制造网格

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什么是制造网格

  制造网格是基于开放网格服务体系结构(Open Grid Services Architecture,OGSA)的网格技术制造业的一个新的应用,目的是通过网格的开放性和灵活性,为制造业提供一个可扩展的资源共享和协同工作的环境,实现分布、异构制造资源的共享和协同工作,从而达到快速响应市场、降低加工成本、提高资源竞争的目的。

制造网格的特点

  制造网格概念提出,以及对制造网格系统建设与应用实施,建立了网络化制造的开放系统架构,形成了网络化制造的标准和规范,统一了网络化制造的模式和范式,为制造业信息化指明了发展方向。

  制造网格以现有的制造业信息化技术和方法作为基础,充分应用网格技术开放的OGSA体系框架、通用的标准和规范、统一的开发平台和工具,致力于为制造业建立起通用的、标准的和规范的网络化制造模式。

  此为制造业建立的通用的、标准的和规范的网络化制造模式实现不仅能够达到资源的共享、协同工作、降低制造成本、提高对资源的应用效率、加快产品的上市时间的目的,同时又具有极大的柔性和开放性,可以扩展到全球各地,包揽所有的现代制造资源和制造系统,并且最终形成全球制造网格

  制造网格与网络化制造进行互相比较,其具有以下的特点:

  (1)制造网格突破了网格技术的应用领域,而将网格技术由以往进行的大规模的科学计算,转而应用到制造业领域。

  (2)制造网格将资源封装成服务,实现制造资源的分布式动态管理

  (3)制造网格具有完全的开放性和扩展性。体现制造网格所具有的开放性,以及制造网格所具有的扩展性,其表现在三个方面:

  • 制造网格对资源是开放的,只要符合接口规范,各种制造资源都可以作为服务加入到系统中;
  • 制造网格OGSA中间件是开放的;
  • 制造网格系统的应用是开放的,各种制造业的应用都可以使用平台提供的基础服务,在平台上搭建。

  (4)建立网络化制造的标准和网络化制造的规范,最终形成网络化制造的标准模式和范式。在制造网格平台建设的过程中,不仅要遵循开放性、标准性的建设原则,同时又要根据制造业的特点,设立网格技术在制造业中应用的一些标准,以及网格技术在制造业中应用的一些规范,例如:制造资源描述规范、数据转换规范等,这些对网络化制造的研究具有同样的功能,将会促进网络化制造标准模式或范式的建立。

制造网格提出的时代背景

  随着信息时代和知识经济来临、全球化浪潮深入发展、网络经济影响、高速发展的高科技推动,以及新思想和新技术涌现,制造业的制造环境正在发生根本性的变化。

  一、制造网格提出的制造业背景

  制造业是创造人类财富的重要支柱,也是国民经济综合国力的重要体现,随着时代变迁,制造业发展重点已发生了很大的变化,由20世纪60年代的追求生产规模,到20世纪90年代的强调市场响应速度,再到现在21世纪的高度重视知识

  进入21世纪,市场的变化、客户日益个性化、多样化的需求,给制造业提出了新的要求,同时,随着产品制造、销售全球网络的逐步形成,现代制造业正在向全球化标准化数字化虚拟化开放化的方向发展,各国学者纷纷提出系列的先进制造模式,网络化制造(Networked Manufacturing)就是在这种时代背景下,而逐步发展起来的。

  网络化制造的研究目前主要集中在两个层面,这两个层面就是网络化制造模式的研究层面,以及网络化制造应用的研究层面。

  在网络化制造模式的研究中,各大高校和研究机构提出不同的理念,采用不相同的技术实现。在网络化制造应用的研究方面,最有影响力的目前是美国PTC公司2000年推出的产品协同商务(CPC)的Windchill软件系统,以及美国EDS公司2001年5月推出的名为Team CenterTM协同产品的管理解决方案。

  然而,通过对网络化制造目前发展的情况进行总结和分析,发现网络化制造带来的优势和存在的不足,寻求基于国际通用标准的体系结构作为网络化制造的技术支持,建立规范化、开放性的网络化制造平台,已迫在眉睫,势在必行。

  和网络化制造一同发展起来的还包括虚拟制造动态联盟绿色制造敏捷制造等,这些都已成为业界熟知的术语和制造模式。这些制造模式采用不同的技术,实现相同的功能,达到相同的目的:以某一市场机遇或需求为驱动,通过不同的企业间在技术、设备、人员等方面的合作,充分应用现有的制造资源,来达到制造资源的共享和技术资源的优势互补,实现快速响应市场和降低制造成本的双重目标。

  自出现之日起,这些制造模式就在各行各业发挥着不同程度的作用,推进制造业信息化的进程。然而同时,正是由于这种百家争鸣制造模式的存在,造成了国家人力物力财力的过度浪费,每个制造模式都有自己特定的体系框架和应用领域,采用一定的技术实现,其中应用于某种产品或某个领域的制造模式很难应用到别的产品或领域中。这阻碍了制造模式的扩展,不符合国家的长远发展规划,同时也违背了制造业全球化的发展趋势。制造网格(Manufacturing Grid,MG)就应运而生。

  二、制造网格提出的信息业背景

  首先,回顾互联网发展的历史,可以发现,在经历了以TCP/IP技术为主导的大规模网络互联阶段之后,电子邮件的产生带来了传统通信方式的全新变革,而万维网的迅速普及,形成了通过Web发布与获得信息的方式。在技术发展潮流的推动下,人们开始思考互联网技术的下一步将向何处去,这时网格计算模型开始浮出水面。传统因特网实现了计算机硬件的连通,Web实现了网页的连通,而网格则试图实现互联网上资源包括计算资源、存储资源、通信资源、软件资源、信息资源、知识资源等的全面连通。

  其次,随着开放式的操作系统Linux的深入发展,厂商共同开发开放的标准已成为大势所趋,而自主计算系统、开放式的Web服务模块化网络等概念提出,为网格实施奠定技术基础。

  第三,IT技术发展到了今天,如何管理日渐复杂的IT环境成了企业管理者最为头疼的问题。人们希望有更简便、更智能化的方式来管理IT系统,许多大型企业开始考虑如何更好地管理和应用分布在不同的区域的计算资源。很多科研机构、高等院校开始将网格技术应用在需要较高计算能力的领域,并且实现不同的地域计算能力的共享。有些商业用户也开始注意到此计算的优越性和巨大潜力,开始尝试建立商业网格系统。这些为网格技术创造的市场空间是相当广阔的。

  网格技术是在这种时代背景下,参考于电力网(powergrid)的概念发展起来的,其最终目的是希望用户在使用网格资源时,就如同现在使用电力那样的方便,即只要你能够接触到网格,就可以根据自己的需要,“按需”在网格上获取各种资源与服务,而不需要关心资源与服务所在的具体位置。

  网格发展经历了三个阶段:

  在第一阶段,是网格的萌芽阶段,开始于20世纪90年代的早期,研究内容是关于千兆网试验床和有些元计算方面的工作;

  在第二阶段,有些早期的试验,时间大概是在20世纪90年代的中期到晚期,出现了比较重要的开创性和奠基性的研究项目,例如,I-WAY,Globus,Legion等;

  在目前的阶段,是网格技术的迅速发展的阶段,关于网格的研究、开发和应用项目大量涌现,出现了影响很大的全球网格论坛GGF(Global Grid Forum),同时网格技术开始在更广泛的领域进行推广和应用。

  网格技术在制造业上的应用必将是制造业发展史上的又一个里程碑,极大地推动制造业信息化的进程。

当前制造网格存在的问题[1]

  由于制造网格本身是一新生事物,还处在不成熟期,距离应用还有一段距离,因此基于其上的制造网格安全也表现出其稚嫩性。具体存在以下几个问题:

  1)制造网格还没有一个公认的安全体系结构。尽管目前已经有一些典型的网格安全体系结构,如GSI,CAS等,但都不是统一的标准,加之制造网格有别于网格,是在其基础上进一步发展的产物,因此,其安全体系结构更显稚嫩。

  2)各种相关的安全技术,如身份认证、访问控制、审计通信等,都还有待进一步的发展。由于制造网格建立在网络基础上,因此,它同样面临着Internet网络安全的威胁,甚至由于它将不同地理范围、异构的资源协同集成在一起,其面临着更加复杂的安全威胁因素,而这些因素需要在现有网络安全的基础上进一步探求适应于网格这个大环境的安全技术。

  3)缺乏一个功能齐全的安全系统。研究人员对制造网格安全的研究是多方面的,侧重点也有所不同,或是偏于身份认证,或是偏于访问控制,或是偏于网格监控,或是偏于实体间信任机制的研究等,这些研究都只注重某一方面,而忽视了其它方面的问题,因此其研究是不完整的,不全面的,因而应用性也就受到限制。

参考文献

  1. 谭伟,王小强.制造网格安全研究综述与展望[N].东莞理工学院学报,2009(03)
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