支持复杂设备运行的协同服务系统框架研究

李国伟，李鹏忠，虞 敏

（1. 同济大学 机械工程学院，上海 200092；2. 同济大学 中德学院，上海 200092）

0 引言

随着现代设备日益向高新技术集成和智能化方向发展，其结构日趋复杂，功能日臻完善，自动化程度也越来越高，由此带来了整个系统发生故障的潜在可能性和方式也在相应增加，只要一处发生故障就可能引起链式反应[1]。如何保障复杂设备的可靠有效地运行，就成了亟待解决的问题。

目前，在国内，各学术研究机构和应用企业在进一步深入研究复杂设备远程检测和故障诊断技术的同时，也进一步拓宽复杂设备的远程服务功能的研究领域，开展满足客户对产品“TQCSE”高要求的服务与远程工程支持[2]。在国外，特别是德国和欧洲的大型科研机构已认识到了工业服务的巨大意义，他们认为，技术领先并不必然获得市场成功，服务已经超越设备本身成为保持国际竞争力的重要因素。在新一轮中德政府间科技合作中，德国教育与研究部(BMBF)资助“Co-Service”协同服务项目，通过研究开发支持协同服务的方法、过程和工具，优化高科技设备的使用与运行，进而提高中德合作双方的竞争力。

作为一种全新的服务模式，协同服务强调以下几个方面[3]：1）跨企业、跨地域，以有效的协作来响应用户的服务需求。2）供应商、合作伙伴、设备用户关系的转变：用户-供应商关系由买卖关系转变为一种相互合作的关系；合作伙伴结成利益共同体，建立了优势互补、市场共享、风险分担的“双赢”发展模式。3）实现全球化的协同服务。因此协同服务模式的实施首先需要建立合作和提供服务的平台；其次，要提供适合于协同服务模式的设备服务远程解决方案。基于以上要求，本文提出了协同服务系统框架（如图1所示），在该框架下，设备供应商及协作伙伴按照协同服务平台中的业务流程提供服务，设备用户把自己的设备查询接口集成到服务平台供服务商远程在线监控并接受相关服务。因此，本文主要研究基于合同约束的ASP协同服务平台关键技术、服务内容，以及支持协同服务的设备在线服务实现技术。

图1 协同服务系统框架

1 基于合同约束的ASP协同服务平台研究

应用服务提供商(Application Service Provider，ASP)是一种新兴的服务运行模式。“通过采用ASP应用服务，能够有效整合社会优势资源，加强企业间的协同,提高企业核心竞争力,从而形成具备整体优势的增值链及产业链，形成双赢及多赢的模式”[4]。

ASP协同服务平台整合了第三方服务模式，并在平台上集成了一系列应用服务。用户选择角色在平台上注册，系统将根据角色分配不同的操作权限(功能权限和资源权限)。服务商在平台上注册并配置基础服务资源(产品信息、技术文档等)，就可以为设备用户提供相关服务，而不必建设自己的服务平台，大大缩短了企业信息化建设周期,降低了企业运营成本。另一方面，设备用户在平台上注册后，就能主动或被动地找到能满足其需求的服务商，获得服务商业务确认后，与服务商签订服务合同，合同结束后，双方可以续签，设备用户也可以在平台上选择更优秀的服务商为自己服务。

1.1 ASP协同服务平台的关键技术

在协同服务平台中，为了有效保障设备用户-设备供应商和设备供应商-协作伙伴之间的权利和义务，建立了基于电子合同约束的服务管理模式，其生命周期如图2所示，具体内容如下：

1）选择合同模板：服务中主要涉及设备用户-设备供应商和设备供应商-协作伙伴的合同关系，因此，定义了服务合同和协作合同两个模板。

2）启动合同谈判环境[5]：电子合同协同环境主要为用户提供文本交流、语音通信、电子合同同步更新和集成NetMeeting等服务工具。

图2 电子合同的生命周期

3）电子签名与合同认证：在电子合同中，表示合同生效的传统的签字盖章方式被电子签名所代替。同时，需要公正机构对其进行CA认证以确认电子签名合同的有效性。

4）合同履行状态监控：生效的合同进入履行阶段，该平台提供辅助监督功能，平台接受用户投诉并对被投诉方及时提醒，以保证合同的顺利执行。

5）合同结束。

在平台开发中，使用DTD(Documnet Type Definition)来规范和约束电子合同的结构和内容模式；使用可扩展标记语言(Extensible Mark Language，XML)描述电子合同的各项商务信息，如：合同双方、合同日期、使用的资源、服务收费标准等。

城市尺度上，地方满意度维度均值(3.86)小于量表总均值；地方依恋维度均值(3.89)约等于量表总均值；地方认同维度均值(3.93)大于量表总均值，此维度所有测量项的得分均值均大于或等于量表总均值。说明留学生对昆明的物质文化环境，尤其是饮食，存在一定不满，而对昆明的社交环境有不错的感知，其在昆明的经历也产生了对地方文化生活较高的地方认同。

1.1.2 基于角色的权限管理[6,7]

图3 基于角色的权限管理简易模型

基于角色的权限管理的基本思想是：权限赋予角色，角色赋予用户，用户通过角色享有权限。ASP平台用户类型多样，角色主要有：系统管理员、设备用户、服务商、软件供应商等。权限可分为功能权限和资源权限，功能如通过EOS远程访问设备、远程视频等，资源主要指各种数据库资源。

考虑到实际服务中，服务商通常把服务任务分派给下属部门员工，在模型中引入了角色层次关系，部门员工继承了服务商的角色后，就自动获得了服务商角色的权限。

在基于角色的访问控制下，登陆到系统中的用户可通过所拥有角色的权限来访问允许的服务资源，并处理相应的事务，这样既确保了对资源的安全操作，也保障了平台中各项业务的顺利进行。

1.1.3 嵌入式在线服务系统的集成方案

德国项目组对嵌入式在线服务系统进行了深入的研究。如何把该系统与协同服务平台进行集成是完成协同服务任务的关键所在。由于该系统是一个独立运行的系统，因此，设备用户只需提供系统中的查询服务器统一资源位置(URL)，然后将其在协同服务平台注册并同时分配服务商相应权限，服务商就可以通过查询服务器的服务导航功能，选择相关服务，对设备进行故障诊断和远程监控。

1.2 ASP协同服务平台的主要内容

协同平台主要应用服务包括：

1）安装/调试支持服务: 用户可以通过远程课堂视频获得帮助，设备制造商、专业技术服务机构也可直接对新设备进行远程操作或指导现场人员，对设备安装和调试进行远程支持。

2）技术培训服务: 由于高科技产品技术含量高，操作复杂，设备供应商需要提供便捷、优质的技术支持以帮助用户较快较好地使用设备。可以通过远程课堂对用户进行远程技术培训，借助于视频、音频、白板、操作模拟等手段，使远程课堂达到现场培训的效果，同时也节约了人力成本。

3） 故障排除服务: 为了较快地排除设备故障，该服务提供了自助式和专门故障服务两种途径，充分利用专家知识和经验，在最短时间内排除故障。

4）预防性维护服务: 为了降低因故障引起的宕机时间，必须改传统方式下“被动服务的方式”为“主动式服务”。通过对用户设备进行例行检查，对设备的运行状况有一个定期了解，对发现的问题尽早地给出维护建议，以电子邮件或预警消息的方式发送给设备用户；通过对历史数据的分析评估，可以对设备系统或重要部件的劣化趋势进行预测，消除设备隐患。

图4 协同服务平台的体系结构

5） 用户信息反馈服务: 基于此服务，设备用户可以自由发表评论，对服务商服务质量进行满意度评价，指出设备使用过程中的不足之处。另一方面，服务商有义务对用户反馈的信息给予及时解答，同时，对反馈信息的分析利用，可以促进产品的改进和创新，从而保持产品的竞争优势。

此外，独立的软件提供商可以将软件以服务的形式注册到ASP平台，成为平台服务资源的一部分，如：备品备件管理系统，客户关系管理（CRM）系统，企业资源计划（ERP）系统等。客户若使用服务须向ASP平台支付费用，ASP平台再按照事先协商的利益分配方案，付费给独立软件提供商。

1.3 ASP协同服务平台的开发技术

采用J2EE标准进行系统平台的设计开发，J2EE标准是SUN公司推出的用于构建基于Web系统的标准平台和环境，采用层次开发模式，把客户端表示和业务逻辑分离，提高了ASP平台的开发效率。平台总体上分为客户层、业务逻辑层和数据层三层，其中业务逻辑层又可扩展为基础层、功能层和支撑技术层。

1） 客户层: 客户端把Web浏览器作为统一的用户界面，客户端的请求结果可以由JSP页面、显示HTML页面的servlets以及applets组成。

2） 业务逻辑层: 此层是平台的核心部分，逻辑处理主要由EJB(Enterprise Java Beans，EJB)组件实现，EJB组件包含会话EJB和实体EJB。主要实现的业务逻辑包括：业务流转、流程管理、信息传递等。基础层是功能层业务实现的基础，功能层是对各个功能模块的集成，技术支撑层包括了平台建设和运转所需的相关技术。

3） 数据层: 建立和提供数据资源库，包括：用户信息库、设备信息库、业务信息库等。

2 支持协同服务的设备在线服务系统

为了支持ASP协同平台中的应用服务，必须提供适合于协同服务模式的设备服务远程解决方案，为此，本文研究了嵌入式在线服务(Embedded Online Service, EOS)协议标准和实现架构[8]（如图5所示）。基于计算机技术、网络通讯技术的EOS协议标准，可以不受设备控制器的类型和年限的限制，以“即插即用”的方法将设备连接到系统中，方便快捷地获得设备的运行状态等信息。设备在线服务实现逻辑是用户通过浏览器统一地址URL访问查询服务器，通过权限认证后，对局域网设备IP地址和端口进行配置，搜索设备服务器，如果设备在线(Online)，点击在线设备链接，绑定设备客户端，通过客户端调用Web Service发布相关服务。

基于EOS协议标准和实现架构开发设备在线服务系统，内容主要包括：

1）基于Web Service的设备服务器(Device Sever)。以开发数控机床的设备服务器为例进行说明，设备服务器主要完成两方面任务：一方面，与机床Severs建立自动连接，完成对设备状态信号的采集并将数据封装成各种设备服务，通过Web service标准对这些服务进行查询和访问；另一方面，响应查询服务器和客户端的请求，发布相关服务。

2）客户端应用程序(Client Application)。客户端连接到Web Service并完成认证过程，认证通过后，客户端通过调用Web Service发布机床信息。由于不同类型的设备发布的服务信息不同，必须针对不同类型设备，开发与设备信息一致的客户端。

3）查询服务器(Lookup-sever)。利用Java技术

开发的查询服务器，在局域网内就像一个设备信息管理平台，实现用户管理、设备搜索、文件上传下载等，Internet用户通过查询服务器URL及访问权限就可以对设备服务进行相应操作。

图5 EOS实现架构

图6 协同故障诊断服务流程

3 协同服务应用实例

作为中德国际科技合作项目，“复杂设备的协同服务支持”通过研究保障复杂设备稳定运行所需要的技术服务模式，旨在建立一个由中德复杂设备供应商及用户参加的协同服务示范网，通过协同服务，保障复杂设备的可靠有效地运行。

本文以复杂设备协同故障诊断服务为例说明协同服务的实现（如图6所示）。首先，服务参与方在平台中确认了业务关系，并签订了服务合同或协作合同。服务商在平台上配置了自己的基础服务资源，设备用户注册了查询服务器的URL并分配了访问权限。

当设备发生故障时，对于一般故障，用户可以利用平台提供的资源或服务通过自助方式解决；如果属于专门故障，可以申请专门服务支持，设备供应商利用自己的专业知识并对设备进行远程状态检测，能独立解决则把任务分给自己员工，如果不能独立解决，则协同处理：情况一，国外的设备用户要求现场解决的情况，就可以委托当地合作伙伴协助；情况二，发生的故障与某重要零部件直接相关，可以把相应问题提交给零部件商；情况三，若情况复杂，可利用平台中集成的设备在线服务系统（如图7所示）、远程视频会议系统等手段多方协商解决。故障排除后，问题的原因和解决方法要向相关人员通告，并且记录到历史数据库，作为平台上专家知识库知识的来源。

图7 协同中设备在线服务

4 结束语

支持复杂设备运行的协同服务系统为实现“协同服务”这一全新的服务模式创造了条件。协同服务系统主要研究：1）建立基于合同约束的ASP协同服务公共平台。提出了基于角色的权限管理，以保证平台上各项业务的顺利进行，通过应用服务中信息的交互，实现信息共享和资源重用，消除了信息孤岛，加强了企业与用户以及企业之间的联系和技术合作。2）提出设备服务远程解决方案—嵌入式在线服务系统，该系统按行业特点抽象出面向行业设备的服务内容和接口规范，设备系统只要满足这个结构规范，就可方便将其接入网络中，从而实现对设备远程状态检测、故障诊断和总体性能评估。

[1] 徐泳龙,张晓阳,刘娟. 复杂装备远程服务与维护系统研究[J].计算机集成制造系统,2004,12(4):616-620.

[2] 谢小轩.远程服务理论及其关键技术与应用研究[D].上海：同济大学,2003.

[3] 张为民,虞敏,等.复杂设备运行的协同服务支持[J].同济大学学报(自然科学版),2008,36(8):1143-1147.

[4] 谢庆生.基于ASP模式的网络化制造[J].机械与电子，2004(1):3-5.

[5] 张映锋,江平宇.面向中小型企业的制造服务平台研究[J].西安交通大学学报,2004,38(7):670-673.

[6] Sejong Oh, Seog Park. Task-role-based access control model[J].Information System,2003,28(6):533-562.

[7] 樊金生,关保灿,李晓东.基于角色的访问控制扩展模型及其实现[J].计算机工程与设计,2008,29(18):4718-4721.

[8] H.Meier. Embedded Online Service-Internetbasierte Dienstleis-tungsplattform fr Produktionsbetriebe[M]. Frankfurt am Main VDMA Verlag,2004:1-17.