面向机电产品拆卸的云服务资源建模及服务决策的研究

Disassembly is basis of electromechanical product recycling. If a product was dismantled insufficiently, its components or materials would be difficult to be recycled or processed, that decreases the recycling profits and leads to environmental pollution. In order to improve the disassembly efficiency, Disassembly as a service (DasS) is proposed in this project. The main contents of this project are described as follows. (1) The overall architecture of disassembly cloud service for electromechanical products is put forward. The Model of Disassembly Resource virtualization is built, the QoS index is attached with this model as well, in this context, this model can represent and integrate different disassembly resources under cloud service environments. (2) Based on product information ontology, semantic model of disassembly task is constructed, consequently, product information ontology can be mapped to disassembly task ontology. (3) The suitable disassembly resource can be searched by calculating the semantic similarity between the expected disassembly resource and the disassembly resource among the resource pools. On the other hand, the multi-objective model for the disassembly service compositions is proposed, A Particle Swarm Optimization(PSO) algorithm will be used to solve this problem. Therefore, the optimal disassembly service will be gained. (4) The Stochastic Process Algebra(SPA) model will be employed to manage the disassembly cloud service and ensure the operational reliability, stability of cloud service. The research findings of this project can provide the product stakeholders, manufacturers, recycling plants, governments, etc. with decision making tools. It can improve the disassembly resource to be shared, utilized efficiently and then enhance the recycling profits.

拆卸是机电产品回收的基础，拆卸不充分会使产品的组件及材料回收处理困难，进行影响回收效益并造成环境污染。为了提高拆卸效率，本课题提出“拆卸即服务”的思想。主要研究内容包括：（1）提出面向机电产品拆卸的云服务体系框架，建立拆卸资源虚拟化描述模型，定义拆卸资源QoS的指标，为拆卸资源的统一表征与集成提供基础；（2）在建立产品信息本体的基础上，研究面向产品拆卸任务的语义模型，构建产品拆卸任务本体，实现产品信息到拆卸任务的映射；（3)基于拆卸资源语义相似度，通过计算“语义距离”搜索合适的拆卸资源；建立了多目标拆卸服务组合的数学模型，通过粒子群算法对云服务组合优化进行求解；（4）采用随机进程代数建立拆卸云服务的形式化描述，实现高动态性、无死锁、低故障率的服务调度。课题的研究成果可为生产商、回收点、政府部门提供决策工具，对汇聚分布式资源，实现拆卸资源的共享和高效利用，提高拆卸效益等具有重要价值。

为了汇聚与共享拆卸资源，提高拆卸效率，最大程度地满足拆卸服务多样性与个性化的需求，本项目提出了面向机电产品拆卸的云服务，对拆卸资源的建模及服务决策等关键技术进行了研究。课题围绕面向机电产品拆卸的云服务关键技术，分别在拆卸物理资源层、拆卸虚拟资源层、拆卸云服务决策层和拆卸应用接口层开展了系统的研究，具体完成了以下研究内容：（1）采用语义描述的方法，对云环境下的不同拆卸设备，包括各类拆卸工作站、拆卸单元和拆卸线进行拆卸资源虚拟化，实现了机电产品拆卸服务能力的统一调度和分配；（2）利用本体论构建产品需求描述语义模型，结合产品信息本体模型，实现了拆卸需求的规范化表达与拆卸任务的统一调度；（3）构建以拆卸时间、拆卸成本、环境特性、资源回收率和QoS等指标为优化目标的拆卸服务组合决策数学模型，设计了基于智能算法的多目标决策算法，实现了拆卸服务方案的优化决策； （4）建立了拆卸云服务的形式化描述模型，构建了拆卸云服务封装描述模型，实现产品拆卸云服务在动态性、伸缩性的环境下的服务分发、传递与共享。项目的价值在于：（1）在理论上：探讨了表征拆卸云服务高动态性、强伸缩性特点的描述理论，研究了与拆卸云服务异构性相适应的拆卸云服务封装模型；分析产品实体特征与拆卸任务间的逻辑关系，为拆卸云服务提供规范化的输入描述；对拆卸资源进行虚拟化，实现了拆卸资源的规范表达、共享和互操作；建立了拆卸任务执行的QoS指标体系，研究了拆卸云服务模型的决策算法。（2）在研究方法上：①构建了产品拆卸云服务形式化描述模型，实现云服务并发、无死锁的调度模型；②建立了产品拆卸任务的语义模型，使产品的物理特性、材料属性、连接关系、拓扑结构、拆卸工具与拆卸任务信息相关联；③研究了拆卸资源虚拟化方法，实现拆卸资源的统一描述，为拆卸服务封装、服务调度提供基础；④综合拆卸时间、拆卸成本、环境特性和资源回收率等因素，结合多目标优化算法，形成了面向产品拆卸的服务组合决策机制。（3）在应用上：构建了机电产品拆卸云服务平台，并以典型机电产品的拆卸为研究对象，考证了本项目的理论与方法，为示范与应用推广提供了实施基础。项目的研究成果可为产品制造商、回收机构、社会回收站点、相关政府部门提供决策支持，通过汇聚与共享各类拆卸资源和拆卸能力，构成虚拟化的拆卸资源池，并进行统一的、集中的调度管理。