网格制造
发布时间:2011/8/29 10:51:24 访问次数:1047
网络化制造是制造业信息化的主要手段之一,而网格技术则力网络化制造系统提供了强有力的支持,成为制造业信息化的关键技术之一。网格技术在制造业中应用称为网格制造(grid manufacture,GM),通常也称制造网格(MG)。
1.网格与网格技术 R5320D022A-TR
网格是在网络基础之上,基于面向服务的架构(service-oriented architecture,SOA),使用互操作、按需集成等技术手段,将分散在不同地理位置的资源虚拟成为一个有机整
体,实现计算、存储、数据、软件和设备等资源的共享,从而大幅提高资源的利用率,使用户获得前所未有的计算和信息能力。
简单地说,网格是一集成的计算与资源环境。通俗地说,网格是把整个因特网整合成一台巨大的虚拟超级计算机,实现计算资源、存储资源、数据资源、信息资源、知识资源、专家资源的全面共享。
网格的构建大多为针对某一个领域或完成某一个特定的任务需要,例如有生物网格、地理网格、教育网格、制造网格等各种不同的网格项目。
网格技术是构筑在互联网上的一项创新技术,它通过特定的网格软件,将一个庞大的项目分解为无数个相互独立的、不太相关的子任务,然后交由网格内的各个计算机(通常称为网络节点)进行处理;最后把这些处理结果综合起来得到最终的结果.即完成总的项目。通俗地说,就是在不拥有超级计算机的情况下,收集分散各处的空闲计算能力,组成“一台”虚拟超级计算机,使网格技术使用者有可能低成本地获得超级计算能力,用于复杂的信息处理系统,例如复杂产品设计制造。
网格技术的主要优势是:
①稀有资源可以共享;
②通过分布式计算可以在多台计算机上平衡计算负载;
③可以把程序放在最适合运行它的计算机上。
网格技术源于分布式计算原理。所谓分布式计算是一门计算机科学,它研究如何把一个需要非常巨大的计算能力才能解决的问题分成许多小的部分,然后把这些部分分配给许多计算机进行处理,最后把这些计算结果综合起来得到最终的结果。
网格技术被誉为继Internet和Web之后的“第三个信息技术浪潮”,有望提供下一代分布式应用和服务,对研究和信息系统发展有着深远的影响。
2.网格与互联网的区别及其特征
1)网格与互联网的区别
(1)网格建筑在互联网之上 网格并不是互联网的替代品,而是互联网、高性能计算机、数据源等技术的有机结合和发展。
(2)网格比互联网具有更高性能 网格上有更多的高性能计算机,网格的体系结构比互联网更能有效地利用资源,因此网格的计算速度、数据处理速度可以大幅度提高。
(3)网格具有互联网所没有的知识生产特性互联网本身不创造或生产知识,人先把知识用其他方式生产出来以后,再放到网上,供用户查找。网格则能根据用户的要求自动生产知识,它可以通过高性能计算机从数据源得到原始数据,运行特定的程序加工成知识。
(4)冈格比互联网更一体化为了便于使用,网格不像互联网那样,提供几百万个网站,让用户根据自己的需要费尽心机地去搜索。在逻辑上,网格应该就像一台机器。
2)网格的特征
网格最主要的特征是资源共享(而不是它的规模)。
网格必须具有的基本特征是:
(1)单一的映像空间,可以屏蔽硬件边界,实现透明的远程资源访问,消除资源孤岛;
(2)支持多管理域和节点自治,保证各网格资源的相对独立性;
(3)保证安全与系统容错,保证所有资源提供方在整个系统中的安全与保密;
(4)统一的资源管理,实现资源的统一管理和调度;
(5)动态灵活性,保证网格资源的动态扩展及撤出等。
3.网格的组成 R6636-12
网格主要由6部分组成,即网格节点、数据库、贵重仪器、可视化设备、宽带主干网和网格软件,可以把网格看作是支持各种类型资源实现有效控制的共享的集成机制。
作为网络的下一个浪潮,网格试图实现Internet上所有资源的全面连通,包括计算资源、存储资源、通信资源、软件资源、信息资源、知识资源等。网格具有统一的软件标准和实现互操作的环境,它的服务层能提供无缝的基础设施,以形成用户希望的问题求解
环境。
网格的组成包括以下几部分:
(1)网格结构包含地理上分布的可以遁过Internet访问到的所有资源,包括运行不同操作系统(例如UNIX或Windows等)的计算机、工作站、机群系统、存储设备、数据库等,甚至是设备、仪器、传感器等;
(2)核心网格中间件提供实现网格计算的核心服务,如远程过程管理、资源的协同分配、存储访问、信息安全、服务质量、资源的预定与交易等;
(3)用户级网格中间件 提供程序员开发网格应用及用户代理(调度和管理基于全局资源的计算)的高级服务功能,包括语言、类库、应用编程接口、集成开发环境等;
(4)网格应用及入口 网格应用指的是利用网格使能语言(如HPC++)及网格工具开发的网格使能应用程序,网格入口提供Web使能的应用服务(即用户可以通过Web接口实现相关任务到远程资源的提交及结果的收集)。
网格结构是网格系统的硬件基础,实现的只是资源在物理上的连通,各个资源之间在逻辑上仍然是孤立的。有了网格中间件,才真正实现了广域资源的有效共享。中间件可以屏蔽下层结构的分布性和异构性,向上层的网格应用层提供统一、透明的使用接口。
4.网格核心技术
为解决不同领域复杂科学计算与海量数据服务问题,人们以网络互连为基础构造了不同的网格,有代表性的如计算网格、拾遗网格、数据网格等,它们在体系结构和需要解决的问题类型等方面不尽相同,但都需要共同的关键技术。
网格核心技术如下:
1)高性能调度技术 ’
在网格系统中,太量的应用共享网格的各种资源,如何使得这些应用获得最大的性能,这就是调度所要解决的问题。网格调度技术比传统高性能计算中的调度技术更复杂,这主要是因为网格具有一些独有的特征,例如,网格资源的动态变化性、资源的类型异构
性和多样性、调度器的局部管理性等。所以网格的调度需要建立随时间变化的性能预测模型,充分利用网格的动态信息来表示网格性能的波动。在网格调度中,还需要考虑移植性、扩展性、效率、可重复性以及网格调度和本地调度的结合等一系列问题。
在网格系统中,即便某个节点出现问题,没有能够及时返回结果,也不影响整个项目的进程,甚至即便某一个计算节点突然崩溃,其所承担的计算任务也能够被任务调度系统分配给其他的节点继续完成。从这个方面说,高性能调度技术是网格技术的核心价值。
2)资源管理技术
资源管理的关键问题是为用户有效地分配资源。高效分配涉及资源分配和调度两个问题,一般通过一个包含系统模型的调度模型来体现,而系统模型则是潜在资源的一个抽象,系统模型为分配器及时地提供所有节点上可见的资源信息,分配器获得信息后将资源
合理地分配给任务,从而优化系统性能。
3)网格安全技术
网格计算环境对安全的要求比Internet酌安全要求更为复杂。网格计算环境中的用户数量、资源数量都很大且动态可变,一个计算过程中的多个进程间存在不同的通信机制,资源支持不同的认证和授权机制且可以属于多个组织。正是由于这些网格独有的特征,使得它的安全要求性更高,具体包括支持在网格计算环境中主体之间的安全通信,防止主体假冒和数据泄密;支持跨虚拟组织的安全;支持网格计算环境中用户的单点登录,包括跨多个资源和地点的信任委托和信任转移等。
5.制造网格 RB095B-30TL
制造网格是网络化制造发展的一个崭新阶段,其最终目的是为了实现制造资源的共享和协同工作。
1)制造网格与网络化制造的差异
(1)分布与集中 制造网格是分布式模式和完全开放的格局,其每一个节点直接对应的就是各个企业,所以节点链的组织即虚拟企业的组织;网络化制造平台是集中式控制模式,是将各个企业的资源纳入自身的平台管理范畴,再实现以此为依据的企业组织;因而制造网格的资源组织模式具有明显的优势。
(2)资源维护 制造网格模式下各个企业通过维护自身的服务而实现了对资源的管理,而网络化制造平台体现的是对资源的集中控制,从而要求资源的统一管理;因而制造网格比网络化制造平台具有更为便利的动态扩充能力。
(3)应用方案的动态性制造网格的应用过程是基于资源服务而形成业务链,从而映射为虚拟企业的组织,是动态生成解决方案的模式;而网络化制造则体现为一个独立的系统,是以固定数量的资源或者既定的应用解决方案等为广域用户提供服务支持;因而制造网格比网络化制造平台具有更强的适应性。
2)制造网格的优势
(1)制造网格是CIM发展的关键技术
计算机集成制造(computer integrated manufacturing,CIM)对于制造业发展的重要性毋庸置疑,而CIM已经从早期只局隈在一个企业内部的模式,向网络化、全球化和智能化的方向发展。网络化制造的最新发展技术就是制造网格技术,无论是资源组织模式还是管理模式,以及实际应用方案的动态性,制造网格都具有明显的优势。
(2)使每个企业都获得超级计算机系统能力
由于制造业信息化快速发展,制造企业需要处理的数据量不断膨胀,需要功能强大的计算机能力,例如在计算机上进行产品设计时,所有的零件(包括最小的片式阻容元件)都是三维的,这样,最后的产品模型的数据量将会达到几个GB,当在计算机上进行虚拟组装或运行DFM软件的时候,这样庞大的数据量运算相当复杂,一般技术人员的计算机能力就显得捉襟见肘,而配备高性能计算机或超级计算机对一般企业并不现实。在这种情况下,网格技术所表现的虚拟超级计算机系统能力就是解决这个难题的唯一选择。在网络环境中,可把整个互联网整合成一台巨大的超级计算机系统,实现计算资源、存储资源、数据资源、信息资源和知识资源的全面共享,从而使每个企业都获得超级计算机系统能力。
(3)网格制造便于企业获取优势资源
在网格制造环境中,企业既可以充分利用网络中丰富的免费资源,也可以利用合作伙伴的优势资源来提升自身竞争能力。制造网格屏蔽炎源共享的复杂性,使资源有序化并动态集成,因而易于被发现和应用,降低了资源共享成本和难度。虚拟企业将是网格制造环境中广泛存在的一种企业形式,中小企业由此可以获得在大市场中参与竞争的机会。
3)制造网格体系结构
制造网格体系结构如图10.4.1所示。
(1)制造网格服务封装
网格技术是以服务为中心的体系结构,一切提供的资源都是为了服务。因此在制造网格中,首先要把各种制造资源封装成制造网格服务,再提交给网格中间件。对于网格中间件而言,各种制造资源是透明的。
制造网格服务封装处于制造网格体系结构的底层,是制造网格的基础。
(2)网格中间件
网格中间件作为网格计算的核心,其主要任务在于利用分布于整个互联网的异构资源,包括计算集群、存储设备、科学仪器等,通过构成一个同构的环境使得这些资源能够为分布于各地用户提供协同式的服务,以达到在整个广域网范围内的计算资源共享。
网格中间件是制造网格实施的关键。
(3)制造网格支持工具集
这一层构架在网格中间件之上。支持工具集是通过调用网格中间件提供的各种服务,并结合实际需要而开发的应用工具。随着制造网格的发展,支持工具集会越来越多,如任务分配与管理、网格性能反馈和网格门户等。
制造网格支持工具集是制造网格实施的必备条件。
(4)网格制造应用
该平台可以应用到制造的各个领域,例如手机、平板电视机、笔记本电脑、汽车电子、医疗电子、半导体照明和其他社会公共设施等。不同的应用可以直接通过制造网格支持工具,提交各种任务,使用制造网格的各种资源。
网格制造虚用是网格制造的最终目标。
网络化制造是制造业信息化的主要手段之一,而网格技术则力网络化制造系统提供了强有力的支持,成为制造业信息化的关键技术之一。网格技术在制造业中应用称为网格制造(grid manufacture,GM),通常也称制造网格(MG)。
1.网格与网格技术 R5320D022A-TR
网格是在网络基础之上,基于面向服务的架构(service-oriented architecture,SOA),使用互操作、按需集成等技术手段,将分散在不同地理位置的资源虚拟成为一个有机整
体,实现计算、存储、数据、软件和设备等资源的共享,从而大幅提高资源的利用率,使用户获得前所未有的计算和信息能力。
简单地说,网格是一集成的计算与资源环境。通俗地说,网格是把整个因特网整合成一台巨大的虚拟超级计算机,实现计算资源、存储资源、数据资源、信息资源、知识资源、专家资源的全面共享。
网格的构建大多为针对某一个领域或完成某一个特定的任务需要,例如有生物网格、地理网格、教育网格、制造网格等各种不同的网格项目。
网格技术是构筑在互联网上的一项创新技术,它通过特定的网格软件,将一个庞大的项目分解为无数个相互独立的、不太相关的子任务,然后交由网格内的各个计算机(通常称为网络节点)进行处理;最后把这些处理结果综合起来得到最终的结果.即完成总的项目。通俗地说,就是在不拥有超级计算机的情况下,收集分散各处的空闲计算能力,组成“一台”虚拟超级计算机,使网格技术使用者有可能低成本地获得超级计算能力,用于复杂的信息处理系统,例如复杂产品设计制造。
网格技术的主要优势是:
①稀有资源可以共享;
②通过分布式计算可以在多台计算机上平衡计算负载;
③可以把程序放在最适合运行它的计算机上。
网格技术源于分布式计算原理。所谓分布式计算是一门计算机科学,它研究如何把一个需要非常巨大的计算能力才能解决的问题分成许多小的部分,然后把这些部分分配给许多计算机进行处理,最后把这些计算结果综合起来得到最终的结果。
网格技术被誉为继Internet和Web之后的“第三个信息技术浪潮”,有望提供下一代分布式应用和服务,对研究和信息系统发展有着深远的影响。
2.网格与互联网的区别及其特征
1)网格与互联网的区别
(1)网格建筑在互联网之上 网格并不是互联网的替代品,而是互联网、高性能计算机、数据源等技术的有机结合和发展。
(2)网格比互联网具有更高性能 网格上有更多的高性能计算机,网格的体系结构比互联网更能有效地利用资源,因此网格的计算速度、数据处理速度可以大幅度提高。
(3)网格具有互联网所没有的知识生产特性互联网本身不创造或生产知识,人先把知识用其他方式生产出来以后,再放到网上,供用户查找。网格则能根据用户的要求自动生产知识,它可以通过高性能计算机从数据源得到原始数据,运行特定的程序加工成知识。
(4)冈格比互联网更一体化为了便于使用,网格不像互联网那样,提供几百万个网站,让用户根据自己的需要费尽心机地去搜索。在逻辑上,网格应该就像一台机器。
2)网格的特征
网格最主要的特征是资源共享(而不是它的规模)。
网格必须具有的基本特征是:
(1)单一的映像空间,可以屏蔽硬件边界,实现透明的远程资源访问,消除资源孤岛;
(2)支持多管理域和节点自治,保证各网格资源的相对独立性;
(3)保证安全与系统容错,保证所有资源提供方在整个系统中的安全与保密;
(4)统一的资源管理,实现资源的统一管理和调度;
(5)动态灵活性,保证网格资源的动态扩展及撤出等。
3.网格的组成 R6636-12
网格主要由6部分组成,即网格节点、数据库、贵重仪器、可视化设备、宽带主干网和网格软件,可以把网格看作是支持各种类型资源实现有效控制的共享的集成机制。
作为网络的下一个浪潮,网格试图实现Internet上所有资源的全面连通,包括计算资源、存储资源、通信资源、软件资源、信息资源、知识资源等。网格具有统一的软件标准和实现互操作的环境,它的服务层能提供无缝的基础设施,以形成用户希望的问题求解
环境。
网格的组成包括以下几部分:
(1)网格结构包含地理上分布的可以遁过Internet访问到的所有资源,包括运行不同操作系统(例如UNIX或Windows等)的计算机、工作站、机群系统、存储设备、数据库等,甚至是设备、仪器、传感器等;
(2)核心网格中间件提供实现网格计算的核心服务,如远程过程管理、资源的协同分配、存储访问、信息安全、服务质量、资源的预定与交易等;
(3)用户级网格中间件 提供程序员开发网格应用及用户代理(调度和管理基于全局资源的计算)的高级服务功能,包括语言、类库、应用编程接口、集成开发环境等;
(4)网格应用及入口 网格应用指的是利用网格使能语言(如HPC++)及网格工具开发的网格使能应用程序,网格入口提供Web使能的应用服务(即用户可以通过Web接口实现相关任务到远程资源的提交及结果的收集)。
网格结构是网格系统的硬件基础,实现的只是资源在物理上的连通,各个资源之间在逻辑上仍然是孤立的。有了网格中间件,才真正实现了广域资源的有效共享。中间件可以屏蔽下层结构的分布性和异构性,向上层的网格应用层提供统一、透明的使用接口。
4.网格核心技术
为解决不同领域复杂科学计算与海量数据服务问题,人们以网络互连为基础构造了不同的网格,有代表性的如计算网格、拾遗网格、数据网格等,它们在体系结构和需要解决的问题类型等方面不尽相同,但都需要共同的关键技术。
网格核心技术如下:
1)高性能调度技术 ’
在网格系统中,太量的应用共享网格的各种资源,如何使得这些应用获得最大的性能,这就是调度所要解决的问题。网格调度技术比传统高性能计算中的调度技术更复杂,这主要是因为网格具有一些独有的特征,例如,网格资源的动态变化性、资源的类型异构
性和多样性、调度器的局部管理性等。所以网格的调度需要建立随时间变化的性能预测模型,充分利用网格的动态信息来表示网格性能的波动。在网格调度中,还需要考虑移植性、扩展性、效率、可重复性以及网格调度和本地调度的结合等一系列问题。
在网格系统中,即便某个节点出现问题,没有能够及时返回结果,也不影响整个项目的进程,甚至即便某一个计算节点突然崩溃,其所承担的计算任务也能够被任务调度系统分配给其他的节点继续完成。从这个方面说,高性能调度技术是网格技术的核心价值。
2)资源管理技术
资源管理的关键问题是为用户有效地分配资源。高效分配涉及资源分配和调度两个问题,一般通过一个包含系统模型的调度模型来体现,而系统模型则是潜在资源的一个抽象,系统模型为分配器及时地提供所有节点上可见的资源信息,分配器获得信息后将资源
合理地分配给任务,从而优化系统性能。
3)网格安全技术
网格计算环境对安全的要求比Internet酌安全要求更为复杂。网格计算环境中的用户数量、资源数量都很大且动态可变,一个计算过程中的多个进程间存在不同的通信机制,资源支持不同的认证和授权机制且可以属于多个组织。正是由于这些网格独有的特征,使得它的安全要求性更高,具体包括支持在网格计算环境中主体之间的安全通信,防止主体假冒和数据泄密;支持跨虚拟组织的安全;支持网格计算环境中用户的单点登录,包括跨多个资源和地点的信任委托和信任转移等。
5.制造网格 RB095B-30TL
制造网格是网络化制造发展的一个崭新阶段,其最终目的是为了实现制造资源的共享和协同工作。
1)制造网格与网络化制造的差异
(1)分布与集中 制造网格是分布式模式和完全开放的格局,其每一个节点直接对应的就是各个企业,所以节点链的组织即虚拟企业的组织;网络化制造平台是集中式控制模式,是将各个企业的资源纳入自身的平台管理范畴,再实现以此为依据的企业组织;因而制造网格的资源组织模式具有明显的优势。
(2)资源维护 制造网格模式下各个企业通过维护自身的服务而实现了对资源的管理,而网络化制造平台体现的是对资源的集中控制,从而要求资源的统一管理;因而制造网格比网络化制造平台具有更为便利的动态扩充能力。
(3)应用方案的动态性制造网格的应用过程是基于资源服务而形成业务链,从而映射为虚拟企业的组织,是动态生成解决方案的模式;而网络化制造则体现为一个独立的系统,是以固定数量的资源或者既定的应用解决方案等为广域用户提供服务支持;因而制造网格比网络化制造平台具有更强的适应性。
2)制造网格的优势
(1)制造网格是CIM发展的关键技术
计算机集成制造(computer integrated manufacturing,CIM)对于制造业发展的重要性毋庸置疑,而CIM已经从早期只局隈在一个企业内部的模式,向网络化、全球化和智能化的方向发展。网络化制造的最新发展技术就是制造网格技术,无论是资源组织模式还是管理模式,以及实际应用方案的动态性,制造网格都具有明显的优势。
(2)使每个企业都获得超级计算机系统能力
由于制造业信息化快速发展,制造企业需要处理的数据量不断膨胀,需要功能强大的计算机能力,例如在计算机上进行产品设计时,所有的零件(包括最小的片式阻容元件)都是三维的,这样,最后的产品模型的数据量将会达到几个GB,当在计算机上进行虚拟组装或运行DFM软件的时候,这样庞大的数据量运算相当复杂,一般技术人员的计算机能力就显得捉襟见肘,而配备高性能计算机或超级计算机对一般企业并不现实。在这种情况下,网格技术所表现的虚拟超级计算机系统能力就是解决这个难题的唯一选择。在网络环境中,可把整个互联网整合成一台巨大的超级计算机系统,实现计算资源、存储资源、数据资源、信息资源和知识资源的全面共享,从而使每个企业都获得超级计算机系统能力。
(3)网格制造便于企业获取优势资源
在网格制造环境中,企业既可以充分利用网络中丰富的免费资源,也可以利用合作伙伴的优势资源来提升自身竞争能力。制造网格屏蔽炎源共享的复杂性,使资源有序化并动态集成,因而易于被发现和应用,降低了资源共享成本和难度。虚拟企业将是网格制造环境中广泛存在的一种企业形式,中小企业由此可以获得在大市场中参与竞争的机会。
3)制造网格体系结构
制造网格体系结构如图10.4.1所示。
(1)制造网格服务封装
网格技术是以服务为中心的体系结构,一切提供的资源都是为了服务。因此在制造网格中,首先要把各种制造资源封装成制造网格服务,再提交给网格中间件。对于网格中间件而言,各种制造资源是透明的。
制造网格服务封装处于制造网格体系结构的底层,是制造网格的基础。
(2)网格中间件
网格中间件作为网格计算的核心,其主要任务在于利用分布于整个互联网的异构资源,包括计算集群、存储设备、科学仪器等,通过构成一个同构的环境使得这些资源能够为分布于各地用户提供协同式的服务,以达到在整个广域网范围内的计算资源共享。
网格中间件是制造网格实施的关键。
(3)制造网格支持工具集
这一层构架在网格中间件之上。支持工具集是通过调用网格中间件提供的各种服务,并结合实际需要而开发的应用工具。随着制造网格的发展,支持工具集会越来越多,如任务分配与管理、网格性能反馈和网格门户等。
制造网格支持工具集是制造网格实施的必备条件。
(4)网格制造应用
该平台可以应用到制造的各个领域,例如手机、平板电视机、笔记本电脑、汽车电子、医疗电子、半导体照明和其他社会公共设施等。不同的应用可以直接通过制造网格支持工具,提交各种任务,使用制造网格的各种资源。
网格制造虚用是网格制造的最终目标。
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