云計算導論第8章

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8.5云制造與相關(guān)先進制造模式的關(guān)系8.6云制造的研究現(xiàn)狀及未來展望8.7小結(jié)

8.1云制造的提出背景及定義

8.1.1云制造的提出背景

制造的服務(wù)化、基于知識的創(chuàng)新能力，以及對各類制造資源的聚合與協(xié)同能力、對環(huán)境的友好性已成為當前企業(yè)競爭力的關(guān)鍵要素和制造業(yè)信息化發(fā)展的趨勢。我國制造業(yè)正處于從生產(chǎn)型向服務(wù)型、從價值鏈的低端向中高端，從制造大國向制造強國、從中國制造向中國創(chuàng)造轉(zhuǎn)變的關(guān)鍵歷史時期。如何培育新型制造服務(wù)模式，滿足制造企業(yè)最短的上市速度(Time)、最好的質(zhì)量(Quality)、最低的成本(Cost)、最優(yōu)的服務(wù)(Service)、最清潔的環(huán)境(Environment)和基于知識（Knowledge）的創(chuàng)新即TQCSEK的需求，支撐綠色和低碳制造，實現(xiàn)中國創(chuàng)造，進而推動經(jīng)濟增長方式的轉(zhuǎn)變，是未來5至10年我國制造業(yè)發(fā)展需要解決的重大問題。

從“八五”到“十一五”，我國科技部及相關(guān)部門支持了以計算機集成制造、并行工程、敏捷制造、虛擬制造、網(wǎng)絡(luò)化制造、制造網(wǎng)格等為代表的相關(guān)制造業(yè)信息化課題，并且已取得了一系列成果，在制造業(yè)各個領(lǐng)域發(fā)揮了重要作用，對推進我國制造業(yè)信息化進程做出了巨大貢獻。然而，如何在制造過程中整合社會化存量資源，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。解決這些問題，需要探索新的制造業(yè)發(fā)展模式。與此同時，以云計算、物聯(lián)網(wǎng)、虛擬物理融合系統(tǒng)CPS（CyberPhysicalSystems）、虛擬化技術(shù)、面向服務(wù)技術(shù)（如知識服務(wù)、服務(wù)技術(shù)等）、高性能計算等為代表的先進技術(shù)正迅猛發(fā)展，并在各個行業(yè)得到應(yīng)用。

在這種背景下，李伯虎院士及其研究團隊于2009年6月首次提出了云制造的概念，并于2010年1月在《計算機集成制造系統(tǒng)》第一期公開發(fā)表了第一篇關(guān)于云制造的學術(shù)文章，系統(tǒng)闡述了云制造的內(nèi)涵、理論體系與技術(shù)框架等。8.1.2云制造的定義

云制造是一種面向服務(wù)的、高效低耗和基于知識的網(wǎng)絡(luò)化智能制造新模式，是對現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)化制造與服務(wù)技術(shù)進行的延伸和變革。它融合現(xiàn)有信息化制造技術(shù)及云計算、物聯(lián)網(wǎng)、語義Web、高性能計算等信息技術(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，并進行統(tǒng)一的、集中的智能化管理和經(jīng)營，實現(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獲取的、按需使用的、安全可靠的、優(yōu)質(zhì)廉價的智慧服務(wù)。云制造是一種通過實現(xiàn)制造資源和制造能力的流通從而達到大規(guī)模收益、分散資源共享與協(xié)同的制造新模式，其運行原理如圖8－1所示。圖8－1云制造的運行原理圖從圖8－1中可以看出，云制造系統(tǒng)中的用戶角色主要有三種，即云服務(wù)提供者(CloudServiceProvider,CSP)、云服務(wù)運營者、云服務(wù)使用者（CloudServiceDemander,CSD）。CSD通過對產(chǎn)品全生命周期過程中的制造資源和制造能力進行感知、虛擬化接入，以服務(wù)的形式提供給第三方運營平臺（云服務(wù)運營者）；云服務(wù)運營者主要實現(xiàn)對云服務(wù)的高效管理、運營等，可根據(jù)CSD的應(yīng)用請求，動態(tài)、靈活地為其提供服務(wù)；CSD能夠在制造云運營平臺的支持下，動態(tài)按需地使用各類應(yīng)用服務(wù)（接出），并能實現(xiàn)多主體的協(xié)同交互。在制造云運行過程中，知識起著核心支撐作用，知識不僅能夠為制造資源和制造能力的虛擬化接入和服務(wù)化封裝提供支持，還能為實現(xiàn)基于云服務(wù)的高效管理和智能查找等功能提供支持。

8.2云制造的特征及應(yīng)用方向

8.2.1云制造的特征

云制造具有以下典型特征：

（1）面向服務(wù)和需求的制造。云制造一改制造長期以來面向設(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。在云制造中，一切能封裝和虛擬化的都作為制造云服務(wù)（包括制造資源作為服務(wù)、制造能力作為服務(wù)、制造知識作為服務(wù)等），這種大轉(zhuǎn)變是作為實現(xiàn)生產(chǎn)型企業(yè)向服務(wù)型企業(yè)轉(zhuǎn)變、實現(xiàn)制造即服務(wù)（ManufacturingasaService，MFGaaS）的基礎(chǔ)。（2）不確定性制造。云制造中，云服務(wù)對制造需求的滿足不存在唯一的最佳解，而是到目前為止用現(xiàn)有技術(shù)和方法能得到的滿意解或非劣解，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)果評價等環(huán)節(jié)中的不確定性。（3）用戶參與的制造。云制造強調(diào)把計算資源、能力、知識嵌入到網(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。在云制造模式下，用戶參與度不僅限于傳統(tǒng)的用戶需求提出和用戶評價，而是滲透到制造全生命周期的每一個環(huán)節(jié)。云制造模式下，客戶或用戶的身份不具備唯一性，即一個用戶即是云服務(wù)的消費者，也是云服務(wù)的提供者或開發(fā)者，體現(xiàn)的是一種用戶參與的制造，包括人機交互、機人交互、機機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)，而其他東西對用戶透明。用戶在使用云服務(wù)開展各類制造活動時，這些服務(wù)的調(diào)用是透明的，即所有制造所實現(xiàn)的操作細節(jié)可以向用戶“隱藏”起來，使用戶將云制造系統(tǒng)看成是一個完全無縫的集成系統(tǒng)。云制造的透明性可以體現(xiàn)在位置透明性、注冊透明性和使用透明性等方面。（5）主動制造。現(xiàn)有制造模式中，如果企業(yè)沒有生產(chǎn)訂單或自己的設(shè)備等資源閑置，則無法開展制造或享受資源收益，即體現(xiàn)的是一種被動的制造模式。而在云制造中，制造活動和云服務(wù)具有主動性，即用戶根據(jù)第三方構(gòu)建的云制造服務(wù)平臺，在知識、語義、數(shù)據(jù)挖掘、機器學習、統(tǒng)計推理等技術(shù)的支持下，訂單可以主動尋找制造方，而云服務(wù)可以主動智能尋租，從而體現(xiàn)一種智能化的主動制造模式。（6）支持多用戶的制造。傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)化制造模式（如ASP、制造網(wǎng)格等）研究的重點是如何使分散的制造資源通過網(wǎng)絡(luò)連接起來，從而形成虛擬的集中資源，并將一個復雜制造任務(wù)分解成若干簡單任務(wù)，通過調(diào)度機制使得這些簡單任務(wù)并行運行在不同制造資源節(jié)點上，最后匯集執(zhí)行結(jié)果，體現(xiàn)的是一種“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的制造。云制造是一種需求驅(qū)動、按需付費的面向服務(wù)的制造新模式。云制造模式下，用戶采用一種需求驅(qū)動、用戶主導、按需付費的方式來利用制造云服務(wù)中心的云服務(wù)。用戶根據(jù)自身的需要來調(diào)用或組合調(diào)用已有的云服務(wù)并支付相應(yīng)的費用，而且用戶不需要過多關(guān)注制造資源服務(wù)提供者的自身信息，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，同時必須具備相應(yīng)的設(shè)計、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，對企業(yè)沒有的制造資源或能力可以通過“外包”的形式來達到，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，將所有制造資源、能力、知識虛擬化成云滴（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)計云、仿真云、管理云、實驗云等），體現(xiàn)了規(guī)?；?、集約化、專業(yè)化的特點。

（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)知識庫、數(shù)據(jù)庫、模型庫等的支持下，實現(xiàn)基于知識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）基于知識的制造。云制造全生命周期過程離不開知識的應(yīng)用，包括基于知識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，任何個人、任何單位或企業(yè)都可以向云制造平臺貢獻他們的制造資源、能力和知識。而與此同時，任何企業(yè)都可以基于這些資源、能力、知識來開展本企業(yè)的制造活動，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。云制造的目標之一是圍繞TQCSEK目標，實現(xiàn)制造資源、能力、知識的全面共享和協(xié)同，提高制造資源利用率，實現(xiàn)資源增效。實現(xiàn)了云制造，實際上就是在一定程度上實現(xiàn)了綠色和低碳制造。8.2.2云制造的應(yīng)用方向

云制造的應(yīng)用方向主要體現(xiàn)在以下幾個方面：

（1）針對大型集團企業(yè)的研發(fā)設(shè)計能力服務(wù)平臺。針對大型集團企業(yè)，利用網(wǎng)格技術(shù)等先進信息技術(shù)，整合集團企業(yè)內(nèi)部現(xiàn)有的計算資源、軟件資源和數(shù)據(jù)資源，建立面向復雜產(chǎn)品研發(fā)設(shè)計能力服務(wù)平臺，為集團內(nèi)部各下屬企業(yè)提供技術(shù)能力、軟件應(yīng)用和數(shù)據(jù)服務(wù)，支持多學科優(yōu)化、性能分析、虛擬驗證等產(chǎn)品研制活動，極大促進產(chǎn)品創(chuàng)新設(shè)計能力。這類服務(wù)平臺主要是面向集團內(nèi)部下屬企業(yè)的。（2）區(qū)域性加工資源共享服務(wù)平臺。中國已經(jīng)成為當今世界上擁有制造加工資源最豐富的國家，可針對制造資源分散和利用率不高的問題，利用信息、虛擬化、物聯(lián)網(wǎng)以及RFID等先進技術(shù)，建立面向區(qū)域的加工資源共享與服務(wù)平臺，實現(xiàn)區(qū)域內(nèi)加工制造資源的高效共享與優(yōu)化配置，促進區(qū)域制造業(yè)發(fā)展。（3）制造服務(wù)化支持平臺也是將來云制造可以重點發(fā)展的方向之一。針對服務(wù)成為制造企業(yè)價值主要來源的發(fā)展趨勢，我們可以建立制造服務(wù)化支持平臺，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、遠程診斷、維護和大修等服務(wù)，促進制造企業(yè)走向產(chǎn)業(yè)價值鏈高端。這類平臺主要針對大型設(shè)備使用企業(yè)。（4）制造更可以服務(wù)于量大面廣的中小企業(yè)。針對中小企業(yè)信息化建設(shè)資金、人才缺乏的現(xiàn)狀，可以建立面向中小企業(yè)的公共服務(wù)平臺，為其提供產(chǎn)品設(shè)計、工藝、制造、采購和營銷業(yè)務(wù)服務(wù)，提供信息化知識、產(chǎn)品、解決方案、應(yīng)用案例等資源，促進中小企業(yè)發(fā)展。

（5）建立物流拉動的現(xiàn)代制造服務(wù)平臺?？舍槍ξ覈圃鞓I(yè)物流成本高等現(xiàn)狀，利用RFID、網(wǎng)絡(luò)、物流優(yōu)化等技術(shù)，研究整機制造企業(yè)、零部件制造企業(yè)和物流企業(yè)的多方協(xié)作模式與第三方服務(wù)模式，建立物流拉動的現(xiàn)代制造服務(wù)平臺，為制造業(yè)整機制造企業(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)

云制造的體系架構(gòu)如圖8－2所示。該架構(gòu)主要包括以下五個層次：物理資源層（P－Layer）、虛擬資源層（R－Layer）、核心服務(wù)層（S－Layer）、應(yīng)用接口層（A－Layer）和應(yīng)用層（U－Layer）。圖8－2云制造的體系架構(gòu)（1）物理資源層：通過嵌入式云終端技術(shù)和物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，使各類物理資源能夠接入到網(wǎng)絡(luò)中，實現(xiàn)制造物理之間全面的互聯(lián)，并且為云制造提供接口支持。

（2）虛擬資源層：將接入到網(wǎng)絡(luò)中的各類制造資源匯聚成虛擬制造資源，并通過云端服務(wù)定義工具、虛擬化工具等，將虛擬制造資源封裝成云服務(wù)，發(fā)布到云層中的云制造服務(wù)中心。虛擬資源層提供的主要功能包括云端接入、云端服務(wù)定義、虛擬化、發(fā)布管理、資源服務(wù)質(zhì)量管理、定價與結(jié)算管理和資源分割管理等。（3）核心服務(wù)層：主要面向云制造三類用戶（CSP、CSD、云服務(wù)運營者），為制造云服務(wù)的綜合管理提供各種核心服務(wù)和功能，包括面向CSP提供云服務(wù)標準化與測試管理、接口管理等服務(wù)，面向云服務(wù)運營者提供云用戶管理、云制造系統(tǒng)管理、云服務(wù)管理、云數(shù)據(jù)管理、云服務(wù)管理等服務(wù)，面向CSD提供云制造任務(wù)管理、高性能云調(diào)度與云搜索等服務(wù)。

（4）應(yīng)用接口層：主要面向特定制造應(yīng)用領(lǐng)域，提供不同的專業(yè)應(yīng)用接口及用戶注冊、驗證等通用管理接口。

（5）應(yīng)用層：面向制造業(yè)的各個領(lǐng)域和行業(yè)。不同行業(yè)用戶只需通過云制造門戶網(wǎng)站、各種用戶界面（包括移動終端、PC終端、專用終端等）就可以訪問和使用云制造系統(tǒng)的各類云服務(wù)。8.3.2云制造的技術(shù)體系

圖8－3云制造服務(wù)系統(tǒng)的框圖云制造服務(wù)系統(tǒng)為層次化體系架構(gòu)，包括資源層、中間件層、核心服務(wù)層、門戶層和應(yīng)用層等。云制造服務(wù)平臺由中間件層、核心服務(wù)層和門戶層組成。資源層：涵蓋了設(shè)計資源、仿真資源、生產(chǎn)資源、試驗資源、集成資源、能力資源以及管理資源等，向上體現(xiàn)為虛擬化制造資源和服務(wù)化能力資源兩種形態(tài)。

中間件層：支持各類資源的虛擬化、服務(wù)化、接入、感知、協(xié)同的中間件。

核心服務(wù)層：基于中間件層的接口，提供云制造服務(wù)平臺至關(guān)重要的各類功能，包括服務(wù)部署/注冊、服務(wù)搜索/匹配、服務(wù)組合/調(diào)度、服務(wù)運行/容錯、服務(wù)監(jiān)控/評估以及服務(wù)定價/計費。門戶層：為統(tǒng)一的高效能云制造支撐平臺門戶，為CSP、CSD、云服務(wù)運營者三類用戶使用。通過網(wǎng)頁瀏覽器進入門戶，用戶就可以使用一系列的制造資源和能力。

應(yīng)用層：提供支持單主體完成某階段制造、支持多主體協(xié)同完成某階段制造、支持多主體協(xié)同完成跨階段制造以及支持多主體按需獲得制造能力四種應(yīng)用模式。應(yīng)用層提供云服務(wù)以及云+端服務(wù)兩種使用方式。

云制造相關(guān)的關(guān)鍵技術(shù)構(gòu)成了較完整的云制造技術(shù)體系，如圖8－4所示。圖8－5給出了云制造涉及的主要關(guān)鍵技術(shù)的分類，以及每個技術(shù)大類的含義與主要內(nèi)容。

（1）云制造模式、體系架構(gòu)、相關(guān)標準及規(guī)范：主要是從系統(tǒng)的角度出發(fā)，研究云制造系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、組織與運行模式等方面的技術(shù)，同時研究支持實施云制造的相關(guān)標準和規(guī)范。云制造模式、體系架構(gòu)、相關(guān)標準及規(guī)范具體包括：①支持多用戶的、商業(yè)運行的、面向服務(wù)的云制造體系架構(gòu)；②云制造模式下制造資源交易、共享、互操作模式；③云制造相關(guān)標準、協(xié)議、規(guī)范等，如云服務(wù)接入標準、云服務(wù)描述規(guī)范、云服務(wù)訪問協(xié)議等。（2）云端化技術(shù)：主要研究支持參與云制造的云提供端的各類制造資源實現(xiàn)嵌入式云終端封裝、接入、調(diào)用等技術(shù)，以及云請求端接入云平臺，并訪問和調(diào)用云平臺中的云服務(wù)等技術(shù)。云端化技術(shù)具體包括：①云提供端物理設(shè)備嵌入式接入技術(shù)、云計算互接入技術(shù)等；②云終端服務(wù)虛擬化技術(shù)；③云請求端接入、管理技術(shù)，即支持云用戶使用云服務(wù)的技術(shù)等；④物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)等。（3）云服務(wù)綜合管理技術(shù)：主要研究支持云服務(wù)運營商對云端服務(wù)進行接入、發(fā)布、組織與聚合、管理與調(diào)度等綜合管理操作。云服務(wù)綜合管理技術(shù)具體包括：①云端服務(wù)的接入管理技術(shù)，包括統(tǒng)一接口定義與管理、認證管理等；②高效、動態(tài)的云服務(wù)組建、存儲方法；③高效能、智能化云制造服務(wù)搜索與動態(tài)匹配技術(shù)；④云制造任務(wù)動態(tài)構(gòu)建與部署、分解和云服務(wù)協(xié)同調(diào)度優(yōu)化配置方法；⑤云制造服務(wù)模式應(yīng)用推廣技術(shù)，云用戶（包括CSP和CSD）管理、授權(quán)機制等技術(shù)。（4）云制造安全技術(shù)：主要研究支持如何實施安全的、可靠的云制造技術(shù)。云制造安全技術(shù)具體包括：①云終端嵌入式可信硬件；②云終端可信接入技術(shù)；③云制造可信

網(wǎng)絡(luò)技術(shù)；④云制造可信運營技術(shù)；⑤系統(tǒng)和數(shù)據(jù)可靠性技術(shù)等。

（5）云制造業(yè)務(wù)管理模式與技術(shù)：主要研究云制造模式下企業(yè)業(yè)務(wù)和流程管理相關(guān)的技術(shù)。云制造業(yè)務(wù)管理模式與技術(shù)具體包括：①云制造模式下企業(yè)業(yè)務(wù)流程的動態(tài)構(gòu)造、管理與執(zhí)行技術(shù)；②云服務(wù)的成本、定價、運營策略以及相應(yīng)的電子支付技術(shù)；③云制造模式下三方用戶（CSD、CSP、云服務(wù)運營者）的信用管理機制與實現(xiàn)技術(shù)等。圖8－4云制造技術(shù)體系圖8－5云制造涉及的關(guān)鍵技術(shù)

8.4云制造服務(wù)平臺

如圖8－6所示，在云制造服務(wù)平臺中，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（云服務(wù)提供者，CSP）和云請求端（云服務(wù)使用者，CSD）。云提供端主要通過物聯(lián)網(wǎng)等向云制造服務(wù)平臺提供相應(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。云請求端通過向云制造服務(wù)平臺提供服務(wù)請求，云制造服務(wù)平臺根據(jù)用戶提交的任務(wù)請求，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)并為CSD提供服務(wù)。為了進一步說明云制造服務(wù)平臺的功能，可以用商場的例子來說明云制造服務(wù)平臺的各角色的作用。云制造服務(wù)平臺可以比做是商場，云提供端可以看做是為商場提供貨物的供應(yīng)商，而云請求端則可以看做是來商場選購商品的消費者。云制造服務(wù)平臺（商場）通過各種有效的政策和策略吸引各類云提供端（供應(yīng)商）提供各式各樣的制造服務(wù)（商品），將各種制造服務(wù)（商品）集中起來，并通過有效的管理和營銷手段吸引云請求端（消費者）使用云制造服務(wù)平臺中的服務(wù)，從而使得三方（云制造服務(wù)平臺、云提供端、云請求端）都獲益。圖8－6云制造服務(wù)平臺示意圖8.4.1面向集團企業(yè)的“私有云”服務(wù)平臺

面向集團企業(yè)的云制造應(yīng)用屬于典型的“私有云”服務(wù)平臺。“私有云”基于企業(yè)網(wǎng)構(gòu)成，私有云的構(gòu)建與運行者、資源提供者和使用者是集團和集團企業(yè)下屬相關(guān)廠所、研究單位、企業(yè)等，其目的主要是強調(diào)企業(yè)內(nèi)或集團內(nèi)制造資源和制造能力整合與服務(wù)，優(yōu)化企業(yè)或集團資源和能力的使用率，減少重復資源和能力的重復建設(shè)，降低成本，提高競爭力。面向集團企業(yè)的“私有云”云制造服務(wù)模式的重點在于支持制造資源動態(tài)共享與協(xié)同。集團企業(yè)的制造資源包括設(shè)計分析軟件、仿真試驗環(huán)境、測試試驗環(huán)境、各類加工設(shè)備、高性能計算設(shè)備、企業(yè)單元制造系統(tǒng)等。制造資源主要分為異構(gòu)的硬制造資源（底層制造設(shè)備、測試試驗設(shè)備、計算資源等）和軟制造資源（制造過程模型、數(shù)據(jù)、知識、軟件等），從功能角度講，又可分為設(shè)計信息化資源、仿真信息化資源、試驗信息化資源、生產(chǎn)信息化資源、管理信息化資源、信息化基礎(chǔ)環(huán)境資源、信息安全體系資源等。

如圖8－7所示的是某航天復雜產(chǎn)品云制造服務(wù)平臺的多主體協(xié)同跨階段制造應(yīng)用模式，該平臺能夠支持樣機設(shè)計生產(chǎn)一體化，設(shè)計單位和生產(chǎn)單位通過集團企業(yè)的高速寬帶網(wǎng)絡(luò)隨時隨地按需獲取云制造系統(tǒng)中的各類設(shè)計和生產(chǎn)服務(wù)資源，實現(xiàn)基于流程的跨階段協(xié)同制造。航天復雜產(chǎn)品云制造服務(wù)平臺的主要研究內(nèi)容如下：

（1）航天復雜產(chǎn)品云制造系統(tǒng)總體技術(shù)研究：主要包括航天復雜產(chǎn)品云制造服務(wù)模式、體系架構(gòu)、標準與規(guī)范。

（2）航天復雜產(chǎn)品云制造服務(wù)平臺關(guān)鍵技術(shù)研究：主要包括云制造普適人機交互技術(shù)，多主體云制造服務(wù)按需動態(tài)聚合與演化技術(shù)，多主體云制造服務(wù)高效協(xié)同運行與容錯技術(shù)，云制造服務(wù)（交易）綜合管理、監(jiān)測與評估技術(shù)。

（3）航天復雜產(chǎn)品云制造系統(tǒng)構(gòu)建技術(shù)研究：主要包括集團類制造資源的虛擬化技術(shù)、集團類專業(yè)能力的服務(wù)化技術(shù)、航天復雜產(chǎn)品云制造系統(tǒng)集成技術(shù)。

（4）航天集團企業(yè)制造資源和專業(yè)能力的共享及協(xié)同應(yīng)用：針對國家安全領(lǐng)域某航天飛行器的研制需求，面向該航天飛行器研制生產(chǎn)過程中從設(shè)計、仿真、生產(chǎn)加工、測試到試驗的全生命周期，研究基于云制造服務(wù)平臺，更快、更好、更省地進行多類航天飛行器的研制開發(fā)。圖8－7某航天復雜產(chǎn)品云制造服務(wù)平臺的應(yīng)用模式航天復雜產(chǎn)品云制造服務(wù)平臺需要解決的關(guān)鍵技術(shù)包括以下幾個：

（1）制造資源和制造能力的虛擬化與服務(wù)化：包括異構(gòu)制造資源和多領(lǐng)域制造能力的統(tǒng)一描述，廣域網(wǎng)環(huán)境下異構(gòu)制造資源和多領(lǐng)域制造能力的虛擬化，多主體異構(gòu)制造資源和多領(lǐng)域制造能力的服務(wù)化。

（2）多主體云制造服務(wù)全生命周期管理技術(shù)：包括多主體云制造服務(wù)的發(fā)布、發(fā)現(xiàn)與智能化匹配，多主體云制造服務(wù)的按需敏捷聚合、高效協(xié)同與可信運行，多主體云制造服務(wù)（交易）的管理、監(jiān)控與評估。（3）多主體云制造服務(wù)平臺的應(yīng)用和運營技術(shù)：包括制造資源的按需獲取與普適交互應(yīng)用；制造能力的智能發(fā)現(xiàn)與交易應(yīng)用；多主體云制造服務(wù)“機－機”、“人－機”和“人－人”的協(xié)同應(yīng)用，包括時空一致緊耦合協(xié)同和基于業(yè)務(wù)流程松耦合協(xié)同統(tǒng)一、集中的智能化管理和經(jīng)營。8.4.2面向中小企業(yè)的“公有云”服務(wù)平臺

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

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

（2）云制造服務(wù)平臺資源使用者：可以按需購買和租用平臺提供的資源和能力，從事相關(guān)的制造活動，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)競爭力來獲取利潤。（3）云制造服務(wù)平臺運營者：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，并實現(xiàn)基于企業(yè)標準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，實現(xiàn)中小企業(yè)業(yè)務(wù)協(xié)作和產(chǎn)業(yè)集聚協(xié)作。圖8－8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)平臺的應(yīng)用模式支持企業(yè)業(yè)務(wù)協(xié)作的中小企業(yè)云制造服務(wù)平臺的主要研究內(nèi)容如下：

（1）平臺服務(wù)模式及體系架構(gòu)研究：包括支持企業(yè)業(yè)務(wù)協(xié)作的中小企業(yè)云制造服務(wù)平臺需求分析，緊耦合模式下的制造資源共享及協(xié)同管理方法研究,支持企業(yè)業(yè)務(wù)協(xié)作的中小企業(yè)云制造服務(wù)平臺服務(wù)模式研究,支持企業(yè)業(yè)務(wù)協(xié)作的中小企業(yè)云制造服務(wù)平臺體系架構(gòu)研究。

（2）平臺研發(fā):包括平臺服務(wù)工具、用戶配置工具的行業(yè)化定制開發(fā),平臺管理工具的產(chǎn)品化二次開發(fā),平臺與ERP系統(tǒng)的集成技術(shù)研究,平臺與典型產(chǎn)品設(shè)計工具的集成技術(shù)研究,平臺軟件系統(tǒng)集成及調(diào)試。（3）平臺構(gòu)建:包括平臺運行環(huán)境軟硬件部署模式研究,平臺安全保障體系軟硬件部署模式研究,平臺軟硬件環(huán)境部署及調(diào)試,裝備制造、服裝制造行業(yè)知識庫構(gòu)建。

（4）平臺應(yīng)用示范:包括平臺服務(wù)體系構(gòu)建；在裝備制造、服裝等制造行業(yè)的平臺應(yīng)用示范，形成云制造協(xié)作社區(qū);在此過程中進一步完善的平臺商業(yè)化運作機制，形成可規(guī)模化推廣的服務(wù)模式。支持企業(yè)業(yè)務(wù)協(xié)作的中小企業(yè)云制造服務(wù)平臺需解決的關(guān)鍵技術(shù)包括以下幾個：

（1）緊耦合模式下的制造資源共享及協(xié)同管理方法。

（2）用戶可自主構(gòu)建的個性化業(yè)務(wù)協(xié)作管理體系。

（3）裝備制造、服裝制造行業(yè)知識庫構(gòu)建。

（4）高數(shù)據(jù)安全、高可用、高性能平臺架構(gòu)。8.5云制造與相關(guān)先進制造模式的關(guān)系

1.云制造與敏捷制造

敏捷制造所強調(diào)的敏捷化理念是云制造所追求的目標之一，云制造借鑒云計算等最新的信息技術(shù)為實現(xiàn)敏捷化提供了新的手段。在理念上，云制造綜合了敏捷化、綠色化、個性化和服務(wù)化等思想，而從應(yīng)用模式與組織實施角度來說，與敏捷制造相比也有一定的差異。下面以敏捷制造的兩個典型應(yīng)用模式（虛擬企業(yè)、協(xié)作網(wǎng)絡(luò)）為例，分析云制造與敏捷制造的區(qū)別。虛擬企業(yè)與協(xié)作網(wǎng)絡(luò)的核心思想是“聯(lián)盟”，通過構(gòu)建企業(yè)間或企業(yè)內(nèi)“協(xié)作聯(lián)盟”，來快速響應(yīng)外界需求，以達到提高制造企業(yè)敏捷化的目標。其中虛擬企業(yè)強調(diào)“聯(lián)盟”隨任務(wù)而變的動態(tài)性，協(xié)作網(wǎng)絡(luò)側(cè)重建立相對穩(wěn)定的協(xié)作網(wǎng)絡(luò)組織，并使用戶能夠充分參與其中。而云制造以資源及能力的按需使用為核心，通過搭建支持海量資源統(tǒng)一管理及具有彈性架構(gòu)的云平臺，實現(xiàn)松耦合、緊耦合等不同形式的協(xié)作方式、構(gòu)建不同形式的聯(lián)盟。云制造與敏捷制造的差別主要體現(xiàn)在以下幾個方面：（1）平臺開放性。在虛擬企業(yè)和協(xié)作網(wǎng)絡(luò)的平臺中，企業(yè)進入平臺的約束條件較多，如地理位置、企業(yè)規(guī)模等，使得其開放性較低。而在云制造模式下，平臺是高度開放的，企業(yè)能夠通過提供制造資源或制造能力自由出入，降低了企業(yè)的準入門檻，進而豐富了平臺中的企業(yè)資源庫，可以為靈活構(gòu)造滿足不同業(yè)務(wù)需求的協(xié)作聯(lián)盟提供支持。（2）協(xié)作聯(lián)盟范圍。虛擬企業(yè)和協(xié)作網(wǎng)絡(luò)所構(gòu)建聯(lián)盟或組織的動態(tài)適應(yīng)性較差，只能滿足有限企業(yè)參與，并對協(xié)作過程中出現(xiàn)變化因素（如業(yè)務(wù)變更、企業(yè)單位臨時退出等）的應(yīng)變能力不足，通過云制造可擴大所構(gòu)建聯(lián)盟的范圍，如參與企業(yè)數(shù)量可根據(jù)業(yè)務(wù)的需求而增加，并能根據(jù)協(xié)作過程需求靈活變更聯(lián)盟中的參與企業(yè)。云制造為此提供了強大的功能支持。

（3）資源種類及數(shù)量。相比敏捷制造，由于云制造平臺的開放性更高，并且采用了物聯(lián)網(wǎng)、信息物理系統(tǒng)（CPS）、虛擬化等資源感知接入技術(shù)，使得平臺中具有豐富的資源種類及海量的資源，為快速應(yīng)對需求動態(tài)構(gòu)建不同粒度的聯(lián)盟體提供了資源基礎(chǔ)。（4）業(yè)務(wù)過程經(jīng)驗和知識積累。云制造強調(diào)對企業(yè)參與業(yè)務(wù)過程經(jīng)驗和知識的積累，通過這種積累和共享，使得企業(yè)間能夠形成持久的協(xié)作關(guān)系，并在組建聯(lián)盟體時，優(yōu)化聯(lián)盟參與企業(yè)和相關(guān)資源的配置，為根據(jù)需求建立最優(yōu)聯(lián)盟體提供支持。

（5）涉及業(yè)務(wù)范圍。在云制造模式下，由于平臺中企業(yè)數(shù)量多及提供的資源種類豐富，尤其是實現(xiàn)了制造能力的交易和流通，從而使得所組建聯(lián)盟的業(yè)務(wù)范圍更廣，可滿足產(chǎn)品全生命周期業(yè)務(wù)聯(lián)盟的需求，并且通過云制造平臺提供的對業(yè)務(wù)監(jiān)控、系統(tǒng)集成等功能支持，能夠?qū)崿F(xiàn)松耦合、緊耦合等不同形式的協(xié)作方式。

2.云制造與網(wǎng)絡(luò)化制造

由于云制造也是建立在網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)之上的，從廣義上講，云制造是網(wǎng)絡(luò)化制造的一種新的形態(tài)，但由于融合并采用了云計算、物聯(lián)網(wǎng)、服務(wù)計算等技術(shù)和架構(gòu)，與制造網(wǎng)格、ASP等傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)化制造相比，有著鮮明的特點和優(yōu)勢。

制造網(wǎng)格強調(diào)了網(wǎng)格技術(shù)與先進制造技術(shù)結(jié)合，通過構(gòu)建統(tǒng)一資源共享平臺實現(xiàn)分散資源的共享，但主要是特定領(lǐng)域范圍內(nèi)的設(shè)計、仿真等軟件資源的共享。與云制造模式相比，制造網(wǎng)格尚沒有涉及生產(chǎn)、加工等核心業(yè)務(wù)，如生產(chǎn)加工資源服務(wù)、管理集成資源服務(wù)等，并且缺乏有效的商業(yè)運營模式，目前關(guān)于制造網(wǎng)格的研究多數(shù)處于理論研究階段，沒有形成有效的企業(yè)應(yīng)用和推廣。此外，制造網(wǎng)格和云制造在平臺的構(gòu)建和運行支撐技術(shù)方面也有很大的區(qū)別。制造網(wǎng)格資源共享平臺主要是以網(wǎng)格技術(shù)為支撐所搭建的，平臺拓撲結(jié)構(gòu)較為單一，缺乏靈活性，而云制造服務(wù)平臺則以云計算技術(shù)為支撐，其平臺和系統(tǒng)架構(gòu)更加靈活，伸縮性和擴展性更強。云制造與ASP的區(qū)別可以從兩個方面進行分析說明。

（1）ASP與云計算。云制造采用以云計算為核心的基礎(chǔ)架構(gòu)，而傳統(tǒng)ASP與云計算在技術(shù)層面有著明顯的區(qū)別。傳統(tǒng)ASP主要是通過網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)應(yīng)用服務(wù)（軟件資源）的托管或租賃、資源信息的發(fā)布和檢索，以及制造服務(wù)協(xié)同管理等功能。雖然云計算中SaaS服務(wù)提供的也主要是以軟件資源為主，但二者在軟件提供方式、資源使用方式及費用支出等方面，仍存在著很大的差異（見表8－1）。（2）ASP與云制造。近年來傳統(tǒng)ASP平臺正紛紛向基于云計算的SaaS模式進行升級和轉(zhuǎn)型。但云制造在服務(wù)種類、服務(wù)模式、應(yīng)用范圍及相關(guān)使能技術(shù)等方面都對ASP進行了拓展。僅以服務(wù)種類為例，云制造除了基本SaaS服務(wù)以外，還包括涉及制造核心業(yè)務(wù)的各類服務(wù)應(yīng)用，如論證為服務(wù)(ArgumentationasaService，AaaS）、設(shè)計為服務(wù)（DesignasaService，DaaS）、生產(chǎn)加工為服務(wù)（FabricationasaService，F(xiàn)aaS）、仿真為服務(wù)（SimulationasaService，SimaaS）和集成為服務(wù)(IntegrationasaService，InaaS)等?？梢钥闯?，在云制造模式體系中，SaaS只是其中的一種應(yīng)用方式。 表8－1

ASP與SaaS的比較

3.云制造與面向服務(wù)的制造

云制造是面向服務(wù)制造理念的一種體現(xiàn)，通過產(chǎn)品與服務(wù)、制造與服務(wù)的融合，實現(xiàn)向用戶提供專業(yè)化及社會化的服務(wù)。云制造理念豐富了面向服務(wù)制造的內(nèi)涵，如強調(diào)了制造能力的服務(wù)化、資源的按需使用及動態(tài)協(xié)同等。IPS2（工業(yè)產(chǎn)品服務(wù)系統(tǒng)）與C－Sourcing（眾包）作為面向服務(wù)制造的代表性應(yīng)用模式，側(cè)重點各有不同。IPS2主要是從生產(chǎn)系統(tǒng)角度出發(fā)，強調(diào)的是產(chǎn)品與服務(wù)的高度集成；C－Sourcing則是從資源組織方式角度來闡述的，強調(diào)通過更廣泛的社會化服務(wù)實現(xiàn)社會生產(chǎn)。云制造在融合上述面向服務(wù)制造模式先進思想的同時，也為IPS2和C－Sourcing等面向服務(wù)制造模式的高效實現(xiàn)提供了豐富的技術(shù)手段和強有力的平臺支撐，具體可從以下幾個方面進行分析：

（1）服務(wù)集成角度。在IPS2應(yīng)用實施過程中，云制造模式為制造企業(yè)實現(xiàn)向用戶提供高質(zhì)量產(chǎn)品專業(yè)化服務(wù)提供了平臺支持，如在產(chǎn)品論證、設(shè)計過程中，可以利用云制造平臺中豐富的仿真服務(wù)，包括仿真軟件、實物與半實物仿真設(shè)備等，對用戶使用產(chǎn)品過程進行充分仿真與模擬，并以此來調(diào)整產(chǎn)品的生產(chǎn)制造過程及零配件的選用，為更好地提供產(chǎn)品的后續(xù)專業(yè)化服務(wù)奠定基礎(chǔ)，從而提高產(chǎn)品服務(wù)的增值能力。（