唐國純， 羅自強(qiáng)

TANG Guo-chun1, LUO Zi-qiang2

（1. 瓊臺師范高等?？茖W(xué)校 信息技術(shù)系，?？?571100；2. 海南師范大學(xué) 信息科學(xué)技術(shù)學(xué)院，?？?571100）

0 引言

隨著信息技術(shù)在企業(yè)的廣泛應(yīng)用與發(fā)展，現(xiàn)代制造業(yè)的工作模式已經(jīng)由傳統(tǒng)的閉門造車式發(fā)展到跨平臺、跨企業(yè)和跨地域的協(xié)同制造模式，制造企業(yè)間通過相互合作與協(xié)同達(dá)到企業(yè)利益共贏的共同目標(biāo)變得越來越重要。當(dāng)前的網(wǎng)絡(luò)化制造雖然促進(jìn)了企業(yè)基于網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的業(yè)務(wù)協(xié)同,但其體現(xiàn)的主要是一個獨(dú)立系統(tǒng),是以固定數(shù)量的資源或既定的解決方案為用戶提供服務(wù),缺乏動態(tài)性,同時缺乏智能化的客戶端和有效的商業(yè)運(yùn)營模式?！霸朴?jì)算”為解決當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)化制造存在的問題提供了新的思路和契機(jī) ,但云計(jì)算并沒有提出制造即服務(wù)，不能很好的描述現(xiàn)代制造業(yè)的業(yè)務(wù)邏輯。為此“云制造”應(yīng)運(yùn)而生，被廣大學(xué)者和工程技術(shù)人員關(guān)注?！霸浦圃臁钡难芯颗c應(yīng)用將會加速推進(jìn)中國制造業(yè)信息化向網(wǎng)絡(luò)化、智能化、服務(wù)化方向發(fā)展。本文在討論了云計(jì)算，云制造的概念的基礎(chǔ)上，提出了一種云制造平臺的總體結(jié)構(gòu)，討論了云制造的相關(guān)技術(shù)。

圖1 云計(jì)算平臺的整體架構(gòu)

1 云計(jì)算與云制造

1.1 云計(jì)算及其體系結(jié)構(gòu)

云計(jì)算是一種商業(yè)計(jì)算模型，它將計(jì)算任務(wù)分布在大量計(jì)算機(jī)構(gòu)成的資源池上，使用戶能夠按需獲取計(jì)算力、存儲空間和信息服務(wù)。它是并行計(jì)算（Parallel Computing）、分布式計(jì)算（Distributed Computing）和網(wǎng)格計(jì)算（Grid Computing）的發(fā)展，或者說是這些計(jì)算科學(xué)概念的商業(yè)實(shí)現(xiàn)。同時云計(jì)算也是虛擬化（Virtualization）、效用計(jì)算（Utility Computing）、將基礎(chǔ)設(shè)施作為服務(wù)IaaS（Infrastructure as a Service）、將平臺作為服務(wù)PaaS（Platform as a Service）和將軟件作為服務(wù)SaaS（Software as a Service）等概念混合演進(jìn)并躍升的結(jié)果。云計(jì)算平臺整體架構(gòu)如圖1所示。

1.2 云制造

云制造是把制造資源和制造能力在網(wǎng)上作為服務(wù)提供給所需要的用戶?！霸浦圃臁比诤狭爽F(xiàn)有信息化制造及云計(jì)算、物聯(lián)網(wǎng)、語義Web、高性能計(jì)算和能科學(xué)等新興信息技術(shù)，是一種面向服務(wù)的、高效低耗和基于知識的網(wǎng)絡(luò)化敏捷制造新模式。云制造是在云計(jì)算提供的IaaS （基礎(chǔ)設(shè)施即服務(wù)）、PaaS（平臺即服務(wù)）、SaaS（軟件即服務(wù)）基礎(chǔ)上的延伸和發(fā)展，它豐富、拓展了云計(jì)算的資源共享內(nèi)容、服務(wù)模式和技術(shù)。從云計(jì)算概念到“云制造”概念，不難推論，若將“制造資源/制造能力”增加到IaaS中 ,云計(jì)算的計(jì)算模式和運(yùn)營模式將為制造業(yè)信息化走向“敏捷化、綠色化、智能化、服務(wù)化”提供一種可行的新思路，并為云制造模式提供了理念基礎(chǔ)。

2 云制造體系結(jié)構(gòu)

2.1 云制造的運(yùn)行與應(yīng)用模式

在技術(shù)方面的拓展上，云制造技術(shù)融合云計(jì)算、物聯(lián)網(wǎng)、高性能計(jì)算、面向服務(wù)的技術(shù)、智能科學(xué)技術(shù)與信息化制造等新技術(shù)?！霸浦圃臁钡倪\(yùn)行需要三大組成部分支撐：制造資源/制造能力、制造云池和制造全生命周期活動。它包括三類資源：制造資源提供者、制造資源的使用者和制造云的運(yùn)營者，云制造的運(yùn)行與應(yīng)用模式如圖2所示。制造資源提供者將制造資源和制造能力以服務(wù)的形式呈現(xiàn)，也就是云制造服務(wù)。云制造服務(wù)指制造企業(yè)實(shí)體將自身的制造過程(或能力)和管理過程( 或能力)以服務(wù)的形式發(fā)布在云中,同時支持云客戶端在云中發(fā)現(xiàn)、 匹配與組合優(yōu)化這些服務(wù), 形成整合服務(wù),以滿足云客戶端個性化的制造服務(wù)需求。

圖2 云制造的運(yùn)行與應(yīng)用模式

2.2 云制造虛擬資源構(gòu)建

虛擬化是適用于所有云架構(gòu)的一種基礎(chǔ)性設(shè)計(jì)技術(shù)。在云制造虛擬資源構(gòu)建中，除了云計(jì)算的計(jì)算虛擬化、存儲虛擬化和網(wǎng)絡(luò)虛擬化外，還應(yīng)包括制造資源和制造能力的虛擬化。即云制造應(yīng)共享四種類型資源：1）計(jì)算資源：存儲、運(yùn)算器等資源。2）云制造的軟資源：制造過程中的各種模型、數(shù)據(jù)、信息、軟件、知識等。3）云制造的硬資源: 各類制造硬設(shè)備如機(jī)床、加工中心、仿真設(shè)備、計(jì)算設(shè)備、試驗(yàn)設(shè)備等。4）制造能力資源：制造過程中有關(guān)的論證、設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、仿真、實(shí)驗(yàn)、管理和集成等能力。為了感知各種制造資源，在云制造虛擬資源構(gòu)建中，應(yīng)引入物聯(lián)網(wǎng)體系的感知層，采集物理世界中發(fā)生的物理事件和數(shù)據(jù)，確保為云制造平臺的應(yīng)用服務(wù)層提供分析所需的原始數(shù)據(jù)。通過視頻感知、定位感知等前端建設(shè)或接入，實(shí)現(xiàn)對制造資源和制造能力的全面實(shí)時采集。云制造虛擬資源體系如圖3所示。

圖3 云制造虛擬資源體系

2.3 云制造平臺總體結(jié)構(gòu)

云計(jì)算所提供的服務(wù)同樣也包括中, 并與制造全生命周期各環(huán)節(jié)服務(wù)相互交叉。云制造中除了包括 IaaS, PaaS, SaaS 外,更加重視和強(qiáng)調(diào)制造全生命周期中所需的其他服務(wù), 如論證為服務(wù)( Argumentation as a Service, AaaS)、經(jīng)營管理為服務(wù)( Management as a Service, MaaS)、設(shè)計(jì)為服務(wù)( Design as a Service,DaaS)、實(shí)驗(yàn)為服務(wù)( Experiment as a Service, EaaS)、生產(chǎn)加工為服務(wù)( Fabrication as a Service, FaaS)、集成為服務(wù)( Integration as a Service,InaaS)、仿真為服務(wù)( Simulation as a Service, SimaaS )等云制造體系架構(gòu)包括云制造服務(wù)管理、云制造服務(wù)資源、云制造服務(wù)提供、云制造客戶端幾個方面，云制造體系架構(gòu)如圖4所示。

圖4 云制造平臺的總體結(jié)構(gòu)

3 云制造中的關(guān)鍵技術(shù)

云制造中的關(guān)鍵技術(shù)包括下面五個方面：1）云制造的制造資源和制造能力的云端化技術(shù)：包括物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、云終端服務(wù)虛擬化技術(shù)和云計(jì)算互接入技術(shù)等。2）云制造的模式、體系架構(gòu)、標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范：包括云制造的體系結(jié)構(gòu)，云制造的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)、協(xié)議，云制造模式下的制造資源共享、互操作模式，云制造相關(guān)規(guī)范。3）云制造業(yè)務(wù)管理模式與技術(shù)：包括云制造模式下企業(yè)業(yè)務(wù)流程的動態(tài)構(gòu)造、管理與執(zhí)行技術(shù)，云制造服務(wù)的成本、評估方法和技術(shù)，云制造模式各方信用管理機(jī)制與實(shí)現(xiàn)，云服務(wù)的電子支付技術(shù)等。4）制造云服務(wù)的綜合管理技術(shù)：包括云服務(wù)的接入管理技術(shù)，云用戶管理技術(shù)，云制造服務(wù)的動態(tài)組合與優(yōu)化技術(shù)，云制造任務(wù)的動態(tài)構(gòu)建、分解與部署技術(shù)，云制造服務(wù)的協(xié)同技術(shù)，高效能、智能化的云制造服務(wù)搜索與匹配技術(shù)等。5）云制造安全與可信制造技術(shù)：包括制造云終端的可信接入技術(shù)，制造云可信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，制造云的可信運(yùn)營技術(shù)，云模型理論的軟件可靠性評估方法等。

4 結(jié)束語

云制造是當(dāng)前興起的一項(xiàng)新興技術(shù)，本文介紹了作者在云制造方面的初步研究，在分析了云計(jì)算技術(shù)后， 給出了云計(jì)算平臺的總體結(jié)構(gòu)，提出并著重闡述了云制造體系結(jié)構(gòu)， 論述了云制造發(fā)展所需攻克的關(guān)鍵技術(shù)，能夠?yàn)橹行∑髽I(yè)搭建云制造服務(wù)平臺提供理論支持和技術(shù)指導(dǎo)。

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