面向個性化手機定制的云制造應(yīng)用模式研究

李 強 汝 渴

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

0 引 言

隨著產(chǎn)品制造業(yè)的迅速發(fā)展,個性化定制的應(yīng)用也越來越廣泛；個性化定制具有縮短產(chǎn)品研發(fā)周期、降低產(chǎn)品成本和提升競爭力等優(yōu)勢，已經(jīng)涉及汽車、手機、服裝、服務(wù)、旅游等行業(yè)[1]。在手機制造行業(yè)中，手機企業(yè)為了更好地滿足用戶的需求，大多數(shù)手機企業(yè)推出了個性化定制的運營模式作為企業(yè)的競爭手段。由于個性化定制具有差異性、復(fù)雜性和不確定性的特點，所以使得企業(yè)在實施個性化生產(chǎn)時存在研發(fā)、制造加工困難、信息化水平不足和經(jīng)營管理落后等問題[2]，嚴重影響著企業(yè)的運營戰(zhàn)略。特別是中小型手機企業(yè)在個性化手機定制生產(chǎn)方面存在的問題更加突出?，F(xiàn)階段手機企業(yè)具體實施個性化生產(chǎn)時會出現(xiàn)以下問題：生產(chǎn)成本難以把控、交貨時間超出預(yù)期；定制完成的產(chǎn)品會出現(xiàn)偏離用戶定制需求的情況；定制產(chǎn)品質(zhì)量及指標不能得到保障。

本文依托云制造技術(shù)和手機制造業(yè)具有創(chuàng)新性地將云制造技術(shù)應(yīng)用于手機制造行業(yè)中，提出手機制造云模式，將云制造技術(shù)與手機制造業(yè)結(jié)合起來，通過搭建手機制造云平臺，將手機的制造資源和技術(shù)資源整合到平臺上,彌補了企業(yè)生產(chǎn)能力不足的問題，同時也能最大限度地滿足用戶的個性化需求。

1 云制造的應(yīng)用發(fā)展

李伯虎等[3]針對應(yīng)用服務(wù)ASP(Application Service Provider)、制造網(wǎng)絡(luò)(MGrid)、敏捷制造等網(wǎng)絡(luò)服務(wù)化的制造模式推廣存在的問題，通過結(jié)合云計算、高性能計算以及物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)IoT(internet of things)、云安全等，提出一種網(wǎng)絡(luò)服務(wù)化的制造模式——云制造。迄今為止，云制造已經(jīng)進行了八年的研究，云制造技術(shù)的應(yīng)用也越來越廣泛，并在學(xué)術(shù)研究[4]以及工業(yè)應(yīng)用[5]兩方面取得巨大的進展。手機制造屬于制造業(yè)的一部分，尤其手機用戶都在追求與自身需求相一致的產(chǎn)品，所以將云制造用于手機制造生產(chǎn)很有必要。例如，華為搭建的云平臺，推出“云服務(wù)”平臺和首款“云手機”Vision[6]；以及華為公司與中軟國際云制造合作，利用云制造技術(shù)來推進企業(yè)的轉(zhuǎn)型。綜上，說明云制造技術(shù)得到了更廣泛的應(yīng)用以及云制造技術(shù)適用于手機制造行業(yè)。

2 手機制造云模式

2.1 云服務(wù)平臺

手機制造云指基于云制造理念的個性化手機定制，如圖1所示為手機云制造示意圖，通過引入手機制造云平臺來解決目前個性化手機定制存在的問題，并利用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、物理信息融合技術(shù)、云計算技術(shù)[7]對分布在不同區(qū)域的制造技術(shù)資源實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)化整合；再通過云制造平臺統(tǒng)一管控和優(yōu)化配置，實現(xiàn)對手機定制的合理化處理，達到制造資源和技術(shù)的最優(yōu)利用，從而促進定制企業(yè)實現(xiàn)低成本、高效、快速的個性化定制生產(chǎn)方式。

圖1 手機制造云平臺示意圖

2.2 定制模式

根據(jù)個性化定制的特點以及手機制造業(yè)的發(fā)展現(xiàn)狀,結(jié)合云制造的理念，提出了手機制造云模式。其基本思想是針對手機企業(yè)對定制產(chǎn)品生產(chǎn)能力不足和不能準確地獲得用戶定制需求的問題。一方面，利用手機制造云平臺能將定制企業(yè)、用戶以及第三方企業(yè)(其它生產(chǎn)性服務(wù)企業(yè))匯集到一起進行及時地溝通和交流。另一方面，手機定制企業(yè)能夠從平臺上獲取到定制業(yè)務(wù)所需要的各類資源；生產(chǎn)性服務(wù)企業(yè)能夠參與各類元器件的生產(chǎn)、操作系統(tǒng)和芯片的供應(yīng)以及在工藝流程級別的制造過程與手機定制企業(yè)合作，通過與合作伙伴的規(guī)模范圍經(jīng)濟效應(yīng)能支持定制產(chǎn)品的低成本生產(chǎn)和服務(wù)需求。圖2所示為手機制造云的定制模式。

圖2 手機制造云定制模式

3 手機制造云定制模式的實現(xiàn)

3.1 體系結(jié)構(gòu)

以現(xiàn)有的云制造體系構(gòu)架的研究文獻，結(jié)合手機定制發(fā)展和未來手機發(fā)展的趨勢，本文借鑒文獻[8]設(shè)計了平臺的系統(tǒng)架構(gòu)，如圖3所示。

圖3 個性化手機定制云制造平臺的系統(tǒng)架構(gòu)

該系統(tǒng)架構(gòu)主要包括以下五個層次，即用戶界面層、定制服務(wù)層、中間管理層、資源層和手機制造云平臺層。

(1) 用戶界面層是用戶進入云制造平臺的端口，為用戶及企業(yè)提供登錄、注冊以及安全驗證、身份驗證等功能。

(2) 定制服務(wù)層是平臺的核心功能層，包括分析層、設(shè)計層、制造層、供應(yīng)層和服務(wù)層。其中分析層對定制需求的確定起著至關(guān)重要的作用，利用智能交互系統(tǒng)將定制需求分為功能性需求、易用性需求、穩(wěn)定性需求、智能性需求以及創(chuàng)新性需求；利用手機制造云平臺中現(xiàn)有的制造資源和技術(shù)資源能定制限量版、學(xué)習(xí)版、母嬰版、娛樂版、老年版等一系列定制產(chǎn)品。在分析層中，用戶登錄平臺后輸入需求信息利用智能交互系統(tǒng)先初步確定用戶的定制需求和定制手機的版式，然后用戶與定制企業(yè)通過交互平臺進行交流和協(xié)商進一步確定定制需求。如果此定制需求所對應(yīng)的資源不能完全滿足定制產(chǎn)品的生產(chǎn)要求，那么再返回交互平臺進行定制需求調(diào)整，直至在配置出即適合企業(yè)生產(chǎn)又滿足用戶最終定制需求的信息。設(shè)計層、制造層、供應(yīng)層和服務(wù)層總體包括手機定制系統(tǒng)、產(chǎn)品設(shè)計系統(tǒng)、協(xié)同加工系統(tǒng)、產(chǎn)品裝配系統(tǒng)、供應(yīng)系統(tǒng)、物流配送系統(tǒng)和售后服務(wù)系統(tǒng)等模塊。主要為用戶提供定制產(chǎn)品設(shè)計制造、外包加工、產(chǎn)品配送、物料采購、產(chǎn)品維修等服務(wù)。

(3) 中間管理層是用戶使用云資源的應(yīng)用服務(wù)接口，該層主要由各類服務(wù)使能工具組成，為平臺內(nèi)提供組合、調(diào)度、管理、交易、匹配等功能活動提供工具支持。

(4) 資源層為中間管理層提供接口。該層主要匯集各種云服務(wù)資源，從而形成云制造資源池，為平臺的運作提供各種資源支持。在該層中服務(wù)于全制造過程的個性化制造應(yīng)用。

(5) 手機制造云平臺層由研發(fā)云、制造云、管理云、供應(yīng)云等組成，為整個平臺的運作提供可靠的支撐。

3.2 工作流程

通過分析個性化手機生產(chǎn)的需求，以云制造平臺為核心，設(shè)計個性化手機定制云制造平臺工作流程，如圖4所示。用戶通過手機制造云平臺進行注冊登錄并發(fā)布需求信息，利用云計算技術(shù)在云制造資源池中進行搜索和匹配找到最合的手機定制企業(yè)。首先用戶與定制企業(yè)通過交互平臺配置出合適的用戶需求，然后定制企業(yè)利用手機定制系統(tǒng)對用戶需求進行分析轉(zhuǎn)化為定制產(chǎn)品的功能參數(shù)以及服務(wù)要求；定制設(shè)計人員在利用產(chǎn)品設(shè)計系統(tǒng)內(nèi)部的方案論證、方案設(shè)計等功能實施定制產(chǎn)品的設(shè)計；而服務(wù)需求則根據(jù)售后服務(wù)人員進入售后服務(wù)系統(tǒng)準備服務(wù)資源來服務(wù)于用戶。定制產(chǎn)品設(shè)計完成后，手機定制企業(yè)會根據(jù)用戶需求、資源能力情況及定制產(chǎn)品的動態(tài)BOM[9]進行生產(chǎn)能力分析和成本分析，確定能滿足用戶的定制要求的生產(chǎn)方式，然后生成定制企業(yè)訂單；利用專家系統(tǒng)、知識庫以及人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等對用戶訂單進行分析，確定制定主生產(chǎn)計劃MPS(Master Production Schedule)[10]，并通過定制手機產(chǎn)品的參數(shù)和工藝條件對生產(chǎn)任務(wù)進行劃分；依照定制企業(yè)的元件加工能力以及成本分析，決定是否實施定制外包任務(wù)，若有外包任務(wù)將其發(fā)布到云制造平臺上，找到符合外包需求的第三方企業(yè)進行外包生產(chǎn)。另外，外購任務(wù)和采購任務(wù)是利用協(xié)同加工系統(tǒng)和物料采購系統(tǒng)選擇合作企業(yè)和供應(yīng)商來協(xié)助定制企業(yè)完成生產(chǎn)任務(wù)。最后，定制手機通過定制產(chǎn)品審核后，通過物流配送商將定制完成的產(chǎn)品交付給用戶。綜上，此平臺實現(xiàn)個性化手機定制全生命周期的生產(chǎn)，極大地提升手機企業(yè)滿足用戶各方面需求的能力。

圖4 個性化手機定制云制造平臺的工作流程

3.3 軟件結(jié)構(gòu)設(shè)計

考慮到平臺用戶的迅速增加，采用MVVM框架作為此平臺的設(shè)計模式，使平臺有了良好的拓展性，減輕平臺的維護壓力。MVVM的設(shè)計模式將模塊分成視圖、模型、視圖模型三個部分。視圖即模塊的用戶接口，負責(zé)界面顯示及用戶交互；模型提供與業(yè)務(wù)邏輯相關(guān)的數(shù)據(jù)對象;視圖模型 用來實現(xiàn)業(yè)務(wù)邏輯及狀態(tài)控制[11]。手機制造云平臺軟件結(jié)構(gòu)設(shè)計如圖5所示，用戶通過網(wǎng)頁輸入請求內(nèi)容，利用視圖接收用戶的請求，然后視圖將數(shù)據(jù)傳遞給視圖模型進行內(nèi)部的處理，將請求數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化成為邏輯模型對象。接著通過模型存入數(shù)據(jù)庫，或者是數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)讀取到模型中，使視圖模型和前臺的視圖進行交互，最后把數(shù)據(jù)呈現(xiàn)給用戶。

圖5 手機制造云平臺MVVM框架處理過程

4 平臺搭載及案例分析

4.1 平臺搭載

此平臺采用P2P[12]及B/S構(gòu)架[13]來搭建，具備智能化資源管理、統(tǒng)一的數(shù)據(jù)共享和綜合信息服務(wù)等功能。通過VAM管理服務(wù)器、Portal服務(wù)器和資源存儲系統(tǒng)以及PHP為腳本開發(fā)語言對平臺進行搭建，實現(xiàn)對資源庫進行有效管理，并能實現(xiàn)資源的數(shù)據(jù)分布式管理及各種業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)的整合和共享[14]。所以，將B/S技術(shù)及P2P技術(shù)結(jié)合在一起，解決了平臺搭建中存儲拓展有限、管理任務(wù)繁重、資源訪問效率低等問題，有效地減輕了平臺的負擔(dān)。

4.2 案例分析

為了驗證用戶及企業(yè)使用手機制造云平臺的必要性，利用個性化定制產(chǎn)品質(zhì)量模糊綜合評價法[15]測評定制產(chǎn)品的質(zhì)量，通過組織一個由20位專家組成的測評小組分別對利用手機制造云平臺定制的一批產(chǎn)品(A1)和通過中小型手機企業(yè)定制的一批產(chǎn)品(A2)進行質(zhì)量評價比較分析，評價結(jié)果見表1和表2。

表1 A1質(zhì)量評價結(jié)果

表2 A2質(zhì)量評價結(jié)果

(1) 建立個性化定制產(chǎn)品質(zhì)量指標因素集Q和質(zhì)量評價等級集V。取5個質(zhì)量指標:產(chǎn)品體驗度(q1)、個性化程度(q2)、產(chǎn)品性能(q3)、定制成本(q4)、可靠性和方便性(q5)；每個評價指標劃分為優(yōu)、良、中等、較差、差5個等級：0.9，0.7，0.5，0.3，0.1。

Q=[q1，q2，q3，q4，q5]

V=[0.9，0.7，0.5，0.3，0.1]

(2) 質(zhì)量模糊綜合評價。對Q中的單個質(zhì)量指標qij進行評價,從第i個因素對第j個評語等級vj的隸屬度rij,得到qij的單因素評價集ri=(ri1,ri2,…，rik)。把Q中5個質(zhì)量指標的評價集作為行，即得Q的模糊評價矩陣：

其中隸屬度：

式中，fij是第i個指標被評為第j個等級的次數(shù)。

(3) 確定質(zhì)量指標權(quán)重集。對各質(zhì)量指標的評價采用自然語言(專家評價)進行因素模糊評價，得質(zhì)量指標權(quán)重集為：

W=[0.36，0.28，0.20，0.08，0.08]

(4) 根據(jù)模糊評價矩陣R和權(quán)重W建立質(zhì)量模糊綜合評判數(shù)學(xué)模型。

B1=W·R1=[0.884，0.090，0.012，0.010，0.004]

B2=W·R2=[0.568，0.136，0.126，0.126，0.062]

(5) 將質(zhì)量評價等級集V與BT相乘得到綜合質(zhì)量評價結(jié)果分值為：

根據(jù)個性化定制產(chǎn)品質(zhì)量模糊綜合評價結(jié)果可以看出通過手機云制造平臺定制的產(chǎn)品質(zhì)量要比普通手機企業(yè)評分高。說明利用手機云制造平臺使得個性化定制的生產(chǎn)能力和產(chǎn)品質(zhì)量得到了明顯提升，同時，也解決手機企業(yè)滿足用戶需求難度大的問題，將用戶需求滿意度達到最大化。

5 結(jié) 語

針對用戶對手機個性化需求的增加，手機定制難度大以及手機企業(yè)對關(guān)鍵零部件存在研發(fā)能力不足等問題顯得更加突出。結(jié)合云制造理念提出手機制造云模式；建立個性化手機定制的云制造平臺系統(tǒng)架構(gòu)；設(shè)計個性化手機定制的云制造平臺工作流程和軟件框架。本文具有拓展性地將個性化手機定制生產(chǎn)融入云制造技術(shù)領(lǐng)域中，通過手機制造云平臺的統(tǒng)一管控及優(yōu)化配置，實現(xiàn)了合理的個性化定制業(yè)務(wù)并為企業(yè)提供最優(yōu)的制造資源。根據(jù)上述分析，說明手機制造云平臺完美地解決個性化定制生產(chǎn)能力不足和用戶需求難以滿足的問題。手機制造云模式不僅促進了手機制造業(yè)的發(fā)展，同時也帶動制造業(yè)新模式的創(chuàng)新。