制造網(wǎng)格

前言

　　經(jīng)濟全球化使得制造環(huán)境發(fā)生了根本性的變化，制造業(yè)面臨全球性的市場、資源、技術(shù)和人才的競爭；制造業(yè)的技術(shù)進步也始終圍繞著如何最優(yōu)化配置企業(yè)內(nèi)外部資源，迅速響應(yīng)市場需求，更快地生產(chǎn)出高質(zhì)量、低成本的產(chǎn)品；網(wǎng)格技術(shù)的出現(xiàn)，為制造業(yè)提供了一個具有集成、開放、虛擬和自主特征的基礎(chǔ)設(shè)施，可以有效地解決網(wǎng)絡(luò)化制造面臨的資源共享與協(xié)作難題，為制造業(yè)提供了一種可靠、成熟的分布式計算解決方案，并逐漸發(fā)展出一種新的虛擬組織模式的制造系統(tǒng)——制造網(wǎng)格。近年來，圍繞制造業(yè)中的資源共享與協(xié)同工作的需求，美國、歐盟等世界許多國家和組織都開展了許多相關(guān)研究；我國的“863計劃”、國家自然科學基金等重要研究計劃也立項支持了制造網(wǎng)格方面的研究工作。　　簡單來說，制造網(wǎng)格就是基于網(wǎng)格和相關(guān)先進的計算機與信息技術(shù)，將分散在不同企業(yè)和社會群體中的設(shè)計、制造、管理、信息、技術(shù)、智力和軟件資源通過封裝和集成，以透明的方式為用戶提供各類制造服務(wù)，使企業(yè)能夠以請求服務(wù)的方式方便地獲得所有與制造相關(guān)的服務(wù)，方便地使用封裝在制造網(wǎng)格中的所有資源，并為構(gòu)建面向企業(yè)協(xié)同制造特定需求的制造網(wǎng)格應(yīng)用系統(tǒng)提供協(xié)同工作支持環(huán)境，從而實現(xiàn)企業(yè)間的商務(wù)協(xié)同、設(shè)計協(xié)同、制造協(xié)同和供應(yīng)鏈協(xié)同，降低企業(yè)群體的成本，縮短產(chǎn)品開發(fā)周期，制造出符合市場需求的高質(zhì)量產(chǎn)品?！　”緯且槐局v述制造網(wǎng)格基本原理和相關(guān)技術(shù)的論著，從制造網(wǎng)格的原理和基本形態(tài)講起，詳細介紹了制造網(wǎng)格的架構(gòu)設(shè)計、資源管理、作業(yè)管理、問題求解環(huán)境，以及安全體系架構(gòu)等，較為全面地介紹了制造網(wǎng)格所涉及的基本問題、實現(xiàn)技術(shù)、應(yīng)用案例等，可作為高等院校相關(guān)專業(yè)本科生、研究生的教材和參考資料，也可作為從事制造業(yè)信息化、計算機集成制造、企業(yè)IT管理等相關(guān)方面技術(shù)人員的參考書?！　”緯卜?章，第1章介紹了制造網(wǎng)格的由來及其主要技術(shù)內(nèi)容；第2章介紹了制造網(wǎng)格的基本定義、相關(guān)概念，并分析了制造網(wǎng)格的不同應(yīng)用形態(tài)；第3～7章分別從體系結(jié)構(gòu)、資源管理、作業(yè)管理、問題求解環(huán)境和安全體系架構(gòu)等幾個方面詳細介紹制造網(wǎng)格系統(tǒng)的基本構(gòu)成；第8章列舉了構(gòu)造制造網(wǎng)格的主要技術(shù)與規(guī)范；最后，第9章介紹了制造網(wǎng)格的一些應(yīng)用與案例?！　”緯窃谏綎|大學制造網(wǎng)格研究組多年工作的基礎(chǔ)上完成的，是研究組師生共同勞動的結(jié)晶。其中，第1、2、6、9章由劉士軍執(zhí)筆，第3、4章由武蕾執(zhí)筆，第5、8章由潘麗執(zhí)筆，第7章由郭山清執(zhí)筆，最后全文由孟祥旭、劉士軍統(tǒng)稿。張勇、侯杰、張倩、楊成偉等同學也承擔了大量的材料組織、校對、排版等工作。　　在本書編寫過程中，曾以各種方式向中國航天科工集團李伯虎院士、清華大學范玉順教授、浙江大學顧新建教授等專家咨詢和請教。在此，向所有對本書提供過幫助的諸位專家學者一并致謝。

內(nèi)容概要

　　《制造網(wǎng)格》是一本講述制造網(wǎng)格基本原理和相關(guān)技術(shù)的論著，從制造網(wǎng)格的原理和基本應(yīng)用形態(tài)講起，詳細介紹了制造網(wǎng)格的架構(gòu)設(shè)計、資源管理、作業(yè)管理、問題求解環(huán)境、安全體系架構(gòu)，以及有關(guān)的實現(xiàn)技術(shù)與規(guī)范等，較為全面地介紹了制造網(wǎng)格所涉及的基本理論、實現(xiàn)技術(shù)和應(yīng)用案例等。　　《制造網(wǎng)格》內(nèi)容系統(tǒng)、完整，可作為高等院校相關(guān)專業(yè)本科生、研究生的教材和參考資料，也可作為從事制造業(yè)信息化、計算機集成制造、企業(yè)IT管理等相關(guān)方向技術(shù)人員的參考書。

作者簡介

　　劉士軍，山東大學計算機軟件與理論專業(yè)畢業(yè)，工學博士，現(xiàn)為山東大學計算機科學與技術(shù)學院副教授，中國計算機學會高級會員、IEEE會員。主要從事制造網(wǎng)格、網(wǎng)絡(luò)化制造、服務(wù)計算、ClMS等方面的科研教學工作；主持和參加20多項國家、省部級科研課題，曾獲國家和省級科技獎勵3項，發(fā)表學術(shù)論文50余篇?！　∥淅?，山東大學計算機科學與技術(shù)學院講師，軟件與理論專業(yè)博士。主要從事網(wǎng)絡(luò)化制造、網(wǎng)格計算、服務(wù)計算、CIMS等方面的理論研究與科研開發(fā)工作。先后參加多項國家、省部級科研課題，發(fā)表學術(shù)論文20余篇。　　孟祥旭，中國科學院計算所計算機應(yīng)用專業(yè)畢業(yè)，獲博士學位?，F(xiàn)為山東大學計算機科學與技術(shù)學院院長、教授、博士生導師。兼任中國計算機學會CAD／CG專委會副主任、教育部計算機專業(yè)教學指導委員會委員、山東省制造業(yè)信息化專家組及信息化工作領(lǐng)導小組專家組組長。主要從事CAD與圖形學、網(wǎng)格計算等方面的理論研究與實踐工作。承擔或參與完成20多項國家、省部級科研課題，獲得國家科技進步二等獎2項、省部級科技獎勵10余項，發(fā)表重要學術(shù)論文100余篇。

書籍目錄

第1章　緒論	（1）1.1　信息時代與網(wǎng)絡(luò)化制造	（2）1.2　網(wǎng)絡(luò)化制造的內(nèi)涵與發(fā)展	（3）1.2.1　網(wǎng)絡(luò)化制造的定義	（3）1.2.2　網(wǎng)絡(luò)化制造的內(nèi)涵	（3）1.2.3　網(wǎng)絡(luò)化制造的發(fā)展	（4）1.3　網(wǎng)格的提出與演化	（7）1.3.1　網(wǎng)格概念的提出	（7）1.3.2　網(wǎng)格的發(fā)展	（8）1.3.3　網(wǎng)格相關(guān)的研究計劃與國際組織	（13）1.4　制造網(wǎng)格的研究進展	（18）1.4.1　制造網(wǎng)格架構(gòu)技術(shù)	（21）1.4.2　面向制造應(yīng)用的服務(wù)中間件技術(shù)	（22）1.4.3　制造網(wǎng)格資源管理	（22）1.4.4　制造網(wǎng)格作業(yè)管理	（25）1.5　制造網(wǎng)格的應(yīng)用	（27）本章小結(jié)	（30）第2章　制造網(wǎng)格的定義與應(yīng)用形態(tài)	（31）2.1　虛擬企業(yè)與虛擬組織	（32）2.1.1　虛擬企業(yè)的產(chǎn)生及其特點	（32）2.1.2　虛擬企業(yè)對信息基礎(chǔ)設(shè)施的需求	（34）2.1.3　制造虛擬組織與虛擬社區(qū)	（35）2.2　制造網(wǎng)格的相關(guān)概念	（36）2.3　制造網(wǎng)格的內(nèi)涵、特征和與其他網(wǎng)格的區(qū)別	（39）2.3.1　制造網(wǎng)格的內(nèi)涵	（39）2.3.2　制造網(wǎng)格的特征	（40）2.3.3　制造網(wǎng)格與其他網(wǎng)格的區(qū)別	（41）2.4　制造網(wǎng)格的不同應(yīng)用形態(tài)	（42）2.4.1　支持設(shè)計、仿真計算應(yīng)用的制造網(wǎng)格（企業(yè)計算網(wǎng)格）	（42）2.4.2　面向動態(tài)聯(lián)盟協(xié)作應(yīng)用的制造網(wǎng)格（協(xié)作網(wǎng)格/供應(yīng)鏈網(wǎng)格）	（44）2.4.3　面向制造服務(wù)提供的制造網(wǎng)格（ASP網(wǎng)格）	（47）2.4.4　不同應(yīng)用形態(tài)的比較	（49）本章小結(jié)	（51）第3章　制造網(wǎng)格體系結(jié)構(gòu)	（52）3.1　制造網(wǎng)格體系結(jié)構(gòu)概述	（53）3.2　制造網(wǎng)格業(yè)務(wù)執(zhí)行流程	（56）3.3　制造網(wǎng)格基本模塊功能介紹	（58）3.3.1　資源管理模塊	（58）3.3.2　信息管理模塊	（59）3.3.3　數(shù)據(jù)管理模塊	（60）3.3.4　作業(yè)管理模塊	（62）3.4　面向不同應(yīng)用的制造網(wǎng)格架構(gòu)	（64）3.4.1　支持設(shè)計、仿真計算應(yīng)用的制造網(wǎng)格	（64）3.4.2　面向動態(tài)聯(lián)盟協(xié)作應(yīng)用的制造網(wǎng)格	（65）3.4.3　面向應(yīng)用服務(wù)提供的制造網(wǎng)格	（67）本章小結(jié)	（68）第4章　制造網(wǎng)格資源管理	（69）4.1　概述	（70）4.2　制造網(wǎng)格資源特征分析	（71）4.2.1　制造網(wǎng)格資源類型	（71）4.2.2　制造網(wǎng)格資源的特征	（73）4.3　制造網(wǎng)格資源描述	（74）4.3.1　制造網(wǎng)格資源描述模型	（75）4.3.2　資源描述屬性	（76）4.3.3　資源描述擴展	（78）4.3.4　資源關(guān)系	（78）4.3.5　資源視圖	（79）4.3.6　資源共享特征	（80）4.4　制造網(wǎng)格資源封裝	（80）4.4.1　基于WSRF的資源封裝原理	（80）4.4.2　資源容器	（81）4.4.3　資源適配器	（84）4.4.4　基于模板的資源封裝	（85）4.4.5　應(yīng)用軟件服務(wù)化封裝方法	（90）4.5　制造網(wǎng)格資源注冊	（93）4.5.1　服務(wù)注冊中心	（94）4.5.2　基于屬性的UDDI擴展	（99）4.5.3　制造網(wǎng)格中的注冊中心實例	（101）4.6　制造網(wǎng)格資源檢索	（103）4.6.1　資源檢索技術(shù)分類	（103）4.6.2　基于UDDI數(shù)據(jù)模型的檢索	（104）本章小結(jié)	（106）第5章　制造網(wǎng)格作業(yè)管理	（107）5.1　制造網(wǎng)格作業(yè)管理概述、需求及作業(yè)生命周期	（108）5.1.1　網(wǎng)格作業(yè)管理概述	（108）5.1.2　制造網(wǎng)格中的作業(yè)管理需求	（110）5.1.3　制造網(wǎng)格中的作業(yè)生命周期	（111）5.2　制造網(wǎng)格作業(yè)描述	（111）5.2.1　作業(yè)描述方法	（112）5.2.2　抽象業(yè)務(wù)流程建模	（115）5.3　制造網(wǎng)格作業(yè)執(zhí)行管理	（119）5.3.1　網(wǎng)格作業(yè)執(zhí)行流程	（119）5.3.2　動態(tài)服務(wù)組合方法	（120）5.3.3　作業(yè)監(jiān)控	（126）5.4　制造網(wǎng)格作業(yè)調(diào)度	（129）5.4.1　網(wǎng)格作業(yè)調(diào)度概述	（129）5.4.2　網(wǎng)格調(diào)度模型	（130）5.4.3　網(wǎng)格調(diào)度算法	（132）本章小結(jié)	（134）第6章　制造網(wǎng)格問題求解環(huán)境	（135）6.1　問題求解環(huán)境概述	（136）6.1.1　問題求解環(huán)境的提出	（136）6.1.2　問題求解環(huán)境的基本特征	（137）6.1.3　基于網(wǎng)格的問題求解環(huán)境	（138）6.2　面向制造的問題求解環(huán)境需求分析	（139）6.2.1　制造領(lǐng)域?qū)栴}求解環(huán)境的需求	（139）6.2.2　制造網(wǎng)格問題求解環(huán)境的典型場景	（141）6.2.3　制造網(wǎng)格問題求解環(huán)境的基本組成部分	（143）6.3　制造網(wǎng)格PSE架構(gòu)設(shè)計	（144）6.3.1　PSE的架構(gòu)	（144）6.3.2　PSE的功能組成	（145）6.3.3　PSE中的工作流程	（146）6.4　基于Portal技術(shù)的PSE界面集成	（147）6.4.1　面向用戶的應(yīng)用集成技術(shù)	（148）6.4.2　Portlet的集成原理	（152）6.4.3　PSE用戶界面組織	（154）本章小結(jié)	（158）第7章　制造網(wǎng)格安全體系架構(gòu)	（159）7.1　基本安全技術(shù)	（160）7.1.1　數(shù)據(jù)加密	（160）7.1.2　數(shù)字簽名	（161）7.1.3　公鑰基礎(chǔ)設(shè)施（PKI）	（161）7.1.4　認證與授權(quán)	（164）7.1.5　訪問控制	（164）7.1.6　其他安全技術(shù)	（165）7.2　制造網(wǎng)格的安全需求	（166）7.2.1　基本安全需求	（166）7.2.2　特殊安全需求	（167）7.3　制造網(wǎng)格的安全體系架構(gòu)	（168）7.3.1　制造網(wǎng)格安全體系架構(gòu)模型的設(shè)計原則	（168）7.3.2　GSI安全體系架構(gòu)	（170）7.3.3　OGSA安全體系架構(gòu)	（173）7.3.4　WSRF安全體系架構(gòu)	（175）7.4　制造網(wǎng)格中的安全用例	（176）本章小結(jié)	（180）第8章　制造網(wǎng)格技術(shù)與規(guī)范	（181）8.1　Web Services技術(shù)、OGSA與WSRF	（182）8.1.1　Web Services技術(shù)	（182）8.1.2　開放網(wǎng)格服務(wù)架構(gòu)OGSA	（182）8.1.3　Web服務(wù)資源框架WSRF	（195）8.2　業(yè)務(wù)流程執(zhí)行語言BPEL	（205）8.3　OGSA-DAI	（208）8.3.1　OGSA-DAI概覽	（208）8.3.2　OGSA-DAI WSRF架構(gòu)	（209）8.4　Globus Toolkit介紹	（210）8.4.1　GT4概覽	（211）8.4.2　Globus協(xié)議結(jié)構(gòu)	（213）8.4.3　GT4功能組件	（214）8.5　Portal技術(shù)	（220）8.5.1　Portal技術(shù)的發(fā)展和現(xiàn)狀	（220）8.5.2　GridSphere框架	（223）本章小結(jié)	（227）第9章　制造網(wǎng)格應(yīng)用案例	（228）9.1　制造網(wǎng)格應(yīng)用特點	（229）9.1.1　跨組織的制造協(xié)同	（229）9.1.2　大規(guī)模計算和海量數(shù)據(jù)處理	（229）9.1.3　異構(gòu)資源的安全和透明訪問	（230）9.1.4　提供按需的制造企業(yè)信息化服務(wù)	（230）9.2　SIMDAT——面向工業(yè)產(chǎn)品開發(fā)的網(wǎng)格	（231）9.2.1　航空項目案例	（232）9.2.2　汽車行業(yè)原型應(yīng)用	（237）9.3　SDMSP——ASP網(wǎng)格應(yīng)用	（241）9.3.1　ASP服務(wù)實例的部署與應(yīng)用	（242）9.3.2　應(yīng)用服務(wù)互操作的實現(xiàn)案例	（245）9.4　制造網(wǎng)格展望	（247）本章小結(jié)	（250）參考文獻	（251）后記	（259）

章節(jié)摘錄

　　第1章 緒論　　1.1信息時代與網(wǎng)絡(luò)化制造　　現(xiàn)代意義上的“制造”概念形成于18世紀第一次工業(yè)革命之后，它是指通過機器進行制作或生產(chǎn)產(chǎn)品，特別是大批量地制作或生產(chǎn)產(chǎn)品。制造活動和制造技術(shù)與人類自身的形成和進步相輔相成，并在滿足人類物質(zhì)文明需求的過程中不斷發(fā)展，它是人類生存、生活和生產(chǎn)活動中一個不變的主題。　　網(wǎng)絡(luò)經(jīng)濟和經(jīng)濟全球化使得制造環(huán)境發(fā)生了根本性的變化，制造業(yè)面臨全球性的市場、資源、技術(shù)和人員的競爭。產(chǎn)品需求的多選擇性、個性化，以及快速升級淘汰使得市場快速多變，不可捉摸，無法預(yù)測，迫使制造企業(yè)改變經(jīng)營策略與業(yè)務(wù)模式，以新的組織形式應(yīng)對市場。今天的全球制造需要企業(yè)之間有效協(xié)作，聚集多方面的制造資源，甚至是全球的制造資源和專業(yè)服務(wù)，利用多家企業(yè)的業(yè)務(wù)優(yōu)勢，才能快速響應(yīng)動態(tài)和不可預(yù)測的市場?！　?1世紀的制造業(yè)發(fā)展趨勢可以用信息化、柔性化、集成化、智能化、知識化、敏捷化、虛擬化、網(wǎng)絡(luò)化、全球化和綠色化等“十化”來概述，先進制造技術(shù)發(fā)展的目標始終圍繞著如何最優(yōu)化配置企業(yè)內(nèi)外部資源，迅速響應(yīng)市場需求，更快地生產(chǎn)出高質(zhì)量、低成本的產(chǎn)品。面對全球化、信息化的制造業(yè)環(huán)境的實際需求，許多先進制造模式如網(wǎng)絡(luò)化制造、電子制造（e—Manufacturing）、敏捷制造、虛擬供應(yīng)鏈、全能制造系統(tǒng)等應(yīng)運而生?！　?991年美國學者提出的敏捷制造（Agile Manufacturing）就是為使企業(yè)適應(yīng)這種環(huán)境而創(chuàng)建的新的企業(yè)發(fā)展戰(zhàn)略。敏捷制造概念是通過把動態(tài)靈活的虛擬企業(yè)（或動態(tài)聯(lián)盟）、先進的柔性生產(chǎn)技術(shù)和高素質(zhì)的人員全面集成，從而使企業(yè)能從容應(yīng)對快捷變化和不可預(yù)測的市場需求，獲得企業(yè)的長期經(jīng)濟效益，這是一種提高群體競爭能力的全新制造組織模式，已成為21世紀制造企業(yè)的主導模式?！　‰S著全球市場化、全球網(wǎng)絡(luò)化的進程，網(wǎng)絡(luò)制造已成為敏捷制造的一種實現(xiàn)形式；通過構(gòu)建基于互聯(lián)網(wǎng)的制造系統(tǒng)——全球制造自動化系統(tǒng)，可以利用異地的資源（設(shè)備、知識、人力）來制造市場所需產(chǎn)品；采用分布式計算機控制策略、集成異構(gòu)設(shè)備達到信息共享與知識的協(xié)同處理，從而實現(xiàn)更廣泛協(xié)作的敏捷制造。

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