新產品開發(fā)云服務語義匹配研究

1 引言

隨著先進制造技術和網絡技術的發(fā)展，產品開發(fā)逐漸成為多角色參與、多領域協(xié)同設計與制造的活動，需要跨地域、跨部門的制造資源支持；由于新產品開發(fā)資源的分布不均衡，廣大制造企業(yè)特別是量大面廣的中小制造企業(yè)面臨著資金不足、人才匱乏、整體技術及設備水平落后等問題，嚴重制約了企業(yè)的產品創(chuàng)新和核心競爭能力的提升，而一些企業(yè)及高校等大量的硬件資源、軟件資源和能力資源處于閑置狀態(tài)，造成資源的極大浪費。云制造模式的提出，為求解制造企業(yè)特別是量大面廣的中小企業(yè)新產品開發(fā)問題，實現(xiàn)制造資源的優(yōu)化配置、增值與增效，進而提高企業(yè)的自主創(chuàng)新能力和核心競爭力，提供了新的解決思路。

云制造技術將現(xiàn)有網絡化制造和服務技術同云計算、云安全、高性能計算、物聯(lián)網等技術融合,實現(xiàn)各類制造資源(制造硬設備、計算系統(tǒng)、軟件、模型、數(shù)據(jù)、知識等)統(tǒng)一的、集中的智能化管理和經營,為制造全生命周期過程提供可隨時獲取的、按需使用的、安全可靠的、優(yōu)質廉價的各類制造活動服務。在云制造模式下，用戶能夠根據(jù)應用需求，隨時隨地、動態(tài)、敏捷地使用云端制造資源池中的制造資源。

新產品開發(fā)云服務的匹配過程中包含三個主要的參與角色，如圖1所示。

圖1 新產品開發(fā)云服務中角色關系

云制造服務平臺：云制造服務平臺作為對新產品開發(fā)云制造服務資源需求方和新產品開發(fā)云制造服務資源提供方間的第三方平臺，負責云制造服務資源的組織、管理和維護，包括服務資源的注冊、注銷與更新等，同時，保證供需雙方間交易過程的透明、公平和公正。

新產品開發(fā)云服務提供方：指廣大具有閑散的新產品開發(fā)資源的廠商、院所或單位個人。云制造服務提供方將擁有的資源按照云制造服務的統(tǒng)一標準注冊發(fā)布到云制造服務平臺中，使其能夠被需求方發(fā)現(xiàn)與調用。

新產品開發(fā)云服務需求方：指廣大具有新產品開發(fā)需求的廠商、院所或單位個人。需求方能夠在云制造服務平臺中發(fā)布服務需求，并獲得符合需求的查詢結果。

然而，目前云制造關鍵技術還處于研究探索階段，其中的云服務語義匹配方法是實現(xiàn)云制造按需服務關鍵技術之一。

2 新產品開發(fā)云服務語義匹配的定義

新產品開發(fā)云服務語義匹配是指在云制造環(huán)境下，根據(jù)云服務需求方提供的新產品開發(fā)需求描述，通過服務語義匹配機制對新產品開發(fā)云資源池中的服務資源進行搜索和匹配，并返回一系列與新產品開發(fā)需求描述相匹配的云服務，使云服務需求方能夠發(fā)現(xiàn)云資源池中最符合其需求的云服務資源，從而發(fā)揮云制造的功能，促進新產品開發(fā)云服務資源的有效共享。為了給新產品開發(fā)用戶提供一個高效、可靠且智能化的服務匹配環(huán)境，云服務語義匹配需滿足以下要求：

（1）能夠實現(xiàn)新產品開發(fā)云服務資源的注冊、注銷和更新

由于新產品開發(fā)云制造服務資源種類繁多并且功能各異，服務資源提供方必須將服務資源信息注冊到統(tǒng)一的云制造平臺中，便于服務資源的發(fā)現(xiàn)和使用；當服務資源提供方停止提供某項新產品開發(fā)服務資源時，相應的服務資源信息要從平臺中及時地刪除，從而避免出現(xiàn)垃圾信息；同時，為確保服務資源信息的精確性，云制造平臺能夠使服務提供方方便、快捷的更新服務資源信息。

（2）能夠根據(jù)服務需求方描述的信息智能匹配符合要求的服務資源

傳統(tǒng)的基于關鍵字的信息檢索方法在匹配精度和準度上都無法滿足云服務智能化的需求。然而，基于領域本體的服務語義層面發(fā)現(xiàn)與匹配能夠準確地推理判斷服務的能力滿足服務需求的程度。因此，云制造服務的匹配應提供一種基于領域本體的語義檢索方法。

（3）能夠實現(xiàn)自動化地處理

新產品開發(fā)云服務的檢索匹配應該盡量減少供需雙方的操作且能夠較快地返回用戶所需的結果。

3 新產品開發(fā)云服務語義匹配總體框架

新產品開發(fā)云服務語義匹配框架由三大模塊組成，分別為云服務語義注冊模塊、云服務語義匹配模塊、以及新產品開發(fā)云服務本體庫，如圖2所示。

圖2 新產品開發(fā)云制造服務語義匹配框架

3.1 云服務語義注冊模塊

服務語義注冊模塊包括OWL-S/UDDI解析器和UDDI注冊中心兩部分。UDDI注冊中心負責新產品開發(fā)云服務的注冊、發(fā)布和檢索。OWL-S/UDDI解析器負責將用OWL-S本體的Profile類描述的新產品云服務信息一對一地映射到UDDI對應元素中，使其包含服務的語義信息，映射過程如圖3所示。

圖3 OWL-S與UDDI間的映射

3.2 云服務語義匹配模塊

云服務語義匹配模塊負責云用戶的新產品開發(fā)需求與UDDI注冊中心的新產品開發(fā)云服務間的語義匹配，它根據(jù)新產品開發(fā)云服務本體庫提供的概念語義信息，將需求描述和服務描述中對應的概念參數(shù)進行語義匹配，通過執(zhí)行本體概念推理確定概念間的語義匹配程度，最后根據(jù)服務與需求的匹配程度排序并將達到設定匹配度閥值（Th）的新產品開發(fā)云服務輸出到服務需求方的用戶界面中。

3.3 新產品開發(fā)云服務本體庫

新產品開發(fā)云服務本體庫通過提供新產品開發(fā)云服務領域的共享概念知識，使服務語義匹配引擎能夠對需求和服務間的本體概念進行語義層次的推理和匹配。

4 新產品開發(fā)云服務語義描述方法

新產品開發(fā)云服務語義匹配框架中，云需求和云服務都采用OWL-S中的Profile類來描述。Profile類既可以用來描述服務提供者的服務，也可以用來描述服務請求者的需求。具體來說，Profile本體模型如圖4所示，主要包含以下三個部分：

圖4 OWL-S Profile中的類和屬性

4.1 服務名稱、聯(lián)系方式和簡單文本描述信息

Profile類通過serviceName,textDescription和conta ctInformation三個屬性把服務的基本信息引入到服務描述中。Profile中最多只能有一個serviceName和textDescription屬性，但可以有多個contactInformation屬性。其中，serviceName指定了所提供服務的名稱，可作為其標識。textDescription提供了對服務的簡要文本描述，一般是其功能的簡單介紹。contactInformation指定了服務提供者給出的個人或其他形式的聯(lián)系方式，例如name、title、phone、email、physicalAddress、webURL等信息。

4.2 服務的功能屬性描述

Profile中最本質的部分是關于服務功能屬性的描述，它從兩方面表達了服務功能屬性：信息轉化和服務執(zhí)行引起的狀態(tài)變化。服務信息轉變通過輸入（Input）和輸出（Output）來表示。Input指定了服務進行執(zhí)行所需要的信息，例如新產品開發(fā)過程中某個汽車零部件的性能、尺寸、材料和成本作為輸入。Output指定了服務操作的結果，例如可以是某產品設計完成后的三維數(shù)字實體模型；服務執(zhí)行引起的狀態(tài)變化則通過前置條件（Precondiction）和執(zhí)行結果（Effect或Result）表達，Precondiction說明了在服務被請求前所應滿足的邏輯條件，這些條件一般與服務可能導致的結果有聯(lián)系：Effects則是服務成功執(zhí)行的效果，一般會涉及到外部世界狀態(tài)的變化。例如：對于提供快速原型樣件制造的新產品開發(fā)云制造硬件服務，它的前提條件可以是需求方的地理位置必須在指定區(qū)域內，而執(zhí)行結果則是具體快速原型樣件所能達到的各項技術指標，如尺寸大小，比例大小等。

4.3 服務其他屬性的描述

除了上面介紹的服務的功能屬性外，還有其它一些用戶會關心的服務屬性信息，例如服務質量保證、服務分類以及服務想描述的其它參數(shù)。這些附加的服務屬性信息可以通過下面的兩個屬性來描述：servieeParameter和serviceCategory。這兩個屬性的取值則分別為類serviceParameter和serviceCategory的實例。其中的類serviceParameter包含serviceParameterName和sParameter兩個屬性，用來描述參數(shù)的名字和取值；而類serviceCategory包含四個屬性，分別為categoryName、taxonomy、value和code，來描述服務所引用的服務分類規(guī)范，以及其在該規(guī)范中對應的取值或代碼。

5 小結

本文首先對新產品開發(fā)云服務語義匹配的需求和參與角色進行了分析，在此基礎上提出了基于擴展UDDI的新產品開發(fā)云服務語義匹配總體框架，該總體框架能夠支持新產品開發(fā)云服務的語義注冊、語義檢索和語義匹配。在該語義匹配總體框架下，建立了基于OWL-S的新產品開發(fā)云服務本體語義描述模型。