云制造的研究及应用现状

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IFRONTIER i 云制造的研究及应用现状 文 /张 霖 。 区和坚 。 罗永亮 陶 飞1.北京航空航天大学 自动化科学与电气工程学院2.科技部高技术研究发展中心云制造作为-种服务化、网络化、智能化的制造模式，支持制造资源和制造能力的按需使用，从而实现基于网络的共享与协同分散制造资源，为制造全生命周期过程中整合社会化存量制造资源和能力，提高制造资源和能力利用率，从而降低资源消耗，为实现绿色制造和服务型制造提供了-条重要的途径。因此，云制造的概念-经提出，在学术界和企业界产生了广泛的影响，迅速引起了国内各级政府、企事业单位的关注，国家863”计划、支撑计划等相继支持开展相关研究，截至目前，取得了-批显著成果，推动了云制造理念的落地”及进-步推广应用。与此同时，云制造的理念也引起了国际学术界的关注，相继有新西兰、瑞典、美国、德国、英国、伊朗等国家的学者开展了相关研究，使云制造成为国内外学术界-个新的研究领域。

- 国内研究现状国内关于云制造相关技术及系统的研究已取得显著的成果，并培养了- 批具有云制造领域专业的技术人才和创新研究团队，提高了云制造理念的国际影响力。已开展的主要研究可以概括为以下3个方面 ：1.云制造的概念，服务模式和体系架构文献[1-6]对云制造的提出背景、概念、典型技术特征以及体系架构等进行了系统阐述，明确指出云制造是- 种基于网络的、面向服务的智慧化制造新模式和新手段♂合不同的应用领域，提出云制造所支持的4种典型应用，即单主体(单用户)完成某阶段制造、多主体(多用户)协同完成某阶段制造、多主体(多用户)协同完成跨阶段制造、多主体(多用户)按需获得制造能力。总结出云制造6大特证和 5大能力，6大特征为数字化、物联靳知心产业 NO.8 2013蠲 究。文献[29从制造的4要素讨论了制造服务化的途径和关键点，提出了制造服务成熟度模型，并给出制造服务成熟度的概念及特征。在制造云综合管理方面，文献[30]针对云制造环境下的制造资源优化配置展开了研究。

文献[3l则针对云制造项目管理具有的项目随需动态产生、项目计划与执行同步进行、不存在全局调控等特征，提出了基于能力驱动的云制造项目监控机制，从而为实现动态随机的多项目管理与监控提供了新的解决方法 ；文献[32针对现有异地分布多车间协同生产计划的关联协调问题，提出并建立-种以云制造思想为指导的基于动态资源能力服务化的分布式协同生产调度技术，有效解决了制造资源服务动态变化下的快速响应处理问题。

文献[33将设计知识组合成有序的知识资源序列，提出知识资源的服务能力评估模型和知识资源序列化组合的数学化模型，并设计求解了该模型的量子搜索算法，同时，文献[341研究了利用成组技术实现云制造平台中的海量信息和服务的编码化和条理化，产品的拈化、系列化和标准化，服务的集成化和标准化。此外，文献35系统阐述了云制造模式下对知识的全生命周期管理和应用技术。文献[36分析说明了云制造服务平台中关于计算资源的管理与调度问题。文献在云平台普适 人机 交互方面，文献[37从用户需求的角度，对云制造环境下用户特征进行了分析，给出了云制造模式下的普适人机交互框架，并对普适个性化界面定制技术、可视分析技术及笔式交互技术等进行了介绍。

3。云制造服务平台研发及推广应用目前 ，已开展的云制造相关应用主要分为2类 ：面向集团企业的云制造服务平台和面向中小企业的云制造服务平台，并针对不同类型企业的需求和特点分别开展应用示范工作。

(1)面向航 天复杂产品的集团企业云制造服务平 台 [ ·6为解决航天复杂产品研制周期长、涉及学科多，且集团企业内资源分布不均等问题，航天科工集团二院联合北京航空航天大学等单位搭建了支持航天复杂产品制造资源和制造能力共享与协同的云制造服务平台，目前已接入2O万亿次以上的商I生能计算资源，存储了共300T以上的多学科大型分析软件及相关资源，封装了高端数控加工设备、单元制造系统及制造各阶段的专业能力，从而实现了企业或集 团制造资源和制造能力的整合，有效提高了集团企业制造资源和制造能力使用率，降低了成本，提高了竞争力。

(2)航天科技集团云制造服务平台IS]为满足航天产品在研制过程中能够高效配置资源、共享研制知识、增强管控能力、降低IT成本等需求，航天科技集团由第3方筹资建设和开发了云制造服务平台。该平台通过为用户提供各类云服务，来实现集团所拥有各类资源和工具的高度共享，主要功能包括集团管理平台、公共应用资源与虚拟化资源管理平台、以及基于航天产品研制过程中的协同工作平台和对外协作门户。该平台采用了商业化的服务模式进行运营，通过为各单位提供有偿服务，收回建设成本，获取收益。

(3)面向制造及管理的集团企业云制 造服 务平 台 -3s]中国北车股份有限公司简称中国北车”是国家轨道交通装备制造业的骨干企业，所拥有的资源具有多样化、数量大、价值高和分布广等特点，为满足集团整合下属企业、工厂的资IFRONTIER E 日源和能力，进行统-管理的需求，同时整合各企业及最终客户的分散需求，进行对客户需求的统-管理，搭建了面向制造及管理的集团企业云制造服务平台，带动了产业转型与管理变革，结束了中国北车下属各企业自给自足的组织模式，从而实现了轨道交通装备产品设计、制造、管理的高度协同与深度集成。

(4)BISWI'I-成长型企业管理信息化”云应用 [41为实现中小企业外部资源与企业生产制造过程等核心业务的紧密协作，并满足新-代企业管理信息化服务的需求，如低成本、支持用户量身定制、按用户需求调整以及随用户不断发展而成长等，恩维协同科技有限公司研发了支持企业业务紧密合作的中小企业 云制造服务平台。该平台目前已经在装备制造、服装、铸造、陶瓷、灯具照明、家具及电器等行业领域展开了应用 ，已经为500余家企业提供云管理”服务应用。该平台主要功能包括制造资源注册、资源需求发布、资源供需多向搜索、资源能力评估协同制造管理和结算管理等内容，能够为用户提供制造全生命周期的服务工具。

BISWIR作为第3方制造服务运营商，能够促进企业间交流与协作，提高企业间资源和能力共享程度，形成新型云制造服务产业链，进而催生-批为中小型制造企业提供服务的服务型企业，创造新的经济增长点。

(5)面向模具与柔性材料行业 的云制造服务平 台 ㈨针对当前中小企业产业集群内企业间的业务关联较为松散，普遍存在制造能力的重复建设和不均衡现象，为降低资源闲置和资源浪费，东莞华中科技大学制造工程研究院等单位研翱蒯料产业 NO.8 2013-垂目衄 lFRONTIER发了支持产业集群协作的中小企业云制造服务平台。目前该平台已在模具、柔性材料等行业展开了应用 ，平台拥有云服务商会员 1 005家，企业会员1 041家，其中收费会员228家。

该平台的主要功能包括制造服务/能力注册、服务智能搜索、服务交易、服务评价、模板管理等功能。此外，东莞华中科技大学制造工程研究院还在杭州和东莞建立了云制造示范基地 ，将该平台在模具和柔性材料产业集群中进行了示范应用，整合了生产加工资源，优化了产业结构，促进模具和柔性材料行业中小型企业从生产型向服务型企业的转变。

(6)汽车零部件新产品研发云制造服 务平 台为快速研发出用户满意的新产品，进而提高核心竞争力已成为中小型制造企业迫切需要解决的问题。针对上述需求，重庆大学等单位研发了- 种能集成各种分散新产品研发服务资源的新产品研发云制造服务平台。

该平台的主要功能包括用户统-注册管理 、制造资源注册发布 、制造服务撮合管理、服务交易管理、业务信用评估与分析、行业性知识聚集与网络服务社区、服务平台管理系统等，目前已累计为重庆市汽车、摩托车等行业的中小企业提供了近200项新产品的开发和零部件设计制造服务，提升了应用企业的产品开发能力和市唱拓能力 。

(7)钢铁产业链协同云制造服务平台 针对目前钢铁企业间存在的业务协同支持不足，不利于企业快速建立响应机制、物流服务不完善等问题，同济大学联合了东方钢铁、第-钢市等企业，建立上海钢铁服务产业联盟，并以此为依托，开展应用。该平台整合了嘲 Advanced Materials industry物流、加工中心、交易中心等资源，为钢铁生产企业、供应商、销售商、服务商、客户等相关机构提供业务协同的平台，平台提供的服务包括协同供应链服务、物流服务、交易服务、平台基础服务等。通过多模式推广，该联盟基于36家核心企业，为3000多家企业提供服务，体现了良好的效果。

(8)面向宁波模具行业云制造服务平 台 [4q针对模具行业存在的开发周期长、质量不高、制造成本高，且海外和高端市场拓展能力弱，又充分结合了宁波的模具行业实际情况，浙江大学等单位研发了针对宁波模具行业的云制造服务平台。其主要功能包括 ：模具零件库协同管理、模具企业诚信协同管理、模具知识库协同管理、模具行业协同设计和制造、模具行业协同售后服务管理及模具行业信息技术服务管理。最终通过模具行业联盟组织广大企业参与、协同建设和使用云制造服务平台，形成平台的正反馈发展循环。此外，该平台为产业价值链发展提供组织支持和服务支持，同时产业价值链的发展又进-步促进云制造服务平台的发展。目前该平台正在完善与初步应用阶段。

此外，当前各级地方政府和企业也在积极开展云制造的相关研究和实践工作，并取得了丰硕的成果。如北京航空航天大学与北京慧点科技有限公司成立了云制造领域第1个省部级工程中心--北京市云制造平台与服务工程技术研究中心。此外，通过产学研结合，在地方政府和行业协会的积极推动下，佛山、顺德、襄阳、杭州等地正在系统深入开展云制造示范应用工作，极大推动了云制造”理念的落地 。

国外研究进展云计 算 技 术 与 制造 业 的结 合在欧洲也得到重视，如欧盟第 7框架于20]0年 8月启动 了制造云项 目(ManuCloud)，总投资500万欧元，目的是为用户提供可配置的基于软件的制造能力服务，并能通过网络实现面向用户的产品个性化定制 ，目前尚没有考虑硬件资源及其它类型资源服务的按需提供。而中国学者关于云制造理念系统的深入研究，引起了国际学术界的重视。-些国家的学者开始在云制造框架下开展研究，如文献[43]分析了云计算与云制造的关系，并对云计算的理念进行了详细的阐述 ；文献[44]研究了云制造模式下基于STEP标准的制造过程协 同及数据集成技术，并开发了面向制造的协同与集成平台XMLAYMO；文献[45提出了云制造环境下面向用户个性化需求的产品服务可配置系统的实现框架和方法 ；文献[46给 出了基于云计算的敏捷制造架构，能够实现通过网络向用户提供工业系统服务，并分析 了该模式的特点 ；文献[47-49]对云制造模式的使能技术驱动和当前总体进展及未来发展趋势进行了简单的介绍，并给出了围绕设计、制造等环节基于云制造技术的实现方式。

三 总结与展望云制造是在 新的信息 技术驱动下产生并形成的-种制造业信息化新模式，为制造业进-步提升网络化、社会化、专业化和智能化水平提供了有效的手段和支撑。当前，关于云制造的研究和应用仍处于起步阶段，由云制造模式所产生的许多新的科学问题以及关键技术还需要进行更加深入的研究，如云制造交易模式量化分析、制造能力的按需交易、云制造商务运行模式研究、云制造中的知识管理、制造云服务的动态组合、云制造中的大数据分析、云制造与3D打蛹术、云制造安全与可信制造、云制造环境下的能源管理等。

云制造作为-种新的制造模式代表了制造业的发展趋势，是实现制造FRONTIER服务化、绿色化、智能化、社会化、敏捷化的重要手段，有着广阔的发展前景。悯 10.3969/j.ism.1008-892X.2013.08.014