一种网络制造服务聚合协作特征动态度量方法技术

本发明专利技术涉及一种网络制造服务聚合协作特征动态度量方法，包括以下步骤：1.判断制造服务节点间协作关系，构建制造服务聚合网络；2.测量制造服务聚合网络中节点间的聚类与组合协作关系强度；3.识别制造服务聚合网络的协作模块特征；4.度量制造服务聚合网络的协作模块特征。本发明专利技术能够有效评价基于工业互联网/工业云平台的制造服务聚合协作特性，为制造服务聚合网络动态演化及其制造服务按需开展动态协作提供度量依据，有利于提高工业互联网/工业云平台的运营调控能力与可靠性。业云平台的运营调控能力与可靠性。业云平台的运营调控能力与可靠性。

【技术实现步骤摘要】
一种网络制造服务聚合协作特征动态度量方法


[0001]本专利技术属于面向服务的智能制造系统中基于平台的制造服务协作
，具体涉及一种网络制造服务聚合协作特征动态度量方法。

技术介绍

[0002]随着一系列工业互联网平台的逐步实施与应用，能够支持社会化制造协作的平台运营延伸已成为必然趋势。为适应和满足这一发展趋势需求，工业界先后推出了一系列工业互联网平台(或工业互联网平台)，代表性的有西门子的MindSphere平台、通用电气的Predix平台、施耐德的EcoStruxure平台、ABB Ability平台、IBM IoT Foundation平台、航天科工集团INDICS平台、华为Edge Computing IoT平台、海尔COSMO平台、三一重工树根互联平台等。由于工业互联网平台实际运营过程中的个性化复杂制造任务需求往往无法由单个制造服务独立完成，而必须要求单个独立的制造服务连同其它多个制造服务共同开展按需动态协作。因此，通过制造物联、信息集成甚至是制造物理信息融合的手段基于平台开展制造服务协作是关键。
[0003]随着信息技术和制造业发展的深度融合，工业互联网/工业云平台可以汇聚生产制造过程中所有信息流、制造工具和制造需求，通过平台运营，不同企业和用户提交各自可用的制造服务和个性化任务需求，通过平台将所提交的服务和需求进行汇聚。所汇聚的任务将持续驱动服务聚合协作与动态演化，以实现社会化资源共享与价值创造。然而，针对平台持续运营的目标与需求，在平台运营过程中，各种不确定因素导致服务和需求均可能随机发生变化，服务不断按需开展聚合协作、聚合协作行为也将驱动服务间的可协作关系与强度发生动态演化，将导致难以度量聚合协作特征的问题，从而影响平台持续可靠运营。因此，针对聚合协作网络协作特征的度量和评价的研究具有重要意义。

技术实现思路

[0004]本专利技术要解决的技术问题为：以平台的鲁棒性和可靠运营为目标，解决平台运营过程中聚合协作特征难以度量的问题。因此，本专利技术提出一种网络制造服务聚合协作特征动态度量方法。该方法包括制造服务聚合网络构建、制造服务聚合网络节点协作关系强度测量、制造服务聚合网络协作模块特征识别、制造服务聚合网络协作模块特征度量4个步骤。一方面提出了一种服务聚合网络构建方法，能够有效刻画网络中节点间的聚类与组合协作关系；另一方面提出了一种服务聚合网络的协作特征度量方法，有效地解决了平台运营过程中协作特征难以度量的问题，为研究工业互联网平台持续可靠运营提供支持。
[0005]本专利技术解决其技术问题采取的技术方案为：一种网络制造服务聚合协作特征动态度量方法，包括如下步骤：
[0006]步骤1：制造服务聚合网络构建；将提交到平台上的制造资源与能力封装成制造服务节点，并根据节点功能属性将节点间的关系分为聚类协作和组合协作两类，通过复杂网络理论构建制造服务聚合网络，具有聚类/组合协作关系的节点通过有向边相连。
[0007]步骤2：网络节点间协作关系强度测量；分别针对节点间的聚类与组合协作关系，提出对应的强度测量方法，测量两两节点间的组合与聚类协作强度。
[0008]步骤3：网络协作模块特征识别；基于节点间的聚类与组合协作关系，定义网络的协作模块特征，提出相应的协作模块特征识别方法；
[0009]步骤4：网络协作模块特征度量；根据所识别的网络协作模块特征，提出相应的协作模块特征度量方法。
[0010]进一步的，所封装的制造服务节点只考虑节点的功能和载荷，载荷表示节点服务能力的上限；单个节点可以具有一个或多个功能，节点间的聚类/组合协作关系通过所具备的功能进行判别；具有相同功能的节点存在聚类协作关系，且所有具备相同功能的节点共同组成一个服务群落，同一服务群落内的节点互相存在聚类协作关系；针对某项制造任务，若该任务对某两个功能存在时序约束要求，则两功能对应的服务群落中的节点存在组合协作关系。
[0011]进一步的，所构建的网络中节点的协作关系强度包括聚类协作强度和组合协作强度；聚类/组合协作强度表征两节点在当前情况下开展聚类/组合协作的可能性；所构建的测量方法，在确定具备聚类/组合协作关系的基础上，考虑节点所具备的功能及所对应的载荷之间的关系，根据所提出的公式计算出相应强度。
[0012]进一步的，所提出的网络协作模块特征包括：内聚性，耦合性，重叠性和活性，并针对所提出的网络协作模块特征给出了定义并构建了相应的度量方式。
[0013]本专利技术与现有技术相比的优点在于：
[0014](1)本专利技术所提出的组合协作度量方法同时考虑了网络节点的多功能及其相应的负载能力，能够更准确地刻画网络节点间的组合协作关系强度；
[0015](2)本专利技术提出的一种制造服务聚合网络的协作模块特征度量方法，定义了网络中的内聚性、耦合性、重叠性和群落活性等特征，并使用数学模型进行刻画，有效地解决了平台生产和运营过程中协作特征难以度量的问题，为研究工业互联网平台持续可靠运营提供支持。
附图说明
[0016]图1是本专利技术的方法流程图；
[0017]图2是本专利技术所述的所有聚合协作特征。
具体实施方式
[0018]下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例仅为本专利技术的一部分实施例，而不是全部的实施例，基于本专利技术中的实施例，本领域的普通技术人员在不付出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术的保护范围。
[0019]本专利技术公开了一种网络制造服务聚合协作特征动态度量方法，该方法包括制造服务聚合网络构建、制造服务聚合网络节点协作关系强度测量、制造服务聚合网络协作模块特征识别、制造服务聚合网络协作模块特征度量4个步骤。一方面提出了一种服务聚合网络构建方法，能够有效刻画网络中节点间的聚类与组合协作关系；另一方面提出了一种服务
聚合网络的协作特征度量方法，有效地解决了平台运营过程中协作特征难以度量的问题，为研究工业互联网平台持续可靠运营提供支持。
[0020]本专利技术的一种网络制造服务聚合协作特征动态度量方法，其流程图如图1所示，具体实施方式如下：
[0021]步骤一：图1中步骤1制造服务聚合网络构建，具体实现如下：
[0022]①
将制造能力抽象化封装为服务节点s
i
，网络中所有节点的集合可描述为S＝{s
i
|i＝1,2,
…
,N
s
}，N
s
为集合中的节点数目；对于其中单个服务节点s
i
只考虑功能和载荷两项属性，其功能属性用f
(m)i
表示，m为所具备功能属性的标号，每个节点具备一个功能集合α
i
(t)，功能集合随时间t变化，功能集合α
i
(t)中的功能数目为1的服务节点为单功能节点，功能数目大于1的服务节点为多功能节点。每种功能对应一定的载荷，可表示为l
(m)i
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种网络制造服务聚合协作特征动态度量方法，其特征在于，包括步骤如下：步骤1：制造服务聚合网络构建；将提交到平台上的制造资源与能力封装成制造服务节点，并根据节点功能属性将节点间的关系分为聚类协作和组合协作两类，通过复杂网络理论构建制造服务聚合网络，具有聚类/组合协作关系的节点通过有向边相连；步骤2：网络节点间协作关系强度测量；分别针对节点间的聚类与组合协作关系，使用对应的强度测量方法，测量两两节点间的聚类与组合协作强度；步骤3：网络协作模块特征识别；基于节点间的聚类与组合协作关系，定义网络的协作模块特征，提出相应的协作模块特征识别方法；步骤4：网络协作模块特征度量；根据所识别的网络协作模块特征，提出相应的协作模块特征度量方法。2.根据权利要求1中所述的网络制造服务聚合协作特征动态度量方法，其特征在于：所述步骤1中，所封装的制造服务节点只考虑节点的功能和载荷，载荷表示节点服务能力的上限；单个节点具有一个或多个功能，节点间的聚类/组合协作关系通过所具备的功能进行判别；具有相同功能的节点存在聚类协作关系，且所有具备相同功能的节点共同组成一个服务群落，同一服务群落内的节点互相存在聚类协作关系；针对某项制造任务，若该任务对某两个功能存在时序约束要求，则两功能对应的服务群落中的节点存在组合协作关系；所述步骤具体包括：
①
将制造能力抽象化封装为服务节点s
i
，网络中所有节点的集合描述为S＝{s
i
|i＝1,2,
…
,N
s
}，N
s
为集合中的节点数目；对于其中单个服务节点s
i
只考虑功能和载荷两项属性，其功能属性用f
(m)i
表示，m为所具备功能属性的标号，每个节点具备一个功能集合A
i
(t)，功能集合随时间t变化，功能集合A
i
(t)中的功能数目为1的服务节点为单功能节点，功能数目大于1的服务节点为多功能节点；每种功能对应一定的载荷，表示为l
(m)i
(t)；具备相同功能的服务节点组成一个群落，网络中所有的群落集合描述为F＝{F
(m)
|m＝1,2,
…
,M}，M为网络所具有的功能数；F
(m)
＝{s
i
|f
(m)i
∈A
i
(t)}，m为所具备功能属性的标号；
②
根据所具备的功能判定不同节点间存在的聚类/组合协作关系，对于网络中的两个服务节点，若两节点具备同种功能f
(m)
，则两节点具备共同完成同一任务的可能，称两节点存在聚类协作关系；对于网络中的两个服务节点，若两节点分别具备两功能f
(m)
和f
(n)
，对于某一项任务而言，需要使用到功能f
(m)
和f
(n)
，且两功能存在时序关系，则两节点存在组合完成同一任务的可能，称两节点存在组合协作关系。3.根据权利要求1中所述的网络制造服务聚合协作特征动态度量方法，其特征在于：所构建的网络中节点的协作关系强度包括聚类协作强度和组合协作强度；聚类/组合协作强度表征两节点在当前情况下开展聚类/组合协作的可能性；所述步骤2中，所构建的测量方法，在确定具备聚类/组合协作关系的基础上，考虑节点所具备的功能及所对应的载荷之间的关系，根据所提出的公式计算出相应强度：所述步骤具体包括：
①
存在聚类协作关系的两节点s
i
和s
j
之间发生聚类协作的可能性的大小，称为聚类协作强度ω
ij
(t)，若两节点不存在聚类协作关系，则ω
ij
(t)＝0，聚类协作强度随时间t变化；存在组合协作关系的两节点s
i
和s
j
之间发生组合协作的可能性的大小，称为组合协作强度μ
ij
(t)，若两节点不存在组合协作关系，则ω
ij
(t)＝0，组合协作强度随时间t变化；对于存
在聚类/组合协作关系的节点，聚类/组合协作强度的计算通过考虑节点所具备的功能及所对应的载荷之间的关系进行计算；
②
对存在聚类协作关系的节点间的聚类协作强度的计算方式如下：假设已经选定一个节点s
i
，则可计算节点s
i
在t时刻时与其所在群落中任意其他节点s
j
之间的聚类协作强度ω
ij
(t)；对于多功能节点，具有的相同功能的数目越多且同一功能对应的载荷越接近，则聚类协作强度越强；设一个中间变量x
(m)
，表征两节点在同一功能所对应负载的接近程度，则x
ij(m)
(t)＝l
(m)j
(t)-l
(m)i
(t)，则该功能下两节点的聚类协作强度为：则可用一个M维向量表示节点的聚类协作强度ω
ij
(t)∈R1×
M
，M为网络所具有的功能数，ω
(m)ij
为ω
ij
(t)对应维度下的分量；
③
对存在组合协作关系的节点间的组合协作强度的计算方式如下：假设已经选定一个节点s
i
，则可计算节点s
i
在t时刻时与其他具有组合协作关系的群落中任意节点s
j
之间的组合协作强度μ
ij
(t)；对于节点s
i
和s
j
，具备组合协作关系的功能越多且其对应功能下的载荷越接近，则组合协作强度越强。设一个中间变量表征两节点在具备组合协作关系的功能...

【专利技术属性】
技术研发人员：程颖，陈世康，陶飞，
申请(专利权)人：北京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：