云制造環(huán)境下軟制造資源服務(wù)共享研究

鄧飛，李文忠，喬云霞

(1.河北科技大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院，河北石家莊050000;2.石家莊誠志永華顯示材料有限公司，河北石家莊050000)

受全球性經(jīng)濟(jì)不景氣的影響，作為我國經(jīng)濟(jì)支柱產(chǎn)業(yè)的機(jī)械制造行業(yè)，正面臨嚴(yán)峻的競爭和考驗(yàn)，很多制造企業(yè)在經(jīng)過前些年的快速擴(kuò)張后，開始面臨訂單不足、產(chǎn)能過剩、生產(chǎn)成本增加、市場競爭加劇等諸多問題。嚴(yán)峻的形勢正迫使這些企業(yè)進(jìn)一步采用先進(jìn)制造模式和更新信息技術(shù)觀念，從而快速整合社會(huì)制造資源，提升自身的綜合競爭能力。

近幾年，由于互聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算等技術(shù)的快速發(fā)展與廣泛應(yīng)用，促成了制造技術(shù)、先進(jìn)信息技術(shù)和物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)等技術(shù)模式的交互融合，形成了一種面向服務(wù)的網(wǎng)絡(luò)制造新模式——云制造。云制造通過建立面向整個(gè)制造業(yè)的資源共享服務(wù)平臺(tái)，按用戶需求實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品從設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、銷售、應(yīng)用以及維護(hù)的全新網(wǎng)絡(luò)制造。建立科學(xué)合理的云制造服務(wù)平臺(tái)，可以讓不同的制造企業(yè)之間實(shí)現(xiàn)服務(wù)能力、技術(shù)能力、制造能力等制造資源的全方位共享與利用，提高制造企業(yè)的快速響應(yīng)和柔性制造能力，從而降低企業(yè)成本，增強(qiáng)企業(yè)的綜合競爭力［1］。

云制造中的物理制造資源，作為系統(tǒng)的核心主體對象，對云制造系統(tǒng)平臺(tái)的構(gòu)建、實(shí)施與應(yīng)用極為重要，尤其是云制造服務(wù)商(制造企業(yè))提供的各種軟制造資源，通過對其進(jìn)行合理優(yōu)化配置與共享應(yīng)用，在不需要多少額外投入的情況下，即可快速提高各企業(yè)的制造與服務(wù)能力。目前我國對云制造的研究，主要集中在對云制造的整體架構(gòu)與功能分析與探索，本文作者通過對制造資源體系中軟制造資源具體內(nèi)容進(jìn)行分類與研究，按照制造即服務(wù)的云制造理念建立理論結(jié)構(gòu)模型，將對云制造的研究推向細(xì)節(jié)研究［2］。

1 軟制造資源服務(wù)共享系統(tǒng)的應(yīng)用范疇

物理制造資源的共享是將廣域范圍內(nèi)不同制造企業(yè)的設(shè)備資源、研發(fā)資源、軟件資源等按照一定的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范進(jìn)行數(shù)字化，利用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、計(jì)算系統(tǒng)虛擬化技術(shù)和信息物理系統(tǒng)技術(shù)等形成虛擬制造資源，從而建立面向云制造服務(wù)商、云制造系統(tǒng)運(yùn)營商和云制造服務(wù)消費(fèi)商的制造云資源共享平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品從需求—設(shè)計(jì)—仿真—生產(chǎn)—維護(hù)的全方位反饋式、柔性化的快捷制造服務(wù)［3］。

1.1 制造資源的分類

物理制造資源主要分為硬制造資源和軟制造資源，硬制造資源主要包括加工中心、機(jī)床、計(jì)算測量設(shè)備、測試設(shè)備、仿真試驗(yàn)設(shè)備等各種加工制造型硬設(shè)備;軟制造資源主要包括制造過程中積累的圖檔技術(shù)資料、先進(jìn)工藝加工資料、新技術(shù)產(chǎn)品開發(fā)能力等［4－5］。硬制造資源體現(xiàn)了制造云的基礎(chǔ)制造能力，對制造效率的提高，彈性空間不大，并且相關(guān)資源共享服務(wù)易于實(shí)現(xiàn)，而軟資源共享體現(xiàn)了制造云的快速制造能力，新產(chǎn)品開發(fā)的第一步就是對產(chǎn)品進(jìn)行分析、設(shè)計(jì)與仿真，通過對歷史資料進(jìn)行檢索、移植和改造，建立科學(xué)、合理、完善的軟資源共享服務(wù)，對提高產(chǎn)品的制造效率能起到事半功倍的效果。物理制造資源共享平臺(tái)構(gòu)成如圖1所示。

圖1 物理制造資源共享平臺(tái)構(gòu)成

1.2 軟制造資源的包含范圍

(1)技術(shù)圖檔資料。包括以往生產(chǎn)設(shè)計(jì)的各產(chǎn)品的圖紙檔案資料、數(shù)字模型仿真資料、性能分析資料等。

(2)先進(jìn)生產(chǎn)加工工藝過程。尤其是高精尖技術(shù)產(chǎn)品的生產(chǎn)加工工藝，不但能夠決定產(chǎn)品的開發(fā)成敗，而且對生產(chǎn)效率的提高也有很大的影響。

(3)新技術(shù)開發(fā)能力。不同的制造企業(yè)研發(fā)能力不同，各有側(cè)重，通過將本企業(yè)的特長開發(fā)能力資源進(jìn)行共享，實(shí)現(xiàn)不同企業(yè)間的技術(shù)開發(fā)能力互補(bǔ)，既加速新產(chǎn)品的研發(fā)速度，又充分利用相關(guān)企業(yè)的剩余研發(fā)能力，提高相關(guān)企業(yè)的創(chuàng)新能力。

2 軟制造資源服務(wù)共享的理論結(jié)構(gòu)

軟制造資源服務(wù)共享的理論結(jié)構(gòu)主要分為兩部分，一部分為云制造服務(wù)商與云制造系統(tǒng)運(yùn)營商對軟制造資源信息的共享處理與流動(dòng)，另一部分為云制造服務(wù)商、云制造系統(tǒng)運(yùn)營商和云制造消費(fèi)服務(wù)商的信息交流與反饋。如圖2所示。

圖2 軟制造資源信息流程圖

2.1 共享資源的處理與流動(dòng)

各個(gè)制造企業(yè)(云制造服務(wù)商)將其自身的軟制造資源歸納總結(jié)后提供給云制造系統(tǒng)服務(wù)商，系統(tǒng)服務(wù)商根據(jù)各制造企業(yè)提供的各種軟制造資源按各企業(yè)知識(shí)產(chǎn)權(quán)要求劃分為免費(fèi)共享資源、租賃應(yīng)用資源、協(xié)作開發(fā)資源和獨(dú)享開發(fā)資源四類權(quán)限的共享資源，這些軟制造資源被存儲(chǔ)在共享服務(wù)平臺(tái)上，不同云制造服務(wù)商和消費(fèi)服務(wù)商可按其權(quán)限能力實(shí)現(xiàn)對共享資源的訪問、瀏覽、查詢和應(yīng)用等服務(wù)。軟制造資源流動(dòng)過程如圖2 中的空心箭頭指向所示。

2.2 信息交流與反饋

在軟制造資源服務(wù)共享體系中，信息交流是指云制造服務(wù)商、云制造系統(tǒng)運(yùn)營商和云制造消費(fèi)服務(wù)商對各種軟制造資源的技術(shù)查詢與交流、需求分析與應(yīng)用、管理與運(yùn)行、開發(fā)方案研討與反饋等，主要包括以下幾種信息流，如圖2 中的實(shí)心箭頭所示。

(1)云制造服務(wù)商對共享平臺(tái)內(nèi)信息的查詢與應(yīng)用，掌握平臺(tái)內(nèi)各種軟制造資源信息。

(2)云制造服務(wù)商和云制造系統(tǒng)運(yùn)營商的信息交流。云制造運(yùn)營商將云制造消費(fèi)服務(wù)商的需求信息提供給各制造企業(yè)，各制造企業(yè)將開發(fā)方案反饋運(yùn)營商。

(3)云制造消費(fèi)服務(wù)商和系統(tǒng)運(yùn)營商信息交流。消費(fèi)服務(wù)商通過對軟資源共享平臺(tái)的信息檢索查詢，將適合自己需求的技術(shù)開發(fā)要求提交系統(tǒng)運(yùn)營商，由運(yùn)營商負(fù)責(zé)中間信息的歸納傳遞，隨后將制造企業(yè)的開發(fā)方案反饋消費(fèi)服務(wù)商。

通過以上資源流和信息流的雙向流動(dòng)，即構(gòu)建成軟制造資源服務(wù)共享的理論結(jié)構(gòu)體系。

3 實(shí)現(xiàn)軟制造資源服務(wù)共享的關(guān)鍵技術(shù)

云制造中的軟制造資源服務(wù)共享平臺(tái)，不僅包括書面信息資源、電子信息資源，還包括無形的技術(shù)能力信息資源［6］，這些繁雜的資源需要轉(zhuǎn)化為共享平臺(tái)能夠接受、存儲(chǔ)的信息資源，并且共享平臺(tái)還要提供針對不同使用者的功能完善、處理迅捷、安全可靠的人機(jī)交互功能，因此需要在以下3 個(gè)方面進(jìn)行專門的技術(shù)開發(fā)。

3.1 建立完善的軟制造資源信息共享支撐平臺(tái)

支撐平臺(tái)的初期建設(shè)工作量非常大，首先要對各制造企業(yè)提供的各種可共享資源進(jìn)行分類，按企業(yè)知識(shí)產(chǎn)權(quán)要求和資源類別進(jìn)行不同的訪問權(quán)限設(shè)置;其次利用物聯(lián)網(wǎng)和CPS 技術(shù)對各類資源進(jìn)行數(shù)字化和信息化處理，建立詳細(xì)的資源分類目錄以及緊密相連的標(biāo)題索引、關(guān)鍵字索引、正文索引、二維或三維歷史成果仿真圖索引等;最后建立功能完善，易于操作的數(shù)據(jù)處理、存儲(chǔ)數(shù)據(jù)庫，實(shí)現(xiàn)對共享資源的全面管理［7－8］。

3.2 建立具有動(dòng)態(tài)調(diào)度能力的普適人機(jī)交互功能

人機(jī)交互功能的實(shí)現(xiàn)主要基于Web 開發(fā)，以充分利用因特網(wǎng)的廣域性，主要具有特點(diǎn):

(1)開發(fā)友好簡潔的操作界面，以利用各服務(wù)群體的快速掌握。

(2)具有面向不同權(quán)限用戶群的資源信息訪問、修改、添減、搜索功能。

(3)具有針對云制造消費(fèi)服務(wù)商需求的自動(dòng)匯總上報(bào)和云制造服務(wù)商動(dòng)態(tài)調(diào)度能力，建立對客戶需求的快速反應(yīng)機(jī)制。

(4)具有科學(xué)合理的誠信保障功能。誠信合作是整個(gè)云制造系統(tǒng)能否順利實(shí)施的保障，因此是資源共享服務(wù)管理系統(tǒng)不可缺少的功能。

3.3 共享費(fèi)用核算原則

云制造的目的是調(diào)整優(yōu)化制造產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)，整合制造資源，為產(chǎn)品提供高附加值、低成本的制造服務(wù)，而盈利是企業(yè)生存與發(fā)展的基礎(chǔ)，不同的制造企業(yè)作為云制造服務(wù)商，必須建立與整個(gè)制造體系相適應(yīng)的費(fèi)用核算原則，這也是系統(tǒng)開發(fā)的難點(diǎn)。需要核算的費(fèi)用包括云制造系統(tǒng)內(nèi)各方的咨詢費(fèi)用、設(shè)計(jì)開發(fā)費(fèi)用、制造費(fèi)用、維護(hù)費(fèi)用以及系統(tǒng)運(yùn)營費(fèi)用等各種費(fèi)用的核算，制定科學(xué)合理的核算原則，是保障系統(tǒng)良性運(yùn)行的關(guān)鍵。因此總的原則應(yīng)該是合作共贏，利潤共享，按量分配。

4 結(jié)束語

云制造服務(wù)平臺(tái)的研究在我國尚處于理論研究階段，在國際上也屬于研究的前沿課題，以云制造理念為基礎(chǔ)提出的的軟資源服務(wù)共享管理的研究，則是對云制造系統(tǒng)總體構(gòu)建中的具體架構(gòu)探索。通過對軟制造資源服務(wù)共享的分析研究，提出了建立云制造環(huán)境下軟資源服務(wù)管理系統(tǒng)的理論架構(gòu)和實(shí)施中的關(guān)鍵技術(shù)。而對于具體的實(shí)踐型系統(tǒng)的技術(shù)應(yīng)用開發(fā)，還有待與云制造系統(tǒng)的其他各個(gè)構(gòu)建結(jié)構(gòu)統(tǒng)一設(shè)計(jì)、相互依托、并行開發(fā)。

［1］李偉平，林慧蘋，莫同，等.云制造中的關(guān)鍵技術(shù)分析［J］.制造業(yè)自動(dòng)化，2011，33(1):7－10.

［2］李伯虎，張霖，任磊，等.再論云制造［J］.計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)，2011，17(3):449－457.

［3］冀阿強(qiáng)，段曉峰.面向云制造的制造資源模型研究［J］.中國制造業(yè)信息化，2012，41(17):5－8.

［4］尹超，黃必清，劉飛，等.中小企業(yè)云制造服務(wù)平臺(tái)共性關(guān)鍵技術(shù)體系［J］.計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)，2011，17(3):495－503.

［5］李伯虎，張霖，柴旭東.云制造概論［J］.中興通訊技術(shù)，2010，16(4):5－8.

［6］李春泉，尚玉玲，胡春楊.云制造的體系結(jié)構(gòu)及其關(guān)鍵技術(shù)研究［J］.組合機(jī)床與自動(dòng)化加工技術(shù)，2011(7):104－107.

［7］李向前，楊海成，敬石開，等.面向集團(tuán)企業(yè)云制造的知識(shí)服務(wù)建模［J］.計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)，2012，18(8):1869－1880.

［8］張榛楠，鐘佩思.面向云制造的網(wǎng)絡(luò)研究［J］.現(xiàn)代制造工程，2012(5):131－134，35.