一种基于网络级联分析的制造服务协作失效消解方法技术

本发明专利技术公开了一种基于网络级联分析的制造服务协作失效消解方法，包括以下步骤：A.基于制造服务协作特性构建具备群落特征的制造服务协作网络(manufacturing services collaboration network,MSC‑Net)模型；B.基于网络构成元素、服务信息及服务间协作关系特性，定义制造服务协作网络MSC‑Net 6类失效；C.基于MSC‑Net进行失效定位、类型识别及级联范围度量，检测制造服务协作失效及其级联；D.制造服务协作失效柔性恢复和级联牵制。本发明专利技术能够有效提高用户基于工业互联网平台开展制造服务协作的可靠性。

【技术实现步骤摘要】
一种基于网络级联分析的制造服务协作失效消解方法
本专利技术属于面向服务的制造系统中制造服务协作
，具体涉及一种基于网络级联分析的制造服务协作失效消解方法。
技术介绍
在新一代信息技术与工业技术的融合背景下，大规模工业互联网平台出现，促使分布企业以服务的形式提供多种制造资源或能力协作完成平台用户提交的任务，即基于工业互联网平台的制造服务协作，成为社会化企业参与制造协作的发展趋势与关键技术手段。针对制造服务协作，已有研究主要集中在网络建模、协作框架构建、性能优化等方面。然而，在工业互联网平台环境下，众多不确定因素会导致制造服务协作关系不明、失效分类不清、失效及其级联检测与消解策略不足等问题，进而导致平台的不可靠运行，用户在评估能否开展制造服务协作时不敢协作。对此，现有研究很少涉及。制造服务协作过程中的单个服务协作服务或协作关系失效，会级联引发协作系统其他部分的级联失效，若不采取有效措施，则局部失效将会迅速传播，级联引发更大规模甚至整个协作系统的崩溃。所以寻求一种能够揭示制造服务协作失效级联及其消解的方法，对保障制造服务协作可靠性具有十分重要的意义。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题为：如何有效提高用户基于工业互联网平台开展制造服务协作的可靠性。为解决上述问题，本专利技术构建了制造服务协作网络模型，在此基础上研究了基于网络级联分析的制造服务协作失效消解的方法，提供一种基于网络级联分析的制造服务协作失效消解方法，该方法包括MSC-Net模型构建、MSC-Net6类失效定义及分类、制造服务协作失效及其级联检测、制造服务协作失效柔性恢复与级联牵制四个步骤。本专利技术解决其技术问题是采取以下技术方案实现的：一种基于网络级联分析的制造服务协作失效消解方法，包括步骤：步骤A.制造服务协作网络模型构建；提取制造服务协作网络的特性；将提交至工业互联网平台参与协作的制造服务抽象成网络节点，将制造服务之间的协作关系抽象成网络中的边，构建制造服务协作网络MSC-Net模型；或者，基于复杂网络的群落理论，MSC-Net模型表示为由群落及群落之间的互补边组成；步骤B.MSC-Net模型失效定义及分类；基于网络构成元素、服务信息及服务间协作关系特性，将MSC-Net模型失效分为6类失效：节点状态失效、节点功能失效、节点载荷失效、互补边输入输出I/O不及时失效、互补边I/O不对等失效、相似边配比失效；步骤C.制造服务协作失效及其级联检测；基于MSC-Net串联、并联、循环和选择四种基本网络结构，判定失效发生位置；根据制造服务的能力、任务需求和服务实际执行状况之间的关系，识别失效类型；根据每类失效的发生机理，以及不同失效之间的级联关系，分析6类失效在四种基本网络结构中的规则，检测失效是否级联，并度量失效级联范围；步骤D.制造服务协作失效柔性恢复与级联牵制；针对失效级联前和失效级联后两种状况，进行失效级联前的失效柔性恢复和失效级联后的失效级联牵制。本专利技术与现有技术相比的优点在于：(1)本专利技术构建了制造服务协作网络MSC-Net模型，充分考虑了制造服务协作网络特性，即相似类协作关系和互补类协作关系、协作服务单一功能和多功能并存、群落结构特性和动态性，更加准确的刻画了工业互联网复杂环境下制造服务协作。(2)本专利技术结合MSC-Net的构成元素及其信息描述，定义了MSC-Net6种失效，为基于工业互联网平台开展制造服务协作过程中，出现的失效分类不清的问题，提供了具体的分类方法。(3)本专利技术结合MSC-Net串联、并联、循环和选择四种基本网络结构，对失效进行定位；从服务能力、任务需求和服务实际执行状况之间的关系出发，解决了失效识别问题；分析了MSC-Net6类失效在串联、并联、循环、选择四类基本网络结构中的级联规则，为解决制造服务协作失效传播路径不一的问题，提供了制造服务协作网络失效的级联判定与范围度量方法，为制造服务协作失效及其级联提供了一种有效的检测方法。(4)本专利技术为有效控制MSC-Net失效的级联传播，基于多种消解策略，对MSC-Net6类失效级联进行消解，解决了失效发生级联前以及失效级联发生后的消解问题，提升了用户基于平台开展制造服务协作的可靠性。附图说明图1为本专利技术一种基于网络级联分析的制造服务协作失效消解方法的流程图；图2为制造服务协作网络MSC-Net的构成示意图；图3为制造服务协作网络MSC-Net6类失效分类图；图4为制造服务协作网络MSC-Net6类失效在四种基本结构中的级联规则对应关系图；图5为制造服务协作网络MSC-Net6类失效级联示意图；图6为制造服务协作网络MSC-Net6类失效级联的控制流程图。具体实施方式下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例仅为本专利技术的一部分实施例，而不是全部的实施例，基于本专利技术中的实施例，本领域的普通技术人员在不付出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术的保护范围。本专利技术涉及一种基于网络级联分析的制造服务协作失效消解方法，该方法包括MSC-Net模型构建、MSC-Net6类失效定义及分类、制造服务协作失效及其级联检测、制造服务协作失效柔性恢复与级联牵制四个步骤。本专利技术为解决工业互联网环境下制造服务按需协作过程中，协作关系不明、失效分类不清、失效及其级联检测与消解策略不足等问题，提供了有效的解决方法，能够提高用户基于工业互联网平台开展制造服务协作的可靠性。本专利技术的流程图如图1所示，具体实施方式如下：步骤A，如图2所示，制造服务协作网络MSC-Net模型的构建的具体实施方式如下：A1：提取MSC-Net的特征，包括互补类与相似类协作关系、服务节点功能单一性与多样性并存、群落结构特征和动态性；A2：所述构建的MSC-Net模型为MSCNet＝<S，E，W>，其中S表示的协作服务节点集合能被描述为S＝{si|i＝1，2，...，Ns}，其中si表示任一服务节点，Ns表示MSCNet中的节点个数；E表示的协作关系边集合能被描述为E＝{eij|eij＝-1，0，1；i，j＝1，2，...，Ns}，其中eij表示两服务节点si与sj之间的协作关系边，eij＝-1表示两服务节点si与sj之间为相似协作关系，eij＝1表示两服务节点si与sj之间为互补协作关系，eij＝0表示两节点之间无协作关系；W表示的两服务节点si与sj的可协作关系强度集合能被描述为W＝{wij|wij∈(0，1]；i，j＝1，2，...，Ns}，其中wij表示服务节点si与sj的可协作关系强度；A3：所述构建的MSC-Net模型，群落是由功能相似的服务节点组成，能被描述为C＝{Cm|m＝1，2，...，NC}，其中Cm表示任一群落，NC表示MSCNet中的群落个数；群落内所有服务节点间彼此以相似边相连；群落间由两群落内的服务节点间的互补边相连，两群落Cm本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于网络级联分析的制造服务协作失效消解方法，其特征在于，包括步骤如下：/n步骤A.制造服务协作网络模型构建；提取制造服务协作网络的特性；将提交至工业互联网平台参与协作的制造服务抽象成网络节点，将制造服务之间的协作关系抽象成网络中的边，构建制造服务协作网络MSC-Net模型；或者，基于复杂网络的群落理论，MSC-Net模型表示为由群落及群落之间的互补边组成；/n步骤B.MSC-Net模型失效定义及分类；基于网络构成元素、服务信息及服务间协作关系特性，将MSC-Net模型失效分为6类失效：节点状态失效、节点功能失效、节点载荷失效、互补边输入输出I/O不及时失效、互补边I/O不对等失效、相似边配比失效；/n步骤C.制造服务协作失效及其级联检测；基于MSC-Net串联、并联、循环和选择四种基本网络结构，判定失效发生位置；根据制造服务的能力、任务需求和服务实际执行状况之间的关系，识别失效类型；根据每类失效的发生机理，以及不同失效之间的级联关系，分析6类失效在四种基本网络结构中的规则，检测失效是否级联，并度量失效级联范围；/n步骤D.制造服务协作失效柔性恢复与级联牵制；针对失效级联前和失效级联后两种状况，进行失效级联前的失效柔性恢复和失效级联后的失效级联牵制。/n...

【技术特征摘要】
1.一种基于网络级联分析的制造服务协作失效消解方法，其特征在于，包括步骤如下：
步骤A.制造服务协作网络模型构建；提取制造服务协作网络的特性；将提交至工业互联网平台参与协作的制造服务抽象成网络节点，将制造服务之间的协作关系抽象成网络中的边，构建制造服务协作网络MSC-Net模型；或者，基于复杂网络的群落理论，MSC-Net模型表示为由群落及群落之间的互补边组成；
步骤B.MSC-Net模型失效定义及分类；基于网络构成元素、服务信息及服务间协作关系特性，将MSC-Net模型失效分为6类失效：节点状态失效、节点功能失效、节点载荷失效、互补边输入输出I/O不及时失效、互补边I/O不对等失效、相似边配比失效；
步骤C.制造服务协作失效及其级联检测；基于MSC-Net串联、并联、循环和选择四种基本网络结构，判定失效发生位置；根据制造服务的能力、任务需求和服务实际执行状况之间的关系，识别失效类型；根据每类失效的发生机理，以及不同失效之间的级联关系，分析6类失效在四种基本网络结构中的规则，检测失效是否级联，并度量失效级联范围；
步骤D.制造服务协作失效柔性恢复与级联牵制；针对失效级联前和失效级联后两种状况，进行失效级联前的失效柔性恢复和失效级联后的失效级联牵制。


2.根据权利要求1所述的一种基于网络级联分析的制造服务协作失效消解方法，其特征在于：
所述步骤A具体包括：
A1：提取MSC-Net的特征，包括互补类与相似类协作关系、服务节点功能单一性与多样性并存、群落结构特征和动态性；
A2：所述构建的MSC-Net模型为MSCNet＝<S，E，W>，其中S表示的协作服务节点集合能被描述为S＝{si|i＝1，2，...，Ns}，其中si表示任一服务节点，Ns表示MSCNet中的节点个数；E表示的协作关系边集合能被描述为E＝{eij|eij＝-1，0，1；i，j＝1，2，...，Ns}，其中eij表示两服务节点si与sj之间的协作关系边，eij＝-1表示两服务节点si与sj之间为相似协作关系，eij＝1表示两服务节点si与sj之间为互补协作关系，eij＝0表示两节点之间无协作关系；W表示的两服务节点si与sj的可协作关系强度集合能被描述为W＝{wij|wij∈(0，1]；i，j＝1，2，...，Ns}，其中wij表示服务节点si与sj自可协作关系强度；
A3：所述构建的MSC-Net模型，群落是由功能相似的服务节点组成，能被描述为C＝{Cm|m＝1，2，...，NC}，其中Cm表示任一群落，NC表示MSCNet中的群落个数；群落内所有服务节点间彼此以相似边相连；群落间由两群落内的服务节点间的互补边相连，两群落Cm和Cm之间的互补边集合能被描述为因此，MSCNet也能被描述为其中表示群落Cm和Cm′之间的互补边；
A4：所述构建的MSC-Net模型，任意服务节点si能被描述为该描述包括服务节点si的功能输入si-input、输出si-output、QoSsi-qos、载荷状态si-state信息；服务节点si的功能被表示为其中L表示服务si的功能个数，能被表示为：其中表示服务si第k个功能，表示服务si第k个功能对应的输入，表示服务si第k个功能对应的输出，表示服务si第k个功能对应的QoS；服务节点si的载荷能被表示为其中表示服务si第k个功能对应的载荷，表示服务si第k个功能对应的最小载荷和最大载荷；服务节点si的状态si-state被表示为：
A5：所述构建的MSC-Net模型，群落内的服务节点间由相似边连接，设定为无向边，用eij＝-1表示；若服务节点si与sj相似，则si和sj的相似可协作关系强度能被表示为由于服务节点功能的多样性，根据服务间功能的关系能够得到三种相似关系及其判定规则：①对等相似，服务节点si与sj的功能完全相同，能够相互替代：wij＝1；②包含相似，服务节点sj的功能是si的功能的一部分：③部分相似，服务节点si与sj功能的交集，既是si的部分功能，也是sj的部分功能：且
A6：所述构建的MSC-Net模型，群落之间是由互补边连接，设定为有向边，用eij＝1表示；设定si是群落Cm内的服务节点，sj是群落Cm′内的服务节点，si和sj的互补可协作关系强度能被表示为根据两群落内的节点个数能够得到四种不同的互补协作关系及其判定规则：①一对一组合，群落Cm有唯一的节点输出至群落Cm′，Cm′来自Cm有唯一的节点输入：|Cm|＝|Cm′|＝1且si-output＝sj-input；此时，wij＝1，si与sj间的互补协作强度最大；②一对多组合，群落Cm有唯一的节点输出至Cm′，群落Cm′来自Cm有多个节点输入：|Cm|＝1且|Cm′|＞1且③多对一组合，群落Cm有多个节点输出至Cm′，群落Cm′来自Cm有唯一的节点输入：|Cm|＞1且|Cm′|＝1且④多对多组合，群落Cm有多个节点输出至Cm′，群落Cm′来自Cm有多个节点输入：|Cm|＞1且|Cm′|＞1且且
A7：所述构建的MSC-Net模型，群落判定规则为：①对于任意两服务节点si与sj，若si与sj之间的关系满足步骤A5中相似边的判定条件，则判定si与sj为同一个群落内的相似服务节点；②对于任意两无向相似边eij和ei′j′，若服务节点si、sj与si′、sj′之间的关系满足步骤A5中相似边的判定条件，即四个服务节点相似，则判定eij与ei′j′为同一群落内相似边，服务节点si、si′、sj、sj′处于同一群落；③对于任意两有向互补边eij和ei′j′，若服务节点si与si′之间的关系、sj与sj′之间的关系同时满足步骤A5中相似边的判定条件，即si与si′相似，且sj与sj′相似，则判定eij与ei′j′为两群落间的互补边。


3.根据权利要求1所述的一种基于网络级联分析的制造服务协作失效消解方法，其特征在于：
所述步骤B具体包括：
B1：根据制造服务协作网络MSC-Net构成元素，将MSC-Net失效分为节点失效、互补边失效和相似边失效；
B2：根据服务的状态、功能和载荷信息，进一步定义三种服务信息引起的失效，即将节点失效分为节点状态失效，简称失效a、节点功能失效，简称失效b、节点载荷失效，简称失效c；
B3：根据服务间互补协作关系及时性和对等性的特征，进一步定义互补边的两种特征引起的失效，即将互补边失效分为互补边I/O不及时失效，简称失效d，和互补边I/O不对等失效，简称失效e；
B4：根据任务在具有相似协作关系的服务间进行载荷分配这一特征，进一步将相似边失效定义为相似边配比失效，简称失效f。


4.根据权利要求1所述的一种基于网络级联分析的制造服务协作失效消解方法，其特征在于：
所述步骤C具体包括：
C1：基于MSC-Net的四类基本结构，即串联结构、并联结构、循环结构和选择结构，判定失效发生在MSC-Net的哪一位置...

【专利技术属性】
技术研发人员：李培，程颖，陶飞，
申请(专利权)人：北京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：北京;11