李　強，史志強，邵長鋒

（內蒙古科技大學 機械工程學院，內蒙古 包頭014010）

面向個性化定制的云制造服務平臺的研發(fā)*

李強，史志強，邵長鋒

（內蒙古科技大學 機械工程學院，內蒙古 包頭014010）

隨著個性化產品市場生產需求的增加，產品的定制程度越來越高，產品對制造企業(yè)的設計水平、制造能力、服務內容提出了較高的要求，而現有企業(yè)設計、生產制造、管理能力不足等問題已嚴重制約了個性化市場的發(fā)展。為了能夠推動個性化定制的深入應用，結合云制造技術，提出了基于云制造服務平臺的個性化定制服務模式和思想理念，構建了一種面向個性化定制的云制造服務平臺，分析了平臺的體系結構和工作流程，最后采用Apache服務器、PHP編程語言以及MySQL數據庫對平臺進行了搭建，對部分功能進行了說明，并以等高齒對數螺旋錐齒輪的設計過程為例，驗證了依托平臺進行個性化定制的可行性。

個性化定制；云制造；服務平臺；MySQL

0　引言

隨著全球化市場的形成，消費者希望更多地獲得與自身需求相一致的產品。為了迎合市場的變化，眾多企業(yè)紛紛將個性化定制作為自己的競爭手段和經營戰(zhàn)略，通過為顧客生產定制產品來占領和擴大市場份額[1]。隨著個性化定制市場的不斷深化，顧客的需求也由產品轉為了面向產品全生命周期的“產品+服務”。這使得企業(yè)從需求分析、方案論證，到產品設計，再到產品回收等各個環(huán)節(jié)都必須具備較強的業(yè)務能力和較高的信息化水平。然而中國制造企業(yè)90%以上是中小企業(yè)，他們普遍存在自主創(chuàng)新能力較弱，管理和創(chuàng)新效率不高，創(chuàng)新性人才匱乏，以企業(yè)為主體的制造業(yè)創(chuàng)新體系尚不完善以及數控使用率較低、制造水平不高等問題[2]，致使企業(yè)無論在個性化產品的研發(fā)上還是在個性化服務的提供上很難面面俱到，往往會在實施個性化定制過程中出現缺少開發(fā)某項產品的核心技術和能力、產品生產時轉換成本過大以及面對復雜的產品結構時，企業(yè)獨立開發(fā)成本高、風險大，無法提供顧客所需服務等問題。云制造作為一種面向服務、基于知識、高能低耗的網絡化制造新型模式[3-5]，利用云計算、物聯網、高性能計算等先進技術，把分布在不同地理位置上的各類制造資源進行虛擬聚集，形成制造資源云池，借助云制造平臺對匯集的資源進行集中的、智能化的管理和經營，從而使得加入其中的企業(yè)能夠面向產品全生命周期按需使用優(yōu)質、廉價、海量的平臺資源，在滿足企業(yè)需求的同時實現了社會制造資源的高度共享、優(yōu)化配置。本文針對個性化定制生產的特征，結合云制造理念，提出了基于云制造服務平臺的個性化定制服務模式，并對個性化定制業(yè)務處理流程和關鍵技術進行了闡述，最后通過實例驗證了其可行性。

1　基于云制造服務平臺的個性化定制模式

基于云制造的個性化定制的基本思想是利用物聯網技術、物理信息融合技術、云計算技術對分布在全球內、不同地理位置上的制造資源進行網絡化匯集，由云制造服務平臺統(tǒng)一管理和優(yōu)化配置，實現對個性化定制業(yè)務的專業(yè)化處理，達到制造資源和制造能力以及定制業(yè)務信息的全面共享，從而實現低成本、快速高效的個性化定制生產。其服務模式如圖1所示。

圖1　基于云制造服務平臺的個性化定制服務模式

平臺的服務對象有三類：顧客、定制企業(yè)以及生產性服務企業(yè)。因此，平臺的服務內容也由三部分組成，即面向顧客的服務內容，包括個性化定制產品和個性化定制服務；面向定制企業(yè)的服務內容，包括個性化產品和服務的需求分析、方案論證、產品設計、產品維修、產品回收等；面向生產性服務企業(yè)的服務內容，包括提供資源租賃、代加工、技術服務等的平臺。通過云制造服務平臺，定制企業(yè)能夠在全球范圍內組織定制業(yè)務需要的各類資源；生產性服務企業(yè)能夠在工藝流程級別的制造過程與定制企業(yè)合作，利用自身和合作伙伴的規(guī)模經濟和范圍經濟效應支撐定制產品的低成本生產和服務需求；顧客能夠得到除個性化產品之外的其他個性化服務。

因此該模式不僅使定制企業(yè)具有更高的生產柔性和應對市場變化的能力，而且也使顧客得到的個性化服務更為豐富，生產性服務企業(yè)的業(yè)務范圍更為寬廣。

2　基于平臺的個性化定制模式實現

2.1云制造服務平臺體系構建

為了滿足平臺服務模式的需要，本文借鑒文獻[6]的云制造體系構建方法圍繞個性化定制業(yè)務流程運作過程構建了適用于個性化定制的云制造平臺體系框架，如圖2所示。

圖2　個性化定制云平臺體系架構

整個體系分為5層，即支撐層、資源層、管理層、服務層、門戶層。支撐層是由網絡、數據庫、存儲及各類服務器等基礎設施組成，為整個平臺運作提供可靠的IT環(huán)境支持。資源層由硬制造資源、行業(yè)資源庫、軟件資源組成，為平臺的運作提供資源支撐。管理層由各類服務使能工具組成，為平臺資源管理、調度、搜索、匹配、交易、評價、結算等功能活動提供工具支持。服務層是平臺的核心功能層，它是由若干個個性化定制業(yè)務邏輯功能模塊組成，主要向平臺用戶提供產品定制、協同設計、外包加工、物料采購、產品配送、產品回收等服務。門戶層為平臺用戶提供注冊、登錄以及身份驗證、安全認證、資源審核等接口，為整個云制造資源的交易和使用提供支持。

2.2基于平臺的個性化定制業(yè)務流程設計

針對個性化生產的需要，以平臺為中心，設計了個性化定制業(yè)務的工作流程，如3所示。

圖3　云制造服務平臺工作流程

顧客登錄平臺利用定制系統(tǒng)提供的定制工具發(fā)布需求；定制企業(yè)的銷售人員通過平臺接口利用定制系統(tǒng)提供的分析工具，對顧客需求進行分析并將其轉化成產品功能參數和服務要求；定制設計人員則根據產品功能參數，利用產品設計系統(tǒng)內部提供的方案論證、造型設計及力學性能分析等服務工具對產品進行設計；而售后服務人員則根據服務要求通過售后服務系統(tǒng)準備服務資源，包括選擇、聯系、監(jiān)控產品維護商、服務提供商、產品回收商等。定制產品設計完成后，定制企業(yè)可根據自身能力以及產品設計要求等因素確定任務類型，若有外包任務和采購任務，則可將外包任務及外購任務提交到協同加工系統(tǒng)及物料采購系統(tǒng)，通過系統(tǒng)選擇合作伙伴和供應商來完成生產任務和原材料供應任務。最后通過物流服務系統(tǒng)選擇合適的物流商將定制產品交付給顧客。整個平臺實現了對個性化定制業(yè)務全生命周期的信息集成、過程集成以及資源集成，極大地提高了定制企業(yè)響應和滿足顧客需求的服務能力。

2.3云平臺軟件結構設計

考慮到用戶快速增長會使得平臺維護困難，為了使平臺具有良好的可擴展性，平臺構建采用MVC框架作為設計模式。MVC設計模式由模型(Model)、視圖(View)和控制器(controller)三部分組成[7]。模型用來表示數據與業(yè)務邏輯，視圖用來數據展示和用戶輸入，控制器則負責用戶輸入的解析和處理流程的控制。云平臺的軟件結構部署設計如圖4所示。

圖4　云平臺的MVC框架處理過程

用戶通過瀏覽器在頁面中輸入請求內容，控制器負責接收用戶的請求，控制器經過內部解析處理，選擇某一個模型被調用來處理用戶請求。模型接到控制器的指令，與數據庫連接，處理后將相應數據返回給控制器?？刂破鹘邮盏侥Ｐ偷臄祿x擇相應的視圖傳遞給瀏覽器，使用戶瀏覽所需內容。

3　平臺搭建及案例分析

3.1平臺搭建

針對平臺用戶分布不均、類型各異的特點以及維護的便利性，課題組以 B/S模式為架構[8]，采用 Apache服務器、MySQL數據庫管理系統(tǒng)、PHP為腳本開發(fā)語言[9]對個性化定制云制造服務平臺進行了搭建。整個平臺可分為前臺門戶和后臺管理兩部分。前臺門戶主要面向平臺用戶，向其提供注冊、登錄、商品瀏覽、在線定制、產品研發(fā)等功能。整個頁面包括產品定制系統(tǒng)、產品設計系統(tǒng)、協同加工系統(tǒng)、物料采購系統(tǒng)、物流服務系統(tǒng)、產品回收系統(tǒng)、行業(yè)資訊、資源共享、專家系統(tǒng)等欄目。后臺管理主要用于平臺運營方對用戶及其發(fā)布的信息進行審核、管理，主要包括對發(fā)布需求、資源審核、修改、刪除、監(jiān)控、禁用以及系統(tǒng)維護、升級、擴展等功能。

3.2平臺應用案例

某顧客通過云制造服務平臺以文本形式向定制企業(yè)發(fā)布了要將對數螺旋線應用于錐齒輪齒向線的設計理念需求，由于對數螺旋錐齒輪模型的生成、檢測、修型等需要多個大型軟件作為設計分析工具以及不同領域的知識專家密切配合才能完成，定制企業(yè)考慮到自身資源和設計能力的欠缺，決定借助平臺設計系統(tǒng)對其進行研發(fā)。定制企業(yè)研發(fā)人員注冊登錄平臺，登入產品設計系統(tǒng)中從平臺整合的軟件資源中選取了 PRO/E、ANSYS、UG、MATLAB等工程軟件以及相關協助研發(fā)人員和領域專家。從硬制造資源中選取了3D打印設備、齒輪檢測設備以及齒輪加工廠商。資源選定后，定制企業(yè)的設計人員通過設計系統(tǒng)提供的研發(fā)平臺遠程在線對對數螺旋錐齒輪進行研發(fā)，首先利用數學知識和MATLAB建立對數螺旋錐齒輪的數學模型，并結合物理和機械知識對其進行可行性分析；利用三維造型軟件 pro/E對齒輪進行三維實體建模并裝配，如圖5所示，并通過3D打印實體，驗證了設計參數可行性；將得到的齒輪裝配模型導入動力學分析軟件ANSYS中，對其進行齒輪的動、靜態(tài)接觸分析，分析結果表明該新型錐齒輪具有優(yōu)越的傳動承載性能，如圖6所示；最后利用加工仿真軟件UG對齒輪進行仿真加工，并將生成的NC加工代碼和加工參數信息發(fā)送給齒輪加工廠商，最終得到顧客所需的產品，如圖7所示。通過云制造服務平臺，顧客能夠快速地尋找到合適的定制企業(yè)來滿足自己的個性化需求，定制企業(yè)也能夠快速尋找到理想的資源、技術、人員來協同開展定制生產業(yè)務，而其他企業(yè)通過向定制企業(yè)及顧客提供服務提高了資源利用率，擴展了業(yè)務范圍。因而，在云制造環(huán)境下開展個性化定制生產能夠形成“多贏”的局面，實現了“市場、企業(yè)、顧客、資源、信息、知識”的有機融合。

圖5　對數螺旋錐齒輪三維模型及裝配模型

圖6　齒輪動態(tài)接觸情況

圖7　齒輪加工樣輪

4　結論

針對個性化產品生產需求的增加，定制深度和范圍的延伸，以及制造企業(yè)設計研發(fā)能力不足，生產制造水平、資源短缺等問題，結合云制造理念，提出了基于云制造服務平臺的個性化定制模式，建立了包括支撐層、資源層、管理層、服務層、門戶層的個性化定制的云制造服務平臺架構，對平臺下的定制業(yè)務流程和軟件框架進行了設計，并搭建了個性化定制云制造服務平臺，通過實例應用驗證了平臺的有效性。開拓性地將云制造理念應用到個性化定制生產模式中，通過資源整合與優(yōu)化分配，解決了個性化定制生產需求增加與企業(yè)自身能力不足的矛盾，同時也使服務型制造模式得到了深化應用。但現階段對個性化定制云平臺的搭建處于初期階段，今后需進一步完善交易結算模塊、平臺安全性等問題，這對加快推進個性化定制生產模式的廣泛實施具有重要意義。

[1]MOURTZIS D，DOUKAS M.A web-based platform for customer integration in the decentralised manufacturing of personalised products[J].Procedia CIRP，2012，3(1)：209-214.

[2]王志彥.淺析中國中小企業(yè)發(fā)展現狀[J].企業(yè)改革與管理，2015，4（8）：9.

[3]李伯虎，張霖，柴旭東.云制造概論[J].中興通訊技術，2010，8（4）：5-8.

[4]李伯虎，張霖，王時龍，等.云制造——面向服務的網絡化制造新模式[J].計算機集成制造系統(tǒng)，2010，16（1）：1-7，16.

[5]張霖，羅永亮，范文慧，等.云制造及相關先進制造模式分析[J].計算機集成制造系統(tǒng)，2011，17（3）：458-468.

[6]李春泉，尚玉玲，胡春楊.云制造的體系結構及其關鍵技術研究[J].組合機床與自動化加工技術，2011，7（7）：104-107，112.

[7]戴一平.MVC設計模式在PHP開發(fā)中的應用[J].計算機與現代化，2011，3（3）：33-37，43.

[8]張兵，姜周曙，王劍，等.基于 B/S模式反滲透海水淡化遠程監(jiān)測系統(tǒng)研究[J].現代電子技術，2014，37（24）：1-4，8.

[9]賈素來.使用PHP和MySQL開發(fā)動態(tài)網站[J].大眾科技，2011（3）：58－61.

Li Qiang，Shi Zhiqiang，Shao Changfeng
（School of Mechanical Engineering，Inner Mongolia University of Science&Technology，Baotou 014010，China）

Research and development of cloud manufacturing service platform for personalized customization

With the increasing demand of personalized products market,the degree of customization of products is higher and higher,the product design level,manufacturing capacity,service content of the manufacturing enterprises put forward higher requirements.But the existing enterprise design,production,management and other issues have seriously restricted the development of personalized market.In order to be able to promote the in-depth application of personalized customization,combined with the cloud manufacturing technology,based on the cloud manufacturing service platform,the mode of personalized service and the idea were proposed.A cloud manufacturing service platform for personalized customization was constructed,the architecture and workflow of the platform were analyzed.At last,the Apache server,PHP programming language and MySQL database were used to build the platform,and some functions were explained.And taking the design process of spiral bevel gear with high tooth number as an example,the feasibility of the platform is verified.

personalized customization；cloud manufacturing；services platform；MySQL

TH16

A

10.16157/j.issn.0258-7998.2016.05.030

內蒙古自治區(qū)十二五應用技術研究與開發(fā)資金項目(20111424)

2016-01-08)

李強（1961-），男，博士，教授，主要研究方向：制造業(yè)信息化、現代設計理論。

史志強（1989-），通信作者，男，碩士研究生，主要研究方向：制造業(yè)信息化，E-mail：934953150@qq.com。

邵長鋒（1990-），男，碩士研究生，主要研究方向：制造業(yè)信息化。

中文引用格式：李強，史志強，邵長鋒.面向個性化定制的云制造服務平臺的研發(fā)[J].電子技術應用，2016，42(5)：109-112.

英文引用格式：Li Qiang，Shi Zhiqiang，Shao Changfeng.Research and development of cloud manufacturing service platform for personalized customization[J].Application of Electronic Technique，2016，42(5)：109-112.