服務組合執行引擎的研究與實現[J]. 計算機應用研究, 2009, 26(7): 2554-2558.

[14] 孫強, 馬炳先, 孫華強. Web服務組合構建與執行的Petri網平臺研究[J]. 計算機科學, 2016, 43(11): 117-120.

[15] 陳偉安, 高春鳴. 一種基于反饋控制的Web服務組合執行引擎設計[J]. 計算機工程與應用, 2007, 43(29): 154-158.

[16] YADEKAR Y, SHEHAB E, MEHNEN J. Taxonomy and uncert-ainties of cloud manufacturing [J]. International Journal of Agile Systems & Management, 2016, 9(1): 48-66.

[17] LIU W, LIU B, SUN D, et al. Study on multi-task oriented services composition and optimisation with the ‘multi-composition for each task’ pattern in cloud manufacturing systems [J]. International Journal of Computer Integrated Manufacturing, 2013, 26(8): 786-805.

[18] 章振杰, 張元鳴, 徐雪松, 等. 基于動態匹配網絡的制造服務組合自適應方法[J/OL]. 軟件學報, 2018, 29(11). [2018-02-05]. http://www.jos.org.cn/1000-9825/ 5475.html.

[19] 黃貽望, 徐松金, 馮在文, 等. 基于數據流約束的可配置業務流程分析與驗證[J]. 計算機集成制造系統, 2017, 23(8): 1797-1808.

[20] 易良辰, 黃林鵬. 基于抽象狀態機的普適服務組合分析與驗證[J]. 微電子學和計算機, 2013, 30(3): 122-126.

[21] 敬石開, 姜浩, 許文婷, 等. 考慮執行可靠性的云制造服務組合算法[J]. 計算機輔助設計與圖形學學報, 2014, 26(3): 392-400.

[22] 單保華, 韓燕波, 李厚福, 等. 一種驗證業務級服務組合可執行能力的方法[J]. 計算機科學, 2006, 33 (3): 114-116.

[23] 劉之強, 李紅燕, 王磊, 等. 面向業務流程的數據模型異常檢測方法[J]. 計算機學報, 2010, 33(8): 1349-1358.

[24] 肖剛, 柯旭東, 張元鳴, 等. 面向產業聯盟的云制造應用模式及關鍵技術研究[J]. 浙江工業大學學報, 2018, 46(1): 11-20.

Research on Service Composition Execution Engine Framework for Cloud Manufacturing

XIAO Gang1,2, XIANG Zherui1, ZHANG Yuanming2, ZHANG Zhenjie1, LU Jiawei2, GAO Fei2

(1. College of Mechanical Engineering, Zhejiang University of Technology, Hangzhou Zhejiang 310014, China; 2. College of Computer Science and Technology, Zhejiang University of Technology, Hangzhou Zhejiang 310023, China)

In the cloud manufacturing model, manufacturing resources are encapsulated into manufacturing services and they meet users’ complex needs in service composition. Aiming at the efficiency, correctness and dynamic of the implementation requirements of cloud manufacturing service composition, Service Composition Execution Engine Framework for Cloud Manufacturing are proposed. By parsing cloud manufacturing service composition description file, this paper constructs service composition nodes and service composition dependencies and establishes the service composition node parameter association relationship and summarize the corresponding execution rules. The dynamic implementation of Manufacturing Service Compositions is carried out through service composition execution algorithm based on execution status change. Finally, an example of a cloud manufacturing service composition execution engine for the elevator industry alliance is given, which verifies the feasibility and effectiveness of the framework.

cloud manufacturing; service composition; service composition execution; execution engine

TP 311

10.11996/JG.j.2095-302X.2018061165

A

2095-302X(2018)06-1165-10

2018-03-08；

2018-06-04

浙江省重大科技專項(2014C01048，2018C01064)；浙江省公益性技術項目(2017C31014)

肖 剛(1965-)，男，浙江上虞人，教授，博士。主要研究方向為云計算、云制造、智能信息系統。E-mail：xg@zjut.edu.cn