基于面向服務架構的云制造模式

程曉蕾

摘要：云制造和云計算的興起從根本上改變了企業(yè)管理信息技術運營方式，面向服務的體系結構能夠方便業(yè)務代理和工廠代理間的交互和協(xié)作，解決了與嵌入式網(wǎng)絡相關的復雜性。本文基于面向服務架構，分析目前最新的三種云制造模式：云制造的CMFG模式；通過設計和制造云的CBDM模式；基于可互操作的云制造ICMS系統(tǒng)模式。最后，對基于面向服務架構的云制造模式進行展望。

關鍵詞：面向服務架構；云制造；云技術；模式

0 引言

技術進步是制造業(yè)革新的主要動力，也是推動人類進步的重要力量，例如，1750年產(chǎn)生的機械化操作替代了大量手工勞動，帶來的工業(yè)革命，社會生產(chǎn)力極大提高；1960年產(chǎn)生的機械自動化，簡單的機械操作被可控制的系統(tǒng)替代；1980年興起信息和通信技術的自動化實現(xiàn)信息與通信革新；2000年出現(xiàn)網(wǎng)絡化和數(shù)字制造，2010年出現(xiàn)的納米/生物制造和RFID技術都對人們生產(chǎn)方式和生活產(chǎn)生極大影響。在技術層面，未來制造系統(tǒng)保持高質(zhì)量和最低成本，需要處理好制造系統(tǒng)中存在的敏捷性、可伸縮性、彈性和適應性問題。

面向服務的體系結構是一種新興的與技術無關的設計和控制模式，能夠使業(yè)務代理和工廠代理間的交互和協(xié)作，解決了與嵌入式網(wǎng)絡相關的復雜性。作為一種服務，云計算被視為是革命性的制造模式技術，使訪問可配置的計算資源共享池具有很高的可靠性、可用性和可擴展性。云制造是一種新興的制造模式轉變，即從產(chǎn)品/生產(chǎn)型制造向面向服務的轉變，云制造通過增強用戶與資源/服務提供商之間的協(xié)作，安排和重新分配資源，通過有效的資源共享，提高制造網(wǎng)絡的整體穩(wěn)定性與增加利潤。

2 基于面向服務架構的云制造

云計算在制造業(yè)中的應用具有雙重性：具有云計算支持的智能制造和云制造。云制造與多種技術進行整合形成特定特征的云制造模式，以下對面向服務架構的云制造的三種主要模式進行分析。

2.1 云制造的CMFG模式

結合先進的技術（如云計算、物聯(lián)網(wǎng)、虛擬化和面向服務的技術，先進的計算技術）與現(xiàn)有的先進制造模式和企業(yè)信息化技術，一種新的計算和面向服務的制造模型（ CMFG）。該模式主要包括三個階段：將資源定義為制造業(yè)虛擬化和封裝；聚合與調(diào)用進云中；新知識產(chǎn)生和未來需要的重用。

CMFG具有以下典型特征：

（1）服務與需求導向，CMFG是一個服務型制造模式和要求，在CMFG系統(tǒng)中，無論是制造資源和能力虛擬化和封裝成制造云服務，都可根據(jù)用戶的要求通過互聯(lián)網(wǎng)廣泛使用。

（2）不確定性動態(tài)，在云制造資源和服務的多樣性和動態(tài)性，并且為解決制造任務的解決方案是動態(tài)的過程。

（3）基于知識，服務的整個生命周期需要知識支持。

（4）主動性，在云制造系統(tǒng)、制造業(yè)云服務和制造任務（或需求）是主動的，它們可以自動地在支持下找到并匹配基于知識的語義推理。

（5）物理分布和邏輯集中，在不同的地方定位在提供物理制造資源和能力，是由不同的個人或組織控制，采用虛擬化和封裝進行管理、控制和使用。

（6）維基百科式與集團創(chuàng)新型制造業(yè)，任何人、機構或企業(yè)都可參與云制造服務平臺并貢獻其制造資源、能力和知識。

（7）門檻低與外包，在云制造環(huán)境，企業(yè)不需要擁有所有的硬件制造環(huán)境基礎設施和人員。

CMFG模式的優(yōu)勢包括：

（1）減少資源閑置，提高利用率，在傳統(tǒng)制造模式中，制造資源利用率較低，例如IT資源估計為15 -20%，而其他制造資源的估計值較低。相反，一個云制造平臺可以使許多客戶提高利用率，它的資源利用率達到至少40個百分點。

（2）使制造企業(yè)更容易滿足客戶需求，由于資源和服務可以很容易地獲得，因此當企業(yè)出現(xiàn)新的需求時，可以很快地被調(diào)用和組裝。

（3）優(yōu)化產(chǎn)業(yè)布局，加快從分布式高能耗制造模式向集中型、資源型、環(huán)境友好型制造模式的轉變。

（4）促進生產(chǎn)的專業(yè)化分工，因為云制造環(huán)境下，企業(yè)不需要進行所有的活動，涉及整個生命周期的制造業(yè)，他們只需要強調(diào)白己的核心業(yè)務。

2.2 通過設計和制造云的CBDM模式

基于云的設計和制造是指通過服務提供商和消費者之間的社交網(wǎng)絡和談判平臺，以最小的成本實現(xiàn)集體開放創(chuàng)新和快速產(chǎn)品開發(fā)的產(chǎn)品實現(xiàn)模型。它是一種并行和分布式系統(tǒng)，由一系列相互連接的物理和虛擬化的設計、制造、智能搜索功能組成，用于設計和制造解決方案，形成基于云的設計和制造模型（ CBDM），該模式包括四個層面：利用云服務的云消費；提供云服務的云提供商；管理使用、性能和服務交付的云代理；啟用交流共享服務的云載體。

CBDM模型具有如下特點：

（1）隨需應變白助服務，客戶或任何其他參與云的個人可以根據(jù)需要提供和釋放工程資源，如設計軟件、制造硬件。它提供一個平臺和直觀的，用戶友好的接口，允許用戶與其他用戶進行交互。

（2）無處不在的網(wǎng)絡接入，有一個所謂的客戶共同創(chuàng)造范式的需求日益增加，使得設計人員能夠主動與客戶互動，以及客戶分享不同的想法和見解與設計師。為了方便地到達這樣的通信介質(zhì)，它需要具有廣泛和全局的網(wǎng)絡訪問能力?；谠频脑O計與制造相關的體系分別為知識管理、協(xié)同設計和分布式制造。

2.3 基于可互操作的云制造ICMS系統(tǒng)

可互操作的基于云的制造系統(tǒng)（ ICMS）采用的CAX軟件改善數(shù)據(jù)存儲的靈活性、可擴展性、完整性和易維護性。有了云結構，軟件很容易維護，并在云服務器上使用。版本更新、維護和集成是由云提供商遠程完成的，通過現(xiàn)場維護專家替換定期服務。云操作面臨比在云計算實施生產(chǎn)相關軟件更艱巨的挑戰(zhàn)。由于軟件程序和IT基礎設施不同，物理機器、監(jiān)視器和設施不能很容易地部署到云上。

可互操作的基于云的制造系統(tǒng)包括三個層面：一種基于代理的機制，用于監(jiān)視和組織對消費者的服務分配的智能云管理器；UCloud云服務的用戶；所有物理和虛擬制造資源的云制造。獲得生產(chǎn)設施的主要原因是設備的功能，而不是設備本身。因此，需要識別不同級別的云資源、能力和服務。在云環(huán)境中，資源、性能和服務的定義包括：

（1）制造資源，物質(zhì)的和非物質(zhì)的生產(chǎn)物資包括設備、機器、設備和智能特性。

（2）制造能力，在制造領域的一種形式轉化為另一種轉化能力。它是通過相關制造資源實現(xiàn)。

（3）云制造服務，自我控制，控制發(fā)音和按需制造服務滿足用戶的原始需求。一個云制造服務可以是隨機的、短期的、長期的或戰(zhàn)略的。

對于每種類型的能力，其相關的云制造服務有兩種形式：軟資源和硬資源。軟資源包括：軟件；知識；技能；人員；經(jīng)驗、業(yè)績、質(zhì)量、客戶評價等；商業(yè)網(wǎng)絡；業(yè)務關系和商機。硬資源包含：制造設備；監(jiān)視/控制資源；計算資源；材料；存儲；運輸。

3 結語

本文提供了三種面向服務架構的云制造模式的數(shù)據(jù)可訪問性、集成和互操作性的體系結構，面向服務架構提供了更好的與供應商的互動，與內(nèi)部系統(tǒng)的合作，并且很容易地適應于工廠流程。設備集成、數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理和遠程控制的體系結構是云互操作性中實現(xiàn)設備集成的前提，面向服務架構和云技術在改善工業(yè)生產(chǎn)和控制方面有很大的潛力。

參考文獻：

[1]張維SOA關鍵技術分析及應用系統(tǒng)實現(xiàn)中國海洋大學碩士論文計算機應用技術，2008