新疆兵團(tuán)節(jié)水裝備云制造公共服務(wù)平臺(tái)研究

駱天陽(yáng),李志剛

(石河子大學(xué)信息科學(xué)與技術(shù)學(xué)院，新疆 石河子 832000)

新疆兵團(tuán)節(jié)水裝備云制造公共服務(wù)平臺(tái)研究

駱天陽(yáng),李志剛

(石河子大學(xué)信息科學(xué)與技術(shù)學(xué)院，新疆 石河子 832000)

根據(jù)產(chǎn)業(yè)鏈的結(jié)構(gòu)及企業(yè)內(nèi)部的架構(gòu)和管理機(jī)制，對(duì)企業(yè)資源、需求進(jìn)行了整合和按需優(yōu)化配置，以實(shí)現(xiàn)制造過(guò)程服務(wù)化和管理過(guò)程服務(wù)化。分析了節(jié)水裝備制造業(yè)的生產(chǎn)流程和制造工藝。根據(jù)面向服務(wù)的理念，提出了基于SOA的云制造服務(wù)平臺(tái)的體系架構(gòu)，設(shè)計(jì)和搭建了節(jié)水裝備云制造公共服務(wù)平臺(tái)。

云制造；節(jié)水裝備；面向服務(wù)；裝備制造

“十一五”末期，新疆生產(chǎn)建設(shè)兵團(tuán)耕地面積達(dá)到1 864.25萬(wàn)畝，其中實(shí)現(xiàn)節(jié)水灌溉面積達(dá)到1 000萬(wàn)畝，同時(shí)節(jié)水滴灌技術(shù)正由兵團(tuán)逐漸向全國(guó)推廣，在新疆生產(chǎn)建設(shè)兵團(tuán)第八師初步形成了節(jié)水企業(yè)集群，但是各個(gè)企業(yè)的信息化發(fā)展水平存在差異，部分企業(yè)信息化水平相對(duì)落后，制約了企業(yè)的進(jìn)一步發(fā)展，而且各個(gè)企業(yè)間的各種制造資源不能得到充分利用，造成了資源浪費(fèi)，限制了生產(chǎn)力的發(fā)展。因此，無(wú)論從單體的節(jié)水企業(yè)還是整個(gè)節(jié)水產(chǎn)業(yè)而言都有很強(qiáng)的信息化需求。

新疆節(jié)水裝備制造產(chǎn)業(yè)是新疆地區(qū)的標(biāo)志性產(chǎn)業(yè)，加強(qiáng)節(jié)水裝備制造產(chǎn)業(yè)的信息化建設(shè)，對(duì)于該地區(qū)經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展有著重要意義。云制造是一種面向服務(wù)網(wǎng)絡(luò)化的制造新模式和技術(shù)手段，它使得制造業(yè)更加服務(wù)化、智能化和綠色化。用戶可以根據(jù)應(yīng)用需求，隨時(shí)隨地、動(dòng)態(tài)地使用制造資源。云制造支持用戶使用互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)獲取應(yīng)用服務(wù)。在虛擬化平臺(tái)上進(jìn)行應(yīng)用服務(wù)和業(yè)務(wù)處理，用戶根據(jù)云池中的資源來(lái)滿足自身需求。利用互聯(lián)網(wǎng)信息技術(shù)、虛擬化技術(shù)、物聯(lián)網(wǎng)等技術(shù)，建立面向區(qū)域的資源共享與服務(wù)平臺(tái)，以解決制造資源分散和利用率不高的問(wèn)題，對(duì)實(shí)現(xiàn)區(qū)域內(nèi)加工制造資源的高效共享與優(yōu)化配置，促進(jìn)區(qū)域制造業(yè)的發(fā)展有重要意義[1-3]。

1 云制造

云制造是由我國(guó)李伯虎院士最早提出來(lái)的理論，是在“制造即服務(wù)”理念的基礎(chǔ)上，借鑒了云計(jì)算思想發(fā)展起來(lái)的一個(gè)新概念。云制造是先進(jìn)的信息技術(shù)、制造技術(shù)以及新興物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)等交叉融合的產(chǎn)品，是制造即服務(wù)理念的體現(xiàn)[1-4]。它融合現(xiàn)有信息化制造、云計(jì)算、物聯(lián)網(wǎng)、語(yǔ)義Web、高性能計(jì)算等技術(shù)，利用網(wǎng)絡(luò)化技術(shù)，將各類制造資源和服務(wù)虛擬化和服務(wù)化，并進(jìn)行統(tǒng)一、集中的智能化管理和經(jīng)營(yíng)，實(shí)現(xiàn)智能化、多方共贏、普適化和高效的共享協(xié)同，通過(guò)網(wǎng)絡(luò)為制造全生命周期過(guò)程提供可隨時(shí)獲取的、按需使用、安全可靠、優(yōu)質(zhì)廉價(jià)的服務(wù)[1-5]。

2 云制造體系研究

2.1云制造運(yùn)行模式

云制造融合了虛擬化、云存儲(chǔ)、物聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算和大數(shù)據(jù)等眾多學(xué)科領(lǐng)域的技術(shù)，是一種新型的面向服務(wù)的制造模式。云制造將所需的制造資源都涵蓋到一個(gè)巨大的云池當(dāng)中，云池中涵蓋了各種資源和服務(wù)，包括硬件資源、軟件服務(wù)、物流服務(wù)、財(cái)務(wù)服務(wù)、制造資源和制造技術(shù)等。用戶、生產(chǎn)制造商通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)接入云池，在云制造平臺(tái)上進(jìn)行交易和生產(chǎn)[6-9]。圖1是云制造的運(yùn)行模式。云制造平臺(tái)支持按需生產(chǎn)和定制服務(wù)，可以根據(jù)用戶意愿定制生產(chǎn)。圖2是云制造的運(yùn)行圖。

2.2云制造的體系結(jié)構(gòu)

云制造是在計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)、云計(jì)算等技術(shù)的基礎(chǔ)上發(fā)展而來(lái)的，因此計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的層次結(jié)構(gòu)、運(yùn)行原理和功能對(duì)云制造有借鑒意義。通過(guò)類比計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)OSI的7層模型和3層層次化網(wǎng)絡(luò)模型，得出面向服務(wù)的云制造的模型層次結(jié)構(gòu)?；赟OA的云制造各層次體系結(jié)構(gòu)及功能見(jiàn)表1，基于SOA的云制造層次體系結(jié)構(gòu)圖如圖3所示。

1)平臺(tái)匯聚層。

在云制造平臺(tái)運(yùn)行過(guò)程中，平臺(tái)匯聚層負(fù)責(zé)將各類制造資源進(jìn)行匯聚、虛擬化。現(xiàn)實(shí)生產(chǎn)過(guò)程中，各類制造資源由于地域、時(shí)間、空間上的分布不均勻，使得各類制造資源利用率不高。此層就是將各類制造資源進(jìn)行匯集、分類，將其融入到云制造的云池中。同時(shí)平臺(tái)匯聚層分為表示層和物理層，方便對(duì)其進(jìn)行規(guī)范化的管理。

2)平臺(tái)核心層。

平臺(tái)核心層的主要功能是為用戶和工廠提供所需的服務(wù)，以及對(duì)云制造平臺(tái)的日常管理。將各類服務(wù)和功能封裝成云服務(wù)，供其使用對(duì)象進(jìn)行訪問(wèn)和使用。同時(shí)對(duì)上下層提供接口及存儲(chǔ)管理，形成云池。平臺(tái)核心層分為核心層和會(huì)話層，以便對(duì)其進(jìn)行規(guī)范化的管理。

3)平臺(tái)接入層。

平臺(tái)接入層的主要功能是為用戶和工廠提供接入云制造平臺(tái)服務(wù)，同時(shí)支持移動(dòng)終端服務(wù)，對(duì)接入對(duì)象進(jìn)行身份驗(yàn)證、流量控制等管理。此層包含云制造平臺(tái)的各種操作界面、客戶端及相應(yīng)的工具和相應(yīng)的應(yīng)用系統(tǒng)。用戶也可以利用平臺(tái)自主定義并構(gòu)建新的制造應(yīng)用界面，以獲取相應(yīng)的增值服務(wù)。

3 平臺(tái)系統(tǒng)設(shè)計(jì)與構(gòu)建

3.1節(jié)水裝備工藝流程分析

根據(jù)滴灌帶產(chǎn)品的功能與特性、設(shè)備結(jié)構(gòu)以及工藝要求，新疆地區(qū)鑲片狀迷宮式滴灌帶產(chǎn)品的生產(chǎn)工藝流程如圖4所示。

3.2云制造平臺(tái)業(yè)務(wù)流程

云制造平臺(tái)中，已注冊(cè)的用戶可以通過(guò)平臺(tái)的接口進(jìn)行服務(wù)選擇或需求發(fā)布。首先通過(guò)對(duì)云數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行更新，產(chǎn)生新的服務(wù)匯聚到云池中。同時(shí)，根據(jù)任務(wù)分解的標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)用戶提交的任務(wù)進(jìn)行分解，根據(jù)服務(wù)算法和要求進(jìn)行處理。圖5是云制造任務(wù)分解圖。然后用戶進(jìn)行服務(wù)選擇，按照提示進(jìn)行執(zhí)行，完成服務(wù)。最后用戶根據(jù)服務(wù)執(zhí)行反饋的結(jié)果對(duì)服務(wù)進(jìn)行評(píng)價(jià)。圖6是平臺(tái)業(yè)務(wù)流程圖。

3.3云制造平臺(tái)功能模塊設(shè)計(jì)

根據(jù)節(jié)水裝備制造實(shí)際生產(chǎn)情況，基于SOA的思想將系統(tǒng)設(shè)計(jì)為7大模塊。各個(gè)模塊通過(guò)系統(tǒng)來(lái)定義和修改，其分別是平臺(tái)管理模塊、生產(chǎn)管理模塊、工藝管理模塊、庫(kù)存管理模塊、財(cái)務(wù)管理模塊、資源管理模塊、計(jì)劃管理模塊[10-13]。具體詳見(jiàn)圖7。

1)平臺(tái)管理模塊。

平臺(tái)管理模塊的主要功能包括平臺(tái)的權(quán)限管理、用戶管理和數(shù)據(jù)庫(kù)管理。用戶管理和權(quán)限管理包括添加、刪除用戶，對(duì)用戶添加權(quán)限等操作。云數(shù)據(jù)庫(kù)管理包含日志管理和云數(shù)據(jù)庫(kù)的管理。通過(guò)對(duì)日志進(jìn)行管理和監(jiān)測(cè)，可以保障平臺(tái)的安全性，對(duì)平臺(tái)的運(yùn)行情況進(jìn)行監(jiān)控。云數(shù)據(jù)庫(kù)管理為平臺(tái)的運(yùn)行提供支持，包括知識(shí)庫(kù)、案例庫(kù)、模型等的管理。

2)生產(chǎn)管理模塊。

生產(chǎn)管理模塊包含車間管理、生產(chǎn)線管理、進(jìn)度管理和質(zhì)量管理。對(duì)生產(chǎn)任務(wù)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，包括車間人員配置、生產(chǎn)線編排、生產(chǎn)線人員配置、質(zhì)量管理、實(shí)時(shí)進(jìn)度情況、數(shù)據(jù)查詢等。同時(shí)對(duì)云制造任務(wù)進(jìn)行分解、加工和生產(chǎn)等。根據(jù)這些數(shù)據(jù)的反饋，作出相應(yīng)決策，為下面的生產(chǎn)做準(zhǔn)備。

3)工藝管理模塊。

工藝管理模塊包含工藝管理、時(shí)間管理和數(shù)據(jù)管理。具體包括工藝的基礎(chǔ)信息、生產(chǎn)流程、工作時(shí)間。也可進(jìn)行添加工藝和更新工藝。

4)庫(kù)存管理模塊。

庫(kù)存管理模塊包含原料管理、庫(kù)存管理和在制品管理，是對(duì)原料的購(gòu)買、入庫(kù)、加工、生產(chǎn)、出庫(kù)全過(guò)程的管理,方便企業(yè)對(duì)原材料的跟蹤和管理。

5)財(cái)務(wù)管理模塊。

財(cái)務(wù)管理模塊包含成本管理、費(fèi)用管理和銷售管理，是對(duì)企業(yè)的支出費(fèi)用和銷售情況進(jìn)行管理，有統(tǒng)計(jì)功能。

6)資源管理模塊。

資源管理模塊包含設(shè)備管理和工具管理，對(duì)工廠內(nèi)的硬件設(shè)備進(jìn)行管理，包括了一些生產(chǎn)過(guò)程中涉及到的設(shè)備和工具。

7)計(jì)劃管理模塊。

計(jì)劃管理模塊包含物流管理和計(jì)劃管理，是對(duì)生產(chǎn)完后的產(chǎn)品進(jìn)行封裝、配送的管理。對(duì)每一份訂單進(jìn)行跟蹤，直至訂單完成。

4 原型系統(tǒng)驗(yàn)證

根據(jù)云制造服務(wù)平臺(tái)的體系架構(gòu)，本文選擇J2EE和Eclipse集成開發(fā)環(huán)境進(jìn)行云制造平臺(tái)開發(fā)。運(yùn)用SCA服務(wù)組件架構(gòu)進(jìn)行Web服務(wù)配置。運(yùn)用Java API對(duì)制造資源進(jìn)行虛擬化，對(duì)服務(wù)進(jìn)行封裝和配置。利用Hadoop進(jìn)行云制造資源服務(wù)管理，接口和數(shù)據(jù)處理模式選用ESB服務(wù)[11-13]。

利用Cloud Code將各個(gè)業(yè)務(wù)邏輯操作拆分成各個(gè)模塊，避免了加載模塊帶來(lái)的不必要的副作用。當(dāng)一個(gè)模塊被加載的時(shí)候，JavaScript文件首先被加載，然后執(zhí)行文件內(nèi)的源碼，并返回全局的export對(duì)象。例如，假設(shè)cloud/name.js包含以下源碼：

var coolNames = [′Ralph′, ′Skippy′, ′Chip′, ′Ned′, ′Scooter′];

exports.isACoolName = function(name) {

return coolNames.indexOf(name) !== -1;

}

同時(shí)在cloud/main.js包含下列代碼片段：

var name = require(′cloud/name.js′);

name.isACoolName(′Fred′); // 返回false

name.isACoolName(′Skippy′); // 返回true;

name.coolNames; // 未定義.

name模塊包含一個(gè)名為isACoolName的函數(shù)。require接收的路徑是相對(duì)于主服務(wù)器的Cloud Code項(xiàng)目的根路徑，并且只限cloud/目錄下的模塊可以被加載。由此保障了系統(tǒng)運(yùn)行的安全性[13]。

使用AV.Cloud.run可以在云代碼中調(diào)用AV.Cloud.define定義的云代碼函數(shù)。相應(yīng)核心代碼如下：

AV.Cloud.run(′hello′, {name: ′dennis′}, {

success: function(data){

//調(diào)用成功，得到成功的應(yīng)答data

},

error: function(err){

//處理調(diào)用失敗

}

});

在開發(fā)過(guò)程中，首先設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的界面，然后實(shí)現(xiàn)與SQL數(shù)據(jù)庫(kù)的鏈接，完成系統(tǒng)的核心業(yè)務(wù)邏輯設(shè)計(jì)。這樣可以讓用戶最早看見(jiàn)系統(tǒng)的界面，以便用戶對(duì)系統(tǒng)有初步的了解并使開發(fā)人員明確用戶需求。節(jié)水裝備云制造服務(wù)平臺(tái)界面如圖8所示。

5 結(jié)束語(yǔ)

本文對(duì)面向兵團(tuán)節(jié)水裝備制造的云制造服務(wù)平臺(tái)的體系結(jié)構(gòu)、云制造平臺(tái)的模型進(jìn)行了研究，分析了節(jié)水裝備制造業(yè)的生產(chǎn)流程，搭建了基于SOA的面向節(jié)水裝備制造的云制造服務(wù)平臺(tái)的原型系統(tǒng)，一定程度上實(shí)現(xiàn)了資源虛擬化。

本次研究雖然對(duì)新疆節(jié)水裝備制造業(yè)信息化建設(shè)有一定的借鑒意義，但也存在著一些問(wèn)題。本文的云制造體系結(jié)構(gòu)是根據(jù)特定企業(yè)生產(chǎn)活動(dòng)設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)的，不是自主產(chǎn)權(quán)的行業(yè)規(guī)范，所利用的云制造技術(shù)還不夠成熟，還有很多的工作要做。對(duì)一些資源、標(biāo)準(zhǔn)和加工工藝的量化處理與實(shí)際情況還有些差別。

[1] 李伯虎,張霖,柴旭東.云制造概論[J].中興通信技術(shù),2010(8):5-8.

[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] 李伯虎,張霖,任磊,等.云制造典型特征、關(guān)鍵技術(shù)與應(yīng)用[J].計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng),2012,18(7):1345-1355.

[4] 顧新建,黃沈權(quán),陳芨熙,等.模具行業(yè)需求驅(qū)動(dòng)的云制造服務(wù)平臺(tái)[J].計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng),2012,18(7):1650-1658.

[5] 馬剛.云制造的體系結(jié)構(gòu)及平臺(tái)實(shí)現(xiàn)技術(shù)研究[D].重慶:重慶大學(xué),2013.

[6] 王時(shí)龍,宋文艷,康玲,等.云制造環(huán)境下的制造資源優(yōu)化配置研究[J].計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng),2012,18(7):1396-1405.

[7] 劉波.云制造環(huán)境中面向多任務(wù)的服務(wù)組合與優(yōu)化技術(shù)研究[D].重慶:重慶大學(xué),2012.

[8] 楊曉英.云制造模式下大型裝備成套服務(wù)運(yùn)作協(xié)同與優(yōu)化[D].鎮(zhèn)江:江蘇大學(xué),2013.

[9] 孟祥旭,劉士軍,武蕾,等.云制造模式與支撐技術(shù)[J].山東大學(xué)學(xué)報(bào):工學(xué)版,2011,41(5):13-20.

[10] 楊男.面向中小企業(yè)的云制造服務(wù)平臺(tái)關(guān)鍵技術(shù)研究[D].南京:南京理工大學(xué),2013.

[11] 趙思源.面向中小企業(yè)的云制造服務(wù)平臺(tái)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[D].廣州:華南理工大學(xué),2012.

[12] 王學(xué),楊兆建,丁華.煤礦裝備云制造資源服務(wù)平臺(tái)研究與應(yīng)用[J].煤炭學(xué)報(bào),2013(10):1888-1893.

[13] 潘孝楠.基于云制造的服裝生產(chǎn)管理技術(shù)研究與應(yīng)用[D].上海:復(fù)旦大學(xué),2012.

The cloud manufacturing platform development of the public service for Xinjiang Corps water-saving equipment

LUO Tianyang, LI Zhigang

(College of Information Science and Technology, Shihezi University, Xinjiang Shihezi, 832000, China)

According to the industry chain structure and the enterprise's internal structure and management mechanism, it analyzes the demand of integration and allocation to achieve manufacturing process services and management service, designs the production flow and manufacturing process of water-saving equipment manufacturing industry. Based on the service-oriented concept and SOA, it establishes the architecture of the cloud manufacturing service platform, and develops the public service platform of water saving equipment.

cloud manufacturing; water-saving equipment; service-oriented; equipment manufacturing

10.3969/j.issn.2095-509X.2015.05.010

2015-02-27

國(guó)家科技支撐計(jì)劃項(xiàng)目(2013BAF020B07)；國(guó)家大學(xué)生研究訓(xùn)練計(jì)劃項(xiàng)目(201410759025)

駱天陽(yáng)(1991—)，男，黑龍江同江人，石河子大學(xué)本科生，主要從事網(wǎng)站建設(shè)及數(shù)據(jù)挖掘研究。

TP315

A

2095-509X(2015)05-0044-05