专利名称：基于面向服务架构的云端切割排样系统及其实现方法
技术领域：
本发明涉及计算机通信技术，尤其是涉及一种基于面向服务架构的云端切割排样系统及其实现方法。
背景技术：
原材料的生产预算、科学利用与耗用管理问题普遍存在于家具、五金、建筑、机械、 电子、服装、皮革、包装等诸多行业中，它直接影响到库存和生产成本。计算机辅助排样 (Computer Aided Nesting)通过计算机进行优化组合和图形布局计算，求解切割下料的优化方案，从而有效节约资源、提高生产效率。排样问题在计算机领域属于NP完全问题，计算量巨大，对求解算法和软件开发以及计算机硬件的计算能力要求很高。同时，云计算和物联网正逐步对现代企业产生深远的影响。二十世纪以来，制造业信息化陆续经历了 CNC、CAD/CAM、CIMS的阶梯式发展过程。目前，日益完备的嵌入式数字终端设备正引导制造业的下端向物联网层面深入，而运用面向服务架构(Service Oriented Architecture, S0A)和软件运营(Software-as-a-service，SaaS)模式，制造业的上端正向云计算方向延伸。面向服务架构是一种可重复、松散耦合的软件系统架构方式，该方式通过一定规则向使用者开放信息服务接口。面向服务架构的本质是将信息系统的功能抽象为服务，再以一定的粒度发布服务供使用者调用，将制造业排样问题抽象为排样计算服务，制造企业系统可通过网络远程调用排样计算服务，无需部署排样软件系统以及了解排样计算服务的数据细节。面向服务架构以其海量的分布式计算能力为排样问题提供了丰富的计算资源， 将排样软件系统进行分布式设计和部署，并发布云端制造排样计算服务，制造企业系统根据自身特点进行接入，进而使用优化计算服务。Google、Amazon等典型的云计算平台都基于分布式计算框架设计和部署，如 Hadoop框架，该框架包括分布式数据库和文件系统、并行编程、远程调用方案等。由于排样算法的复杂性，以及目前已经形成的成熟排样程序，如果采用Hadoop框架的MapReduce并行编程语言重写排样算法，将面临较大的工作量。目前排样技术服务在企业的应用并不理想，主要存在几个方面的问题1、排样问题求解的复杂性，对硬件计算能力要求较高，较难在企业车间应用；2、优秀的排样软件价格昂贵，限制了其在生产中的应用；3、排样软件是孤立的软件程序，没有提供与CAD/ERP系统进行对接的机制，致使数据需要人工输入，容易出错；4、排样软件系统缺乏与切割机械集成的整体技术解决方案，不能在切割工艺上相互配合，同时也无法与数控设备连成一体实现制造自动化，而部分企业的切割机械带有的排样计算功能非常简单，主要通过人工交互排样，无法实现自动排样和最优化排样，也无法实现切割机械的资源分配；5、基于Hadoop 框架的云计算方案不能适应对现有排样软件系统进行云计算服务的整合需要
发明内容
本发明的目的是克服现有技术中的不足，提供一种采用分布式计算对排样问题进行解决，并通过云服务将分布式排样系统与制造企业系统进行对接，集成度高，节约成本并提高经济效益的基于面向服务架构的云端切割排样系统及其实现方法。为达上述目的，本发明的一种基于面向服务架构的云端切割排样系统，其包括网络服务器、SOA服务TOB接口及分布式排样系统，所述网络服务器包括电子商务平台、云排样客户端及云排样服务端，所述电子商务平台设置有用户注册模块，所述云排样客户端与用户终端图形交互UI，所述云排样服务端由TOB服务程序组成，所述云排样服务端响应所述云排样客户端的服务请求并返回数据结果，所述SOA服务TOB接口通过所述云排样服务端实现功能调用，所述分布式排样系统由若干台独立的计算机服务器组成，所述分布式排样系统包括计算调度模块、优化求解模块及数据存储模块，所述计算调度模块通过SOA服务WEB接口接受来自用户的排样服务请求；所述优化求解模块安装在计算机服务器上；所述数据存储模块包含存储排样数据队列的队列表和记录所述优化求解模块位置的地址表， 所述计算调度模块通过套接字方式与所述优化求解模块进行通信。进一步地，所述电子商务平台为运用TOB2. 0技术开发的电子商务网站。进一步地，所述云排样客户端设计有Windows应用程序客户端及TOB客户端，其中 Windows应用程序客户端只能运行在个人计算机上，WEB客户端采用JavMcript框架。
进一步地，所所述云排样客户端通过HTTP协议响应HTTP协议响应述云排样服务端的服务请求，并以XML格式返回数据结果。进一步地，所述SOA服务WEB接口是由基于HTTP协议和XML描述的远程过程调用函数集组成。进一步地，所述计算机服务器之间采用套接字接口实现消息通信功能。进一步地，所述分布式排样系统还设置有计算服务监控与管理单元，所述计算服务监控与管理单元实时反馈所述云排样服务端和优化求解模块的分布及工作状态，所述计算服务监控与管理单元设置有管理员界面。本发明一种基于面向服务架构的云端切割排样系统的实现方法，包括如下步骤
(1)、用户在网络服务器上进行注册或身份验证；
(2)、用户查找分布式排样系统服务的地址和调用格式，准备调用排样服务；
(3)、用户通过TOB客户端或CAD/ERP系统向所述分布式排样系统发出排样服务请求；
(4)、用户的排样服务请求进入排样服务请求队列，所述分布式排样系统向用户返回排样服务请求已被接受的结果；
(5)、所述分布式排样系统对用户的排样服务请求进行求解；
(6)、当求解计算完成时，用户主动取回排样服务的计算结果。进一步地，所述排样服务请求为排样任务，排样任务包括至少一个排样问题，计算机服务器的一个中央处理器核求解一个排样问题，所述排样任务的求解包括如下步骤
①、用户通过SOA服务TOB接口提交排样任务；
②、计算调度模块将用户排样任务分解为至少一个排样问题，并将排样问题数据导入所述数据存储模块的队列表；
③、计算调度模块查询地址表，并通过套接字方式向所述优化求解模块发送排样问题数据到达消息；④、空闲的优化求解模块响应排样问题数据到达消息，随后访问队列表，并根据当前空闲的中央处理器核数量提取相应数量的排样问题进行优化求解；
⑤、优化求解模块完成一个排样问题求解，再次访问队列表，获取下一待求解的排样问题；如果队列表中存在待求解的排样问题且存在空闲的中央处理器核，优化求解模块则提取下一排样问题进行求解。综上所述，本发明一种基于面向服务架构的云端切割排样系统及其实现方法通过 SOA服务TOB接口接收所述分布式排样系统的功能并调用排样服务，所述计算调度模块将用户的排样任务分解成排样问题，优化求解模块对排样问题进行计算，最后通过SOA服务 WEB接口返回计算结果，进而将计算结果送给数控设备，并利用云服务将分布式排样系统与制造企业系统进行对接，集成度高，节约成本并提高经济效益。
图1为本发明基于面向服务架构的云端切割排样系统的分布式排样系统的原理框图。图2为本发明基于面向服务架构的云端切割排样系统的网络服务器的原理框图。图3为本发明基于面向服务架构的云端切割排样系统的SOA服务架构的原理框图。
具体实施例方式为能进一步了解本发明的特征、技术手段以及所达到的具体目的、功能，下面结合附图与具体实施方式
对本发明作进一步详细描述。如图1至图3所示，本发明基于面向服务架构的云端切割排样系统包括网络服务器100、SOA服务TOB接口 200及分布式排样系统300，所述网络服务器100包括电子商务平台110、云排样客户端120及云排样服务端130，所述电子商务平台110为运用TOB2. 0技术开发的电子商务网站，所述电子商务平台110设置有展示模块、用户注册模块及后台管理模块，所述展示模块可对所述分布式排样系统300的运行方式进行宣传，所述用户注册模块管理新用户注册信息，所述后台管理模块可对用户进行身份验证。所述云排样客户端120为与用户交互的UI程序，所述云排样客户端120设计有 Windows应用程序客户端及TOB客户端，其中Wi ndows应用程序客户端只能运行在个人计算机上，用户可以像操作本地软件一样进行使用，能很好地操作二、三维排样图形；WEB客户端采用JavMcript框架，可以直接运行在WEB浏览器中，TOB客户端属于跨平台操作系统， 能正常运行在Windows系统、Linux系统或Android系统中。在用户的CAD/ERP系统能够通过HTTP协议调用排样服务，并解析XML格式的排样结果时，用户的CAD/ERP系统可以替代所述云排样客户端120进行操作。所述云排样服务端130由TOB服务程序(Webkrvice)组成，所述云排样服务端 130通过HTTP协议响应所述云排样客户端120的服务请求，并以XML格式返回数据结果。所述SOA服务TOB接口 200是由基于HTTP协议和XML描述的远程过程调用函数集组成，所述SOA服务TOB接口 200通过所述云排样服务端130实现功能调用，以将所述分布式排样系统300的功能发布给用户，进而让用户调用排样服务。
所述分布式排样系统300由若干台独立的计算机服务器组成，计算机服务器之间采用套接字(Socket)接口实现消息通信功能，在国际互联网(INTERNET)上，所述分布式排样系统300被抽象成一个能提供排样服务的组件，用户通过该统一资源定位符(URL)即可调用所述分布式排样系统300的服务。所述分布式排样系统300包括计算调度模块310、 优化求解模块320及数据存储模块330，所述计算调度模块310通过SOA服务TOB接口 200 接受来自用户的排样服务请求；所述优化求解模块320安装在计算机服务器上；所述数据存储模块330包含一个存储排样数据队列的队列表和一个记录所述优化求解模块320位置的地址表，所述计算调度模块310查询地址表，通过套接字方式与所述优化求解模块320进行消息通信，所述优化求解模块320访问队列表并进行优化求解。所述分布式排样系统300还设置有计算服务监控与管理单元(Solvers Manager)，所述计算服务监控与管理单元实时反馈所述云排样服务端130和优化求解模块 320的分布及工作状态，所述计算服务监控与管理单元设置有管理员界面，以便进行实时监控和人工调整。本发明基于面向服务架构的云端切割排样系统实施时，用户通过SOA服务TOB接口 200接收所述分布式排样系统300的功能并调用排样服务，所述计算调度模块310将用户的排样服务请求数据进行分解，分发给多个优化求解模块320进行分布式计算，最后通过SOA服务TOB接口 200返回计算结果。所述基于面向服务架构的云端切割排样系统的实现方法步骤如下
(1)、用户在网络服务器100上进行注册或身份验证；
(2)、用户查找所述分布式排样系统300抽象成的组件的统一资源定位符，准备调用排样服务；
(3)、用户通过TOB客户端或CAD/ERP系统向所述分布式排样系统300发出排样服务请求。用户的排样服务请求即排样任务，排样任务求解是对给定条件和目标的复杂计算过程。产品制造过程中往往存在多个排样问题，排样任务包括至少一个排样问题，每个排样任务都包含已知条件和求解目标。所述分布式排样系统300将不同用户的排样任务分解成相对独立的排样问题，计算机服务器接收排样问题并调用排样算法进行求解。计算机服务器具有中央处理器核，同一时间一台计算机服务器的一个中央处理器核(CPU Core)可以求解一个排样问题。所述分布式排样系统300接收不同排样任务时，不同排样任务所组成的排样问题构成排样服务请求队列，所述分布式排样系统300采用先来先服务原则对排样请求队列提供计算求解服务。排样任务的求解过程如下
①、用户通过SOA服务TOB接口200提交排样任务；
②、计算调度模块310将用户排样任务分解为至少一个排样问题，并将排样问题数据导入所述数据存储模块330的队列表；
③、计算调度模块310查询地址表，并通过套接字方式向所述优化求解模块320发送排样问题数据到达消息；
④、空闲的优化求解模块320响应排样问题数据到达消息，随后访问队列表，并根据当前空闲的中央处理器核数量提取相应数量的排样问题进行优化求解；
⑤、优化求解模块320完成一个排样问题求解，再次访问队列表，获取下一待求解的排样问题；如果队列表中存在待求解的排样问题且存在空闲的中央处理器核，优化求解模块 320则提取下一排样问题进行求解。(4)、用户的排样服务请求进入排样服务请求队列，所述分布式排样系统300通过 SOA服务TOB接口 200向用户返回排样服务请求已被接受的结果；
(5)、所述分布式排样系统300对用户的排样服务请求求解，用户通过SOA服务TOB接口 200获取所述计算服务监控与管理单元信息，可随时查询求解计算进度；
(6)、当求解计算完成时，用户主动取回排样服务的计算结果；
(7)、用户将计算结果发送给数控设备，数控设备实施切割下料工序。对于计算速度很快的排样任务，所述分布式排样系统300可以在用户提交排样服务请求后就保持阻塞，直到计算完成，然后将计算结果返回给用户。当用户在网络服务器 100上登录成功后，在本地保持登录状态，可以多次调用排样服务而无需登录。同时，用户的历史排样数据被存储在分布式排样系统300中，可供用户再次读取和使用。综上所述，本发明一种基于面向服务架构的云端切割排样系统及其实现方法通过 SOA服务TOB接口 200接收所述分布式排样系统300的功能并调用排样服务，所述计算调度模块310将用户的排样任务分解成排样问题，优化求解模块320对排样问题进行计算，最后通过SOA服务TOB接口 200返回计算结果，进而将计算结果送给数控设备实施切割下料工序，制造企业系统也可直接通过SOA服务TOB接口 200整合排样分布式排样系统300功能， 并发送信号到数控设备，实现信息系统高度集成，节约成本并提高经济效益。以上所述实施例仅表达了本发明的一种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说， 在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明的保护范围应以所附权利要求为准。
权利要求
1.一种基于面向服务架构的云端切割排样系统，其特征在于包括网络服务器、SOA服务WEB接口及分布式排样系统，所述网络服务器包括电子商务平台、云排样客户端及云排样服务端，所述电子商务平台设置有用户注册模块，所述云排样客户端与用户终端图形交互UI，所述云排样服务端由TOB服务程序组成，所述云排样服务端响应所述云排样客户端的服务请求并返回数据结果，所述SOA服务TOB接口通过所述云排样服务端实现功能调用， 所述分布式排样系统由若干台独立的计算机服务器组成，所述分布式排样系统包括计算调度模块、优化求解模块及数据存储模块，所述计算调度模块通过SOA服务TOB接口接受来自用户的排样服务请求；所述优化求解模块安装在计算机服务器上；所述数据存储模块包含存储排样数据队列的队列表和记录所述优化求解模块位置的地址表，所述计算调度模块通过套接字方式与所述优化求解模块进行通信。
2.根据权利要求1所述的基于面向服务架构的云端切割排样系统，其特征在于所述电子商务平台为运用WEB2. 0技术开发的电子商务网站。
3.根据权利要求1所述的基于面向服务架构的云端切割排样系统，其特征在于所述云排样客户端设计有Windows应用程序客户端及TOB客户端，其中Windows应用程序客户端只能运行在个人计算机上，WEB客户端采用JavMcript框架。
4.根据权利要求1所述的基于面向服务架构的云端切割排样系统，其特征在于所述云排样服务端通过HTTP协议响应HTTP协议响应述云排样服务端的服务请求，并以XML格式返回数据结果。
5.根据权利要求1所述的基于面向服务架构的云端切割排样系统，其特征在于所述 SOA服务TOB接口是由基于HTTP协议和XML描述的远程过程调用函数集组成。
6.根据权利要求1所述的基于面向服务架构的云端切割排样系统，其特征在于所述计算机服务器之间采用套接字接口实现消息通信功能。
7.根据权利要求1所述的基于面向服务架构的云端切割排样系统，其特征在于所述分布式排样系统还设置有计算服务监控与管理单元，所述计算服务监控与管理单元实时反馈所述云排样服务端和优化求解模块的分布及工作状态，所述计算服务监控与管理单元设置有管理员界面。
8.根据权利要求1-7所述的基于面向服务架构的云端切割排样系统的实现方法，其特征在于，包括如下步骤(1)、用户在网络服务器上进行注册或身份验证；(2)、用户查找分布式排样系统服务的地址和调用格式，准备调用排样服务；(3)、用户通过TOB客户端或CAD/ERP系统向所述分布式排样系统发出排样服务请求；(4)、用户的排样服务请求进入排样服务请求队列，所述分布式排样系统向用户返回排样服务请求已被接受的结果；(5)、所述分布式排样系统对用户的排样服务请求进行求解；(6)、当求解计算完成时，用户主动取回排样服务的计算结果。
9.根据权利要求8所述的基于面向服务架构的云端切割排样系统的实现方法，其特征在于，所述排样服务请求为排样任务，排样任务包括至少一个排样问题，计算机服务器的一个中央处理器核求解一个排样问题，所述排样任务的求解包括如下步骤①、用户通过SOA服务TOB接口提交排样任务；②、计算调度模块将用户排样任务分解为至少一个排样问题，并将排样问题数据导入所述数据存储模块的队列表；③、计算调度模块查询地址表，并通过套接字方式向所述优化求解模块发送排样问题数据到达消息；④、空闲的优化求解模块响应排样问题数据到达消息，随后访问队列表，并根据当前空闲的中央处理器核数量提取相应数量的排样问题进行优化求解；⑤、优化求解模块完成一个排样问题求解，再次访问队列表，获取下一待求解的排样问题；如果队列表中存在待求解的排样问题且存在空闲的中央处理器核，优化求解模块则提取下一排样问题进行求解。
全文摘要
本发明公开了一种基于面向服务架构的云端切割排样系统及其实现方法，包括网络服务器、SOA服务WEB接口及分布式排样系统，所述网络服务器包括电子商务平台、云排样客户端及云排样服务端，所述云排样客户端由与用户交互的UI程序组成，所述云排样服务端响应云排样客户端的服务请求，所述分布式排样系统包括计算调度模块、优化求解模块及数据存储模块，所述计算调度模块通过SOA服务WEB接口接受排样服务请求；所述数据存储模块包含队列表和地址表，计算调度模块与所述优化求解模块进行通信。本发明采用分布式计算解决多个排样问题，通过SOA服务WEB接口将分布式排样系统与制造企业系统进行整合，集成度高，节约成本并提高经济效益。
文档编号H04L29/06GK102571989SQ201210061218
公开日2012年7月11日 申请日期2012年3月9日 优先权日2012年3月9日
发明者张国军, 施松新, 王石 申请人:东莞华中科技大学制造工程研究院, 王石