第8章云制造8.1云制造的提出背景及定義8.2云制造的特征及應(yīng)用方向8.3云制造的體系結(jié)構(gòu)及技術(shù)體系8.4云制造服務(wù)平臺(tái)8.5云制造的研究現(xiàn)狀及未來展望 8.1云制造的提出背景及定義

8.1.1云制造的提出背景

我國制造業(yè)正處于從生產(chǎn)型向服務(wù)型、從價(jià)值鏈的低端向中高端，從制造大國向制造強(qiáng)國、從中國制造向中國創(chuàng)造轉(zhuǎn)變的關(guān)鍵歷史時(shí)期。

如何在制造過程中整合社會(huì)化存量資源，提高資源利用率，降低能源消耗，減少排放，從而實(shí)現(xiàn)服務(wù)型制造，仍然是我國制造業(yè)迫切需要解決的瓶頸問題。

隨著云計(jì)算技術(shù)、物聯(lián)網(wǎng)等技術(shù)發(fā)展，李伯虎院士首次提出了云制造的概念，并在《計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)》發(fā)表了云制造的學(xué)術(shù)文章，系統(tǒng)闡述了云制造的內(nèi)涵、理論體系與技術(shù)框架。8.1.2云制造的定義

融合現(xiàn)有信息化制造技術(shù)及云計(jì)算、物聯(lián)網(wǎng)、高性能計(jì)算等信息技術(shù)，將各類制造資源和制造能力虛擬化、服務(wù)化，構(gòu)成制造資源和制造能力池，并進(jìn)行統(tǒng)一的、集中的智能化管理和經(jīng)營，實(shí)現(xiàn)智能化、多方共贏、普適化和高效的共享與協(xié)同，通過網(wǎng)絡(luò)和云制造系統(tǒng)為制造全生命周期過程提供可隨時(shí)獲取的、按需使用的、安全可靠的、優(yōu)質(zhì)廉價(jià)的智慧服務(wù)。云制造的運(yùn)行原理圖 8.2云制造的特征及應(yīng)用方向

8.2.1云制造的特征

（1）面向服務(wù)和需求的制造。云制造改變以往面向設(shè)備、面向資源、面向訂單、面向生產(chǎn)等的形態(tài)，真正轉(zhuǎn)為面向服務(wù)、面向需求。

（2）不確定性制造。云制造中，云服務(wù)對(duì)制造需求的滿足不存在唯一的最佳解，這就是云制造的不確定性制造能力，包括云制造任務(wù)的描述、任務(wù)與云服務(wù)的映射匹配、云服務(wù)選取與綁定、云服務(wù)組合選取、制造結(jié)果評(píng)價(jià)等環(huán)節(jié)中的不確定性。（3）用戶參與的制造。云制造強(qiáng)調(diào)把計(jì)算資源、能力、知識(shí)嵌入到網(wǎng)絡(luò)、環(huán)境中去，使得制造企業(yè)關(guān)注的中心轉(zhuǎn)移或回歸到用戶需求本身。云制造致力于構(gòu)建一個(gè)制造企業(yè)、客戶、中間方等可以充分溝通的公用制造環(huán)境。體現(xiàn)的是用戶參與的制造，包括人機(jī)交互、機(jī)人交互、機(jī)機(jī)交互以及人人交互等。（4）透明和集成的制造。云制造把所有制造資源、能力、知識(shí)等盡可能高度抽象和虛擬化為用戶可見和容易調(diào)用的“電源接線板”，即制造云服務(wù)，而其他東西對(duì)用戶透明。云制造的透明性可以體現(xiàn)在位置透明性、注冊(cè)透明性和使用透明性等方面。（5）主動(dòng)制造。云制造中，制造活動(dòng)和云服務(wù)具有主動(dòng)性，即用戶根據(jù)第三方構(gòu)建的云制造服務(wù)平臺(tái)，在知識(shí)、語義、數(shù)據(jù)挖掘、機(jī)器學(xué)習(xí)、統(tǒng)計(jì)推理等技術(shù)的支持下，訂單可以主動(dòng)尋找制造方，而云服務(wù)可以主動(dòng)智能尋租，從而體現(xiàn)一種智能化的主動(dòng)制造模式。（6）支持多用戶的制造。傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)化制造模式是一種“分散資源集中使用”的思想。而云制造不僅體現(xiàn)“分散資源集中使用”的思想，還有效實(shí)現(xiàn)“集中資源分散服務(wù)”的思想，即將分散在不同地理位置的制造資源通過大型服務(wù)器集中起來，形成物理上的服務(wù)中心，進(jìn)而為分布在不同地理位置的多用戶提供服務(wù)調(diào)用、資源租賃等。（7）支持按需使用和付費(fèi)的制造。云制造是一種需求驅(qū)動(dòng)、按需付費(fèi)的面向服務(wù)的制造新模式。云制造模式下，用戶采用一種需求驅(qū)動(dòng)、用戶主導(dǎo)、按需付費(fèi)的方式來利用制造云服務(wù)中心的云服務(wù)。用戶和制造資源提供者是一種即用即組合、即用即付、用完即解散的關(guān)系。（8）低門檻、眾包式制造。傳統(tǒng)制造企業(yè)必須擁有自己的廠房、設(shè)備、物料、信息化設(shè)施、技術(shù)人員等全套制造條件，同時(shí)必須具備相應(yīng)的設(shè)計(jì)、制造、管理、銷售等能力。而云制造模式下，企業(yè)不需要擁有這些條件和能力，對(duì)企業(yè)沒有的制造資源或能力可以通過“外包”的形式來達(dá)到，即通過調(diào)用或租用云制造系統(tǒng)中的資源、能力、云服務(wù)來完成本企業(yè)的生產(chǎn)任務(wù)，從而降低了企業(yè)的入門門檻，使生產(chǎn)和企業(yè)組織方式更加靈活、多元化。

（9）敏捷化制造。云制造模式下，企業(yè)只需要重點(diǎn)關(guān)注本企業(yè)的核心服務(wù)，而其他相關(guān)業(yè)務(wù)或服務(wù)則可以通過調(diào)用云制造中的云服務(wù)來完成，其生產(chǎn)方式非常靈活，體現(xiàn)了一種敏捷化的制造思想。（10）專業(yè)化制造。云制造通過第三方構(gòu)建的平臺(tái)，將所有制造資源、能力、知識(shí)虛擬化成云滴（即制造云服務(wù)），最后聚合形成不同類型的專業(yè)制造云（如設(shè)計(jì)云、仿真云、管理云、實(shí)驗(yàn)云等），體現(xiàn)了規(guī)?；?、集約化、專業(yè)化的特點(diǎn)。

（11）基于能力共享與交易的制造。與傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)化制造相比，云制造共享的不僅僅是制造資源，還有制造能力，在相應(yīng)知識(shí)庫、數(shù)據(jù)庫、模型庫等的支持下，實(shí)現(xiàn)基于知識(shí)的制造資源和能力虛擬化封裝、描述、發(fā)布與調(diào)用，從而真正實(shí)現(xiàn)制造資源和能力的全面共享與交易，提高了利用率。（12）基于知識(shí)的制造。云制造全生命周期過程離不開知識(shí)的應(yīng)用，包括基于知識(shí)的制造資源和能力虛擬化封裝與接入，云服務(wù)描述與制造云構(gòu)建，云服務(wù)搜索、匹配、聚合、組合，高效智能云服務(wù)調(diào)度與優(yōu)化配置，容錯(cuò)管理、任務(wù)遷移，云制造企業(yè)業(yè)務(wù)流程管理等。

（13）基于群體創(chuàng)新的制造。云制造模式下，任何個(gè)人、任何單位或企業(yè)都可以向云制造平臺(tái)貢獻(xiàn)他們的制造資源、能力和知識(shí)。而與此同時(shí)，任何企業(yè)都可以基于這些資源、能力、知識(shí)來開展本企業(yè)的制造活動(dòng)，云制造體現(xiàn)的是一種維基百科式的基于群體創(chuàng)新的制造模式。（14）綠色、低碳制造。云制造的目標(biāo)之一是圍繞TQCSEK目標(biāo)，實(shí)現(xiàn)制造資源、能力、知識(shí)的全面共享和協(xié)同，提高制造資源利用率，實(shí)現(xiàn)資源增效。實(shí)現(xiàn)了云制造，實(shí)際上就是在一定程度上實(shí)現(xiàn)了綠色和低碳制造。8.2.2云制造的應(yīng)用方向

（1）針對(duì)大型集團(tuán)企業(yè)的研發(fā)設(shè)計(jì)能力服務(wù)平臺(tái)。

（2）區(qū)域性加工資源共享服務(wù)平臺(tái)。

（3）制造服務(wù)化支持平臺(tái)。

支持平臺(tái)，支持制造企業(yè)從單一的產(chǎn)品供應(yīng)商向整體解決方案提供商及系統(tǒng)集成商轉(zhuǎn)變，提供在線監(jiān)測(cè)、遠(yuǎn)程診斷、維護(hù)和大修等服務(wù)，促進(jìn)制造企業(yè)走向產(chǎn)業(yè)價(jià)值鏈高端。

（4）制造更可以服務(wù)于量大面廣的中小企業(yè)。

（5）建立物流拉動(dòng)的現(xiàn)代制造服務(wù)平臺(tái)。

利用RFID、網(wǎng)絡(luò)、物流優(yōu)化等技術(shù)，研究整機(jī)制造企業(yè)、零部件制造企業(yè)和物流企業(yè)的多方協(xié)作模式，建立物流拉動(dòng)的現(xiàn)代制造服務(wù)平臺(tái)，為制造業(yè)整機(jī)制造企業(yè)、零部件制造企業(yè)和物流企業(yè)協(xié)作提供服務(wù)，促進(jìn)制造業(yè)發(fā)展。

8.3云制造的體系結(jié)構(gòu)及技術(shù)體系

8.3.1云制造的體系結(jié)構(gòu)

8.3.2云制造的技術(shù)體系

云制造服務(wù)系統(tǒng)的框圖云制造技術(shù)體系云制造涉及的關(guān)鍵技術(shù) 8.4云制造服務(wù)平臺(tái)

在云制造服務(wù)平臺(tái)中，從制造服務(wù)的提供和使用角度將云制造用戶分為兩大類，即云提供端和云請(qǐng)求端。

云提供端主要通過物聯(lián)網(wǎng)等向云制造服務(wù)平臺(tái)提供相應(yīng)的制造資源和制造能力服務(wù)，并通過云端接入技術(shù)、資源虛擬化技術(shù)、云計(jì)算技術(shù)等將云提供端提供的制造資源和服務(wù)封裝成云制造服務(wù)，形成云制造服務(wù)中心。

云請(qǐng)求端通過向云制造服務(wù)平臺(tái)提供服務(wù)請(qǐng)求，云制造服務(wù)平臺(tái)根據(jù)用戶提交的任務(wù)請(qǐng)求，在服務(wù)匹配與搜索、優(yōu)化調(diào)度、智能尋租等中間件的支持下尋找符合用戶需求的服務(wù)。云制造服務(wù)平臺(tái)示意圖8.4.1面向集團(tuán)企業(yè)的“私有云”服務(wù)平臺(tái)

面向集團(tuán)企業(yè)的云制造應(yīng)用屬于典型的“私有云”服務(wù)平臺(tái)?！八接性啤被谄髽I(yè)網(wǎng)構(gòu)成，私有云的構(gòu)建與運(yùn)行者、資源提供者和使用者是集團(tuán)和集團(tuán)企業(yè)下屬相關(guān)廠所、研究單位、企業(yè)等，其目的主要是強(qiáng)調(diào)企業(yè)內(nèi)或集團(tuán)內(nèi)制造資源和制造能力整合與服務(wù)，優(yōu)化企業(yè)或集團(tuán)資源和能力的使用率，減少重復(fù)資源和能力的重復(fù)建設(shè)，降低成本，提高競(jìng)爭(zhēng)力。某航天復(fù)雜產(chǎn)品云制造服務(wù)平臺(tái)的應(yīng)用模式8.4.2面向中小企業(yè)的“公有云”服務(wù)平臺(tái)

面向中小企業(yè)的云制造應(yīng)用屬于“公有云”服務(wù)平臺(tái)?！肮性啤被诨ヂ?lián)網(wǎng)構(gòu)成，“公有云”強(qiáng)調(diào)企業(yè)間制造資源和制造能力整合，提高整個(gè)社會(huì)制造資源和制造能力的使用率，實(shí)現(xiàn)制造資源和能力交易?！肮性啤痹浦圃旆?wù)平臺(tái)中有三類參與者：

（1）云制造服務(wù)平臺(tái)資源提供者：向平臺(tái)提供本企業(yè)剩余或空閑的制造資源和能力，通過云制造服務(wù)平臺(tái)實(shí)現(xiàn)交易來獲取一定的利潤。

（2）云制造服務(wù)平臺(tái)資源使用者：可以按需購買和租用平臺(tái)提供的資源和能力，從事相關(guān)的制造活動(dòng)，通過減少資源購買與提高能力來降低企業(yè)成本和提高本企業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力來獲取利潤。（3）云制造服務(wù)平臺(tái)運(yùn)營者：向資源服務(wù)提供者和使用者提供服務(wù)，通過收取服務(wù)費(fèi)獲取利潤。

面向中小企業(yè)的“私有云”云制造服務(wù)模式的重點(diǎn)在于支持廣域范圍內(nèi)制造資源與能力的自由交易，支持中小企業(yè)自主發(fā)布資源能力需求和供應(yīng)信息，并實(shí)現(xiàn)基于企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的制造資源和能力的自由交易以及多主體間開發(fā)、加工、服務(wù)等業(yè)務(wù)協(xié)同，實(shí)現(xiàn)中小企業(yè)業(yè)務(wù)協(xié)作和產(chǎn)業(yè)集聚協(xié)作。某支持企業(yè)業(yè)務(wù)協(xié)作的中小企業(yè)云制造服務(wù)平臺(tái)的應(yīng)用模式

8.5云制造的研究現(xiàn)狀及未來展望

①美國越野賽車制造廠LocalM通過眾包的方式，將車的全部個(gè)性化設(shè)計(jì)與制造過程眾包給社區(qū)，僅用18個(gè)月的時(shí)間，就在干洗店大小的微型工廠里實(shí)現(xiàn)了汽車從圖紙?jiān)O(shè)計(jì)到上市；

②美國波音公司采用基于網(wǎng)絡(luò)協(xié)同、制造服務(wù)外包的模式，組織全球40多個(gè)國家和地區(qū)協(xié)同研發(fā)波音787，使研發(fā)周期縮短了30%，成本減少了50%；

云制造為制造業(yè)信息化提供了一種嶄新的理念與模式，未來具有巨大的發(fā)展空間。