单机环境中构建制造网格实验系统的方法

摘要

本发明涉及一种单机环境中构建制造网格实验系统的方法，其特点是在普通单台计算机上利用虚拟机技术实现对制造网格中各个资源结点的物理结构进行虚拟，并在所有由虚拟设备组成的制造网格资源结点上安装相关的制造网格中间件软件，利用虚拟网卡和虚拟交换机将所有这些制造网格资源结点连接起来，从而得到一个真实的制造网格原型实验系统。与目前的各种制造网格实验系统构建方法相比，本发明兼有当今各类实验方法的优势，它操作简单、容易实施、成本低廉、使用方便、所获得的实验结果真实、可信度很高，所构建的网格实验系统具有高度的稳定性和系统可靠性，易于维护和管理，并能迅速地将其迁移到真正的制造网格应用系统环境中。

说明书

                         技术领域

本发明属于先进制造技术领域的制造网格构建技术，具体地讲是一种单机环境中构建制造网格实验系统的方法。

                         背景技术

在把原材料变成市场所需要的产品的过程中，所需要采用的一系列的技术，总称为制造技术。制造技术所应用的产业范围就是制造业，其范围相当广阔，涉及机械、信息、电子、材料、化工、光科学、生物工程等众多领域，它不仅是国民经济和国家安全的物质主体和产业基础，也是实现国民经济高速增长的发动机，还是国家竞争力的重要体现。在我国实现现代化战略的关键历史时期中，制造业扮演着重要的角色。

在20世纪90年代，传统的制造技术与以计算机技术为核心的信息技术、现代管理技术相结合，形成了先进制造技术(AdvancedManufacturing Technology，AMT)。先进制造技术是制造业不断吸纳现代信息技术和现代系统管理方法等领域的研究成果，并将其综合应用于产品制造的全部过程，包括：设计、生产、检测、管理、销售、使用、服务乃至回收等多个环节，以实现优质、高效、低耗、清洁、灵活生产，提高对动态多变的市场竞争能力的制造技术的总称。随着信息技术、管理技术以及制造技术的进一步发展，先进制造技术将对传统的制造业产生深远的影响，为传统的制造技术带来深刻的、革命性的变化。

而伴随着新世纪的到来，制造业正面临着以网络化、知识化、服务化以及复杂化的巨大挑战，为了帮助制造业应对这些挑战，以实现优质、高效、清洁、低耗和灵活的生产目标，提高企业的竞争能力。在应用先进制造技术的过程中，人们经常需要投入大量的计算资源，以满足智能制造系统的需要，从而导致了生产成本大幅度上升，使得系统的应用范围受到了很大的限制。针对这一应用需求，在先进制造技术领域，人们提出将制造过程中产品全生命周期内的设计资源、制造资源、各种流程和知识等信息通过Internet网络集成起来，整合成一个无缝的、集成的协同制造环境，汇聚成一种标准化的制造能力，以实现制造资源共享及管理，构成制造资源服务的集成平台，形成一个支持现代制造系统及企业群体协同运作和管理发展的基础平台和支撑环境，并称之为制造网格。

制造网格的目标在于通过集成产品全生命周期内的各种制造相关资源，克服空间上的距离给不同企业间的协同带来的障碍，在最大程度上实现设计、制造、信息、技术资源的共享，以及协同制造过程中物流、信息流、价值流的优化运行，提供一种能在由动态变化的多个部门、多个团体组成的复杂虚拟组织内协调资源共享与协同解决问题的能力，为实现敏捷制造和虚拟企业的运作提供支持，从而形成具有数字化、柔性化、敏捷化等基本特征的优势互补的协同企业，实现现代生产管理方式的全面提高，以较低的成本、较短的开发周期，制造出符合市场需求的高质量产品。

实验是制造网格研究中的重要一环。目前对制造网格进行实验研究主要有两类方法：一是构筑一个真实的制造网格原型系统，二是使用网格模拟器。

第一类实验研究方法通过构筑一个小型的、专用的、真实的制造网格原型实验系统来进行制造网格的实验研究。这种实验研究方法不仅需要大量的资金和设备以搭建众多的制造网格资源结点，而且需要众多人员的协同工作。因此，其生产过程复杂、准备周期很长、运行成本和代价很高，维护非常困难，一般情况下是很不合算的。

而第二种研究方法则是利用网格模拟器，以便帮助研究者通过网格模拟器所模拟出来的仿真网格环境，对制造网格进行实验研究。显然，与第一种方法相比，这种实验方法能够在单机或者小型局域网内运行，因而具有成本低廉、维护方便等优点。

目前市场上存在的网格模拟器有日本东京技术学院开发的Bricks、IBM公司的GridNet、美国加州大学圣地亚哥分校并行系统体系结构小组开发的Micro-Grid、澳大利亚墨尔本大学开发的GridSim等。但由于研究和设计制造网格系统是一个非常复杂的系统工程，它需要考虑诸如资源的异构性、资源的管理和调度、系统的综合性能、安全性、容错能力、可扩展性以及自适应能力等在内的众多问题。因此目前所有这些网格模拟器都只能对制造网格系统中某一类具体的、特定的问题进行仿真研究(例如：基于计算经济学理论的资源调度问题)，而且还存在着产品本身技术不成熟、仿真模拟结果的可信度不高、实验成果不能直接迁移等众多问题，从而导致实验的效果大打折扣，实用性不高。

                       发明内容

本发明的目的是提供一种能够在单台普通个人计算机的环境下，实现单机环境中构建制造网格实验系统的方法，以克服上述的不足。

为实现这一目的，本发明的特点是：在普通单台计算机上利用虚拟机技术实现对制造网格中各个资源结点的物理结构进行虚拟，并在所有由虚拟设备组成的制造网格资源结点上安装相关的制造网格中间件软件，利用虚拟网卡和虚拟交换机将所有这些制造网格资源结点连接起来，从而得到一个真实的制造网格原型实验系统。

与目前的各种制造网格实验系统构建方法相比，本发明兼有当今各类实验方法的优势，它操作简单、容易实施、成本低廉、使用方便、所获得的实验结果真实、可信度很高，所构建的网格实验系统具有高度的稳定性和系统可靠性，易于维护和管理，并能迅速地将其迁移到真正的制造网格应用系统环境中。它不仅能解决现有的制造网格的实验研究难题，而且能加快实验研究结果的迅速转化。

                       附图说明

附图为本发明的拓扑结构图。

                     具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步阐述，但该实施例不应理解为对本发明的限制。

本发明具体构建步骤如下：

①准备一台具有较高性能的计算机。

②在该计算机上安装虚拟机软件。

③根据制造原型实验系统的实验要求，在虚拟机软件上制作若干台带网卡的虚拟计算机，作为制造原型实验系统的资源结点。

④如果所要求的制造网格结点不是计算机，则可以通过在虚拟计算机上安装相关的仿真工具来实现。

⑤在所有制造网格资源结点上安装相关的制造网格中间件软件。

⑥组建虚拟交换机，将所有制造网格资源结点(即虚拟计算机)连接起来，完成在单机环境中制造网格原型实验系统的构建。

⑦运行制造网格应用程序，检测制造网格能否正常运作。

⑧在实验过程中，可以利用虚拟机性能检测管理软件实现对制造网格原型实验系统中各个资源结点的监控和管理，并能实时得到相关实验数据。

⑨当实验成功，需要将其迁移到真正的制造网格应用系统环境中时，不需要在真实的网格结点中重新进行相关的配置和安装工作，只需要利用物理网络和相关工具将虚拟结点的数据直接复制到真正的制造网格应用系统环境中的相应的结点上即可迅速地完成迁移工作。

实施例：

构建一个由5台计算机和2台嵌入式设备组成的制造网格原型实验系统的实施步骤如下：

①准备一台具有较高性能的个人计算机：其CPU为Intel公司的Pentium4520J，内存为1024M，硬盘为160G，所选用的操作系统为MicrosoftWindows Server 2003。

②在这台个人计算机上安装VMware公司生产的虚拟机软件VMware GSXServer 3.1。

③启动VMware GSX Server 3.1软件，在其上制作7台带网卡的虚拟计算机，并在其中的两台虚拟计算机上安装嵌入式设备仿真器，这样，每台虚拟计算机都是制造原型实验系统中的一个资源结点。

④在每个制造网格资源结点上都安装制造网格中间件Globus Toolkit。

⑤所有虚拟计算机的网络连接模式都设置为网络地址转译模式。

⑥由于这里所选用的虚拟机软件VMware GSX Server 3.1在安装时就已经自动配置了虚拟交换机，所以一般情况下不需要做更多的配置即可实现将所有制造网格资源结点(即虚拟计算机)的互联。

⑦通过运行典型的制造网格应用程序，检测所构建的制造网格原型实验系统能否正常运作。

⑧在实验过程中，可以利用VMware GSX Server 3.1专用的虚拟机性能检测管理软件VMware Virtual Center实现对制造网格原型实验系统中各个资源结点的监控和管理，并能实时得到相关实验数据。

⑨当实验成功，需要将其迁移到真正的制造网格应用系统环境中时，不需要在真实的网格结点中重新进行相关的配置和安装工作，只需要利用物理网络和Symantec公司的Norton Ghost等工具即可实现将单机制造网格实验系统内的资源结点中的数据直接复制到真正的制造网格应用系统环境中的相应的结点上，迅速地完成迁移工作(一般每个结点为10-15分钟)。

本说明书未作详细描述的内容，属于本领域技术人员公知的现有技术。