云制造

云计算（cloudcomputing），分布式计算技术的一种，其最基本的概念，是透过网络将庞大的计算处理程序自动分拆成无数个较小的子程序，再交由多部服务器所组成的庞大系统经搜寻、计算分析之后将处理结果回传给用户。透过这项技术，网络服务提供者可以在数秒之内，达成处理数以千万计甚至亿计的信息，达到和“超级计算机”同样强大效能的网络服务。最简单的云计算技术在网络服务中已经随处可见，例如搜寻引擎、网络信箱等，使用者只要输入简单指令即能得到大量信息。未来如手机、GPS等行动装置都可以透过云计算技术，发展出更多的应用服务。云制造，是在“制造即服务”理念的基础上，借鉴了云计算思想发展起来的一个新概念。云制造是先进的信息技术、制造技术以及新兴物联网技术等交叉融合的产品，是制造即服务理念的体现。采取包括云计算在内的当代信息技术前沿理念，支持制造业在广泛的网络资源环境下，为产品提供高附加值、低成本和全球化制造的服务。云制造研究重点基于对云制造的认识，初步提出了一个云制造的体系结构(如下图所示)。但这里面还有许多层面的问题尚待研究。例如，在云制造的运行机制方面，还需要探索制造资源共享的商业模式，推动机制等基本问题；在基础理论方面，云制造的基本概念、内涵、体系，技术基础等基础理论仍需探讨；在实现的关键技术方面，为了实现云制造的理念和完善的商业模式，还需要探索其中的平台构建，运行管理等实现技术：而应用实践方面，未来首先要开展若干云制造的试验试点。此，在云制造的推进上，要针对我国制造业发展面临的重大问题，以切实增加制造业及企业经济社会效益为目标，充分发挥信息化对我国制造业发展的支撑作用，探索以“制造即服务”为核心理念的云制造模式，整合制造资源，提供制造服务，提升制造业自主创新能力，调整优化制造产业结构，促进制造业可持续良性发展，迈向全球产业价值链高端。云制造方式云制造是为避免制造资源的浪费，借用云计算的思想，利用信息技术实现制造资源的高度共享。建立共享制造资源的公共服务平台，将巨大的社会制造资源池连接在一起，提供各种制造服务，实现制造资源与服务的开放协作、社会资源高度共享。企业用户无需再投入高昂的成本购买加工设备等资源，咨询通过公共平台来购买租赁制造能力。在理想情况下，云制造将实现对产品开发、生产、销售、使用等全生命周期的相关资源的整合，提供标准、规范、可共享的制造服务模式。这种制造模式可以使制造业用户像用水、电、煤气一样便捷地使用各种制造服务。五大应用方向1、针对大型集团企业的研发设计能力服务平台。针对大型集团企业，利用网格技术等先进信息技术，整合集团企业内部现有的计算资源、软件资源和数据资源，建立面向复杂产品研发设计能力服务平台，为集团内部各下属企业提供技术能力、软件应用和数据服务，支持多学科优化、性能分析、虚拟验证等产品研制活动，极大促进产品创新设计能力。这类服务平台主要是面向集团内部下属企业的。2、区域性加工资源共享服务平台。中国已经成为当今世界上拥有制造加工资源最丰富的国家。针对制造资源分散和利用率不高的问题，利用信息技术，虚拟化技术、物联网以及RFID等先进技术，建立面向区域的加工资源共享与服务平台，实现区域内加工制造资源的高效共享与优化配置，促进区域制造业发展。3、制造服务化支持平台也是将来云制造可以重点发展的方向之一。针对服务成为制造企业价值主要来源的发展趋势，我们可以建立制造服务化支持平台，支持制造企业从单一的产品供应商向整体解决方案提供商及系统集成商转变，提供在线监测，远程诊断，维护和大修等服务，促进制造企业走向产业价值链高端。这类平台主要针对大型设备使用企业。4、制造更可以服务于量大面广的中小企业。针对中小企业信息化建设资金、人才缺乏的现状，可以建立面向中小企业的公共服务平台，为其提供产品设计、工艺、制造、采购和营销业务服务，提供信息化知识、产品、解决方案、应用案例等资源，促进中小企业发展。5、建立物流拉动的现代制造服务平台。针对我国制造业物流成本高等现状，利用RFID、网络、物流优化等技术，研究整机制造企业、零部件制造企业和物流企业的多方协作模式和第三方服务模式，建立物流拉动的现代制造服务平台，为制造业整机制造企业、零部件制造企业和物流企业协作提供服务，促进制造业发展云制造的探索有关云制造的探索，有以下这几个方面。一是针对制造资源共享的问题，探索政府、企业、中介等参与应用模式、商业模式以及推动的工程机制。二是借助信息技术来支撑、构建和实现该模式，使云制造的概念落地。三是探索商业模式、运行平台和支撑技术中的前沿理论和相关技术问题；四是面向制造能力和制造资源集聚区域开展试点。云制造提出的技术基础云计算作为一种新的服务化计算模式，近年来正在产业界兴起并逐步走向成熟[8][9]。云计算是一种基于互联网的计算新模式，通过云计算平台把大量的高度虚拟化的计算资源管理起来，组成一个大的资源池，用来统一提供服务，通过互联网上异构、自治的服务形式为个人和企业用户提供按需即取的计算服务[9]。云计算的运营模式是由专业计算机和网络公司（即第三方服务运行商）来搭建计算机存储、计算服务中心，把资源虚拟化为“云”后集中存储起来，为用户提供服务。不难推论，若将“制造资源”代以“计算资源”,云计算的计算模式和运营模式将为制造业信息化走向服务化、高效低耗提供一种可行的新思路。制造资源包括制造全生命周期活动中的各类制造设备（如机床、加工中心、计算设备）及制造过程中的各种模型、数据、软件、领域知识等。为了实现制造资源的虚拟化、优化调度和协同互联，我们还可融合语义Web[10]、嵌入式系统技术[11]、物联网[12]、高效能计算等新技术。语义Web的发展为基于知识的智能计算奠定了基础。嵌入式技术的快速发展为实现终端物理设备智能接入提供了使能技术。物联网技术在RFID[13]、传感器等技术的支持下快速发展，有望促进各类物与物之间的互联。另外，高性能计算机的应用和高性能计算技术[14]的发展为求解复杂的制造问题和开展大规模协同制造也提供了可能。正是在这样的背景下，“云制造”的理念应运而生，目前国际上仍鲜有研究。因此，当前关于云制造的研究与应用存在着巨大的发展空间，也是未来5-10年我国制造业的突破性发展需要解决的重大课题。云制造的未来展望云制造为制造业信息化提供了一种崭新的理念与模式，云制造作为一种初生的概念，其未来具有巨大的发展空间。对于云制造的研究与实践工作的开展，需要依靠政府、产业界、学界等多方联合与共同努力，云制造的应用将是一个长期的阶段性渐进过程，而不是一蹴而就的项目工程。对于业界的广大制造企业而言，当前迈入云制造仍具有一定门槛。这首先要求制造企业具有良好的信息化基础，已经实现了企业内部的信息集成与过程集成。云制造的未来发展仍面临着众多关键技术的挑战，除了对于云计算、物联网、语义Web、高性能计算、嵌入式系统等技术的综合集成，基于知识的制造资源云端化、制造云管理引擎、云制造应用协同、云制造可视化与用户界面等技术均是未来需要攻克的重要技术。云制造技术体系云制造服务系统的框图如图1所示。图3云制造服务系统的框图“云制造服务系统”为层次化体系架构，包括资源层、中间件层、核心服务层、门户层、应用层等。其中，“云制造服务平台”由中间件层、核心服务层、门户层组成。资源层：涵盖了设计资源、仿真资源、生产资源、试验资源、集成资源、能力资源以及管理资源等，向上体现为虚拟化制造资源和服务化能力资源两种形态。中间件层：支持各类资源的虚拟化、服务化、接入、感知、协同的中间件。核心服务层：基于中间件层的接口，提供云制造服务平台至关重要的各类功能，包括服务部署/注册、服务搜索/匹配、服务组合/调度、服务运行/容错、服务监控/评估以及服务定价/计费。门户层：为统一的高效能云制造支撑平台门户，为服务提供者、平台运营者以及服务使用者三类用户使用。通过网页浏览器进入门户，用户就可以使用一系列的制造资源和能力。应用层：提供支持单主体完成某阶段制造、支持多主体协同完成某阶段制造、支持多主体协同完成跨阶段制造以及支持多主体按需获得制造能力四种应用模式。应用层提供云服务以及云加端服务两种使用方式。云制造相关的关键技术构成了较完整的云制造技术体系，如图1所示。图4云制造技术体系构建云制造服务平台涉及的主要关键技术，大致可以分为（1）模式、体系架构、标准、规范；（2）云端化技术；（3）云服务的综合管理技术；（4）云制造安全技术；（5）云制造业务管理模式与技术。图9给出了云制造涉及的主要关键技术的分类，以及每个技术大类的含义与主要内容。图9云制造涉及的关键技术（1）云制造模式、体系架构、相关标准及规范主要是从系统的角度出发，研究云制造系统的结构、组织与运行模式等方面的技术，同时研究支持实施云制造的相关标准和规范。具体包括：①支持多用户的、商业运行的、面向服务的云制造体系架构；②云制造模式下制造资源交易、共享、互操作模式；③云制造相关标准、协议、规范等，如云服务接入标准、云服务描述规范、云服务访问协议等。（2）云端化技术主要研究支持参与云制造的云提供端的各类制造资源实现嵌入式云终端封装、接入、调用等技术，以及云请求端接入云平台，并访问和调用云平台中的云服务等技术。具体包括：①支持参与云制造的底层终端物理设备智能嵌入式接入技术、云计算互接入技术等；②云终端资源服务定义封装、发布、及虚拟化技术及工具开发；③云请求端用户终端接入、管理技术，即支持云用户使用云服务的技术等；④物联网实现技术等。（3）云服务综合管理技术主要研究支持云服务运营商对云端服务进行接入、发布、组织与聚合、管理与调度等综合管理操作。具体包括：①云提供端资源和服务的接入管理，包括统一接口定义与管理、认证管理等；②高效、动态的云服务组建、聚合、存储方法；③高效能、智能化云制造服务搜索与动态匹配技术；④云制造任务动态构建与部署、分解、资源服务协同调度优化配置方法；⑤云制造服务提供模式及推广，云用户（包括CSP和CSD）管理、授权机制等。（4）云制造安全技术主要研究支持如何实施安全的、可靠的云制造技术。具体包括：①云制造终端嵌入式可信硬件；②云制造终端可信接入、发布技术；③云制造可信网络技术；④云制造可信运营技术等；⑤系统和服务可靠性技术等。（5）云制造业务管理模式与技术主要研究云制造模式下企业业务和流程管理相关的技术。具体包括①云制造模式下企业业务流程的动态构造、管理与执行技术；②云服务的成本构成、定价、议价和运营策略以及相应的电子支付技术等；③云制造模式下三方用户（CSD、CSP、运行商）的信用管理机制与实现技术等。云制造概念云制造是一种面向服务的、高效低耗和基于知识的网络化智能制造新模式，是对现有网络化制造与服务技术进行延伸和变革。它融合现有信息化制造技术及云计算、物联网、语义Web、高性能计算等信息技术，将各类制造资源和制造能力虚拟化、服务化，构成制造资源和制造能力池，并进行统一的、集中的智能化管理和经营，实现智能化、多方共赢、普适化和高效的共享和协同，通过网络和云制造系统为制造全生命周期过程提供可随时获取的、按需使用的、安全可靠的、优质廉价的智慧服务。云制造是一种通过实现制造资源和制造能力的流通从而达到大规模收益、分散资源共享与协同的制造新模式，其运行原理如下图所示。云制造运行原理图从上图可以看出，云制造系统中的用户角色主要有三种，即：资源提供者、制造云运营者、资源使用者。资源提供者通过对产品全生命周期过程中的制造资源和制造能力进行感知、虚拟化接入，以服务的形式提供给第三方运营平台（制造云运营者）；制造云运营者主要实现对云服务的高效管理、运营等，可根据资源使用者的应用请求，动态、灵活的为资源使用者提供服务；资源使用者能够在制造云运营平台的支持下，动态按需地使用各类应用服务（接出），并能实现多主体的协同交互。在制造云运行过程中，知识起着核心支撑作用，知识不仅能够为制造资源和制造能力的虚拟化接入和服务化封装提供支持，还能为实现基于云服务的高效管理和智能查找等功能提供支持。云制造服务平台如下图所示。在云制造平台中，从制造服务的提供和使用角度