基于交叉变异粒子群算法的复杂多任务制造云服务组合研究

摘要

云制造是一种网络化制造新模式，它旨在实现基于知识的制造资源共享与按需使用，从而提高资源利用率和企业核心竞争力。服务组合与优选是实现制造资源优化配置的核心技术之一，鉴于云制造环境的开放性、复杂性和多用户性，现有的面向单一任务的服务组合优选技术难以满足实际的复杂需求。因此，研究面向复杂多任务的制造云服务组合与优选技术具有理论和实践意义。
　　本文突破以往云服务组合与优选的研究中，对于制造任务的数量、类型、时序关系的单一化约束，探索一种面向复杂多任务的制造云服务组合与优选问题解决方案，主要工作如下：
　　①提出了一种四维的云服务QoS（Quality of Service，服务质量）评价体系和组合云服务的QoS计算表达式，作为基于QoS的云服务组合与优选的依据。首先，通过对制造云服务组合与优选的执行过程和云制造特点的分析，建立了四维的QoS评价体系，给出细化的描述和计算公式。进而，对云服务组合可能的四种结构模型和对应的QoS表达式进行了研究，最终给出了组合云服务的QoS计算表达式。
　　②设计了交叉变异粒子群算法求解面向单任务的云服务组合与优选，为后续研究提供算法支撑。首先，建立了针对单个制造任务云服务组合与优选的问题模型。然后，将遗传算法的交叉变异思想融入粒子群算法，并在最后的局部优化过程中加入贪心选择，从而提出了交叉变异粒子群算法对问题模型进行求解。
　　③提出了面向复杂多任务云服务组合与优选问题求解方案。分别对多任务异步请求和多任务同步请求两种模式下的云服务组合与优选的方案进行研究。主要成果包括：1）在问题模型上，突破了任务数量、时序关系、任务类型的限制，给出了面向复杂多任务的问题求解算法；2）在优化策略上，设计了综合优化效果与时间性能的混合型优化策略；3）在云服务占用权上，设计了五级的优先策略。
　　最后，基于摩托车制造这一应用场景构造实验模型，对本文设计的复杂多任务云服务组合与优选整体求解方案进行仿真测试实验。实验证明，该求解方案具有较高的最优解命中百分比，是有效的；随着任务请求规模的扩大，求解方案执的执行时间在可控范围之内，是高效的；求解方案中设计的交叉变异粒子群算法与传统的粒子群算法相比具有明显的优越性。

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1 绪 论

1.1 研究背景及意义

1.2 本文研究内容与组织结构

1.3 本章小结

2 国内外研究现状

2.1 云制造领域相关概念及研究现状

2.2 服务组合与优选研究现状

2.3 研究现状分析及问题提出

2.4 本章小结

3 制造云服务QoS评价模型

3.1 QoS评价指标及计算公式

3.2 组合模型上的QoS评价模型

3.3 基于QoS的云服务组合与优选模型

3.4 本章小结

4 基于交叉变异粒子群算法的制造云服务组合与优选

4.1 ST-CSCO问题研究环境和组合优选原则

4.2 ST-CSCO问题模型

4.3 交叉变异粒子群算法说明

4.4 算法求解过程

4.5 本章小结

5 面向复杂多任务的制造云服务组合与优选

5.1 多任务异步请求

5.2多任务同步请求

5.3本章小结

6 组合优选算法实验与分析

6.1 实验环境

6.2 算法测试与分析

6.3 本章小结

7 总 结

7.1 研究成果

7.2 下一步研究展望

致谢

参考文献

附录