T型云制造资源优化配置技术

本书以促进中小企业协同、提升中小企业智能化制造水平为目的，将云制造模式与服务科学的理念相结合，提出了T型云制造模式。本书针对T型云制造的运行机制及资源优化配置所涉及的评价模型及算法进行了详细介绍，内容涵盖T 型云制造的提出背景、T 型云制造及信息模型、如何将物理资源映射为服务、服务组合的评价、T 型云制造模式下服务组合优化的算法和理论，以及算法在铸造行业的应用。内容前沿、系统性强，对中小企业的转型升级具有积极的推动作用。本书适合中小企业工程技术人员和管理人员参考，也可供高等院校大数据、智能制造、管理等相关专业的师生阅读。

高洁，女，1986年生，太原科技大学工学博士毕业，讲师。主要研究智能制造与大数据挖掘，主攻云制造模式下制造资源优化配置理论与应用研究，开发协同制造应用平台，为中小企业资源协同服务。主讲智能制造相关专业课程。发表云制造相关论文5篇，申请发明专利1项。

第1章　绪论 001
1.1　云制造资源优化配置的背景和意义 001
1.2　云制造 002
1.2.1　云制造的概念及内涵 002
1.2.2　中小企业实现云制造面临的问题 004
1.3　基于云制造资源优化配置的关键问题及研究现状 004
1.3.1　云制造模式及信息模型 005
1.3.2　制造资源到服务的映射 006
1.3.3　服务组合评价 007
1.3.4　服务组合优化方法 009
1.4　本书内容和结构 010
1.4.1　本书内容 010
1.4.2　章节安排 012

第2章　T 型云制造模式及信息模型 014
2.1　T 型云制造模式 014
2.1.1　T 型云制造模式的提出 014
2.1.2　T 型云制造模式的架构 015
2.1.3　T 型云制造模式的运行要素 016
2.1.4　T 型云制造模式的运行机理 020
2.1.5　T 型云制造模式的优势 021
2.2　关键信息模型 022
2.2.1　本体建模技术 022
2.2.2　信息建模分析 023
2.2.3　关键信息模型建立 024
2.2.4　资源优化配置的流程信息 027
2.3　本章小结 029

第3章　T 型云制造模式下资源到服务映射 030
3.1　资源到服务映射的理论基础 030
3.1.1　资源到服务映射描述 030
3.1.2　聚类的基本理论 031
3.1.3　k-means 算法的实现过程 034
3.2　T 型云制造模式下聚类实现制造资源到服务映射存在问题分析 035
3.3　基于D-t means 算法的资源到服务映射方法 037
3.3.1　D-t means 算法的主导思想 037
3.3.2　D-t means 算法的关键概念 038
3.3.3　D-t means 算法实现资源到服务的映射流程 040
3.4　基于D-t means 算法资源到服务映射的验证 043
3.4.1　实验数据集选择及设置 043
3.4.2　实验结果分析 045
3.5　本章小结 053

第4章　T 型云制造模式下服务组合评价 054
4.1　服务组合评价理论基础 054
4.1.1　服务组合评价描述 054
4.1.2　模糊数 055
4.1.3　理想解法 057
4.1.4　灰色关联法 060
4.2　T 型云制造模式下服务组合评价存在问题分析 061
4.2.1　服务属性类型的多样化与不同表述 061
4.2.2　任务参数配置的制造性未重视 062
4.3　面向T 型结构不同维度的服务组合评价模型 062
4.3.1　面向纵向服务优势的FEM 评价模型 062
4.3.2　面向横向服务优势的PCEM 评价模型 066
4.4　服务组合评价模型的验证 071
4.4.1　实验设置及案例选择 071
4.4.2　FEM 评价模型验证结果分析 072
4.4.3　PCEM 评价模型验证结果分析 075
4.5　本章小结 078

第5章　T 型云制造模式下服务组合优化 079
5.1　服务组合优化方法理论基础 079
5.1.1　服务组合优化描述 079
5.1.2　FPA 算法基础理论 079
5.2　T 型云制造模式下进化算法实现服务组合优化存在问题分析 082
5.3　基于MWFPA 算法的组合优化方法 084
5.3.1　组合优化过程中的相关定义 084
5.3.2　MWFPA 算法的主导思想 084
5.3.3　MWFPA 算法的关键步骤 086
5.3.4　基于MWFPA 算法的服务组合优化过程 087
5.4　基于MWFPA 算法资源优化配置的验证 089
5.4.1　实验设置及案例选择 089
5.4.2　实验结果分析 089
5.5　本章小结 100

第6章　资源优化配置云平台开发 101
6.1　中小铸造企业协同制造背景 101
6.2　中小铸造企业协同平台的设计 103
6.2.1　企业结构模型 103
6.2.2　平台功能设计 105
6.2.3　实现技术 106
6.3　中小铸造企业协同平台的实现 107
6.3.1　平台功能介绍 107
6.3.2　案例示范说明 112
6.4　本章小结 119

参考文献 120

智能制造是实现“中国制造2025”国家战略的重要抓手，是促进中国制造业向智能化转型，实现制造强国战略的主攻方向。制造企业向智能制造转型是目前制造业发展的重要趋势，但相对于我国巨大的企业基数，真正可实现智能化转型的企业数量很少，特别是中小企业。中小企业作为我国经济发展的生力军，是建设现代化经济体系、推动经济实现高质量发展的重要基础；但中小企业所持有的制造资源单一，技术支撑薄弱，制造活动简单，导致无法进行大规模且复杂的制造活动，难以向智能制造转型。伴随着网络信息技术的发展，云制造模式被提出，将各类企业的制造资源集中到云平台，通过资源优化配置，使企业以协同的方式共同完成复杂制造任务。但中小企业受限于自身经济与技术水平，实现云制造较为困难，并且由于资源优化配置方法的不同，对最终协同方案的效果影响很大。为此，本书针对中小企业适用的云制造模式及资源优化配置方法进行了详细的阐述。
本书主要内容如下：
第1章绪论。介绍我国制造业的发展趋势，叙述云制造的产生背景与内涵，提出中小企业实现云制造面临的问题，分析云制造及资源优化配置涉及的关键问题及现状。
第2章T型云制造模式及信息模型。面向中小企业提出基于服务科学理论的T 型云制造模式；对T 型云制造模式的架构、运行要素与运行机理进行阐述；建立关键信息描述模型并细化资源优化配置的流程信息。
第3章T型云制造模式下资源到服务映射。阐述T 型云制造模式的纵向服务的获取方式，即根据具体元任务实现大量资源映射为相应服务集。依据任务特征及制造资源信息特点，提出Dt-means聚类算法，并对所提聚类方法中的关键概念、算法流程、算法实现进行详细论述，最后通过实验验证算法的有效性。
第4章T型云制造模式下服务组合评价。分析T 型云制造模式下评价服务组合所需面临的问题，增加对FoS的评价，基于服务参数模糊性面向纵向服务优势提出FEM 评价模型并阐述具体实现步骤；基于任务参数配置面向横向服务优势提出PCEM 评价模型并阐述具体实现步骤。最后通过实验验证评价模型可行性。
第5章T型云制造模式下服务组合优化。研究资源优化配置的横向服务获取手段，即服务组合与优化。根据T 型云制造模式下服务组合的特征与在优化过程中导致的问题，提出MWFPA 算法。重新定义基因与花的概念，介绍MWFPA 算法的主导思想与关键步骤，并展示具体优化过程。最后，通过实验验证算法的可行性。
第6章资源优化配置云平台开发。分析中小铸造企业现状，以铸造工业园为中小铸造企业集群代表，结合前面章节关于T 型云制造模式的相关理论，设计并开发中小铸造企业协同平台，将本书理论方法予以实现。
本书在内容选择和结构层次编排方面考虑了理论和应用实践之间的层层递进关系。其中，第1章是综合背景介绍，第2章是基础知识，第3～5章是理论的介绍与验证，第6章将前面的理论应用到铸造行业中小企业中。
本书在编写过程中得到了许多老师与专家的支持，在此一并表示感谢。
由于笔者水平有限，书中的不妥之处在所难免，请广大读者予以批评指正。

高洁
山西工程科技职业大学