創(chuàng)新技術網(wǎng)絡化服務模型及平臺研究

張　萌，鄭　帥，劉宏磊，步明繁，周亞州

(西安交通大學 機械制造系統(tǒng)工程國家重點實驗室，陜西 西安 710049)

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創(chuàng)新技術網(wǎng)絡化服務模型及平臺研究

張萌，鄭帥，劉宏磊，步明繁，周亞州

(西安交通大學 機械制造系統(tǒng)工程國家重點實驗室，陜西 西安 710049)

摘要：結合國內外現(xiàn)狀，提出了創(chuàng)新技術網(wǎng)絡化服務模式，有效協(xié)調優(yōu)化了服務資源配置.針對服務模式，建立了可執(zhí)行的網(wǎng)絡化服務模型；對各種服務進行網(wǎng)絡封裝，實現(xiàn)了O2O的業(yè)務邏輯；最終成功實現(xiàn)了網(wǎng)絡化先進制造技術能力服務平臺開發(fā).應用實例表明，基于網(wǎng)絡化先進制造技術能力服務平臺的產品設計開發(fā)可以顯著降低中小企業(yè)產品設計的成本和難度，同時縮短設計項目的開發(fā)周期.

關鍵詞：快速制造技術；網(wǎng)絡化服務模型；網(wǎng)絡化先進制造技術能力服務平臺

隨著全球市場一體化的形成，制造業(yè)的競爭日趨激烈，產品更新速度不斷加快，同時用戶需求也趨于個性化和定制化[1-2].由于快速成型技術具有較強的靈活性，適宜于單件小批量生產，近年來以快速成型技術為代表的先進制造技術研究，一直受到學術界和工業(yè)界的關注[3-6].本研究立足西安交通大學機械學院快速成型國家工程研究中心，應用以快速制造技術為主的一系列工業(yè)設計相關創(chuàng)新技術，如CAD結構設計與分析、逆向工程(RE)、快速成型(RP)、快速模具(RT)、數(shù)控加工等技術，對創(chuàng)新技術網(wǎng)絡化模型進行深入研究，并構建了網(wǎng)絡化先進制造技術能力服務平臺.

1網(wǎng)絡化服務模型的研究現(xiàn)狀

網(wǎng)絡化服務模型是支撐相應網(wǎng)絡化平臺運行成功與否的關鍵.網(wǎng)絡化服務模型涵蓋網(wǎng)絡化服務平臺的基礎信息框架、主要功能模塊及相應的服務模式.計算機網(wǎng)絡化技術出現(xiàn)以來，圍繞制造領域，先后出現(xiàn)了多種網(wǎng)絡化服務模型，來保證網(wǎng)絡化制造服務平臺的正常運行.

從網(wǎng)絡化服務模型的基礎信息框架來看，先后出現(xiàn)了Client/Server、Browser/Server兩種主流結構.在技術實現(xiàn)層面上，出現(xiàn)了基于CORBA的結構、基于Multi-Agent的結構、基于移動Agent的結構、基于網(wǎng)格計算的結構、基于普適計算的結構、基于云計算的結構等.從網(wǎng)絡化服務模型的服務模式來看，先后出現(xiàn)了基于ASP(Application Service Provider：應用服務提供商)的網(wǎng)絡化服務模型、基于PaaS (Platform-as-a-Service：平臺即服務)的網(wǎng)絡化服務模型、基于SaaS(Software as a Service：軟件即服務)的網(wǎng)絡化服務模型、基于e-Service的網(wǎng)絡化服務模型等.這些模型在網(wǎng)絡化服務平臺開發(fā)中得到了廣泛的應用[7].

2網(wǎng)絡化服務模型的研究內容

以面向服務對象提供網(wǎng)絡化先進制造技術能力服務為目標，在分析歸納工業(yè)設計、CAD結構設計與分析、RE/RP/RT、數(shù)控加工等先進制造技術能力的服務范疇、服務特征、服務流程以及商務模式等基礎上，研究并建立的先進制造技術能力總體網(wǎng)絡化服務模型如1圖所示.所構建的網(wǎng)絡化服務模型自下而上分為3層：①最下層為先進制造技術服務資源層，由分布在各服務提供商端或集成于服務平臺中的軟硬件技術資源和人力資源構成，支持先進制造技術面向服務使用方提供相應的能力服務；②中間層為WEB數(shù)據(jù)庫服務層，主要由零部件技術選型數(shù)據(jù)庫、先進制造設備資源庫、高新技術企業(yè)信息庫、用戶任務數(shù)據(jù)庫等構成，作為支撐數(shù)據(jù)源，支持先進制造技術能力服務平臺向外提供技術能力服務；③最上層為WEB服務器層，主要由先進制造技術能力網(wǎng)絡化服務Portal、先進制造技術能力核心服務、支撐服務以及網(wǎng)絡與數(shù)據(jù)接口四大模塊構成.

圖1　網(wǎng)絡化服務模型

(1)先進制造技術能力網(wǎng)絡化服務模型Portal：作為創(chuàng)新技術平臺向外提供能力的窗口和門戶，其界面與功能的定制設計開發(fā)，針對多種先進制造技術能力服務的不同特點與流程(具體由工業(yè)設計能力服務Portal、CAD結構設計與分析能力服務Portal、RE/RP/RT產品快速開發(fā)能力服務Portal、數(shù)控加工能力服務Portal等構成)，最終呈現(xiàn)給用戶的是一組Web頁面.

(2)先進制造技術能力核心服務模塊：作為先進制造技術能力網(wǎng)絡化服務模型的核心功能模塊，其主要由工業(yè)設計能力服務、CAD結構設計與分析能力服務、RE/RP/RT產品快速開發(fā)能力服務、數(shù)控加工能力服務子模塊構成，通過相應的網(wǎng)絡化服務Portal，向服務使用方提供先進制造技術能力服務.

(3)先進制造技術能力支撐服務模塊：作為支撐核心服務模塊高效、有序運行的輔助功能模塊，其主要由服務商選擇與評價服務、在線交易服務、協(xié)同支持服務3個子模塊構成.

(4)網(wǎng)絡與數(shù)據(jù)接口服務模塊：它為先進制造技術能力服務平臺提供網(wǎng)絡基礎信息支撐框架，為各種異構數(shù)據(jù)的標準化、模板化描述、傳輸與集成提供相應的接口規(guī)范，以確保復雜、異構、海量數(shù)據(jù)面向能力服務平臺及服務平臺的有效集成與共享.

3網(wǎng)絡化服務模型的平臺實現(xiàn)

基于網(wǎng)絡化服務模型，開發(fā)了面向中小制造企業(yè)的網(wǎng)絡化先進制造技術能力服務平臺，并定義了面向產業(yè)聚集的先進制造技術科技服務平臺的B/S四層式平臺基礎架構：數(shù)據(jù)層、業(yè)務邏輯層、表示層和用戶層.根據(jù)客戶對于制造基于能力與資源的迫切需求，將平臺提供的服務分為4個部分：技術能力服務模塊、設備資源庫模塊、工藝能力資源庫模塊和培訓資源庫模塊.

3.1模塊開發(fā)

(1)技術能力服務模塊開發(fā)：作為提供先進制造技術能力服務為主的平臺，技術能力服務模塊是平臺的核心服務模塊.通過分析用戶對于快速制造技術服務的需求，確定技術能力服務業(yè)務的主要流程(圖2)：用戶首先通過工藝規(guī)劃對其業(yè)務指標進行工藝匹配，然后通過工藝能力匹配篩選合適的服務商，并通過自動報價工具對服務成本進行測算，在此之后，通過自主詢價、技術委托或眾包的方式，與平臺內的服務提供商在線業(yè)務對接，并最終完成先進制造技術服務.

圖2　技術能力服務業(yè)務的主要流程

(2)設備資源庫模塊開發(fā)：基于用戶對先進制造設備查詢的需求分析，確定設備資源的封裝標準(主要包含設備性能指標、支持的工藝能力、設備加工精度等數(shù)據(jù)).用戶基于封裝標準，可實現(xiàn)通過制造服務請求的工藝需求匹配設備、精度指標匹配設備以及性能指標匹配設備等業(yè)務流程(圖3).在指定的設備資源封裝標準基礎上，進行設備資源庫數(shù)據(jù)結構的設計與開發(fā).該模塊為用戶提供設備資源的查詢、基于工藝能力和技術指標的設備匹配、關聯(lián)設備提供商檢索等功能.

圖3　基于封裝標準的業(yè)務流程設計

(3)工藝能力資源庫模塊開發(fā)：工藝能力資源庫主要針對用戶學習工藝能力以及從工藝能力查詢到關聯(lián)工藝設備與服務商，從而實現(xiàn)服務請求的業(yè)務需求.通過用戶需求分析以及對工藝資源描述的標準化定義，制定工藝能力資源的封裝標準，包括類別、關聯(lián)設備、關聯(lián)企業(yè)、能力描述等.在此基礎上開發(fā)工藝能力資源庫模塊，為用戶提供工藝資源的查詢、工藝能力關聯(lián)設備的匹配、工藝能力關聯(lián)服務提供商查詢等功能.

(4)培訓資源庫開發(fā)：培訓服務平臺主要為用戶提供先進制造技術的培訓，推廣應用先進制造技術.為擴大培訓授眾，培訓資源采用免費培訓資源與付費培訓資源相結合的方式，并支持多種格式的培訓資料.先進制造技術的基礎知識為免費培訓資源，先進制造技術高級應用等專業(yè)性強的培訓資源則為付費培訓.該模式有利于開展企業(yè)合作，對付費資源建立良好的利潤分成，從而提高企業(yè)對于培訓資源建設的積極性，實現(xiàn)培訓服務平臺的可持續(xù)發(fā)展.

3.2運行實例

平臺運行合作企業(yè)為某汽車零配件生產企業(yè).面對汽車零配件市場日益激烈的競爭，傳統(tǒng)的產品設計方法設計周期長、效率低，難以適應個性化定制需求.先進制造技術針對單件或者小批量任意組合產品進行快速定制加工，具有很大的柔性和自由度.先進制造技術在汽車零配件行業(yè)的應用能夠明顯減少在產品創(chuàng)新設計階段樣件制作的時間，支持對設計進行高效評審和設計迭代，提高設計的效率.然而，采用先進制造技術進行零配件產品開發(fā)技術含量高，開發(fā)過程涉及工業(yè)設計、CAD結構設計與分析、RE/RP/RT等多個環(huán)節(jié)，以該企業(yè)的技術能力難以獨立完成.因此，依托網(wǎng)絡化先進制造技術能力服務平臺，為汽車零部件生產企業(yè)提供了多次快速成型和快速模具制造服務(圖4).

圖4　汽車車輪及儀表盤快速成型

網(wǎng)絡化先進制造技術能力服務平臺支撐了多款新產品的開發(fā)工作，順利地完成了從樣品的三維反求到產品建模、基于增材制造的三維成型等一系列復雜的產品開發(fā)過程，提高了產品的設計效率，縮短了產品的開發(fā)周期，提高了企業(yè)產品的市場競爭力，為產品上市贏得了寶貴的時間，同時也驗證了平臺的作用與效果.特別是在工藝多樣性和服務質量持續(xù)改進方面，有益于面向客戶提供更好的服務.

4結論

(1)基于對先進制造技術能力與資源服務用戶需求、服務技術與業(yè)務邏輯等建立了先進制造技術網(wǎng)絡化服務模型，在此基礎上提出了先進制造技術服務可持續(xù)發(fā)展的組織架構.

(2)確定了設備資源的封裝標準，進行了設備資源庫、工藝資源庫、培訓資源庫的結構設計與開發(fā).

(3)建立了融合CAD/CAE/RE/RP/RT等先進制造技術的產品創(chuàng)新技術應用服務平臺.

(4)本研究關注中小企業(yè)最需要的先進制造技術能力服務與資源服務兩大關鍵問題.網(wǎng)絡化先進制造技術能力服務平臺的運行提高了中小企業(yè)對先進制造技術的消化吸收能力和研發(fā)能力，提升了產品設計制造效率；同時降低了產品的開發(fā)成本，縮短了產品開發(fā)周期；實現(xiàn)了面對市場需求的快速響應，提升了企業(yè)的整體競爭力.

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[7]劉曉光.網(wǎng)絡化制造中Web服務自動組合的若干關鍵技術研究[D].上海:上海交通大學,2008.

Research on Networking Service Model and Platform of Networking Innovative Manufacturing Technology

ZHANG Meng, ZHENG Shuai, LIU Hong-lei, BU Ming-fan, ZHOU Ya-zhou

(State Key Laboratory for Manufacturing Systems Engineering, Xi'an Jiaotong University, Xi'an 710049, China)

Abstract：Based on the research status at home and abroad, the networking service mode which can optimize service resource allocation effectively was put forward. The networking service model was built. The business logical of O2O was realized through networking packing technology. Ultimately, the service platform of networking innovative manufacturing technology was successfully developed. Application example shows that the design and development based on service platform could reduce the cost and difficulty of products design of small and medium-sized enterprises and shorten the development cycle of design projects significantly.

Key words:rapid manufacturing technology; networking service model; platform of networking advanced manufacturing technology

doi:10.3969/j.issn.1006-3269.2016.01.007

中圖分類號：TH16；TP391

文獻標識碼：A

作者簡介：張萌(1990-)，男，山西侯馬人，博士研究生，研究方向為激光干涉測量與器件.

基金項目：國家863計劃資助項目(2013AA040604)

收稿日期：2015-10-03

文章編號：1006-3269(2016)01-0037-04