新产品开发云服务语义匹配研究

2020-06-17

广东通信技术 2020年5期

1 引言

随着先进制造技术和网络技术的发展，产品开发逐渐成为多角色参与、多领域协同设计与制造的活动，需要跨地域、跨部门的制造资源支持；由于新产品开发资源的分布不均衡，广大制造企业特别是量大面广的中小制造企业面临着资金不足、人才匮乏、整体技术及设备水平落后等问题，严重制约了企业的产品创新和核心竞争能力的提升，而一些企业及高校等大量的硬件资源、软件资源和能力资源处于闲置状态，造成资源的极大浪费。云制造模式的提出，为求解制造企业特别是量大面广的中小企业新产品开发问题，实现制造资源的优化配置、增值与增效，进而提高企业的自主创新能力和核心竞争力，提供了新的解决思路。

云制造技术将现有网络化制造和服务技术同云计算、云安全、高性能计算、物联网等技术融合,实现各类制造资源(制造硬设备、计算系统、软件、模型、数据、知识等)统一的、集中的智能化管理和经营,为制造全生命周期过程提供可随时获取的、按需使用的、安全可靠的、优质廉价的各类制造活动服务。在云制造模式下，用户能够根据应用需求，随时随地、动态、敏捷地使用云端制造资源池中的制造资源。

新产品开发云服务的匹配过程中包含三个主要的参与角色，如图1所示。

图1 新产品开发云服务中角色关系

云制造服务平台：云制造服务平台作为对新产品开发云制造服务资源需求方和新产品开发云制造服务资源提供方间的第三方平台，负责云制造服务资源的组织、管理和维护，包括服务资源的注册、注销与更新等，同时，保证供需双方间交易过程的透明、公平和公正。

新产品开发云服务提供方：指广大具有闲散的新产品开发资源的厂商、院所或单位个人。云制造服务提供方将拥有的资源按照云制造服务的统一标准注册发布到云制造服务平台中，使其能够被需求方发现与调用。

新产品开发云服务需求方：指广大具有新产品开发需求的厂商、院所或单位个人。需求方能够在云制造服务平台中发布服务需求，并获得符合需求的查询结果。

然而，目前云制造关键技术还处于研究探索阶段，其中的云服务语义匹配方法是实现云制造按需服务关键技术之一。

2 新产品开发云服务语义匹配的定义

新产品开发云服务语义匹配是指在云制造环境下，根据云服务需求方提供的新产品开发需求描述，通过服务语义匹配机制对新产品开发云资源池中的服务资源进行搜索和匹配，并返回一系列与新产品开发需求描述相匹配的云服务，使云服务需求方能够发现云资源池中最符合其需求的云服务资源，从而发挥云制造的功能，促进新产品开发云服务资源的有效共享。为了给新产品开发用户提供一个高效、可靠且智能化的服务匹配环境，云服务语义匹配需满足以下要求：

（1）能够实现新产品开发云服务资源的注册、注销和更新

由于新产品开发云制造服务资源种类繁多并且功能各异，服务资源提供方必须将服务资源信息注册到统一的云制造平台中，便于服务资源的发现和使用；当服务资源提供方停止提供某项新产品开发服务资源时，相应的服务资源信息要从平台中及时地删除，从而避免出现垃圾信息；同时，为确保服务资源信息的精确性，云制造平台能够使服务提供方方便、快捷的更新服务资源信息。

（2）能够根据服务需求方描述的信息智能匹配符合要求的服务资源

传统的基于关键字的信息检索方法在匹配精度和准度上都无法满足云服务智能化的需求。然而，基于领域本体的服务语义层面发现与匹配能够准确地推理判断服务的能力满足服务需求的程度。因此，云制造服务的匹配应提供一种基于领域本体的语义检索方法。

（3）能够实现自动化地处理

新产品开发云服务的检索匹配应该尽量减少供需双方的操作且能够较快地返回用户所需的结果。

3 新产品开发云服务语义匹配总体框架

新产品开发云服务语义匹配框架由三大模块组成，分别为云服务语义注册模块、云服务语义匹配模块、以及新产品开发云服务本体库，如图2所示。

图2 新产品开发云制造服务语义匹配框架

3.1 云服务语义注册模块

服务语义注册模块包括OWL-S/UDDI解析器和UDDI注册中心两部分。UDDI注册中心负责新产品开发云服务的注册、发布和检索。OWL-S/UDDI解析器负责将用OWL-S本体的Profile类描述的新产品云服务信息一对一地映射到UDDI对应元素中，使其包含服务的语义信息，映射过程如图3所示。

图3 OWL-S与UDDI间的映射

3.2 云服务语义匹配模块

云服务语义匹配模块负责云用户的新产品开发需求与UDDI注册中心的新产品开发云服务间的语义匹配，它根据新产品开发云服务本体库提供的概念语义信息，将需求描述和服务描述中对应的概念参数进行语义匹配，通过执行本体概念推理确定概念间的语义匹配程度，最后根据服务与需求的匹配程度排序并将达到设定匹配度阀值（Th）的新产品开发云服务输出到服务需求方的用户界面中。

3.3 新产品开发云服务本体库

新产品开发云服务本体库通过提供新产品开发云服务领域的共享概念知识，使服务语义匹配引擎能够对需求和服务间的本体概念进行语义层次的推理和匹配。

4 新产品开发云服务语义描述方法

新产品开发云服务语义匹配框架中，云需求和云服务都采用OWL-S中的Profile类来描述。Profile类既可以用来描述服务提供者的服务，也可以用来描述服务请求者的需求。具体来说，Profile本体模型如图4所示，主要包含以下三个部分：

图4 OWL-S Profile中的类和属性

4.1 服务名称、联系方式和简单文本描述信息

Profile类通过serviceName,textDescription和conta ctInformation三个属性把服务的基本信息引入到服务描述中。Profile中最多只能有一个serviceName和textDescription属性，但可以有多个contactInformation属性。其中，serviceName指定了所提供服务的名称，可作为其标识。textDescription提供了对服务的简要文本描述，一般是其功能的简单介绍。contactInformation指定了服务提供者给出的个人或其他形式的联系方式，例如name、title、phone、email、physicalAddress、webURL等信息。

4.2 服务的功能属性描述

Profile中最本质的部分是关于服务功能属性的描述，它从两方面表达了服务功能属性：信息转化和服务执行引起的状态变化。服务信息转变通过输入（Input）和输出（Output）来表示。Input指定了服务进行执行所需要的信息，例如新产品开发过程中某个汽车零部件的性能、尺寸、材料和成本作为输入。Output指定了服务操作的结果，例如可以是某产品设计完成后的三维数字实体模型；服务执行引起的状态变化则通过前置条件（Precondiction）和执行结果（Effect或Result）表达，Precondiction说明了在服务被请求前所应满足的逻辑条件，这些条件一般与服务可能导致的结果有联系：Effects则是服务成功执行的效果，一般会涉及到外部世界状态的变化。例如：对于提供快速原型样件制造的新产品开发云制造硬件服务，它的前提条件可以是需求方的地理位置必须在指定区域内，而执行结果则是具体快速原型样件所能达到的各项技术指标，如尺寸大小，比例大小等。

4.3 服务其他属性的描述

除了上面介绍的服务的功能属性外，还有其它一些用户会关心的服务属性信息，例如服务质量保证、服务分类以及服务想描述的其它参数。这些附加的服务属性信息可以通过下面的两个属性来描述：servieeParameter和serviceCategory。这两个属性的取值则分别为类serviceParameter和serviceCategory的实例。其中的类serviceParameter包含serviceParameterName和sParameter两个属性，用来描述参数的名字和取值；而类serviceCategory包含四个属性，分别为categoryName、taxonomy、value和code，来描述服务所引用的服务分类规范，以及其在该规范中对应的取值或代码。