面向機(jī)械制造的云制造服務(wù)平臺關(guān)鍵技術(shù)研究

陳遠(yuǎn)偉

摘要：針對我國機(jī)械制造業(yè)發(fā)展面臨的重大問題，為了充分發(fā)揮信息化對我國制造業(yè)發(fā)展的支撐作用，云制造模式是當(dāng)前我國制造業(yè)領(lǐng)域一個(gè)全新的研究課題。本文以機(jī)械制造業(yè)為具體研究范圍，采用云制造思想，提出面向機(jī)械制造的云制造服務(wù)平臺，為我國制造業(yè)轉(zhuǎn)型升級提供理論支持。

關(guān)鍵字：機(jī)械制造；云制造服務(wù)平臺；關(guān)鍵技術(shù)；體系

中圖分類號：TP311 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1009-3044（2017）02-0213-03

1云制造服務(wù)平臺的特征和要求

云制造服務(wù)平臺是對服務(wù)化的制造資源進(jìn)行接入、發(fā)布、組織和聚合、管理和調(diào)度服務(wù)化的制造資源的平臺級軟件。云制造服務(wù)平臺的特征主要包括三個(gè)方面：一是云制造服務(wù)平臺中需要進(jìn)行虛擬化和服務(wù)化的對象很復(fù)雜，不僅包括相應(yīng)的軟件資源，如CAD等，還包括產(chǎn)品制造整個(gè)生命周期中發(fā)揮作用的各類加工設(shè)備和原材料等；二是產(chǎn)品制造時(shí)各環(huán)節(jié)要緊密地聯(lián)系在一起，能夠協(xié)同運(yùn)作，要具有面向產(chǎn)品制造需求的服務(wù)整合能力；三是云制造服務(wù)平臺具有規(guī)范性和靈活性。

2構(gòu)建面向機(jī)械制造的云制造服務(wù)平臺的重要意義

云制造服務(wù)平臺作為一個(gè)全新的概念，是根據(jù)我國機(jī)械制造企業(yè)的特點(diǎn)：產(chǎn)品范圍廣和產(chǎn)品檔次低等，建立的面向企業(yè)的公共服務(wù)平臺，整合機(jī)械制造業(yè)技術(shù)的創(chuàng)新資源，保證科研與生產(chǎn)緊密相連，掌握產(chǎn)品的核心技術(shù)，實(shí)現(xiàn)創(chuàng)新成果的快速產(chǎn)業(yè)化，全面提升機(jī)械產(chǎn)品的質(zhì)量，從而促進(jìn)機(jī)械制造產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)優(yōu)化升級，提高我國制造業(yè)的整體競爭力。云制造為我國機(jī)械制造業(yè)信息化提供了一種全新的理念和模式，將對我國機(jī)械制造業(yè)的發(fā)展起著重大的作用，促進(jìn)我國制造業(yè)可持續(xù)良性發(fā)展，使得我國的制造業(yè)邁向全球產(chǎn)業(yè)價(jià)值鏈高端，實(shí)現(xiàn)我國制造業(yè)從世界工廠向世界制造的轉(zhuǎn)變，。

3 構(gòu)建面向機(jī)械制造的云制造服務(wù)平臺體系

3.1 云制造關(guān)鍵技術(shù)的研究

根據(jù)云制造的概念及特征，從六個(gè)方面對云制造進(jìn)行研究：

（1）云制造的電子商務(wù)模式研究。雖然目前對于電子商務(wù)模式（BM）尚未有一個(gè)明確的定義，但根據(jù)前人的研究，大都涉及四個(gè)方面的內(nèi)容，即電子商務(wù)的體系結(jié)構(gòu)、價(jià)值創(chuàng)造和商業(yè)策略，其中體系結(jié)構(gòu)以產(chǎn)品供方、產(chǎn)品需求和產(chǎn)品角色為基礎(chǔ)，最常見的方式主要分為B2B、B2C和C2C這樣的框架。云制造系統(tǒng)主要由云制造服務(wù)提供方（云提供端）、云制造服務(wù)使用方（云請求端）和云制造服務(wù)平臺（云平臺）三部分組成，其邏輯關(guān)系如圖1。

在機(jī)械制造的云制造服務(wù)平臺的建立中，圖2的電子商務(wù)模式是最合適的，該模式系統(tǒng)三角色分別獨(dú)立，能夠最大范圍的整合制造資源和制造能力，其中云平臺作為獨(dú)立的參與組織，物流和信息等通過平臺能夠?qū)崿F(xiàn)需求方和提供方的互補(bǔ)，制造服務(wù)需求方和提供方可在不同時(shí)刻扮演不同的角色，均可參與到第三方運(yùn)營商管理平臺。

（2）云制造體系結(jié)構(gòu)研究。云制造系統(tǒng)的目標(biāo)是匯聚制造資源和制造能力，因此其體系架構(gòu)一般分為物理資源層、虛擬資源層、核心服務(wù)層、應(yīng)用接口層和應(yīng)用層等。本研究主要集中于云平臺子系統(tǒng)（以下簡稱云平臺）的研究，其體系結(jié)構(gòu)如圖3所示。

云平臺的主要功能由云端接入層、云平臺管理層和云平臺應(yīng)用層三部分組成，其中接入層的功能是實(shí)現(xiàn)各種云端的數(shù)據(jù)集成；云平臺管理層的功能主要是整合和管理企業(yè)的上傳數(shù)據(jù)，根據(jù)客戶需求進(jìn)行任務(wù)，匹配和優(yōu)化資源，同時(shí)以在線或下線的方式執(zhí)行，從而控制整個(gè)制造過程，實(shí)現(xiàn)資金流、物流和信息流等的在線管控；應(yīng)用層的功能主要就是提供各種服務(wù)形式的描述以及人機(jī)交互界面，如網(wǎng)站服務(wù)和移動(dòng)網(wǎng)頁等。

（3）基于產(chǎn)品生命周期的云制造研究。過去的制造僅僅就是車間里產(chǎn)品加工制造的過程，而現(xiàn)在要實(shí)現(xiàn)機(jī)械制造向云制造方向的轉(zhuǎn)變，制造過程就必須涵蓋整個(gè)產(chǎn)品生命周期，實(shí)現(xiàn)基于產(chǎn)品生命周期的制造服務(wù)化。本文從產(chǎn)品生命周期的角度出發(fā)，將服務(wù)內(nèi)容劃分為如圖4，從圖中可以看見，產(chǎn)品生命周期的各個(gè)環(huán)節(jié)又包含了眾多的制造活動(dòng)，這些制造活動(dòng)經(jīng)過虛擬化后就成為了制造服務(wù)的內(nèi)容，在產(chǎn)品生命周期中最重要的就是產(chǎn)品加工環(huán)節(jié)。用戶可以根據(jù)云制造系統(tǒng)提供的不同服務(wù)，制定個(gè)性化的業(yè)務(wù)流程。

（4）基于制造狀態(tài)空間的云制造研究。從制造信息觀的角度看機(jī)械制造過程，其就是對制造活動(dòng)中各種信息資源的采集、輸入和加工處理的過程。本研究將制造活動(dòng)狀態(tài)空間分為三個(gè)階段：準(zhǔn)備、執(zhí)行和評估，由于準(zhǔn)備階段核心是建立客戶與服務(wù)方合作關(guān)系，因此準(zhǔn)備階段的制造活動(dòng)是最為重要的一個(gè)階段，是實(shí)現(xiàn)資源整合的本質(zhì)所在。三者之間的關(guān)系如圖5所示。

（5）云制造應(yīng)用的行業(yè)粒度研究。制造業(yè)是一個(gè)非常龐大的行業(yè)，根據(jù)制造對象的材料、功能和用途不同可以劃分為不同的各類型行業(yè)，本研究以通用機(jī)械設(shè)備業(yè)為例，如圖6所示，將機(jī)械制造劃分為眾多行業(yè)。由于在機(jī)械制造行業(yè)中，從不同角度對其劃分，會(huì)出現(xiàn)不同的模式，因此在構(gòu)建以制造服務(wù)為核心的云制造服務(wù)模式時(shí)，可以根據(jù)不同情況改變系統(tǒng)范圍，云制造服務(wù)最終提供給哪些行業(yè)，是構(gòu)建云制造系統(tǒng)時(shí)首要考慮的問題。

（6）云制造系統(tǒng)輻射區(qū)域研究。云制造除了涉及計(jì)算資源外，還包括大量的硬制造資源（如加工裝備和物料等）和大量的軟制造資源（如數(shù)據(jù)和模型等），又由于產(chǎn)品加工環(huán)節(jié)高度依賴于物流，因此，在構(gòu)建云制造應(yīng)用系統(tǒng)的輻射物理范圍時(shí)，輻射區(qū)域是必須要研究的對象之一。本研究提出了圖7的云制造輻射區(qū)域的參考模式，云制造的輻射區(qū)域并沒有固定的模式，要根據(jù)實(shí)際情況調(diào)整輻射區(qū)域。輻射區(qū)域的研究，有利于后期系統(tǒng)數(shù)據(jù)中心、物流和云制造系統(tǒng)輔助基礎(chǔ)設(shè)施的建立和部署。

3.2 構(gòu)建面向機(jī)械制造的云制造服務(wù)平臺

根據(jù)上面的六個(gè)關(guān)鍵研究，本研究首先建立云制造服務(wù)平臺的簡易結(jié)構(gòu)如圖8，然后從體系結(jié)構(gòu)的維度出發(fā)得到面向機(jī)械制造的云制造服務(wù)平臺系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖9所示。

圖9中主要分為五層：第一層接口層主要是接入企業(yè)內(nèi)部的信息管理系統(tǒng)；第二層云平臺管理層主要負(fù)責(zé)管理各種制造資源及企業(yè)信息；第三層云平臺業(yè)務(wù)層主要是業(yè)務(wù)操作；第四層云平臺門戶層主要是實(shí)現(xiàn)人機(jī)交互；第五層應(yīng)用層主要是各類加工服務(wù)。

參考文獻(xiàn)：

[1]尹超，黃必清，劉飛，等.中小企業(yè)云制造服務(wù)平臺共性關(guān)鍵技術(shù)體系[J].計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)，2011（03）：495-503.

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

[3]劉日良，李鵬，張承瑞，等.面向云制造的數(shù)控加工服務(wù)關(guān)鍵技術(shù)[J].計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)，2012（07）：1613-1619.

[4]童曉薇，陳貴清，劉艷斌.面向云制造的云平臺構(gòu)建關(guān)鍵技術(shù)研究[J].湖北理工學(xué)院學(xué)報(bào)，2015（04）：38-42.