面向能力的層次網(wǎng)絡(luò)計劃模型構(gòu)建方法

周競濤，王明微，楊海成，敬石開

（1.西北工業(yè)大學(xué) 現(xiàn)代設(shè)計與集成制造技術(shù)教育部重點(diǎn)實驗室，陜西 西安 710072；2.中國航天科技集團(tuán)公司，北京 100048；3.北京理工大學(xué) 機(jī)械與車輛學(xué)院，北京 100081）

0 引言

與傳統(tǒng)的項目管理［1-6］不同，云制造的項目管理是一種以制造能力為基本調(diào)度單元的管理機(jī)制［7］。云制造任務(wù)通過有計劃地動態(tài)調(diào)用和釋放云制造平臺所聚集的制造能力，來逐步完成制造目標(biāo)。為了實現(xiàn)基于制造能力的計劃調(diào)度，云制造平臺需要將用戶提供的以活動為基本單元的任務(wù)計劃轉(zhuǎn)化為以能力為基本單元的任務(wù)計劃，建立面向能力的網(wǎng)絡(luò)計劃模型，克服傳統(tǒng)的以活動為管理單元的計劃管理粒度粗放、不能及時捕獲制造能力以及能力約束關(guān)系對計劃（包括跨項目的多個計劃）執(zhí)行的影響等問題［7］，從而實現(xiàn)面向能力的項目計劃監(jiān)控和調(diào)度，建立面向制造能力的細(xì)粒度項目管理機(jī)制的基礎(chǔ)。

目前，云制造領(lǐng)域的相關(guān)研究側(cè)重于如何通過建立可行的服務(wù)組合規(guī)劃來滿足云制造的任務(wù)需求。例如：范韜提出面向單一制造任務(wù)時通過擴(kuò)展語義信息和層次任務(wù)網(wǎng)（Semantic information and Hierarchical Task Network，HTN）來建立和評估多個云制造服務(wù)組合規(guī)劃方案的方法［8］；劉波在面向云制造多任務(wù)請求模式時，從服務(wù)質(zhì)量（Quality of Service，QoS）的角度研究了服務(wù)組合與優(yōu)化的問題［9］；魏樂［10］研究了在云服務(wù)出現(xiàn)退出、失效、QoS調(diào)整下的云組合服務(wù)的自適應(yīng)調(diào)整問題，通過識別異常的影響域和選擇合適的服務(wù)來實現(xiàn)組合方案的調(diào)整。從云制造項目管理的角度看，這些研究實質(zhì)上都是對如何建立滿足特定云制造項目需求的服務(wù)規(guī)劃的研究，可以看作是對云制造項目計劃編制和調(diào)整的研究。顯然，這些研究的前提均假設(shè)云制造項目的計劃是直接以服務(wù)組合規(guī)劃的方式來體現(xiàn)的。

與以上研究不同，本文認(rèn)為在實際應(yīng)用過程中，為了更便于用戶使用，云制造項目的初始計劃仍然是以傳統(tǒng)的活動計劃來體現(xiàn)的，希望從項目管理的角度探討如何將傳統(tǒng)的活動計劃展現(xiàn)的項目過程轉(zhuǎn)化為對能力（或者服務(wù)）調(diào)用的項目過程，從而為將成熟的傳統(tǒng)項目監(jiān)控與調(diào)度技術(shù)應(yīng)用到云制造項目管理中建立邏輯基礎(chǔ)。

本文在文獻(xiàn)［7］定義的能力層次計劃的基礎(chǔ)上，討論如何將以活動為基本單元的云制造任務(wù)計劃轉(zhuǎn)化為以能力為基本單元的能力層次計劃。為使研究具有普遍性，本文假設(shè)云制造任務(wù)建立的活動計劃允許分解為子計劃，從而形成一個多級網(wǎng)絡(luò)計劃［11］，以支持各種可能的復(fù)雜計劃情況。

1 云制造能力的描述與獲取

從制造資源的共享角度看，使用價值體現(xiàn)在其能夠?qū)ν馓峁┑哪撤N能力［7］。將這種能力稱為制造能力，并在文獻(xiàn)［7］中定義如下：

定義1 制造能力c=（product，method，resource，condition，task），即該制造能力c針對某類制造對象（product），通過一定的制造方法（method）和使用相關(guān)的制造資源（resouce），在一定條件下（condition）完成一系列制造任務(wù)（task）。詳細(xì)說明請參見文獻(xiàn)［7］。

在云制造中，制造資源的特定制造能力可以被虛擬化為具有該能力的云制造服務(wù)，在文獻(xiàn)［7］的基礎(chǔ)上，將云制造服務(wù)定義如下：

定義2 云制造服務(wù)（Cloud Manufacturing Service），cms=（SO，A，Mso）。

其中：

SO為服務(wù)對象，是描述一些操作的接口。由于云制造服務(wù)的能力本身可能需要人員參與，操作接口的實現(xiàn)會根據(jù)能力提供方式的不同而不同，例如對于需要人主導(dǎo)的服務(wù)（如設(shè)計服務(wù)），其接口就是實現(xiàn)對相關(guān)的任務(wù)承擔(dān)者發(fā)送服務(wù)請求，而對服務(wù)的執(zhí)行情況則是承擔(dān)者通過SO的反饋接口來人工反饋執(zhí)行的狀態(tài)，而不是自動執(zhí)行。但對于軟件即服務(wù)（Software as a Service，SaaS）化類軟件服務(wù)，該接口則是提供軟件的調(diào)用入口，自動啟動對應(yīng)的服務(wù)。該主題涉及的具體情況不是本文的核心，這里不再贅述。

A是對制造服務(wù)所包含的制造能力c的語義描述，A：=SO→2C，c∈C，C為制造能力的集合。

Mso是SO與制造資源之間的映射，實現(xiàn)制造服務(wù)對制造資源（或者其他制造服務(wù)）在能力上的封裝、發(fā)布和調(diào)用。

這樣，就可以采用Web服務(wù)相關(guān)描述規(guī)范和通信協(xié)議實現(xiàn)對制造資源的能力進(jìn)行服務(wù)化封裝，服務(wù)對象SO即為通過Web 服務(wù)描述語言（Web Service Description Language，WSDL）定義的一組操作的集合，以及操作的具體實現(xiàn)方法。這些操作可以被分布式系統(tǒng)中的其他組件（服務(wù)請求者）通過簡單對象訪問協(xié)議（Simple Object Access Protocol，SOAP）消息調(diào)用，制造能力采用基于Web服務(wù)本體描述語言（Web Ontology Language for Service，OWL-S）的Profile進(jìn)行描述。

因此制造能力描述的獲取，就是在云制造服務(wù)的調(diào)用過程中對服務(wù)中的Profile部分進(jìn)行解析，并將其放入對應(yīng)的能力池中。

需要指出的是，本文所討論的能力是指已經(jīng)被服務(wù)化的制造資源的能力。

2 以活動為基本單元的多級網(wǎng)絡(luò)計劃模型

云制造用戶建立的以活動為基本單元的多級網(wǎng)絡(luò)計劃與傳統(tǒng)的多級活動網(wǎng)絡(luò)模型沒有本質(zhì)區(qū)別，故采用類似的定義。

定義3 活動。稱a=｛AID，AAttr，AD，Ain，Aout，AF，BeginTime，EndTime，DurTime，Level｝，?a∈A為一個活動，A為活動的集合。

其中：AID為活動的唯一標(biāo)識；AAttr為活動的屬性集合；AD稱為配置函數(shù)，AD：2Ain∪AF→2Aout；Ain為輸入?yún)?shù)的集合，Aout為輸出參數(shù)的集合；AF稱為能力槽，AF：=2F是關(guān)于活動需求能力的公理性描述，F(xiàn)為云制造平臺中聚集的所有能力的集合，例如三維模型構(gòu)建活動的AF可以用公理描述為？x∧hasProperty［Capability］∧hasValue［襟翼設(shè)計］；BeginTime表示活動的開始時間；EndTime表示活動的結(jié)束時間；DurTime表示活動的設(shè)計持續(xù)時間；Level表示活動所屬計劃的層次。

定義4 以活動為基本單元的多級網(wǎng)絡(luò)計劃模型PPM。PPM可以分解為由n個網(wǎng)絡(luò)計劃P0i與m個活動a0j和開始節(jié)點(diǎn)S0、結(jié)束節(jié)點(diǎn)E0構(gòu)成的0級網(wǎng)絡(luò)計劃，即

其中每一個P0i還可進(jìn)一步分解為由ni個網(wǎng)絡(luò)計劃P1ij與mi個活動a1ik和開始節(jié)點(diǎn)S1i、結(jié)束節(jié)點(diǎn)E1i構(gòu)成的1級網(wǎng)絡(luò)計劃，即

式中：PPM為0級任務(wù)，即總?cè)蝿?wù)；P0i為1級任務(wù)；P1ij為2級任務(wù)。

按以上方式對任務(wù)計劃進(jìn)行逐層細(xì)分，直至任務(wù)被完全分解為只包含活動而不包含任何子網(wǎng)絡(luò)計劃的末級網(wǎng)絡(luò)計劃。

3 以能力為基本單元的層次網(wǎng)絡(luò)計劃模型

多級活動網(wǎng)絡(luò)計劃具有管理上分層次、編制上模塊化的特點(diǎn)，通常是在一個主網(wǎng)絡(luò)計劃中內(nèi)嵌一個或多個子網(wǎng)絡(luò)計劃。根據(jù)活動的復(fù)雜程度和使用目的的不同，可分為零級網(wǎng)絡(luò)計劃、一級網(wǎng)絡(luò)計劃與二級網(wǎng)絡(luò)計劃幾種。能力網(wǎng)絡(luò)計劃同樣具有以上特點(diǎn)，即能力在管理上分層次，并且能力與能力之間具有一定關(guān)系。下面給出能力層次網(wǎng)絡(luò)計劃的相關(guān)定義。

定義5 能力實例。稱六元組r=（ID，VR，Slot，BeginTime，EndTime，Level）為能力c在調(diào)用其計劃中的一個能力實例。

其中：①ID為能力實例的唯一標(biāo)識。②設(shè)Attr為能力c的參數(shù)屬性。若對于任何一個c.Attr，均存在一個賦值函數(shù)VR：AttrN→AttrV，代表能力c實例化的賦值過程，AttrN為能力c的參數(shù)屬性名集合，AttrV為屬性值集合。例如，襟翼設(shè)計能力具有結(jié)構(gòu)、空氣動力等設(shè)計約束屬性，當(dāng)調(diào)用該能力時（生成能力實例），必須給“結(jié)構(gòu)設(shè)計”和“空氣動力設(shè)計”屬性賦值，該值就是對結(jié)構(gòu)和空氣動力設(shè)計的具體要求。③Slot稱為能力關(guān)系槽，代表能力之間的關(guān)系，即該能力有效發(fā)揮作用所需要的其他能力。關(guān)系槽描述的是能力間的依賴關(guān)系，體現(xiàn)了云制造服務(wù)［7，12］對能力的組合，關(guān)于資源、能力與云制造服務(wù)之間關(guān)系的定義，請參見第1 章和文獻(xiàn)［7］的論述。并不是所有能力都需要能力槽，獨(dú)立行使功能的能力無需引用其他能力。④BeginTime表示能力實例被調(diào)用的起始時間。⑤EndTime表示能力實例終止調(diào)用的結(jié)束時間。⑥Level描述了使用該能力實例r的計劃在網(wǎng)絡(luò)計劃中所處的層次。需要指出的是，盡管同一能力可以被不同層次計劃使用，但這時不同計劃使用的是同一能力的不同實例。

定義6 能力實例層次模型。稱滿足如下條件的所有能力實例構(gòu)成能力實例層次模型RLM（R）：對于能力實例集合R中的任意兩個能力ri與rj，如果ri.Level=rj.Level，則稱能力實例集合R構(gòu)成層次為Level的能力實例層次模型RLM（R）。

定義7 能力實例—活動關(guān)系模型。稱滿足下述條件的能力實例ri與活動集合A之間構(gòu)成能力實例—活動關(guān)系RA（ri，A），

其中u=f（ai，ri）為活動能力實例引用關(guān)系，即活動ai的執(zhí)行需要引用能力ri。該模型以能力實例ri為核心，獲得與ri關(guān)聯(lián)的活動集合A。

一個活動的執(zhí)行需要引用相關(guān)的能力，以使活動順利完成；反之，一個能力也可能被多個活動在不同的時刻調(diào)用。由于在一個活動執(zhí)行過程中對能力的引用具有時序關(guān)系，可知在活動執(zhí)行時，能力實例之間同樣存在時序約束關(guān)系。

定義8 活動—能力實例關(guān)系模型。稱滿足下述條件的活動ai與能力實例集合R之間構(gòu)成活動—能力實例關(guān)系A(chǔ)R（ai，R），

其中：R為活動ai執(zhí)行時所需的能力集合，u=f（ai，ri）為活動ai對能力ri的引用。該模型以活動ai為核心，獲得活動ai執(zhí)行期間所需的能力實例集合R。

在給出能力實例之間的時序約束關(guān)系之前，需要將活動分割為具有串行關(guān)系的元活動的集合。把在活動執(zhí)行期間只需要引用一類能力的活動稱為元活動。

定義9元活動。稱滿足下述條件的活動aij為元活動：①活動aij執(zhí)行時所需的能力實例集合為R，即滿足活動能力實例約束關(guān)系A(chǔ)R（aij，R）；②能力實例集合R的數(shù)量為1，即｜R｜=1。由元活動定義可知元活動同樣滿足活動能力引用關(guān)系，但是在活動執(zhí)行過程中所需能力的種類只有一個。

由活動—能力實例關(guān)系模型與元活動的定義可知，活動ai可以分為具有偏序關(guān)系的元活動ail的集合。

定義10 活動分割。給定活動ai，其活動—能力實例關(guān)系模型為AR（ai，R），R為能力實例集合，根據(jù)能力被引用的時間順序?qū)顒舆M(jìn)行分割，即（aij，rij），rij∈R，其中活 動ai（j-1）與aij間滿足時序約束，能力ri（j-1）與rij滿足時序約束，即能力rij在活動ai執(zhí)行期間與元活動aij之間一一對應(yīng)。

定義11 能力實例節(jié)點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)計劃簡稱為能力網(wǎng)絡(luò)計劃。對于給定的網(wǎng)絡(luò)計劃，其對應(yīng)的活動ai及其對應(yīng)的子網(wǎng)絡(luò)計劃P（ai），根據(jù)能力被引用的時序關(guān)系對活動進(jìn)行分割，用分割后的活動集合替代原活動，并用能力實例節(jié)點(diǎn)替代每個節(jié)點(diǎn)，形成能力實例網(wǎng)絡(luò)計劃。

4 能力層次網(wǎng)絡(luò)計劃模型的生成

根據(jù)以上定義，能力層次網(wǎng)絡(luò)計劃模型生成過程如圖1所示，主要包括如下步驟：

步驟1 構(gòu)建活動—能力實例關(guān)系模型。對活動多級網(wǎng)絡(luò)計劃模型進(jìn)行解析，獲得各活動執(zhí)行過程中所要引用的能力實例，構(gòu)建活動—能力實例關(guān)系模型。

步驟2 活動分割。由活動—能力實例關(guān)系模型對各活動進(jìn)行分割，將每個活動分割為多個元活動，建立元活動與對應(yīng)能力實例節(jié)點(diǎn)以及元活動之間的時序關(guān)系。

步驟3 構(gòu)建能力實例—活動關(guān)系模型。由活動—能力實例關(guān)系模型構(gòu)建能力實例—活動關(guān)系模型。

步驟4 構(gòu)建能力計劃層次網(wǎng)絡(luò)。

4.1 活動—能力實例關(guān)系模型的構(gòu)建

用屬性有向圖描述活動—能力實例關(guān)系模型。

定義12 屬性有向圖。屬性有向圖為一個四元組G=（V，E，α，β）。其中：V是一個有限非空集合，其元素稱為節(jié)點(diǎn)；E?V×V是一個以不同節(jié)點(diǎn)的有序?qū)ψ鳛樵氐挠邢藜?，其元素稱為邊；α：V→WV是一個從節(jié)點(diǎn)集合到其屬性集合的映射，其中WV是節(jié)點(diǎn)的屬性集合；β：E→WE是一個從邊集合到其屬性集合的映射，其中WE是邊的屬性集合。

這樣，活動多級網(wǎng)絡(luò)計劃可以轉(zhuǎn)化為表達(dá)活動能力實例關(guān)系的屬性有向圖G。具體步驟如下：

步驟1 對活動多級網(wǎng)絡(luò)計劃進(jìn)行預(yù)處理，獲得其活動集合A=｛ai｝，1≤i≤m，其中m為活動個數(shù)。

步驟2 遍歷活動集合A中的每個元素ai，同時創(chuàng)建一個與活動ai對應(yīng)的屬性有向圖頂點(diǎn)vi，對應(yīng)地將該活動的屬性與活動所需引用的能力實例集合R作為該頂點(diǎn)的屬性，并且構(gòu)建活動—能力實例關(guān)系模型AR（ai，R）。

步驟3 對活動集合A中的每兩個活動ai與aj，如果活動ai與aj之間存在時序約束，則表示活動ai與aj之間存在有向邊，則構(gòu)建頂點(diǎn)vi與vj之間的邊e（vi，vj），并且將邊的屬性作為邊e（vi，vj）的屬性。

由定義3可知，活動的屬性主要包括活動所屬哪一級、開始時間、結(jié)束時間、活動的持續(xù)時間等。活動的有向邊主要有兩種：具有時序約束關(guān)系的活動之間具有有向邊，具有層次約束關(guān)系的活動之間存在有向邊。邊的屬性主要是這種時序約束關(guān)系。

4.2 活動分割

在云制造用戶建立的以活動為基本單元的多級網(wǎng)絡(luò)計劃中，每一個活動都是通過綁定一個或多個能力（表現(xiàn)為云制造服務(wù)，參見文獻(xiàn)［7］）來完成活動所規(guī)定的任務(wù)，即活動與能力實例之間是1∶n的關(guān)系，如圖2所示。

圖2中，活動ai調(diào)用三種類型的能力實例r1，r2和r3，活動ai+1調(diào)用能力實例r4和r5，其中ai與活動ai+1具有時序約束關(guān)系。但轉(zhuǎn)換成能力層次網(wǎng)絡(luò)計劃中的能力實例節(jié)點(diǎn)時，卻導(dǎo)致能力實例r1，r2和r3均對應(yīng)于同一個活動ai、能力實例r4和r5均對應(yīng)于同一活動ai+1的情況，從而造成時序關(guān)系轉(zhuǎn)換的混亂，無法確切得出哪一個能力實例節(jié)點(diǎn)能夠代表該活動。

為此，本文提出將活動進(jìn)行分割，根據(jù)該活動調(diào)用能力的使用次序，將活動分割成若干個元活動，每一個元活動與調(diào)用的某一類能力對應(yīng)。

在進(jìn)行活動分割的過程中，分割的元活動集合之間的連接包括并聯(lián)和串聯(lián)兩種。并聯(lián)關(guān)系指該活動調(diào)用的能力具有并行關(guān)系，串聯(lián)關(guān)系指該活動調(diào)用的能力具有串行關(guān)系，例如航天某關(guān)鍵部件的加工（某一活動ai）需要串行調(diào)用毛料檢查、校正、數(shù)控銑、校正和劃線等活動所需的能力來完成，因此把該活動ai分割成五個元活動：毛料檢查元活動ai1、校正元活動ai2、數(shù)控銑元活動ai3、校正元活動ai4與劃線元活動ai5。

如圖3所示，活動ai在執(zhí)行時所需的能力R=｛r1，r2，r3，r4｝，在活動執(zhí)行過程中按照串行時間順序?qū)δ芰M(jìn)行引用，因此按照元活動與活動分割的定義對活動ai進(jìn)行分割，可以獲得ai1，ai2，ai3，ai4共4個元活動，分別與能力r1，r2，r3和r4一一對應(yīng)。

在能力實例網(wǎng)絡(luò)計劃中，每一個節(jié)點(diǎn)代表某一類型能力的一個實例rij，對應(yīng)一個活動。轉(zhuǎn)換之后，一個被分割的子網(wǎng)絡(luò)計劃作為一個整體被細(xì)分成一個子網(wǎng)絡(luò)計劃，只是被分割的子網(wǎng)絡(luò)計劃中每個元活動節(jié)點(diǎn)與原網(wǎng)絡(luò)計劃不同，該元活動是依據(jù)調(diào)用的能力進(jìn)行分割的。根據(jù)定義3～定義6，若活動ai（j-1）與aij間滿足時序約束，則對應(yīng)的能力ri（j-1）與rij滿足同樣的時序關(guān)系，該時序關(guān)系可以通過對應(yīng)活動節(jié)點(diǎn)與能力節(jié)點(diǎn)之間的BeginTime，End-Time屬性的賦值獲得。

通過活動分割，可以有效地保證活動與能力1∶1的調(diào)用關(guān)系，為后續(xù)能力層次網(wǎng)絡(luò)計劃的轉(zhuǎn)變和分析打下基礎(chǔ)。

4.3 能力實例—活動關(guān)系模型的構(gòu)建

在上述獲得的活動—能力實例關(guān)系模型AR（ai，R）的基礎(chǔ)上，構(gòu)建以能力為核心的能力實例—活動關(guān)系模型，即ARS=｛AR（ai，R）｝→RAS=｛RA（ri，A）｝。由于活動ai的執(zhí)行需要引用多種類型的能力，在構(gòu)建能力層次網(wǎng)絡(luò)計劃的過程中需要分別構(gòu)建能力實例節(jié)點(diǎn)，獲得與能力實例對應(yīng)的活動集合。同時，設(shè)置活動—能力實例關(guān)系模型AR（ai，R）占用標(biāo)識集合M，用來記錄活動—能力實例關(guān)系模型AR（ai，R）是否被處理。

由活動—能力實例關(guān)系模型構(gòu)建能力實例—活動關(guān)系模型的步驟如下：

步驟1 設(shè)置活動—能力實例關(guān)系模型集合ARS=｛AR（ai，R）｝中的每個活動—能力實例關(guān)系模型AR（ai，R），設(shè)置占用標(biāo)識M（AR（ai，R））=0。

步驟2 取集合ARS中占用標(biāo)識M（AR（ai，R））=0的元素AR（ai，R），并設(shè)置M（AR（ai，R））=1。

步驟3 遍歷能力集合R=｛r1，r2，…｝中的每個元素ri：

（1）構(gòu)建一個與能力ri對應(yīng)的源頂點(diǎn)vi，對應(yīng)元素ri的屬性作為頂點(diǎn)vi的屬性。

（2）如果頂點(diǎn)集合V中不存在與頂點(diǎn)vi屬性相同的頂點(diǎn)，則將頂點(diǎn)加入頂點(diǎn)集合V中，同時將活動ai作為能力vi的依附活動，即vi←ai。

（3）如果頂點(diǎn)集合V中存在與頂點(diǎn)vi屬性相同的頂點(diǎn)vj，則將活動ai作為能力vj的依附活動，即vj←ai。

步驟4 如果集合ARS中存在占用標(biāo)識M（AR（ai，R））=0的元素AR（ai，R），則轉(zhuǎn)步驟2，否則轉(zhuǎn)步驟5。

步驟5 輸出能力實例—活動關(guān)系模型集合RAS=｛RA（ri，A）｝。

4.4 能力實例層次關(guān)系的構(gòu)建

能力計劃中能力實例之間的層次關(guān)系形成一棵樹，采用層次圖描述。

定義13 層次圖。層次圖是由六元組gh=（Vh，Eh，ηh，θh，αh，βh）表示的一棵樹，其中：Vh為樹的節(jié)點(diǎn)集合；Eh?Vh×Vh為樹的邊集合，其元素為有序節(jié)點(diǎn)對，由父節(jié)點(diǎn)指向子節(jié)點(diǎn)；ηh：Vh→G為一個從節(jié)點(diǎn)集合到屬性圖集合的映射，對每一個節(jié)點(diǎn)v∈Vh，存在ηh（v）∈G，表征節(jié)點(diǎn)v對應(yīng)的屬性圖，稱為節(jié)點(diǎn)的屬性圖；θh：Eh→G為一個從邊集合到屬性圖集合的映射，對每一條邊e（u，v）∈Eh，存在θh（e）∈subgraph（ηh（u）），表征節(jié)點(diǎn)v對應(yīng)的屬性圖與其父節(jié)點(diǎn)u對應(yīng)的屬性圖之間的關(guān)系，稱為邊的屬性圖；αh：Vh→WVh為一個從節(jié)點(diǎn)集合到其屬性集合的映射，其中WVh為節(jié)點(diǎn)的屬性集合；βh：Eh→WEh為一個從邊集合到其屬性集合的映射，其中WEh為邊的屬性集合。

文中標(biāo)記depth（gh）為層次圖gh的深度；root（gh）為層次圖gh的根節(jié)點(diǎn)；｜gh｜為層次圖中所有節(jié)點(diǎn)對應(yīng)屬性圖的模的和，稱為層次圖gh的規(guī)模；level（v）為節(jié)點(diǎn)v的層次；parent（v）為節(jié)點(diǎn)v的父節(jié)點(diǎn)。

定義14 能力層次圖。能力層次圖是一個表征能力層次網(wǎng)絡(luò)計劃模型的層次圖gh=（Vh，Eh，ηh，θh，αh，βh）。其中：節(jié)點(diǎn)v∈Vh對應(yīng)能力層次網(wǎng)絡(luò)計劃模型中不同層次下的能力網(wǎng)絡(luò)計劃；邊e（u，v）∈Eh表征能力層次網(wǎng)絡(luò)計劃模型中不同層次能力網(wǎng)絡(luò)計劃u，v間的依賴關(guān)系；節(jié)點(diǎn)v的屬性圖ηh（v）∈ηh記錄節(jié)點(diǎn)v對應(yīng)的網(wǎng)絡(luò)計劃內(nèi)所包含的能力節(jié)點(diǎn)；邊e（u，v）∈Eh的屬性圖θh（e）∈θh記錄相鄰層次關(guān)聯(lián)網(wǎng)絡(luò)計劃u，v間的依賴關(guān)系；αh和βh記錄不同層次網(wǎng)絡(luò)計劃及網(wǎng)絡(luò)計劃之間關(guān)聯(lián)關(guān)系的屬性。

根據(jù)能力實例—活動關(guān)系模型RAS=｛RA（ri，A）｝建立能力層次關(guān)系，其步驟如下：

步驟1 遍歷能力實例—活動關(guān)系模型集合RAS中的每個能力實例—活動關(guān)系模型RA（ri，A）：

（1）令能力ri.level的賦值等于對應(yīng)活動ai.level的取值。

（2）創(chuàng)建一個與能力ri相對應(yīng)的節(jié)點(diǎn)vi，如果層次圖節(jié)點(diǎn)集合V中不存在節(jié)點(diǎn)vj，使得節(jié)點(diǎn)vi與vj滿足ηh（vj）∩vi≠?，則將頂點(diǎn)vi加入節(jié)點(diǎn)集合V中；否則將頂點(diǎn)vi加入ηh（vj）。

步驟2 遍歷層次圖gh節(jié)點(diǎn)集合V中的任意一個節(jié)點(diǎn)vi，其直接父節(jié)點(diǎn)記作parent（vi）。

遍歷層次圖gh節(jié)點(diǎn)集合V中的任意一個節(jié)點(diǎn)vj（i≠j），如果parent（vi）=vj，則構(gòu)建節(jié)點(diǎn)vi與vj之間的依賴關(guān)系，將邊e（vj，vi）加入邊集合Eh。

步驟3 輸出能力層次圖gh，完成活動網(wǎng)絡(luò)計劃到能力網(wǎng)絡(luò)計劃的轉(zhuǎn)化。

5 實例驗證

本文所提方法在國家863計劃“云制造服務(wù)模式與共性關(guān)鍵技術(shù)研究”中得到了實現(xiàn)。該方法以中國航天科技集團(tuán)云制造服務(wù)平臺為基礎(chǔ)，以航天五院空間站總體設(shè)計云制造任務(wù)為例，開展了基本技術(shù)驗證。以敏感器布局設(shè)計為例，云制造服務(wù)平臺通過將制造資源實體和各種知識經(jīng)驗以“服務(wù)”的方式進(jìn)行抽象、封裝和共享，把服務(wù)作為各種業(yè)務(wù)活動功能的實現(xiàn)載體。利用云制造服務(wù)平臺任務(wù)項目管理工具，首先將基于活動的網(wǎng)絡(luò)計劃中的最底層活動進(jìn)行分割，使分割出來的元活動與所需的制造服務(wù)（即能力）的數(shù)量為1∶1的關(guān)系，如圖4所示。針對每個活動，利用服務(wù)匹配引擎在云制造服務(wù)平臺中匹配并綁定合適的服務(wù)（即能力），包括硬件類服務(wù)（AH 場強(qiáng)天線、功率放大器等設(shè)備提供的服務(wù)）、軟件類服務(wù)（統(tǒng)一建模語言（Unified Modeling Language，UML）、CATIA（computer aided tri-dimensional interface application）、SINDA 等軟件提供的服務(wù)）以及其他類型的服務(wù)，生成一系列制造服務(wù)（能力）節(jié)點(diǎn)，如圖5所示。最后，根據(jù)能力實例節(jié)點(diǎn)之間的關(guān)聯(lián)關(guān)系，構(gòu)建出最終的面向能力的層次網(wǎng)絡(luò)計劃模型，如圖6所示。

面向能力的層次網(wǎng)路計劃模型能夠清晰地描述服務(wù)（能力）之間的隸屬關(guān)系，以及能力實例之間的關(guān)聯(lián)和計劃時序關(guān)系，將項目的活動計劃轉(zhuǎn)化為具有時間序列要求的能力計劃，為后續(xù)云制造項目實現(xiàn)基于能力的監(jiān)控和調(diào)度提供基礎(chǔ)。

6 結(jié)束語

因為在云制造平臺中，能力是以服務(wù)的方式發(fā)布出來的，活動對能力的需求最終體現(xiàn)為活動對對應(yīng)服務(wù)的綁定，所以在云制造平臺中，通過活動網(wǎng)絡(luò)計劃到能力網(wǎng)絡(luò)計劃的轉(zhuǎn)化就將活動計劃轉(zhuǎn)化為服務(wù)調(diào)用計劃，而對能力計劃的執(zhí)行與監(jiān)控，就轉(zhuǎn)化為對服務(wù)計劃的執(zhí)行與監(jiān)控，本文所提算法是云制造平臺服務(wù)執(zhí)行引擎的關(guān)鍵技術(shù)。以此為基礎(chǔ)，下一步需要進(jìn)一步深入研究面向能力的計劃執(zhí)行、監(jiān)控和調(diào)度技術(shù)。

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