吴 冲，潘 莉，苏梅月，陈 乐，王丹妮，王 腾

(武汉科技大学 a.冶金装备及其控制教育部重点实验室；b.机械传动与制造工程湖北省重点实验室，武汉 430081)

0 引言

随着时代的快速发展，制造业和服务业之间相互融合，“制造服务”由此而来[1-2]。再制造服务就是一种以再制造服务平台为基础，用户通过网络可以随时获取，按需使、用的制造服务。然而，由于再制造服务平台上汇聚着再制造企业巨大的数据信息，再制造客户要想从再制造服务平台上快速选择出符合自身需求的优质再制造服务，就需要针对各个行业建立标准的再制造标准服务体系，该体系的建立可以完成再制造服务的标准化建模，从而实现再制造服务平台制造资源和服务的系统化管理，达到资源共享、优化产业结构等目的。

关于制造服务的模型，文献[3-4]从制造服务的资源、信息、功能和服务状态对制造服务进行建模，并用标准化的语言对制造服务进行规范描述；文献[5-6]从多个视图角度对制造服务进行分类，给出了服务的形式化描述方法，同时探索了资源的封装方法和服务化应用方法；文献[7]提出了一种两层三元组模块化制造加工服务的建模方法用来解决制造服务描述异构性问题，基本实现了网络化环境下项目任务和制造服务的快速发现和精确匹配，文献[8]从制造服务的粒度角度出发，根据产品结构的复杂性给出了制造服务合成规则和合成技术。文献[9]通过对再制造产品全生命周期内对再制造服务进行划分，提出了再制造服务分类方法和描述模型。这些文献对再制造服务标准化都具有一定的借鉴意义，但再制造服务作为一种新的服务，区别于传统的制造服务，本文初步提出一种再制造标准服务建模方法，该方法旨在为再制造环境下的特定行业制定标准的制造服务树，通过该体系的构建，实现再制造服务平台企业标准化建模和封装。

1 再制造服务及其标准化建模

1.1 再制造服务

再制造服务是以废旧产品为服务载体，旨在满足客户多样化的制造服务要求，并使得再制造企业借助再制造服务平台为客户提供整个产业链上的价值增值服务[10]。再制造服务平台的开放性决定了再制造服务具有动态性和多样性。动态性是指再制造服务会根据用户的需求随时对再制造资源和活动进行动态调整和重新组合；多样性则是指在再制造服务平台上存在着大量的参差不齐的再制造服务，这些服务功能相似但质量良莠不齐。具体的再制造服务平台工作流程如图1所示。

图1 再制造服务平台工作流程

如图1所示,再制造平台运营商主要为再制造客户以及再制造企业提供服务。再制造客户通过在再制造服务平台发布自身需求的再制造服务，平台接收到请求后检索再制造服务云池为客户推荐最优服务，在客户确认后联系再制造企业完成再制造任务。再制造服务供应商的主要工作是将再制造企业的再制造资源服务化并录入再制造服务云池。

1.2 再制造环境下的标准制造服务BOSS模型

产品标准再制造服务BOSS模型是指再制造服务平台利用BOM技术，构建涵盖特定产品或行业的再制造服务。这些服务包括原子、集成以及平台再制造服务三个层面，生成类似于产品BOM树的再制造标准服务BOSS结构树[11]。在该结构中，企业根据自身的再制造能力在再制造服务平台上相应的节点上发布再制造服务信息。此外， BOSS结构树还需要根据再制造服务平台上的海量的再制造服务信息实时动态地对再制造BOSS结构树做出调整，以适应不断变化的市场环境。

为了方便快捷的对行业内再制造产品进行规范化建模与描述，以实现再制造服务平台的标准化建模和系统化管理。本文参照产品数据管理中的BOM技术，构建了一种面向再制造产品全生命周期的标准再制造服务体系结构示例，如图2所示。

图2 再制造标准服务体系结构示例

本文构建的BOSS模型涵盖产品全生命周期阶段的所有再制造服务，并考虑到构建的BOSS树的可用性，在BOSS树构建过程中，综合考虑企业的产品BOM，行业标准和实际业务能力与再制造能力等诸多因素。图中不同类型的企业可以提供不同类型的制造服务，并且它还能根据业务规模和相应的业务能力确定公司在行业中的地位。因此，根据行业企业的市场结构，再制造企业可以提供的再制造服务被系统地分类管理，这将有助于再制造企业实现准确的描述建模和项目任务的精准匹配。

2 多色集理论与加权关联规则

2.1 多色集理论

1976年，Pavlov教授提出了一种过颜色描述来赋予普通集合中元素不同性质的方法进行多色集合理论仿真建模方法，解决了一般的集合论无法完整的描述集合本身和其组成元素性质的问题。

一般情况下，传统集合论中A={a1,…，ai,…，an}元素ai∈A所表示的仅仅是元素的名称，但为了更好的描述系统信息，希望建模过程中将合元素的一些性质体现出来，此时普通的集合论就无法完成。多色集合理论中集合元素ai∈A可以表示其具备的某些特性，即

F(ai)={F1(ai),F2(ai),…，Fm(ai) }

表示为元素ai的性质集合为{F1(ai),F2(ai),…，Fm(ai) }，而全体集合F(A)统一着色F(A)={F1,F2,…,Fn}。

2.2围道矩阵

为了实现复杂系统中各元素性质之间的映射关系，提出了围道矩阵。在计算过程中，利用围道的概念来替换“颜色”这一术语，即围道可以看成性质、特征、参数等术语[13-14]。通过围道矩阵，我们可以将复杂系统中的各元素之间的性质、关系通尅看成是一种集合的关系，也可以看成是一种逻辑关系。

利用多色集合理论，围道矩阵中的元素对象的逻辑表示方法则有：

当Fj=1时，围道Fj是可实现的；当Fj=0时，说明围道Fj是不能实现的，即再制造企业不具备能力完成某一再制造任务的加工。

在复杂系统建模的过程中，围道将作为一种特定的方式表达多色集理论中颜色的概念。具体的含义如下：

围道矩阵[A×F(A)],形如公式(1)所示:

(1)

式中说明了围道F={F1,F2,…,Fp}的组成，其中如果Fj∈F(ai),则cij=1,表明对象元素ai具有颜色(性质)Fj，反之则cij=0。

计算方法为：已知F(ai)=(f1,f5),F(aj)=(f3,f5,f6)，那么F(ai),F(aj)∈FA=(f1,f2,f3,f4,f5,f6)着色F(ai) 和F(aj)可以用布尔向量表示为：F(ai)=(1,0,0,0,1,0),F(aj)=(0,0,1,0,1,1)。布尔矢量的逻辑运算主要有逻辑和与逻辑积。具体的运算过程如下：

F(ai)=(1,0,0,0,1,0)
∪
F(aj)=(0,0,1,0,1,1)
F(ai)∪F(aj)=(1,0,1,0,1,1)
F(ai)=(1,0,0,0,1,0)
∩
F(aj)=(0,0,1,0,1,1)
F(ai)∩F(aj)=(0,0,0,0,1,0)

2.3 关联规则

数据库中关联规则的挖掘可以定义为：设I=(i1,i2,…,in)是所有项的集合，S是所有事务也即数据库中记录的集合，每一个事务T是一些项目的集合，即T=(t1,t2,…,tn),其中t是I的非空子集，即t∈I,每一个交易都有唯一的标示符TID相对应。关联规则是形如X→Y的蕴含式，其中X,Y∈I且X∩Y=∅，X和Y分别称为关联式的先导和后继。关联规则X→Y在S中的支持度是S中事物包含X∪Y的百分比，即概率P(X∪Y),置信度是包含X的事务中同时包含Y的百分比，即条件概率P(X│Y)。关联规则用三个函数来表征X与Y的相关性:

X→Y[Suppprt,Confidence,Coeerlation]

其中,关联规则形如X→Y的支持度为X∪Y，表示同时包含X和Y的概率，记作：

Support(X→Y)=P(X∪Y)

(2)

关联规则形如X→Y的信任度为在数据库中在包含X的前提下同时也包含Y的概率，记作：

(3)

Lift(X,Y)函数是关联规则中的相关性测度计算函数，它表示X与Y之间的相关性，记作：

(4)

其中,Lift(X,Y)=1表示X与Y是相互独立的，不存在相关性；Lift(X,Y)<1表示X与Y属于负相关，即表示X和Y之间存在相互排斥的关系；Lift(X,Y)>1表示X与Y属于正相关，即表示X和Y之间有一定的相关性同时出现。

2.4 加权关联规则模型

在一般的加权关联规则模型基础上，本文提出一种基于再制造服务平台企业信誉值的加权关联规则算法，考察平台企业封装的制造服务集合I=(i1,i2,…,in)，其中每一个ip表示再平台企业所封装的制造服务，并赋予一个事务标识符TID。

根据公式(2)～式(4)可以依次定义基于再制造服务平台企业信誉值的加权支持度、加权置信度、加权相关性测度。

关联规则形如X→Y的加权支持度为：

(5)

关联规则形如X→Y的加权置信度为：

(6)

关联规则形如X→Y的加权相关性为：

(7)

3 案例

本文将以某机床的再制造为例构建面向废旧机床的再制造标准制造服务。首先给出机床的主要零部件，在此基础上总结出废旧机床的通用结构，然后利用多色集合理论构建废旧机床再制造服务BOSS，最后，对再制造BOSS节点制造服务进行标准化，从而进一步完善再制造服务BOSS结构。

3.1 机床再制造服务BOSS树构建

某机床的主要零部件如表1所示。

表1 机床主要零部件

具体的机床再制造BOM如图3所示。

图3 机床再制造BOM图

如图3所示，机床的零部件主要可以分为两大部分：一类通用件，例如：电动机、离合器、继电器、传感器等可以作为一个整体进行采购；另一类为组合件，例如互锁机构、变速机构等部件。组合件通过结构划分可以分为若干个零部件，并且需要特定的供应商进行生产。特别指出，虽然电动机、离合器、继电器、传感器等也是可以进行拆分，然而由于他们的通用性，在机床再制造服务BOSS中不予考虑。因此，在再制造服务BOSS构建过程中，主要考虑的是产品的通用结构。

制造服务集合的确定是再制造服务BOSS树构建的基础，其中包括原子再制造服务集合以及集成再制造服务集合的确定。但是，不同的产业在再制造环节上差别很大，因此再制造服务集合往往需要考虑实际的行业背景以及应用环境。本文结合表1所述的废旧机床通用结构信息给出了机床的原子再制造服务集合和集成再制造服务集合，如表2所示。

表2 机床原子与集成再制造服务

通过多色集合理论的围道矩阵构建方法，结合表2进给箱集成再制造服务集合构建进给箱集成再制造服务映射矩阵[IS×AS]如表3所示。

表3 进给箱再制造服务映射矩阵

由此可以构建进给箱、移换机构、转换机构、操作机构、变速机构等再制造集成服务围道为：

进给箱集成再制造服务IS8：

[IS×AS]/IS8={移换机构、转换机构、操作机构、变速机构}

移换机构再制造服务IS9：

[IS×AS]/IS9={轴、滑移齿轮、空套齿轮、圆锥齿轮、花键}

转换机构再制造服务IS10：

[IS×AS]/IS10={齿轮、齿条}

操作机构再制造服务IS11：

[IS×AS]/IS11={手柄、花键轴、摆杆、齿轮}

变速机构IS12：

[IS×AS]/IS12={移换齿轮、交换齿轮}

用布尔向量表示为：

F(IS8)=(1，1，1，1，1，1，1，1，1，1，1，1，1)

F(IS9)=(1，1，1，1，1，0，0，0，0，0，0，0，0)

F(IS10)=(0，0，0，0，0，1，1，0，0，0，0，0，0)

F(IS11)=(0，0，0，0，0，0，0，1，1，1，1，0，0)

F(IS12)=(0，0，0，0，0，0，0，0，0，0，0，1，1)

计算过程如下：

F(IS9)=(1，1，1，1，1，0，0，0，0，0，0，0，0，)

∪

F(IS10)=(0，0，0，0，0，1，1，0，0，0，0，0，0…)

∪

F(IS11)=(0，0，0，0，0，0，0，1，1，1，1，0，0，)

∪

F(IS12)=(0，0，0，0，0，0，0，0，0，0，0，1，1，)

F(IS8)=F(IS9)∪F(IS10)∪F(IS11)∪F(IS12)=(1，1，1，1，1，1，1，1，1，1，1，1，1)

由此可以确定集成制造服务IS8、IS9、IS10、IS11、IS12五者之间的关系如图4所示。

图4 进给箱再制造服务BOSS

根据上述机床再制造服务BOSS构建方法，初步建立起了类似于图4所示的进给箱再制造服务BOSS，再制造服务平台企业可以根据企业自身的再制造能力在相应的节点服务模板上发布符合企业自身的再制造服务信息。但是再制造服务BOSS一方面方便了企业的再制造服务建模和资源封装；另一方面也让企业失去了个性化的定制。因此，在企业注册、发布再制造服务的过程中，再制造服务平台给予了企业一定的灵活性，再制造企业可以根据再制造加工能力提供再制造服务。

3.2服务标准化

在初步建立起了机床再制造服务BOSS树后，再制造服务平台企业可以根据自身再制造加工能力在相应的BOSS节点上封装个性化的再制造服务。由于再制造服务平台上有海量的集成再制造服务，为了得到它们之间的相应关系，需要对再制造服务平台上的封装数据信息进行关联规则分析。例如：移换机构节点再制造服务的注册过程中，原子再制造服务组成为(轴再制造服务、滑移齿轮再制造服务、空套齿轮再制造服务、花键再制造服务、圆锥齿轮再制造服务)。假设再制造服务平台上有5家企业由于设备、业务、能力等因素，其在移换机构节点再制造服务封装的集成制造服务如表4所示。

表4 平台企业再制造服务情况

通过本文所提出的加权关联规则频繁项集发现算法求解有：

WS(AS29→AS30)=0.679
Wc(AS29→AS30)=0.841
WL(AS29→AS30)=1.238

计算结果如表5所示：

表5 计算结果

通过关联规则分析，最后总结得出{AS29、AS30、AS31、AS32、AS33}的频繁项集为{AS29、AS30}和{AS31、AS32、AS33}。由此，在机床再制造服务BOSS中添加{ASp、ASq}两项节点再制造服务，从而形成图5所示的标准化后进给箱再制造服务BOSS结构。

图5 标准化后进给箱再制造服务BOSS结构

4 结论

本文在再制造环境下，提出了一种基于多色集合理论的再制造服务BOSS结构树构建方法，实现了再制造环境下BOSS树模型的构建，有利于再制造企业在平台上的服务组合、匹配以及信息发布。此外，利用基于企业信誉值的加权关联规则对再制造服务平台企业封装的再制造服务信息进行分析，挖掘出原子再制造服务之间的相关性，提出了一种基于关联规则的制造BOSS节点再制造服务标准化方法，解决了当前因再制造服务描述混乱、制造服务信息不完整而造成的再制造服务管理困难和再制造服务与项目任务匹配不准确等问题。