張　萌，鄭　帥，劉宏磊，步明繁，周亞州

(西安交通大學(xué) 機(jī)械制造系統(tǒng)工程國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，陜西 西安 710049)

?

創(chuàng)新技術(shù)網(wǎng)絡(luò)化服務(wù)模型及平臺(tái)研究

張萌，鄭帥，劉宏磊，步明繁，周亞州

(西安交通大學(xué) 機(jī)械制造系統(tǒng)工程國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，陜西 西安 710049)

摘要：結(jié)合國內(nèi)外現(xiàn)狀，提出了創(chuàng)新技術(shù)網(wǎng)絡(luò)化服務(wù)模式，有效協(xié)調(diào)優(yōu)化了服務(wù)資源配置.針對(duì)服務(wù)模式，建立了可執(zhí)行的網(wǎng)絡(luò)化服務(wù)模型；對(duì)各種服務(wù)進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)封裝，實(shí)現(xiàn)了O2O的業(yè)務(wù)邏輯；最終成功實(shí)現(xiàn)了網(wǎng)絡(luò)化先進(jìn)制造技術(shù)能力服務(wù)平臺(tái)開發(fā).應(yīng)用實(shí)例表明，基于網(wǎng)絡(luò)化先進(jìn)制造技術(shù)能力服務(wù)平臺(tái)的產(chǎn)品設(shè)計(jì)開發(fā)可以顯著降低中小企業(yè)產(chǎn)品設(shè)計(jì)的成本和難度，同時(shí)縮短設(shè)計(jì)項(xiàng)目的開發(fā)周期.

關(guān)鍵詞：快速制造技術(shù)；網(wǎng)絡(luò)化服務(wù)模型；網(wǎng)絡(luò)化先進(jìn)制造技術(shù)能力服務(wù)平臺(tái)

隨著全球市場一體化的形成，制造業(yè)的競爭日趨激烈，產(chǎn)品更新速度不斷加快，同時(shí)用戶需求也趨于個(gè)性化和定制化[1-2].由于快速成型技術(shù)具有較強(qiáng)的靈活性，適宜于單件小批量生產(chǎn)，近年來以快速成型技術(shù)為代表的先進(jìn)制造技術(shù)研究，一直受到學(xué)術(shù)界和工業(yè)界的關(guān)注[3-6].本研究立足西安交通大學(xué)機(jī)械學(xué)院快速成型國家工程研究中心，應(yīng)用以快速制造技術(shù)為主的一系列工業(yè)設(shè)計(jì)相關(guān)創(chuàng)新技術(shù)，如CAD結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與分析、逆向工程(RE)、快速成型(RP)、快速模具(RT)、數(shù)控加工等技術(shù)，對(duì)創(chuàng)新技術(shù)網(wǎng)絡(luò)化模型進(jìn)行深入研究，并構(gòu)建了網(wǎng)絡(luò)化先進(jìn)制造技術(shù)能力服務(wù)平臺(tái).

1網(wǎng)絡(luò)化服務(wù)模型的研究現(xiàn)狀

網(wǎng)絡(luò)化服務(wù)模型是支撐相應(yīng)網(wǎng)絡(luò)化平臺(tái)運(yùn)行成功與否的關(guān)鍵.網(wǎng)絡(luò)化服務(wù)模型涵蓋網(wǎng)絡(luò)化服務(wù)平臺(tái)的基礎(chǔ)信息框架、主要功能模塊及相應(yīng)的服務(wù)模式.計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)化技術(shù)出現(xiàn)以來，圍繞制造領(lǐng)域，先后出現(xiàn)了多種網(wǎng)絡(luò)化服務(wù)模型，來保證網(wǎng)絡(luò)化制造服務(wù)平臺(tái)的正常運(yùn)行.

從網(wǎng)絡(luò)化服務(wù)模型的基礎(chǔ)信息框架來看，先后出現(xiàn)了Client/Server、Browser/Server兩種主流結(jié)構(gòu).在技術(shù)實(shí)現(xiàn)層面上，出現(xiàn)了基于CORBA的結(jié)構(gòu)、基于Multi-Agent的結(jié)構(gòu)、基于移動(dòng)Agent的結(jié)構(gòu)、基于網(wǎng)格計(jì)算的結(jié)構(gòu)、基于普適計(jì)算的結(jié)構(gòu)、基于云計(jì)算的結(jié)構(gòu)等.從網(wǎng)絡(luò)化服務(wù)模型的服務(wù)模式來看，先后出現(xiàn)了基于ASP(Application Service Provider：應(yīng)用服務(wù)提供商)的網(wǎng)絡(luò)化服務(wù)模型、基于PaaS (Platform-as-a-Service：平臺(tái)即服務(wù))的網(wǎng)絡(luò)化服務(wù)模型、基于SaaS(Software as a Service：軟件即服務(wù))的網(wǎng)絡(luò)化服務(wù)模型、基于e-Service的網(wǎng)絡(luò)化服務(wù)模型等.這些模型在網(wǎng)絡(luò)化服務(wù)平臺(tái)開發(fā)中得到了廣泛的應(yīng)用[7].

2網(wǎng)絡(luò)化服務(wù)模型的研究內(nèi)容

以面向服務(wù)對(duì)象提供網(wǎng)絡(luò)化先進(jìn)制造技術(shù)能力服務(wù)為目標(biāo)，在分析歸納工業(yè)設(shè)計(jì)、CAD結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與分析、RE/RP/RT、數(shù)控加工等先進(jìn)制造技術(shù)能力的服務(wù)范疇、服務(wù)特征、服務(wù)流程以及商務(wù)模式等基礎(chǔ)上，研究并建立的先進(jìn)制造技術(shù)能力總體網(wǎng)絡(luò)化服務(wù)模型如1圖所示.所構(gòu)建的網(wǎng)絡(luò)化服務(wù)模型自下而上分為3層：①最下層為先進(jìn)制造技術(shù)服務(wù)資源層，由分布在各服務(wù)提供商端或集成于服務(wù)平臺(tái)中的軟硬件技術(shù)資源和人力資源構(gòu)成，支持先進(jìn)制造技術(shù)面向服務(wù)使用方提供相應(yīng)的能力服務(wù)；②中間層為WEB數(shù)據(jù)庫服務(wù)層，主要由零部件技術(shù)選型數(shù)據(jù)庫、先進(jìn)制造設(shè)備資源庫、高新技術(shù)企業(yè)信息庫、用戶任務(wù)數(shù)據(jù)庫等構(gòu)成，作為支撐數(shù)據(jù)源，支持先進(jìn)制造技術(shù)能力服務(wù)平臺(tái)向外提供技術(shù)能力服務(wù)；③最上層為WEB服務(wù)器層，主要由先進(jìn)制造技術(shù)能力網(wǎng)絡(luò)化服務(wù)Portal、先進(jìn)制造技術(shù)能力核心服務(wù)、支撐服務(wù)以及網(wǎng)絡(luò)與數(shù)據(jù)接口四大模塊構(gòu)成.

圖1　網(wǎng)絡(luò)化服務(wù)模型

(1)先進(jìn)制造技術(shù)能力網(wǎng)絡(luò)化服務(wù)模型Portal：作為創(chuàng)新技術(shù)平臺(tái)向外提供能力的窗口和門戶，其界面與功能的定制設(shè)計(jì)開發(fā)，針對(duì)多種先進(jìn)制造技術(shù)能力服務(wù)的不同特點(diǎn)與流程(具體由工業(yè)設(shè)計(jì)能力服務(wù)Portal、CAD結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與分析能力服務(wù)Portal、RE/RP/RT產(chǎn)品快速開發(fā)能力服務(wù)Portal、數(shù)控加工能力服務(wù)Portal等構(gòu)成)，最終呈現(xiàn)給用戶的是一組Web頁面.

(2)先進(jìn)制造技術(shù)能力核心服務(wù)模塊：作為先進(jìn)制造技術(shù)能力網(wǎng)絡(luò)化服務(wù)模型的核心功能模塊，其主要由工業(yè)設(shè)計(jì)能力服務(wù)、CAD結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與分析能力服務(wù)、RE/RP/RT產(chǎn)品快速開發(fā)能力服務(wù)、數(shù)控加工能力服務(wù)子模塊構(gòu)成，通過相應(yīng)的網(wǎng)絡(luò)化服務(wù)Portal，向服務(wù)使用方提供先進(jìn)制造技術(shù)能力服務(wù).

(3)先進(jìn)制造技術(shù)能力支撐服務(wù)模塊：作為支撐核心服務(wù)模塊高效、有序運(yùn)行的輔助功能模塊，其主要由服務(wù)商選擇與評(píng)價(jià)服務(wù)、在線交易服務(wù)、協(xié)同支持服務(wù)3個(gè)子模塊構(gòu)成.

(4)網(wǎng)絡(luò)與數(shù)據(jù)接口服務(wù)模塊：它為先進(jìn)制造技術(shù)能力服務(wù)平臺(tái)提供網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)信息支撐框架，為各種異構(gòu)數(shù)據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)化、模板化描述、傳輸與集成提供相應(yīng)的接口規(guī)范，以確保復(fù)雜、異構(gòu)、海量數(shù)據(jù)面向能力服務(wù)平臺(tái)及服務(wù)平臺(tái)的有效集成與共享.

3網(wǎng)絡(luò)化服務(wù)模型的平臺(tái)實(shí)現(xiàn)

基于網(wǎng)絡(luò)化服務(wù)模型，開發(fā)了面向中小制造企業(yè)的網(wǎng)絡(luò)化先進(jìn)制造技術(shù)能力服務(wù)平臺(tái)，并定義了面向產(chǎn)業(yè)聚集的先進(jìn)制造技術(shù)科技服務(wù)平臺(tái)的B/S四層式平臺(tái)基礎(chǔ)架構(gòu)：數(shù)據(jù)層、業(yè)務(wù)邏輯層、表示層和用戶層.根據(jù)客戶對(duì)于制造基于能力與資源的迫切需求，將平臺(tái)提供的服務(wù)分為4個(gè)部分：技術(shù)能力服務(wù)模塊、設(shè)備資源庫模塊、工藝能力資源庫模塊和培訓(xùn)資源庫模塊.

3.1模塊開發(fā)

(1)技術(shù)能力服務(wù)模塊開發(fā)：作為提供先進(jìn)制造技術(shù)能力服務(wù)為主的平臺(tái)，技術(shù)能力服務(wù)模塊是平臺(tái)的核心服務(wù)模塊.通過分析用戶對(duì)于快速制造技術(shù)服務(wù)的需求，確定技術(shù)能力服務(wù)業(yè)務(wù)的主要流程(圖2)：用戶首先通過工藝規(guī)劃對(duì)其業(yè)務(wù)指標(biāo)進(jìn)行工藝匹配，然后通過工藝能力匹配篩選合適的服務(wù)商，并通過自動(dòng)報(bào)價(jià)工具對(duì)服務(wù)成本進(jìn)行測算，在此之后，通過自主詢價(jià)、技術(shù)委托或眾包的方式，與平臺(tái)內(nèi)的服務(wù)提供商在線業(yè)務(wù)對(duì)接，并最終完成先進(jìn)制造技術(shù)服務(wù).

圖2　技術(shù)能力服務(wù)業(yè)務(wù)的主要流程

(2)設(shè)備資源庫模塊開發(fā)：基于用戶對(duì)先進(jìn)制造設(shè)備查詢的需求分析，確定設(shè)備資源的封裝標(biāo)準(zhǔn)(主要包含設(shè)備性能指標(biāo)、支持的工藝能力、設(shè)備加工精度等數(shù)據(jù)).用戶基于封裝標(biāo)準(zhǔn)，可實(shí)現(xiàn)通過制造服務(wù)請求的工藝需求匹配設(shè)備、精度指標(biāo)匹配設(shè)備以及性能指標(biāo)匹配設(shè)備等業(yè)務(wù)流程(圖3).在指定的設(shè)備資源封裝標(biāo)準(zhǔn)基礎(chǔ)上，進(jìn)行設(shè)備資源庫數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)與開發(fā).該模塊為用戶提供設(shè)備資源的查詢、基于工藝能力和技術(shù)指標(biāo)的設(shè)備匹配、關(guān)聯(lián)設(shè)備提供商檢索等功能.

圖3　基于封裝標(biāo)準(zhǔn)的業(yè)務(wù)流程設(shè)計(jì)

(3)工藝能力資源庫模塊開發(fā)：工藝能力資源庫主要針對(duì)用戶學(xué)習(xí)工藝能力以及從工藝能力查詢到關(guān)聯(lián)工藝設(shè)備與服務(wù)商，從而實(shí)現(xiàn)服務(wù)請求的業(yè)務(wù)需求.通過用戶需求分析以及對(duì)工藝資源描述的標(biāo)準(zhǔn)化定義，制定工藝能力資源的封裝標(biāo)準(zhǔn)，包括類別、關(guān)聯(lián)設(shè)備、關(guān)聯(lián)企業(yè)、能力描述等.在此基礎(chǔ)上開發(fā)工藝能力資源庫模塊，為用戶提供工藝資源的查詢、工藝能力關(guān)聯(lián)設(shè)備的匹配、工藝能力關(guān)聯(lián)服務(wù)提供商查詢等功能.

(4)培訓(xùn)資源庫開發(fā)：培訓(xùn)服務(wù)平臺(tái)主要為用戶提供先進(jìn)制造技術(shù)的培訓(xùn)，推廣應(yīng)用先進(jìn)制造技術(shù).為擴(kuò)大培訓(xùn)授眾，培訓(xùn)資源采用免費(fèi)培訓(xùn)資源與付費(fèi)培訓(xùn)資源相結(jié)合的方式，并支持多種格式的培訓(xùn)資料.先進(jìn)制造技術(shù)的基礎(chǔ)知識(shí)為免費(fèi)培訓(xùn)資源，先進(jìn)制造技術(shù)高級(jí)應(yīng)用等專業(yè)性強(qiáng)的培訓(xùn)資源則為付費(fèi)培訓(xùn).該模式有利于開展企業(yè)合作，對(duì)付費(fèi)資源建立良好的利潤分成，從而提高企業(yè)對(duì)于培訓(xùn)資源建設(shè)的積極性，實(shí)現(xiàn)培訓(xùn)服務(wù)平臺(tái)的可持續(xù)發(fā)展.

3.2運(yùn)行實(shí)例

平臺(tái)運(yùn)行合作企業(yè)為某汽車零配件生產(chǎn)企業(yè).面對(duì)汽車零配件市場日益激烈的競爭，傳統(tǒng)的產(chǎn)品設(shè)計(jì)方法設(shè)計(jì)周期長、效率低，難以適應(yīng)個(gè)性化定制需求.先進(jìn)制造技術(shù)針對(duì)單件或者小批量任意組合產(chǎn)品進(jìn)行快速定制加工，具有很大的柔性和自由度.先進(jìn)制造技術(shù)在汽車零配件行業(yè)的應(yīng)用能夠明顯減少在產(chǎn)品創(chuàng)新設(shè)計(jì)階段樣件制作的時(shí)間，支持對(duì)設(shè)計(jì)進(jìn)行高效評(píng)審和設(shè)計(jì)迭代，提高設(shè)計(jì)的效率.然而，采用先進(jìn)制造技術(shù)進(jìn)行零配件產(chǎn)品開發(fā)技術(shù)含量高，開發(fā)過程涉及工業(yè)設(shè)計(jì)、CAD結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與分析、RE/RP/RT等多個(gè)環(huán)節(jié)，以該企業(yè)的技術(shù)能力難以獨(dú)立完成.因此，依托網(wǎng)絡(luò)化先進(jìn)制造技術(shù)能力服務(wù)平臺(tái)，為汽車零部件生產(chǎn)企業(yè)提供了多次快速成型和快速模具制造服務(wù)(圖4).

圖4　汽車車輪及儀表盤快速成型

網(wǎng)絡(luò)化先進(jìn)制造技術(shù)能力服務(wù)平臺(tái)支撐了多款新產(chǎn)品的開發(fā)工作，順利地完成了從樣品的三維反求到產(chǎn)品建模、基于增材制造的三維成型等一系列復(fù)雜的產(chǎn)品開發(fā)過程，提高了產(chǎn)品的設(shè)計(jì)效率，縮短了產(chǎn)品的開發(fā)周期，提高了企業(yè)產(chǎn)品的市場競爭力，為產(chǎn)品上市贏得了寶貴的時(shí)間，同時(shí)也驗(yàn)證了平臺(tái)的作用與效果.特別是在工藝多樣性和服務(wù)質(zhì)量持續(xù)改進(jìn)方面，有益于面向客戶提供更好的服務(wù).

4結(jié)論

(1)基于對(duì)先進(jìn)制造技術(shù)能力與資源服務(wù)用戶需求、服務(wù)技術(shù)與業(yè)務(wù)邏輯等建立了先進(jìn)制造技術(shù)網(wǎng)絡(luò)化服務(wù)模型，在此基礎(chǔ)上提出了先進(jìn)制造技術(shù)服務(wù)可持續(xù)發(fā)展的組織架構(gòu).

(2)確定了設(shè)備資源的封裝標(biāo)準(zhǔn)，進(jìn)行了設(shè)備資源庫、工藝資源庫、培訓(xùn)資源庫的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與開發(fā).

(3)建立了融合CAD/CAE/RE/RP/RT等先進(jìn)制造技術(shù)的產(chǎn)品創(chuàng)新技術(shù)應(yīng)用服務(wù)平臺(tái).

(4)本研究關(guān)注中小企業(yè)最需要的先進(jìn)制造技術(shù)能力服務(wù)與資源服務(wù)兩大關(guān)鍵問題.網(wǎng)絡(luò)化先進(jìn)制造技術(shù)能力服務(wù)平臺(tái)的運(yùn)行提高了中小企業(yè)對(duì)先進(jìn)制造技術(shù)的消化吸收能力和研發(fā)能力，提升了產(chǎn)品設(shè)計(jì)制造效率；同時(shí)降低了產(chǎn)品的開發(fā)成本，縮短了產(chǎn)品開發(fā)周期；實(shí)現(xiàn)了面對(duì)市場需求的快速響應(yīng)，提升了企業(yè)的整體競爭力.

參考文獻(xiàn):

[1]楊海成,祁國寧.制造業(yè)信息化技術(shù)的發(fā)展趨勢[J].中國機(jī)械工程,2004,15(19):1693-1696.

[2]李廉水.中國制造業(yè)發(fā)展研究報(bào)告[M].北京:科學(xué)出版社, 2004.

[3]黃樹槐,肖躍加,莫健華,等.快速成形技術(shù)的展望[J].中國機(jī)械工程,2000,11(1-2):195-200.

[4]顏永年,張人佶.快速成形技術(shù)國內(nèi)外發(fā)展趨勢[J].電加工與模具,2001(1):5-9.

[5]張曉冬,楊育,李國龍,等.網(wǎng)絡(luò)化協(xié)同設(shè)計(jì)環(huán)境下4C集成服務(wù)模型與平臺(tái)研究[J].中國機(jī)械工程,2006,17(10):1031-1035.

[6]Rajesh S, Somendra P, Anju S. Web-based product development systems integration and new product outcomes: a conceptual framework[J]. Journal of Product Innovation Management, 2003, 20(1):37-56.

[7]劉曉光.網(wǎng)絡(luò)化制造中Web服務(wù)自動(dòng)組合的若干關(guān)鍵技術(shù)研究[D].上海:上海交通大學(xué),2008.

Research on Networking Service Model and Platform of Networking Innovative Manufacturing Technology

ZHANG Meng, ZHENG Shuai, LIU Hong-lei, BU Ming-fan, ZHOU Ya-zhou

(State Key Laboratory for Manufacturing Systems Engineering, Xi'an Jiaotong University, Xi'an 710049, China)

Abstract：Based on the research status at home and abroad, the networking service mode which can optimize service resource allocation effectively was put forward. The networking service model was built. The business logical of O2O was realized through networking packing technology. Ultimately, the service platform of networking innovative manufacturing technology was successfully developed. Application example shows that the design and development based on service platform could reduce the cost and difficulty of products design of small and medium-sized enterprises and shorten the development cycle of design projects significantly.

Key words:rapid manufacturing technology; networking service model; platform of networking advanced manufacturing technology

doi:10.3969/j.issn.1006-3269.2016.01.007

中圖分類號(hào)：TH16；TP391

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

作者簡介：張萌(1990-)，男，山西侯馬人，博士研究生，研究方向?yàn)榧す飧缮鏈y量與器件.

基金項(xiàng)目：國家863計(jì)劃資助項(xiàng)目(2013AA040604)

收稿日期：2015-10-03

文章編號(hào)：1006-3269(2016)01-0037-04