云服务模式下制造业务多主体协同与优化方法研究

At present, China has rich manufacturing resources. However, there are a poorer business collaboration capability of manufacturing enterprises and a lower utilization rate of manufacturing resources. Aiming at this status, this project proposes a new multi-agent collaborative and optimization method of manufacturing business under cloud service mode. A process model of manufacturing business is established based on polychromatic graph, and the practical manufacturing service demands are described formally. A correlative model of manufacturing services is built based on entity of polychromatic sets, and the large-scale virtual resource cloud pool and the multi-granularity service clusters are constructed. A reasoning model of manufacturing service supplies and demands is proposed based on isolated operation of polychromatic sets, and the manufacturing service supplies and demands are reasoned and allocated in logic layer. A multi-agent collaborative model of manufacturing business is presented based on cooperative game theory, and the multi-agent collaborative game equilibrium is solved. The multi-agent collaborative and optimization of manufacturing business are realized in quantitative layer. This project includes the process model of manufacturing business, the correlative model of manufacturing services, and the reasoning model of manufacturing service supplies and demands into a same and standard mathematical model framework. The synergistic effect of individual interests and the overall interest is emphasized. The multi-agent business collaboration capability of manufacturing service demanders, providers and operators and the utilization rate of manufacturing resources are improved under cloud service mode. This project provides a theoretical basis and a technical support for the application of cloud manufacturing, and has an important scientific significance and a broad application perspective.

我国拥有丰富的制造加工资源，但制造企业之间协同能力低下，制造资源利用率不高。针对该状况，本项目提出一种云服务模式下制造业务多主体协同与优化方法。基于多色图建立制造业务过程模型，对实际的制造服务需求进行形式化描述；基于多色集合的“体”构建制造服务关联模型，形成大规模虚拟资源云池和粗细粒度不等的服务集群；基于多色集合离析运算构建制造服务供需推理模型，在逻辑层面实现制造服务供给和需求之间的推理与配置；采用合作博弈理论构建制造业务多主体协同模型，求解多主体合作博弈均衡，在数量层面实现制造业务的多主体协同与优化。本项目将制造业务过程模型、制造服务关联模型和制造服务推理模型都纳入相同的标准数学模型框架之中，注重个体利益与整体利益的协同效应，提高云服务模式下制造服务需求方、提供方和运营方等多主体业务协同能力和制造资源利用率，为云制造的落地应用提供理论基础和技术支持，具有重要的科学意义和广泛的应用前景。

本项目针对我国制造加工资源丰富但制造业务多主体协同能力低下和制造资源利用率不高等问题，提出了一种云服务模式下制造业务多主体协同与优化方法。用多色图的节点表示制造业务过程的任务，用节点的统一颜色描述制造业务过程中任务的属性，用多色图的边表示制造业务过程的连接关系，用边的统一颜色描述制造业务过程中连接关系的属性，构建了基于多色图的制造业务过程模型。利用多色集合超强的布尔计算能力、运算规则和算法，对制造业务过程模型进行了逻辑验证、结构优化和性能分析。在对制造资源进行定义和分类的基础上，建立了制造服务形式化描述模型，提出了制造服务的虚拟化封装方法。以机械加工云服务为例，提出了基于相似度的云服务聚类方法，通过对服务加工能力的属性描述，计算服务之间的综合相似度，使相似度高的机械加工服务聚在一起，进一步细分了云服务，形成了不同的云服务集合。基于多色集合的“体”，构建了制造服务关联模型，在逻辑上实现了单个资源或多个资源组合与它们所能实现或完成功能的关联，同时构建了复杂系统层次结构模型，实现了模型中相关知识自顶向下和自底向上的单向推理以及同时向下、向上的双向自动推理。采用合作博弈理论，在研究云制造模式下多主体博弈策略的基础上，构建了合作战略和不合作战略下核心企业利益函数和成员企业利益函数，在满足个体理性的基础上使集体利益最大化，构建了联盟合作博弈均衡模型，采用改进的复合形法对其进行求解，在数量上实现了云服务模式下制造业务的多主体协同与优化。本项目基于多色集合和合作博弈等理论，构建了云服务模式下制造业务过程模型、制造服务关联模型、制造服务供需推理模型和制造业务多主体协同模型，提出了云制造联盟两阶段利益分配方法，为云制造模式的落地应用提供了理论基础，为研制面向中小企业应用的云制造服务平台提供了技术支持，在共享制造模式方面具有重要的学术价值和广泛的应用前景。