面向個性化定制的云制造服務(wù)平臺的研發(fā)*

李　強，史志強，邵長鋒

（內(nèi)蒙古科技大學(xué) 機械工程學(xué)院，內(nèi)蒙古 包頭014010）

面向個性化定制的云制造服務(wù)平臺的研發(fā)*

李強，史志強，邵長鋒

（內(nèi)蒙古科技大學(xué) 機械工程學(xué)院，內(nèi)蒙古 包頭014010）

隨著個性化產(chǎn)品市場生產(chǎn)需求的增加，產(chǎn)品的定制程度越來越高，產(chǎn)品對制造企業(yè)的設(shè)計水平、制造能力、服務(wù)內(nèi)容提出了較高的要求，而現(xiàn)有企業(yè)設(shè)計、生產(chǎn)制造、管理能力不足等問題已嚴(yán)重制約了個性化市場的發(fā)展。為了能夠推動個性化定制的深入應(yīng)用，結(jié)合云制造技術(shù)，提出了基于云制造服務(wù)平臺的個性化定制服務(wù)模式和思想理念，構(gòu)建了一種面向個性化定制的云制造服務(wù)平臺，分析了平臺的體系結(jié)構(gòu)和工作流程，最后采用Apache服務(wù)器、PHP編程語言以及MySQL數(shù)據(jù)庫對平臺進(jìn)行了搭建，對部分功能進(jìn)行了說明，并以等高齒對數(shù)螺旋錐齒輪的設(shè)計過程為例，驗證了依托平臺進(jìn)行個性化定制的可行性。

個性化定制；云制造；服務(wù)平臺；MySQL

0　引言

隨著全球化市場的形成，消費者希望更多地獲得與自身需求相一致的產(chǎn)品。為了迎合市場的變化，眾多企業(yè)紛紛將個性化定制作為自己的競爭手段和經(jīng)營戰(zhàn)略，通過為顧客生產(chǎn)定制產(chǎn)品來占領(lǐng)和擴大市場份額[1]。隨著個性化定制市場的不斷深化，顧客的需求也由產(chǎn)品轉(zhuǎn)為了面向產(chǎn)品全生命周期的“產(chǎn)品+服務(wù)”。這使得企業(yè)從需求分析、方案論證，到產(chǎn)品設(shè)計，再到產(chǎn)品回收等各個環(huán)節(jié)都必須具備較強的業(yè)務(wù)能力和較高的信息化水平。然而中國制造企業(yè)90%以上是中小企業(yè)，他們普遍存在自主創(chuàng)新能力較弱，管理和創(chuàng)新效率不高，創(chuàng)新性人才匱乏，以企業(yè)為主體的制造業(yè)創(chuàng)新體系尚不完善以及數(shù)控使用率較低、制造水平不高等問題[2]，致使企業(yè)無論在個性化產(chǎn)品的研發(fā)上還是在個性化服務(wù)的提供上很難面面俱到，往往會在實施個性化定制過程中出現(xiàn)缺少開發(fā)某項產(chǎn)品的核心技術(shù)和能力、產(chǎn)品生產(chǎn)時轉(zhuǎn)換成本過大以及面對復(fù)雜的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)時，企業(yè)獨立開發(fā)成本高、風(fēng)險大，無法提供顧客所需服務(wù)等問題。云制造作為一種面向服務(wù)、基于知識、高能低耗的網(wǎng)絡(luò)化制造新型模式[3-5]，利用云計算、物聯(lián)網(wǎng)、高性能計算等先進(jìn)技術(shù)，把分布在不同地理位置上的各類制造資源進(jìn)行虛擬聚集，形成制造資源云池，借助云制造平臺對匯集的資源進(jìn)行集中的、智能化的管理和經(jīng)營，從而使得加入其中的企業(yè)能夠面向產(chǎn)品全生命周期按需使用優(yōu)質(zhì)、廉價、海量的平臺資源，在滿足企業(yè)需求的同時實現(xiàn)了社會制造資源的高度共享、優(yōu)化配置。本文針對個性化定制生產(chǎn)的特征，結(jié)合云制造理念，提出了基于云制造服務(wù)平臺的個性化定制服務(wù)模式，并對個性化定制業(yè)務(wù)處理流程和關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行了闡述，最后通過實例驗證了其可行性。

1　基于云制造服務(wù)平臺的個性化定制模式

基于云制造的個性化定制的基本思想是利用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、物理信息融合技術(shù)、云計算技術(shù)對分布在全球內(nèi)、不同地理位置上的制造資源進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)化匯集，由云制造服務(wù)平臺統(tǒng)一管理和優(yōu)化配置，實現(xiàn)對個性化定制業(yè)務(wù)的專業(yè)化處理，達(dá)到制造資源和制造能力以及定制業(yè)務(wù)信息的全面共享，從而實現(xiàn)低成本、快速高效的個性化定制生產(chǎn)。其服務(wù)模式如圖1所示。

圖1　基于云制造服務(wù)平臺的個性化定制服務(wù)模式

平臺的服務(wù)對象有三類：顧客、定制企業(yè)以及生產(chǎn)性服務(wù)企業(yè)。因此，平臺的服務(wù)內(nèi)容也由三部分組成，即面向顧客的服務(wù)內(nèi)容，包括個性化定制產(chǎn)品和個性化定制服務(wù)；面向定制企業(yè)的服務(wù)內(nèi)容，包括個性化產(chǎn)品和服務(wù)的需求分析、方案論證、產(chǎn)品設(shè)計、產(chǎn)品維修、產(chǎn)品回收等；面向生產(chǎn)性服務(wù)企業(yè)的服務(wù)內(nèi)容，包括提供資源租賃、代加工、技術(shù)服務(wù)等的平臺。通過云制造服務(wù)平臺，定制企業(yè)能夠在全球范圍內(nèi)組織定制業(yè)務(wù)需要的各類資源；生產(chǎn)性服務(wù)企業(yè)能夠在工藝流程級別的制造過程與定制企業(yè)合作，利用自身和合作伙伴的規(guī)模經(jīng)濟和范圍經(jīng)濟效應(yīng)支撐定制產(chǎn)品的低成本生產(chǎn)和服務(wù)需求；顧客能夠得到除個性化產(chǎn)品之外的其他個性化服務(wù)。

因此該模式不僅使定制企業(yè)具有更高的生產(chǎn)柔性和應(yīng)對市場變化的能力，而且也使顧客得到的個性化服務(wù)更為豐富，生產(chǎn)性服務(wù)企業(yè)的業(yè)務(wù)范圍更為寬廣。

2　基于平臺的個性化定制模式實現(xiàn)

2.1云制造服務(wù)平臺體系構(gòu)建

為了滿足平臺服務(wù)模式的需要，本文借鑒文獻(xiàn)[6]的云制造體系構(gòu)建方法圍繞個性化定制業(yè)務(wù)流程運作過程構(gòu)建了適用于個性化定制的云制造平臺體系框架，如圖2所示。

圖2　個性化定制云平臺體系架構(gòu)

整個體系分為5層，即支撐層、資源層、管理層、服務(wù)層、門戶層。支撐層是由網(wǎng)絡(luò)、數(shù)據(jù)庫、存儲及各類服務(wù)器等基礎(chǔ)設(shè)施組成，為整個平臺運作提供可靠的IT環(huán)境支持。資源層由硬制造資源、行業(yè)資源庫、軟件資源組成，為平臺的運作提供資源支撐。管理層由各類服務(wù)使能工具組成，為平臺資源管理、調(diào)度、搜索、匹配、交易、評價、結(jié)算等功能活動提供工具支持。服務(wù)層是平臺的核心功能層，它是由若干個個性化定制業(yè)務(wù)邏輯功能模塊組成，主要向平臺用戶提供產(chǎn)品定制、協(xié)同設(shè)計、外包加工、物料采購、產(chǎn)品配送、產(chǎn)品回收等服務(wù)。門戶層為平臺用戶提供注冊、登錄以及身份驗證、安全認(rèn)證、資源審核等接口，為整個云制造資源的交易和使用提供支持。

2.2基于平臺的個性化定制業(yè)務(wù)流程設(shè)計

針對個性化生產(chǎn)的需要，以平臺為中心，設(shè)計了個性化定制業(yè)務(wù)的工作流程，如3所示。

圖3　云制造服務(wù)平臺工作流程

顧客登錄平臺利用定制系統(tǒng)提供的定制工具發(fā)布需求；定制企業(yè)的銷售人員通過平臺接口利用定制系統(tǒng)提供的分析工具，對顧客需求進(jìn)行分析并將其轉(zhuǎn)化成產(chǎn)品功能參數(shù)和服務(wù)要求；定制設(shè)計人員則根據(jù)產(chǎn)品功能參數(shù)，利用產(chǎn)品設(shè)計系統(tǒng)內(nèi)部提供的方案論證、造型設(shè)計及力學(xué)性能分析等服務(wù)工具對產(chǎn)品進(jìn)行設(shè)計；而售后服務(wù)人員則根據(jù)服務(wù)要求通過售后服務(wù)系統(tǒng)準(zhǔn)備服務(wù)資源，包括選擇、聯(lián)系、監(jiān)控產(chǎn)品維護商、服務(wù)提供商、產(chǎn)品回收商等。定制產(chǎn)品設(shè)計完成后，定制企業(yè)可根據(jù)自身能力以及產(chǎn)品設(shè)計要求等因素確定任務(wù)類型，若有外包任務(wù)和采購任務(wù)，則可將外包任務(wù)及外購任務(wù)提交到協(xié)同加工系統(tǒng)及物料采購系統(tǒng)，通過系統(tǒng)選擇合作伙伴和供應(yīng)商來完成生產(chǎn)任務(wù)和原材料供應(yīng)任務(wù)。最后通過物流服務(wù)系統(tǒng)選擇合適的物流商將定制產(chǎn)品交付給顧客。整個平臺實現(xiàn)了對個性化定制業(yè)務(wù)全生命周期的信息集成、過程集成以及資源集成，極大地提高了定制企業(yè)響應(yīng)和滿足顧客需求的服務(wù)能力。

2.3云平臺軟件結(jié)構(gòu)設(shè)計

考慮到用戶快速增長會使得平臺維護困難，為了使平臺具有良好的可擴展性，平臺構(gòu)建采用MVC框架作為設(shè)計模式。MVC設(shè)計模式由模型(Model)、視圖(View)和控制器(controller)三部分組成[7]。模型用來表示數(shù)據(jù)與業(yè)務(wù)邏輯，視圖用來數(shù)據(jù)展示和用戶輸入，控制器則負(fù)責(zé)用戶輸入的解析和處理流程的控制。云平臺的軟件結(jié)構(gòu)部署設(shè)計如圖4所示。

圖4　云平臺的MVC框架處理過程

用戶通過瀏覽器在頁面中輸入請求內(nèi)容，控制器負(fù)責(zé)接收用戶的請求，控制器經(jīng)過內(nèi)部解析處理，選擇某一個模型被調(diào)用來處理用戶請求。模型接到控制器的指令，與數(shù)據(jù)庫連接，處理后將相應(yīng)數(shù)據(jù)返回給控制器。控制器接收到模型的數(shù)據(jù)，選擇相應(yīng)的視圖傳遞給瀏覽器，使用戶瀏覽所需內(nèi)容。

3　平臺搭建及案例分析

3.1平臺搭建

針對平臺用戶分布不均、類型各異的特點以及維護的便利性，課題組以 B/S模式為架構(gòu)[8]，采用 Apache服務(wù)器、MySQL數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)、PHP為腳本開發(fā)語言[9]對個性化定制云制造服務(wù)平臺進(jìn)行了搭建。整個平臺可分為前臺門戶和后臺管理兩部分。前臺門戶主要面向平臺用戶，向其提供注冊、登錄、商品瀏覽、在線定制、產(chǎn)品研發(fā)等功能。整個頁面包括產(chǎn)品定制系統(tǒng)、產(chǎn)品設(shè)計系統(tǒng)、協(xié)同加工系統(tǒng)、物料采購系統(tǒng)、物流服務(wù)系統(tǒng)、產(chǎn)品回收系統(tǒng)、行業(yè)資訊、資源共享、專家系統(tǒng)等欄目。后臺管理主要用于平臺運營方對用戶及其發(fā)布的信息進(jìn)行審核、管理，主要包括對發(fā)布需求、資源審核、修改、刪除、監(jiān)控、禁用以及系統(tǒng)維護、升級、擴展等功能。

3.2平臺應(yīng)用案例

某顧客通過云制造服務(wù)平臺以文本形式向定制企業(yè)發(fā)布了要將對數(shù)螺旋線應(yīng)用于錐齒輪齒向線的設(shè)計理念需求，由于對數(shù)螺旋錐齒輪模型的生成、檢測、修型等需要多個大型軟件作為設(shè)計分析工具以及不同領(lǐng)域的知識專家密切配合才能完成，定制企業(yè)考慮到自身資源和設(shè)計能力的欠缺，決定借助平臺設(shè)計系統(tǒng)對其進(jìn)行研發(fā)。定制企業(yè)研發(fā)人員注冊登錄平臺，登入產(chǎn)品設(shè)計系統(tǒng)中從平臺整合的軟件資源中選取了 PRO/E、ANSYS、UG、MATLAB等工程軟件以及相關(guān)協(xié)助研發(fā)人員和領(lǐng)域?qū)＜?。從硬制造資源中選取了3D打印設(shè)備、齒輪檢測設(shè)備以及齒輪加工廠商。資源選定后，定制企業(yè)的設(shè)計人員通過設(shè)計系統(tǒng)提供的研發(fā)平臺遠(yuǎn)程在線對對數(shù)螺旋錐齒輪進(jìn)行研發(fā)，首先利用數(shù)學(xué)知識和MATLAB建立對數(shù)螺旋錐齒輪的數(shù)學(xué)模型，并結(jié)合物理和機械知識對其進(jìn)行可行性分析；利用三維造型軟件 pro/E對齒輪進(jìn)行三維實體建模并裝配，如圖5所示，并通過3D打印實體，驗證了設(shè)計參數(shù)可行性；將得到的齒輪裝配模型導(dǎo)入動力學(xué)分析軟件ANSYS中，對其進(jìn)行齒輪的動、靜態(tài)接觸分析，分析結(jié)果表明該新型錐齒輪具有優(yōu)越的傳動承載性能，如圖6所示；最后利用加工仿真軟件UG對齒輪進(jìn)行仿真加工，并將生成的NC加工代碼和加工參數(shù)信息發(fā)送給齒輪加工廠商，最終得到顧客所需的產(chǎn)品，如圖7所示。通過云制造服務(wù)平臺，顧客能夠快速地尋找到合適的定制企業(yè)來滿足自己的個性化需求，定制企業(yè)也能夠快速尋找到理想的資源、技術(shù)、人員來協(xié)同開展定制生產(chǎn)業(yè)務(wù)，而其他企業(yè)通過向定制企業(yè)及顧客提供服務(wù)提高了資源利用率，擴展了業(yè)務(wù)范圍。因而，在云制造環(huán)境下開展個性化定制生產(chǎn)能夠形成“多贏”的局面，實現(xiàn)了“市場、企業(yè)、顧客、資源、信息、知識”的有機融合。

圖5　對數(shù)螺旋錐齒輪三維模型及裝配模型

圖6　齒輪動態(tài)接觸情況

圖7　齒輪加工樣輪

4　結(jié)論

針對個性化產(chǎn)品生產(chǎn)需求的增加，定制深度和范圍的延伸，以及制造企業(yè)設(shè)計研發(fā)能力不足，生產(chǎn)制造水平、資源短缺等問題，結(jié)合云制造理念，提出了基于云制造服務(wù)平臺的個性化定制模式，建立了包括支撐層、資源層、管理層、服務(wù)層、門戶層的個性化定制的云制造服務(wù)平臺架構(gòu)，對平臺下的定制業(yè)務(wù)流程和軟件框架進(jìn)行了設(shè)計，并搭建了個性化定制云制造服務(wù)平臺，通過實例應(yīng)用驗證了平臺的有效性。開拓性地將云制造理念應(yīng)用到個性化定制生產(chǎn)模式中，通過資源整合與優(yōu)化分配，解決了個性化定制生產(chǎn)需求增加與企業(yè)自身能力不足的矛盾，同時也使服務(wù)型制造模式得到了深化應(yīng)用。但現(xiàn)階段對個性化定制云平臺的搭建處于初期階段，今后需進(jìn)一步完善交易結(jié)算模塊、平臺安全性等問題，這對加快推進(jìn)個性化定制生產(chǎn)模式的廣泛實施具有重要意義。

[1]MOURTZIS D，DOUKAS M.A web-based platform for customer integration in the decentralised manufacturing of personalised products[J].Procedia CIRP，2012，3(1)：209-214.

[2]王志彥.淺析中國中小企業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀[J].企業(yè)改革與管理，2015，4（8）：9.

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

[4]李伯虎，張霖，王時龍，等.云制造——面向服務(wù)的網(wǎng)絡(luò)化制造新模式[J].計算機集成制造系統(tǒng)，2010，16（1）：1-7，16.

[5]張霖，羅永亮，范文慧，等.云制造及相關(guān)先進(jìn)制造模式分析[J].計算機集成制造系統(tǒng)，2011，17（3）：458-468.

[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].組合機床與自動化加工技術(shù)，2011，7（7）：104-107，112.

[7]戴一平.MVC設(shè)計模式在PHP開發(fā)中的應(yīng)用[J].計算機與現(xiàn)代化，2011，3（3）：33-37，43.

[8]張兵，姜周曙，王劍，等.基于 B/S模式反滲透海水淡化遠(yuǎn)程監(jiān)測系統(tǒng)研究[J].現(xiàn)代電子技術(shù)，2014，37（24）：1-4，8.

[9]賈素來.使用PHP和MySQL開發(fā)動態(tài)網(wǎng)站[J].大眾科技，2011（3）：58－61.

Li Qiang，Shi Zhiqiang，Shao Changfeng
（School of Mechanical Engineering，Inner Mongolia University of Science&Technology，Baotou 014010，China）

Research and development of cloud manufacturing service platform for personalized customization

With the increasing demand of personalized products market,the degree of customization of products is higher and higher,the product design level,manufacturing capacity,service content of the manufacturing enterprises put forward higher requirements.But the existing enterprise design,production,management and other issues have seriously restricted the development of personalized market.In order to be able to promote the in-depth application of personalized customization,combined with the cloud manufacturing technology,based on the cloud manufacturing service platform,the mode of personalized service and the idea were proposed.A cloud manufacturing service platform for personalized customization was constructed,the architecture and workflow of the platform were analyzed.At last,the Apache server,PHP programming language and MySQL database were used to build the platform,and some functions were explained.And taking the design process of spiral bevel gear with high tooth number as an example,the feasibility of the platform is verified.

personalized customization；cloud manufacturing；services platform；MySQL

TH16

A

10.16157/j.issn.0258-7998.2016.05.030

內(nèi)蒙古自治區(qū)十二五應(yīng)用技術(shù)研究與開發(fā)資金項目(20111424)

2016-01-08)

李強（1961-），男，博士，教授，主要研究方向：制造業(yè)信息化、現(xiàn)代設(shè)計理論。

史志強（1989-），通信作者，男，碩士研究生，主要研究方向：制造業(yè)信息化，E-mail：934953150@qq.com。

邵長鋒（1990-），男，碩士研究生，主要研究方向：制造業(yè)信息化。

中文引用格式：李強，史志強，邵長鋒.面向個性化定制的云制造服務(wù)平臺的研發(fā)[J].電子技術(shù)應(yīng)用，2016，42(5)：109-112.

英文引用格式：Li Qiang，Shi Zhiqiang，Shao Changfeng.Research and development of cloud manufacturing service platform for personalized customization[J].Application of Electronic Technique，2016，42(5)：109-112.