程曉蕾

摘要：云制造和云計(jì)算的興起從根本上改變了企業(yè)管理信息技術(shù)運(yùn)營方式，面向服務(wù)的體系結(jié)構(gòu)能夠方便業(yè)務(wù)代理和工廠代理間的交互和協(xié)作，解決了與嵌入式網(wǎng)絡(luò)相關(guān)的復(fù)雜性。本文基于面向服務(wù)架構(gòu)，分析目前最新的三種云制造模式：云制造的CMFG模式；通過設(shè)計(jì)和制造云的CBDM模式；基于可互操作的云制造ICMS系統(tǒng)模式。最后，對(duì)基于面向服務(wù)架構(gòu)的云制造模式進(jìn)行展望。

關(guān)鍵詞：面向服務(wù)架構(gòu)；云制造；云技術(shù)；模式

0 引言

技術(shù)進(jìn)步是制造業(yè)革新的主要?jiǎng)恿Γ彩峭苿?dòng)人類進(jìn)步的重要力量，例如，1750年產(chǎn)生的機(jī)械化操作替代了大量手工勞動(dòng)，帶來的工業(yè)革命，社會(huì)生產(chǎn)力極大提高；1960年產(chǎn)生的機(jī)械自動(dòng)化，簡單的機(jī)械操作被可控制的系統(tǒng)替代；1980年興起信息和通信技術(shù)的自動(dòng)化實(shí)現(xiàn)信息與通信革新；2000年出現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)化和數(shù)字制造，2010年出現(xiàn)的納米/生物制造和RFID技術(shù)都對(duì)人們生產(chǎn)方式和生活產(chǎn)生極大影響。在技術(shù)層面，未來制造系統(tǒng)保持高質(zhì)量和最低成本，需要處理好制造系統(tǒng)中存在的敏捷性、可伸縮性、彈性和適應(yīng)性問題。

面向服務(wù)的體系結(jié)構(gòu)是一種新興的與技術(shù)無關(guān)的設(shè)計(jì)和控制模式，能夠使業(yè)務(wù)代理和工廠代理間的交互和協(xié)作，解決了與嵌入式網(wǎng)絡(luò)相關(guān)的復(fù)雜性。作為一種服務(wù)，云計(jì)算被視為是革命性的制造模式技術(shù)，使訪問可配置的計(jì)算資源共享池具有很高的可靠性、可用性和可擴(kuò)展性。云制造是一種新興的制造模式轉(zhuǎn)變，即從產(chǎn)品/生產(chǎn)型制造向面向服務(wù)的轉(zhuǎn)變，云制造通過增強(qiáng)用戶與資源/服務(wù)提供商之間的協(xié)作，安排和重新分配資源，通過有效的資源共享，提高制造網(wǎng)絡(luò)的整體穩(wěn)定性與增加利潤。

2 基于面向服務(wù)架構(gòu)的云制造

云計(jì)算在制造業(yè)中的應(yīng)用具有雙重性：具有云計(jì)算支持的智能制造和云制造。云制造與多種技術(shù)進(jìn)行整合形成特定特征的云制造模式，以下對(duì)面向服務(wù)架構(gòu)的云制造的三種主要模式進(jìn)行分析。

2.1 云制造的CMFG模式

結(jié)合先進(jìn)的技術(shù)（如云計(jì)算、物聯(lián)網(wǎng)、虛擬化和面向服務(wù)的技術(shù)，先進(jìn)的計(jì)算技術(shù)）與現(xiàn)有的先進(jìn)制造模式和企業(yè)信息化技術(shù)，一種新的計(jì)算和面向服務(wù)的制造模型（ CMFG）。該模式主要包括三個(gè)階段：將資源定義為制造業(yè)虛擬化和封裝；聚合與調(diào)用進(jìn)云中；新知識(shí)產(chǎn)生和未來需要的重用。

CMFG具有以下典型特征：

（1）服務(wù)與需求導(dǎo)向，CMFG是一個(gè)服務(wù)型制造模式和要求，在CMFG系統(tǒng)中，無論是制造資源和能力虛擬化和封裝成制造云服務(wù)，都可根據(jù)用戶的要求通過互聯(lián)網(wǎng)廣泛使用。

（2）不確定性動(dòng)態(tài)，在云制造資源和服務(wù)的多樣性和動(dòng)態(tài)性，并且為解決制造任務(wù)的解決方案是動(dòng)態(tài)的過程。

（3）基于知識(shí)，服務(wù)的整個(gè)生命周期需要知識(shí)支持。

（4）主動(dòng)性，在云制造系統(tǒng)、制造業(yè)云服務(wù)和制造任務(wù)（或需求）是主動(dòng)的，它們可以自動(dòng)地在支持下找到并匹配基于知識(shí)的語義推理。

（5）物理分布和邏輯集中，在不同的地方定位在提供物理制造資源和能力，是由不同的個(gè)人或組織控制，采用虛擬化和封裝進(jìn)行管理、控制和使用。

（6）維基百科式與集團(tuán)創(chuàng)新型制造業(yè)，任何人、機(jī)構(gòu)或企業(yè)都可參與云制造服務(wù)平臺(tái)并貢獻(xiàn)其制造資源、能力和知識(shí)。

（7）門檻低與外包，在云制造環(huán)境，企業(yè)不需要擁有所有的硬件制造環(huán)境基礎(chǔ)設(shè)施和人員。

CMFG模式的優(yōu)勢(shì)包括：

（1）減少資源閑置，提高利用率，在傳統(tǒng)制造模式中，制造資源利用率較低，例如IT資源估計(jì)為15 -20%，而其他制造資源的估計(jì)值較低。相反，一個(gè)云制造平臺(tái)可以使許多客戶提高利用率，它的資源利用率達(dá)到至少40個(gè)百分點(diǎn)。

（2）使制造企業(yè)更容易滿足客戶需求，由于資源和服務(wù)可以很容易地獲得，因此當(dāng)企業(yè)出現(xiàn)新的需求時(shí)，可以很快地被調(diào)用和組裝。

（3）優(yōu)化產(chǎn)業(yè)布局，加快從分布式高能耗制造模式向集中型、資源型、環(huán)境友好型制造模式的轉(zhuǎn)變。

（4）促進(jìn)生產(chǎn)的專業(yè)化分工，因?yàn)樵浦圃飙h(huán)境下，企業(yè)不需要進(jìn)行所有的活動(dòng)，涉及整個(gè)生命周期的制造業(yè)，他們只需要強(qiáng)調(diào)白己的核心業(yè)務(wù)。

2.2 通過設(shè)計(jì)和制造云的CBDM模式

基于云的設(shè)計(jì)和制造是指通過服務(wù)提供商和消費(fèi)者之間的社交網(wǎng)絡(luò)和談判平臺(tái)，以最小的成本實(shí)現(xiàn)集體開放創(chuàng)新和快速產(chǎn)品開發(fā)的產(chǎn)品實(shí)現(xiàn)模型。它是一種并行和分布式系統(tǒng)，由一系列相互連接的物理和虛擬化的設(shè)計(jì)、制造、智能搜索功能組成，用于設(shè)計(jì)和制造解決方案，形成基于云的設(shè)計(jì)和制造模型（ CBDM），該模式包括四個(gè)層面：利用云服務(wù)的云消費(fèi)；提供云服務(wù)的云提供商；管理使用、性能和服務(wù)交付的云代理；啟用交流共享服務(wù)的云載體。

CBDM模型具有如下特點(diǎn)：

（1）隨需應(yīng)變白助服務(wù)，客戶或任何其他參與云的個(gè)人可以根據(jù)需要提供和釋放工程資源，如設(shè)計(jì)軟件、制造硬件。它提供一個(gè)平臺(tái)和直觀的，用戶友好的接口，允許用戶與其他用戶進(jìn)行交互。

（2）無處不在的網(wǎng)絡(luò)接入，有一個(gè)所謂的客戶共同創(chuàng)造范式的需求日益增加，使得設(shè)計(jì)人員能夠主動(dòng)與客戶互動(dòng)，以及客戶分享不同的想法和見解與設(shè)計(jì)師。為了方便地到達(dá)這樣的通信介質(zhì)，它需要具有廣泛和全局的網(wǎng)絡(luò)訪問能力。基于云的設(shè)計(jì)與制造相關(guān)的體系分別為知識(shí)管理、協(xié)同設(shè)計(jì)和分布式制造。

2.3 基于可互操作的云制造ICMS系統(tǒng)

可互操作的基于云的制造系統(tǒng)（ ICMS）采用的CAX軟件改善數(shù)據(jù)存儲(chǔ)的靈活性、可擴(kuò)展性、完整性和易維護(hù)性。有了云結(jié)構(gòu)，軟件很容易維護(hù)，并在云服務(wù)器上使用。版本更新、維護(hù)和集成是由云提供商遠(yuǎn)程完成的，通過現(xiàn)場維護(hù)專家替換定期服務(wù)。云操作面臨比在云計(jì)算實(shí)施生產(chǎn)相關(guān)軟件更艱巨的挑戰(zhàn)。由于軟件程序和IT基礎(chǔ)設(shè)施不同，物理機(jī)器、監(jiān)視器和設(shè)施不能很容易地部署到云上。

可互操作的基于云的制造系統(tǒng)包括三個(gè)層面：一種基于代理的機(jī)制，用于監(jiān)視和組織對(duì)消費(fèi)者的服務(wù)分配的智能云管理器；UCloud云服務(wù)的用戶；所有物理和虛擬制造資源的云制造。獲得生產(chǎn)設(shè)施的主要原因是設(shè)備的功能，而不是設(shè)備本身。因此，需要識(shí)別不同級(jí)別的云資源、能力和服務(wù)。在云環(huán)境中，資源、性能和服務(wù)的定義包括：

（1）制造資源，物質(zhì)的和非物質(zhì)的生產(chǎn)物資包括設(shè)備、機(jī)器、設(shè)備和智能特性。

（2）制造能力，在制造領(lǐng)域的一種形式轉(zhuǎn)化為另一種轉(zhuǎn)化能力。它是通過相關(guān)制造資源實(shí)現(xiàn)。

（3）云制造服務(wù)，自我控制，控制發(fā)音和按需制造服務(wù)滿足用戶的原始需求。一個(gè)云制造服務(wù)可以是隨機(jī)的、短期的、長期的或戰(zhàn)略的。

對(duì)于每種類型的能力，其相關(guān)的云制造服務(wù)有兩種形式：軟資源和硬資源。軟資源包括：軟件；知識(shí)；技能；人員；經(jīng)驗(yàn)、業(yè)績、質(zhì)量、客戶評(píng)價(jià)等；商業(yè)網(wǎng)絡(luò)；業(yè)務(wù)關(guān)系和商機(jī)。硬資源包含：制造設(shè)備；監(jiān)視/控制資源；計(jì)算資源；材料；存儲(chǔ)；運(yùn)輸。

3 結(jié)語

本文提供了三種面向服務(wù)架構(gòu)的云制造模式的數(shù)據(jù)可訪問性、集成和互操作性的體系結(jié)構(gòu)，面向服務(wù)架構(gòu)提供了更好的與供應(yīng)商的互動(dòng)，與內(nèi)部系統(tǒng)的合作，并且很容易地適應(yīng)于工廠流程。設(shè)備集成、數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理和遠(yuǎn)程控制的體系結(jié)構(gòu)是云互操作性中實(shí)現(xiàn)設(shè)備集成的前提，面向服務(wù)架構(gòu)和云技術(shù)在改善工業(yè)生產(chǎn)和控制方面有很大的潛力。

參考文獻(xiàn)：

[1]張維SOA關(guān)鍵技術(shù)分析及應(yīng)用系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)中國海洋大學(xué)碩士論文計(jì)算機(jī)應(yīng)用技術(shù)，2008