面向机械加工的云制造服务平台关键技术研究蔡明明

面向机械加工的云制造服务平台关键技术研究蔡明明

蔡明明

(邦迪汽车系统（长春）有限公司北京分公司101300)

摘要：云制造是近几年我国为了在发展经济的同时降低对资源造成的浪费以及对环境的破坏等而提出的解决办法，即借用云计算的思想，实现对机械加工产品的开发、生产和销售。由于我国机械制造业在经济发展过程中发挥着中流砥柱的作用，所以机械制造的相关产业都要不断改革创新，云制造就是针对大型集团企业研发设计的，针对大型企业的各项工作，利用网络技术等先进的信息技术、计算资源、软件资源和数据资源，为集团内部提供更加全面科学的数据服务。通过服务组合和控制，构建了先进的数控加工知识库的基本构架，在机械加工领域发挥着独一无二的作用。本文以机械制造业为具体研究范围，采用云制造思想，提出面向机械制造的云制造服务平台，为我国制造业转型升级提供理论支持。

关键字：机械制造；云制造服务平台；关键技术；体系

前言

在信息时代全球兴起的背景下，各个领域都在逐步实现管理的智能化、自动化和服务化，制造业也不例外。机械制造产业工序复杂，不容许加工过程中出现任何差错，且制造加工企业生产量庞大，紧靠人力是远远不够的。想要在现代机械制造技术中实现高效自动化和柔性加工的有效结合需要结合其工艺特点和施工技术进行剖析，所以我们需要云制造对企业的设备资源、人力资源以及软件资源等各种复杂的资源项目进行计算和开发，从而更好地实现机械加工的精准度。

1.云制造服务平台的特征和要求

云制造服务平台是对服务化的制造资源进行接入、发布、组织和聚合、管理和调度服务化的制造资源的平台级软件。云制造服务平台的特征主要包括三个方面：一是云制造服务平台中需要进行虚拟化和服务化的对象很复杂，不仅包括相应的软件资源，如CAD等，还包括产品制造整个生命周期中发挥作用的各类加工设备和原材料等；二是产品制造时各环节要紧密地联系在一起，能够协同运作，要具有面向产品制造需求的服务整合能力；三是云制造服务平台具有规范性和灵活性。

2.构建面向机械制造的云制造服务平台的重要意义

云制造服务平台作为一个全新的概念，是根据我国机械制造企业的特点：产品范围广和产品档次低等，建立的面向企业的公共服务平台，整合机械制造业技术的创新资源，保证科研与生产紧密相连，掌握产品的核心技术，实现创新成果的快速产业化，全面提升机械产品的质量，从而促进机械制造产业结构优化升级，提高我国制造业的整体竞争力。云制造为我国机械制造业信息化提供了一种全新的理念和模式，将对我国机械制造业的发展起着重大的作用，促进我国制造业可持续良性发展，使得我国的制造业迈向全球产业价值链高端，实现我国制造业从世界工厂向世界制造的转变。

3.构建面向机械制造的云制造服务平台体系

3.1云制造关键技术的研究

根据云制造的概念及特征，从六个方面对云制造进行研究：

（1）云制造的电子商务模式研究。虽然目前对于电子商务模式（BM）尚未有一个明确的定义，但根据前人的研究，大都涉及四个方面的内容，即电子商务的体系结构、价值创造和商业策略，其中体系结构以产品供方、产品需求和产品角色为基础，最常见的方式主要分为B2B、B2C和C2C这样的框架。云制造系统主要由云制造服务提供方（云提供端）、云制造服务使用方（云请求端）和云制造服务平台（云平台）三部分组成，其逻辑关系如图1。

在机械制造的云制造服务平台的建立中，图2的电子商务模式是最合适的，该模式系统三角色分别独立，能够最大范围的整合制造资源和制造能力，其中云平台作为独立的参与组织，物流和信息等通过平台能够实现需求方和提供方的互补，制造服务需求方和提供方可在不同时刻扮演不同的角色，均可参与到第三方运营商管理平台。

（2）云制造体系结构研究。云制造系统的目标是汇聚制造资源和制造能力，因此其体系架构一般分为物理资源层、虚拟资源层、核心服务层、应用接口层和应用层等。本研究主要集中于云平台子系统（以下简称云平台）的研究，其体系结构如图3所示。

图3云平台的体系结构

云平台的主要功能由云端接入层、云平台管理层和云平台应用层三部分组成，其中接入层的功能是实现各种云端的数据集成；云平台管理层的功能主要是整合和管理企业的上传数据，根据客户需求进行任务，匹配和优化资源，同时以在线或下线的方式执行，从而控制整个制造过程，实现资金流、物流和信息流等的在线管控；应用层的功能主要就是提供各种服务形式的描述以及人机交互界面，如网站服务和移动网页等。

（3）基于产品生命周期的云制造研究。过去的制造仅仅就是车间里产品加工制造的过程，而现在要实现机械制造向云制造方向的转变，制造过程就必须涵盖整个产品生命周期，实现基于产品生命周期的制造服务化。本文从产品生命周期的角度出发，将服务内容划分为如图4，从图中可以看见，产品生命周期的各个环节又包含了众多的制造活动，这些制造活动经过虚拟化后就成为了制造服务的内容，在产品生命周期中最重要的就是产品加工环节。用户可以根据云制造系统提供的不同服务，制定个性化的业务流程。

图4面向产品生命周期的云制造系统

（4）基于制造状态空间的云制造研究。从制造信息观的角度看机械制造过程，其就是对制造活动中各种信息资源的采集、输入和加工处理的过程。本研究将制造活动状态空间分为三个阶段：准备、执行和评估，由于准备阶段核心是建立客户与服务方合作关系，因此准备阶段的制造活动是最为重要的一个阶段，是实现资源整合的本质所在。三者之间的关系如图5所示。

图5制造状态空间中三者之间的关系

（5）云制造应用的行业粒度研究。制造业是一个非常庞大的行业，根据制造对象的材料、功能和用途不同可以划分为不同的各类型行业，本研究以通用机械设备业为例，如图6所示，将机械制造划分为众多行业。由于在机械制造行业中，从不同角度对其划分，会出现不同的模式，因此在构建以制造服务为核心的云制造服务模式时，可以根据不同情况改变系统范围，云制造服务最终提供给哪些行业，是构建云制造系统时首要考虑的问题。

图6通用机械制造行业分解示意图

（6）云制造系统辐射区域研究。云制造除了涉及计算资源外，还包括大量的硬制造资源（如加工装备和物料等）和大量的软制造资源（如数据和模型等），又由于产品加工环节高度依赖于物流，因此，在构建云制造应用系统的辐射物理范围时，辐射区域是必须要研究的对象之一。本研究提出了图7的云制造辐射区域的参考模式，云制造的辐射区域并没有固定的模式，要根据实际情况调整辐射区域。辐射区域的研究，有利于后期系统数据中心、物流和云制造系统辅助基础设施的建立和部署。

图7云制造辐射区域结构参考模式示意图

3.2构建面向机械制造的云制造服务平台

根据上面的六个关键研究，本研究首先建立云制造服务平台的简易结构如图8，然后从体系结构的维度出发得到面向机械制造的云制造服务平台系统结构如图9所示。

图8云制造的服务平台简易体系结构

图9面向机械制造的云制造服务平台体系结构

图9中主要分为五层：第一层接口层主要是接入企业内部的信息管理系统；第二层云平台管理层主要负责管理各种制造资源及企业信息；第三层云平台业务层主要是业务操作；第四层云平台门户层主要是实现人机交互；第五层应用层主要是各类加工服务。

结束语：

云制造是机械制造业发展前景中的重要技术措施。随着我国经济的发展、科学技术水平的提高，还会有更多技术突破为未来制造业提供有力的技术支持。

参考文献：

[1]郭亮.面向机械加工的云制造服务平台关键技术研究[D].重庆：重庆大学，2014.

[2]余得水.面向机械加工的云制造服务平台关键技术[J].中外企业家，2017，（3）：115-116.