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基于双层蚁群算法的云制造服务组合研究
资料介绍
为解决在确定的子任务加工顺序条件下进行服务组合时,云服务组合的灵活性降低、解空间被限制等问题,提出了用于描述加工顺序的工艺逻辑矩阵,建立了基于双层蚁群算法的,以时间最短、成本最低、能耗最少、可靠性最高为目标的服务组合优选模型。针对加工顺序与任务工艺逻辑要求不一致的情况,在算法中加入了基于工艺逻辑的加工顺序交换机制。通过仿真实验验证了该算法的有效性,并研究了在不同物流条件和工艺逻辑要求下,算法收敛速度的变化规律。
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第
卷第
期
10
23
Vol.23No.10
Oct.2017
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年
2017 10
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月
Com uterInteratedManufacturin Sstems
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DOI10.13196 .cims.2017.10.021
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基于双层蚁群算法的云制造服务组合研究
1
炜
1+
王时龙
1
玲
1
1
,
波 郭
2
亮
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,
,
康
,
,
高
郑
易力力
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( ,
重庆大学 机械传动国家重点实验室 重庆
1.
;
400044
ꢀ
,
西南石油大学 机电工程学院 四川 成都
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)
2.
610500
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: , 、
要 为解决在确定的子任务加工顺序条件下进行服务组合时 云服务组合的灵活性降低 解空间被限制等
摘
ꢀ
, , , 、 、
问题 提出了用于描述加工顺序的工艺逻辑矩阵 建立了基于双层蚁群算法的 以时间最短 成本最低 能耗最少
、
。 ,
可靠性最高为目标的服务组合优选模型 针对加工顺序与任务工艺逻辑要求不一致的情况 在算法中加入了基于
。 ,
工艺逻辑的加工顺序交换机制 通过仿真实验验证了该算法的有效性 并研究了在不同物流条件和工艺逻辑要求
,
下 算法收敛速度的变化规律
。
: ; ; ;
关键词 双层蚁群算法 云制造 服务组合 工艺逻辑
:
:
A
中图分类号
文献标识码
TP391
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Servicecom ositionbasedondoublelaerantcolon alorithmincloudmanufacturin
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ZHENG Wei WANGShilon
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,
,
, , ,
YILili GAOBo GUOLian
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KANGLin
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(
,
,
,
;
1.StateKe Laborator ofMechanicalTransmission Chon in Universit Chon in 400044 China
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,
,
,
)
2.ElectromechanicEnineerin Collee SouthwestPetroleum Universit Chendu610500 China
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AbstractTosolvethe roblemthattheflexibilit andsolutionsaceofcloudservicecom ositionwerelimitedcaused
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,
b determinate rocessin seuenceinservicecom osition amatrixof rocessloicfordescribin the rocessin se
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,
,
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;
;
Kewordsdoublelaerantcolon alorithm cloudmanufacturin servicecom osition rocessloic
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y
。
型制造企业规模优势又不断丧失的两难境地 因此
,
引言
0
ꢀ
,
及时提出一个制造业发展的新思路和新方向 促进制
、
造业转型升级 在变革中不断发展显得尤为重要
。
近
,
制造业是国民经济和国防安全的重要支柱 是一
[]
1
。
, ,
年来 信息技术的迅猛发展 以及与其他技术的相互
,
目前 我国制造业经济总量
个国家的战略性产业
,
融合 不断推动着社会经济结构和各行各业的技术手
, 、
虽然跃居世界第一 但资源利用率低 生产模式落后
、
、 ,
段朝着高效 优质的方向发展 也为制造业的转型升
“ ”
核心竞争力缺失等 大而不强 的问题依然十分严峻
。
。
级提供了一个良好的契机 北京航空航天大学李伯
,
同时随着我国劳动成本的不断上升 越来越多的制造
[]
2
虎等 在研究了已有网络化制造模式在应用推广方
, ,
企业 尤其是低端制造型企业开始向东南亚转移 从
,
而导致我国高端核心制造技术受制于人 而劳动密集
,
面遇到的瓶颈之后 结合云计算和物联网等相关技术
:
;
:
修订日期
20170214 Received29Se .2016acceted14Feb.2017.
。
;
收稿日期
20160929
- -
-
-
ꢀ
p
p ꢀ
:
基金项目 国家科技支撑计划资助项目
(
,
2015BAF02B022015BAF17B02
);
国家自然科学基金面上资助项目
(
);
教育部 创新团队发
51375508
“
”
展计划 资助项目
(
_ )。 : , (
IRT 15R64 FoundationitemsProectsu ortedb theNationalKe Technolo R&DProram China No.
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, ), , ( ),
2015BAF02B022015BAF17B02 theGeneralProram ofNationalNaturalScienceFoundation China No .51375508 andthe
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,
(
_
Ministr ofEducationInnovativeTeam Develoin Plan China No.IRT 15R64 .
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)
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ꢀ
2270
计算机集成制造系统
第
卷
23
,
和研究 成 果 提 出 了 面 向 服 务 的 网 络 化 制 造 新 模
,
任务选择与调度策略 解决了服务组合过程中可能
。
出现的任务冲突问题
———
。
云制造 为满足大集团企业内部整合制造资
式
, ,
然而 以上研究在对制造任务进行分解时 都直接
,
源与制造能力的需求 有效利用中小企业日益增多的
(
,
确定了唯一的子任务加工顺序
Processin Seuence
g q
ꢀ
,
闲置制造资源与制造能力 云制造利用网络和云制造
), 。 ,
忽略了其他可行的加工顺序 在组合云服务中
PS
, ,
服务平台 按需组织网上制造资源 为客户提供各类
,
各个服务按照加工顺序的先后完成各自的子任务 因
,
按需制造服务的方式 已成为现阶段利用信息技术改
。
此子任务的加工顺序决定了云服务的组合排序 当子
。
造制造业生产模式的重要研究方向
云服务平台是实现云制造这一新型制造模式的
,
任务的加工顺序唯一确定时 组合云服务的解空间将
,
受到限制 降低服务组合对动态变化的云制造资源的
,
主要形式 如何为服务需求方从众多候选云服务中
。 ,
适应性 因此 本文提出了基于工艺逻辑的约束矩阵
, ,
找到满足任务要求 方便可靠且质优价廉的服务 一
,
来描述子任务之间可行的加工顺序 并设计了一种基
。
直是云制造算法研究的焦点问题 根据制造粒度
,
。
于双层蚁群算法的服务组合及优选模型 该算法以工
、
云制造任务由大到小可以分为产品级任务 部件级
,
艺逻辑要求为子任务加工顺序的决策依据 在候选云
、 。
任务 零件级任务和工序级任务 个层次 在进行
4
,
服务满足任务加工工艺要求的前提下 将完成任务所
, , ;
服务选择时 反之 选择过程越复杂 任务粒度越小
,
、
、
(
需的时间 成本 能耗以及服务供应商
ServiceProvid
ꢀ
-
。 ,
选择过程越简单 对于可以分解的制造任务 将其
,
)
的可靠性作为评价服务质量的参考指标 最
er SP
。
,
分解成小粒度的子任务进行服务选择时 虽然服务
, , ,
后 通过仿真实验 对该算法的有效性进行了验证 并
,
选择的层次有所增加 但是选择过程更加简单灵活
、
结合对比实验结果分析了该算法在不同物流条件和工
, 。
结果更加多样化 容易得到更优的选择结果 因此
,
,
艺逻辑要求情况下 收敛速度的变化规律
。
[
]
37
-
众多与云制造服务选择相关的研究
都采用了服
服务组合与优选的形式化描述
1
ꢀ
, ,
务组合的方式 将制造任务进行分解 从满足子任务
要求的候选云服务中各选择一个云服务构成组合云
服务组合模型
1.1
ꢀ
,
服务 并从所有可能的组合中选择最佳组合来协同
,
云制造服务组合是服务选择不断迭代的过程 选
择的复杂程度和迭代的次数由子任务的粒度和数量
[]
8
。
, []
其中 文献 考虑了物料流和信息流
3
完成任务
,
对时间成本的实际影响 提出了以成本和时间最小
、
。 ,
决定 目前 大多数研究将服务组合分为任务分解
、
[]
6
,
并且
;
质量最优为目标的服务组合模型 文献
[]
建立了组
4
、
候选云服务推荐 服务组合与优选 个阶段
3
,
合云服务的自适应调整模型 提高了云制造环境异
。
在任务分解时确定了唯一的子任务加工顺序 由于
(
,
常情况下服务组合的服务质量
Qualit ofService
y
ꢀ
ꢀ
,
云制造服务资源是动态变化的 子任务加工顺序受到
);
文献
QoS
[] ,
建立了基于能耗的服务组合模型 实
5
, ,
限制 将使服务组合的可行解空间缩小 有可能遗失
;
现了云制造高效低耗的目标 文献
[]
构建了层次化
6
。 ,
最佳组合云服务 因此 为了提高服务组合对服务资
,
的服务组合模型 解决了因忽略制造过程层次化而
导致服务组合路径存在服务质量瓶颈及整体服务质
, ,
源动态变化的适应性 得到最佳组合云服务 本文提
,
出了基于工艺逻辑的云制造服务组合及优选模型 如
。
所示为基于工艺逻辑的服务组合及优选流程
图
;
量计算偏差的问题 文献
[]
提出了基于服务质量的
7
1
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