T型云制造資源優化配置技術

云制造技術是影響我國未來制造業模式與業態的新技術，但相關理論尚不完善。本書是基于對T型云制造資源優化配置基礎理論與應用的探究編寫的，主要介紹了云制造環境下資源優化配置的理論與應用，內容充實、科學，與實際應用聯系緊密。 當前，大多數制造企業已從大批量生產轉向小批量、多品種，按訂單生產，或者按訂單設計的經營模式，要求企業具有滿足客戶個性化需求的制造資源和制造能力。本書針對此展開，著重介紹云制造任務、云制造資源、資源動態調度及中小鑄造企業協同制造平臺應用理論，并通過實例分析融會貫通相關理論，以期推動云制造相關技術的發展與促進體系的完善。

智能制造是實現“中國制造2025”國家戰略的重要抓手，是促進中國制造業向智能化轉型，實現制造強國戰略的主攻方向。制造企業向智能制造轉型是目前制造業發展的重要趨勢，但相對于我國巨大的企業基數，真正可實現智能化轉型的企業數量很少，特別是中小企業。中小企業作為我國經濟發展的生力軍，是建設現代化經濟體系、推動經濟實現高質量發展的重要基礎；但中小企業所持有的制造資源單一，技術支撐薄弱，制造活動簡單，導致無法進行大規模且復雜的制造活動，難以向智能制造轉型。伴隨著網絡信息技術的發展，云制造模式被提出，將各類企業的制造資源集中到云平臺，通過資源優化配置，使企業以協同的方式共同完成復雜制造任務。但中小企業受限于自身經濟與技術水平，實現云制造較為困難，并且由于資源優化配置方法的不同，對最終協同方案的效果影響很大。為此，本書針對中小企業適用的云制造模式及資源優化配置方法進行了詳細的闡述。
本書主要內容如下：
第1章緒論。介紹我國制造業的發展趨勢，敘述云制造的產生背景與內涵，提出中小企業實現云制造面臨的問題，分析云制造及資源優化配置涉及的關鍵問題及現狀。
第2章T型云制造模式及信息模型。面向中小企業提出基于服務科學理論的T 型云制造模式；對T 型云制造模式的架構、運行要素與運行機理進行闡述；建立關鍵信息描述模型并細化資源優化配置的流程信息。
第3章T型云制造模式下資源到服務映射。闡述T 型云制造模式的縱向服務的獲取方式，即根據具體元任務實現大量資源映射為相應服務集。依據任務特征及制造資源信息特點，提出Dt-means聚類算法，并對所提聚類方法中的關鍵概念、算法流程、算法實現進行詳細論述，最后通過實驗驗證算法的有效性。
第4章T型云制造模式下服務組合評價。分析T 型云制造模式下評價服務組合所需面臨的問題，增加對FoS的評價，基于服務參數模糊性面向縱向服務優勢提出FEM 評價模型并闡述具體實現步驟；基于任務參數配置面向橫向服務優勢提出PCEM 評價模型并闡述具體實現步驟。最后通過實驗驗證評價模型可行性。
第5章T型云制造模式下服務組合優化。研究資源優化配置的橫向服務獲取手段，即服務組合與優化。根據T 型云制造模式下服務組合的特征與在優化過程中導致的問題，提出MWFPA 算法。重新定義基因與花的概念，介紹MWFPA 算法的主導思想與關鍵步驟，并展示具體優化過程。最后，通過實驗驗證算法的可行性。
第6章資源優化配置云平臺開發。分析中小鑄造企業現狀，以鑄造工業園為中小鑄造企業集群代表，結合前面章節關于T 型云制造模式的相關理論，設計并開發中小鑄造企業協同平臺，將本書理論方法予以實現。
本書在內容選擇和結構層次編排方面考慮了理論和應用實踐之間的層層遞進關系。其中，第1章是綜合背景介紹，第2章是基礎知識，第3～5章是理論的介紹與驗證，第6章將前面的理論應用到鑄造行業中小企業中。
本書在編寫過程中得到了許多老師與專家的支持，在此一并表示感謝。
由于筆者水平有限，書中的不妥之處在所難免，請廣大讀者予以批評指正。

高潔
山西工程科技職業大學

高潔，女，1986年生，太原科技大學工學博士畢業，講師。主要研究智能制造與大數據挖掘，主攻云制造模式下制造資源優化配置理論與應用研究，開發協同制造應用平臺，為中小企業資源協同服務。主講智能制造相關專業課程。發表云制造相關論文5篇，申請發明專利1項。

本書以促進中小企業協同、提升中小企業智能化制造水平為目的，將云制造模式與服務科學的理念相結合，提出了T型云制造模式。本書針對T型云制造的運行機制及資源優化配置所涉及的評價模型及算法進行了詳細介紹，內容涵蓋T 型云制造的提出背景、T 型云制造及信息模型、如何將物理資源映射為服務、服務組合的評價、T 型云制造模式下服務組合優化的算法和理論，以及算法在鑄造行業的應用。內容前沿、系統性強，對中小企業的轉型升級具有積極的推動作用。
本書適合中小企業工程技術人員和管理人員參考，也可供高等院校大數據、智能制造、管理等相關專業的師生閱讀。

第1章　緒論 001
1.1　云制造資源優化配置的背景和意義 001
1.2　云制造 002
1.2.1　云制造的概念及內涵 002
1.2.2　中小企業實現云制造面臨的問題 004
1.3　基于云制造資源優化配置的關鍵問題及研究現狀 004
1.3.1　云制造模式及信息模型 005
1.3.2　制造資源到服務的映射 006
1.3.3　服務組合評價 007
1.3.4　服務組合優化方法 009
1.4　本書內容和結構 010
1.4.1　本書內容 010
1.4.2　章節安排 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 型云制造模式的架構 015
2.1.3　T 型云制造模式的運行要素 016
2.1.4　T 型云制造模式的運行機理 020
2.1.5　T 型云制造模式的優勢 021
2.2　關鍵信息模型 022
2.2.1　本體建模技術 022
2.2.2　信息建模分析 023
2.2.3　關鍵信息模型建立 024
2.2.4　資源優化配置的流程信息 027
2.3　本章小結 029

第3章　T 型云制造模式下資源到服務映射 030
3.1　資源到服務映射的理論基礎 030
3.1.1　資源到服務映射描述 030
3.1.2　聚類的基本理論 031
3.1.3　k-means 算法的實現過程 034
3.2　T 型云制造模式下聚類實現制造資源到服務映射存在問題分析 035
3.3　基于D-t means 算法的資源到服務映射方法 037
3.3.1　D-t means 算法的主導思想 037
3.3.2　D-t means 算法的關鍵概念 038
3.3.3　D-t means 算法實現資源到服務的映射流程 040
3.4　基于D-t means 算法資源到服務映射的驗證 043
3.4.1　實驗數據集選擇及設置 043
3.4.2　實驗結果分析 045
3.5　本章小結 053

第4章　T 型云制造模式下服務組合評價 054
4.1　服務組合評價理論基礎 054
4.1.1　服務組合評價描述 054
4.1.2　模糊數 055
4.1.3　理想解法 057
4.1.4　灰色關聯法 060
4.2　T 型云制造模式下服務組合評價存在問題分析 061
4.2.1　服務屬性類型的多樣化與不同表述 061
4.2.2　任務參數配置的制造性未重視 062
4.3　面向T 型結構不同維度的服務組合評價模型 062
4.3.1　面向縱向服務優勢的FEM 評價模型 062
4.3.2　面向橫向服務優勢的PCEM 評價模型 066
4.4　服務組合評價模型的驗證 071
4.4.1　實驗設置及案例選擇 071
4.4.2　FEM 評價模型驗證結果分析 072
4.4.3　PCEM 評價模型驗證結果分析 075
4.5　本章小結 078

第5章　T 型云制造模式下服務組合優化 079
5.1　服務組合優化方法理論基礎 079
5.1.1　服務組合優化描述 079
5.1.2　FPA 算法基礎理論 079
5.2　T 型云制造模式下進化算法實現服務組合優化存在問題分析 082
5.3　基于MWFPA 算法的組合優化方法 084
5.3.1　組合優化過程中的相關定義 084
5.3.2　MWFPA 算法的主導思想 084
5.3.3　MWFPA 算法的關鍵步驟 086
5.3.4　基于MWFPA 算法的服務組合優化過程 087
5.4　基于MWFPA 算法資源優化配置的驗證 089
5.4.1　實驗設置及案例選擇 089
5.4.2　實驗結果分析 089
5.5　本章小結 100

第6章　資源優化配置云平臺開發 101
6.1　中小鑄造企業協同制造背景 101
6.2　中小鑄造企業協同平臺的設計 103
6.2.1　企業結構模型 103
6.2.2　平臺功能設計 105
6.2.3　實現技術 106
6.3　中小鑄造企業協同平臺的實現 107
6.3.1　平臺功能介紹 107
6.3.2　案例示范說明 112
6.4　本章小結 119

參考文獻 120