制造协作网的形成及合作演化机制的研究

Cloud Manufacturing (CM) has been focused on by acadamia and practitioners under the support of advanced network technology, cloud computing,and digital manufacturing, which involves the philosophy of "Manuacturing as Service (MaS)". This manufacturing paradigm which comprises of distributed, autonomous, uncertain manufacturing resources is deployed over the Internet, and its topology and behavior can dynamically evolve for providing with services according to the fluctuant demands of customers. From the view of complex networks, this project explores the mechanisms of on-demand dynamical aggregation of manufacturing resources and the law of cooperation evolution in an open networked environment.An evolving network model is build up in which manufacturing resources and tasks are modeled as nodes and their relationship as weighted edges. The system characteristics are analyzed and dynamic parameters are obtained with the statistical physics. The evolutionary game theory and agent-based modeling are used to analyze and simulate the dynamic evolution of game behaviors between nodes and the cooperation emergence of manufacturing collabrative network driven by tasks based on the networked description and the expression of manufacturing resources and tasks. And the incentive mechanism of cooperation evolution and the stability of this network are deeply researched. The theoretical and pratical basis to build up a well manufacturing environment involving collaborative mechanisms are presentd in implementing cloud manufacturing.

在先进的网络技术、云计算技术及数字制造技术的支持下，"制造即服务"的面向服务的网络制造模式-云制造备受关注，它作为一类部署在Internet环境中的制造模式，其基本组成元素是各种分布、自治、不确定的虚拟化的制造资源，其拓扑结构和行为可按需动态演变，以满足随需而变的需求。本项目从复杂网络的角度出发，探究在开放的网络环境中制造资源的按需动态聚合的机理及合作演化机制。在网络环境中制造资源与任务抽象为节点，节点与节点之间动态的关联关系描述为加权的边，即构建网络演化模型。分析资源配置的行为要素与网络模型相关参量的映射关系，利用统计物理学方法获取其动力学参量；通过对任务与资源节点的网络化刻画与描述，引入演化博弈论与智能体建模方法探究节点间的博弈行为动态演化过程及任务驱动的制造协作网络的合作涌现机制；探究促进合作演化的机制并对制造协作网络的稳定性进行研究，从而为云制造的有效实施与建立提供理论与实践依据。

随着先进的信息和泛在网络技术的发展，一种新型的面向服务的制造模式的实施成为可能。作为一类部署在网络环境中的制造模式，其基本组成元素是各种分布、自治、不确定的虚拟化的制造资源，即制造服务，其拓扑结构和行为可按需动态演变，以满足随需而变的需求。本项目从复杂网络的角度出发，以演化博弈理论的有关原理与方法，结合多智能体建模与仿真的分析，探究在开放的网络环境中制造资源的按需动态聚合的机理、合作演化的涌现机制以及促进合作的激励机制。从而为云制造的有效实施与建立提供理论与实践依据。.本项目通过实证研究，建立了无权、加权供需网络与竞争-合作关系网络的模型，并对网络统计特征进行分析，发现供需网络与竞争-合作网络都具有复杂网络的特性；构建了以任务驱动的，不同优选机制的多种制造协作网络的二分网络演化模型；并对构建的二分网络提出了不同的投影方法，得到了基于制造服务节点的一元网络，用统计物理的方法对其特性进行分析，具有与实际协作网络具有类似的复杂网络特性；为描述制造服务节点在多次协作关系的行为演化，基于演化博弈对其行为采用4种不同的博弈模型进行建模，提出了不同的学习机制进行策略更新，并通过多智能体仿真分析了资源丰富程度、信息透明度以及欺诈行为对合作演化的影响；在此基础上提出了基于惩罚机制的合作激励机制，并仿真分析了惩罚机制对合作的影响效应；探究了个体不同的突变行为对合作演化的影响机制；最后设计与开发了仿真分析的云平台。