李 強(qiáng) 汝 渴

(內(nèi)蒙古科技大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院 內(nèi)蒙古 包頭 014010)

0 引 言

隨著產(chǎn)品制造業(yè)的迅速發(fā)展,個(gè)性化定制的應(yīng)用也越來(lái)越廣泛；個(gè)性化定制具有縮短產(chǎn)品研發(fā)周期、降低產(chǎn)品成本和提升競(jìng)爭(zhēng)力等優(yōu)勢(shì)，已經(jīng)涉及汽車、手機(jī)、服裝、服務(wù)、旅游等行業(yè)[1]。在手機(jī)制造行業(yè)中，手機(jī)企業(yè)為了更好地滿足用戶的需求，大多數(shù)手機(jī)企業(yè)推出了個(gè)性化定制的運(yùn)營(yíng)模式作為企業(yè)的競(jìng)爭(zhēng)手段。由于個(gè)性化定制具有差異性、復(fù)雜性和不確定性的特點(diǎn)，所以使得企業(yè)在實(shí)施個(gè)性化生產(chǎn)時(shí)存在研發(fā)、制造加工困難、信息化水平不足和經(jīng)營(yíng)管理落后等問(wèn)題[2]，嚴(yán)重影響著企業(yè)的運(yùn)營(yíng)戰(zhàn)略。特別是中小型手機(jī)企業(yè)在個(gè)性化手機(jī)定制生產(chǎn)方面存在的問(wèn)題更加突出?，F(xiàn)階段手機(jī)企業(yè)具體實(shí)施個(gè)性化生產(chǎn)時(shí)會(huì)出現(xiàn)以下問(wèn)題：生產(chǎn)成本難以把控、交貨時(shí)間超出預(yù)期；定制完成的產(chǎn)品會(huì)出現(xiàn)偏離用戶定制需求的情況；定制產(chǎn)品質(zhì)量及指標(biāo)不能得到保障。

本文依托云制造技術(shù)和手機(jī)制造業(yè)具有創(chuàng)新性地將云制造技術(shù)應(yīng)用于手機(jī)制造行業(yè)中，提出手機(jī)制造云模式，將云制造技術(shù)與手機(jī)制造業(yè)結(jié)合起來(lái)，通過(guò)搭建手機(jī)制造云平臺(tái)，將手機(jī)的制造資源和技術(shù)資源整合到平臺(tái)上,彌補(bǔ)了企業(yè)生產(chǎn)能力不足的問(wèn)題，同時(shí)也能最大限度地滿足用戶的個(gè)性化需求。

1 云制造的應(yīng)用發(fā)展

李伯虎等[3]針對(duì)應(yīng)用服務(wù)ASP(Application Service Provider)、制造網(wǎng)絡(luò)(MGrid)、敏捷制造等網(wǎng)絡(luò)服務(wù)化的制造模式推廣存在的問(wèn)題，通過(guò)結(jié)合云計(jì)算、高性能計(jì)算以及物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)IoT(internet of things)、云安全等，提出一種網(wǎng)絡(luò)服務(wù)化的制造模式——云制造。迄今為止，云制造已經(jīng)進(jìn)行了八年的研究，云制造技術(shù)的應(yīng)用也越來(lái)越廣泛，并在學(xué)術(shù)研究[4]以及工業(yè)應(yīng)用[5]兩方面取得巨大的進(jìn)展。手機(jī)制造屬于制造業(yè)的一部分，尤其手機(jī)用戶都在追求與自身需求相一致的產(chǎn)品，所以將云制造用于手機(jī)制造生產(chǎn)很有必要。例如，華為搭建的云平臺(tái)，推出“云服務(wù)”平臺(tái)和首款“云手機(jī)”Vision[6]；以及華為公司與中軟國(guó)際云制造合作，利用云制造技術(shù)來(lái)推進(jìn)企業(yè)的轉(zhuǎn)型。綜上，說(shuō)明云制造技術(shù)得到了更廣泛的應(yīng)用以及云制造技術(shù)適用于手機(jī)制造行業(yè)。

2 手機(jī)制造云模式

2.1 云服務(wù)平臺(tái)

手機(jī)制造云指基于云制造理念的個(gè)性化手機(jī)定制，如圖1所示為手機(jī)云制造示意圖，通過(guò)引入手機(jī)制造云平臺(tái)來(lái)解決目前個(gè)性化手機(jī)定制存在的問(wèn)題，并利用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、物理信息融合技術(shù)、云計(jì)算技術(shù)[7]對(duì)分布在不同區(qū)域的制造技術(shù)資源實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)化整合；再通過(guò)云制造平臺(tái)統(tǒng)一管控和優(yōu)化配置，實(shí)現(xiàn)對(duì)手機(jī)定制的合理化處理，達(dá)到制造資源和技術(shù)的最優(yōu)利用，從而促進(jìn)定制企業(yè)實(shí)現(xiàn)低成本、高效、快速的個(gè)性化定制生產(chǎn)方式。

圖1 手機(jī)制造云平臺(tái)示意圖

2.2 定制模式

根據(jù)個(gè)性化定制的特點(diǎn)以及手機(jī)制造業(yè)的發(fā)展現(xiàn)狀,結(jié)合云制造的理念，提出了手機(jī)制造云模式。其基本思想是針對(duì)手機(jī)企業(yè)對(duì)定制產(chǎn)品生產(chǎn)能力不足和不能準(zhǔn)確地獲得用戶定制需求的問(wèn)題。一方面，利用手機(jī)制造云平臺(tái)能將定制企業(yè)、用戶以及第三方企業(yè)(其它生產(chǎn)性服務(wù)企業(yè))匯集到一起進(jìn)行及時(shí)地溝通和交流。另一方面，手機(jī)定制企業(yè)能夠從平臺(tái)上獲取到定制業(yè)務(wù)所需要的各類資源；生產(chǎn)性服務(wù)企業(yè)能夠參與各類元器件的生產(chǎn)、操作系統(tǒng)和芯片的供應(yīng)以及在工藝流程級(jí)別的制造過(guò)程與手機(jī)定制企業(yè)合作，通過(guò)與合作伙伴的規(guī)模范圍經(jīng)濟(jì)效應(yīng)能支持定制產(chǎn)品的低成本生產(chǎn)和服務(wù)需求。圖2所示為手機(jī)制造云的定制模式。

圖2 手機(jī)制造云定制模式

3 手機(jī)制造云定制模式的實(shí)現(xiàn)

3.1 體系結(jié)構(gòu)

以現(xiàn)有的云制造體系構(gòu)架的研究文獻(xiàn)，結(jié)合手機(jī)定制發(fā)展和未來(lái)手機(jī)發(fā)展的趨勢(shì)，本文借鑒文獻(xiàn)[8]設(shè)計(jì)了平臺(tái)的系統(tǒng)架構(gòu)，如圖3所示。

圖3 個(gè)性化手機(jī)定制云制造平臺(tái)的系統(tǒng)架構(gòu)

該系統(tǒng)架構(gòu)主要包括以下五個(gè)層次，即用戶界面層、定制服務(wù)層、中間管理層、資源層和手機(jī)制造云平臺(tái)層。

(1) 用戶界面層是用戶進(jìn)入云制造平臺(tái)的端口，為用戶及企業(yè)提供登錄、注冊(cè)以及安全驗(yàn)證、身份驗(yàn)證等功能。

(2) 定制服務(wù)層是平臺(tái)的核心功能層，包括分析層、設(shè)計(jì)層、制造層、供應(yīng)層和服務(wù)層。其中分析層對(duì)定制需求的確定起著至關(guān)重要的作用，利用智能交互系統(tǒng)將定制需求分為功能性需求、易用性需求、穩(wěn)定性需求、智能性需求以及創(chuàng)新性需求；利用手機(jī)制造云平臺(tái)中現(xiàn)有的制造資源和技術(shù)資源能定制限量版、學(xué)習(xí)版、母嬰版、娛樂(lè)版、老年版等一系列定制產(chǎn)品。在分析層中，用戶登錄平臺(tái)后輸入需求信息利用智能交互系統(tǒng)先初步確定用戶的定制需求和定制手機(jī)的版式，然后用戶與定制企業(yè)通過(guò)交互平臺(tái)進(jìn)行交流和協(xié)商進(jìn)一步確定定制需求。如果此定制需求所對(duì)應(yīng)的資源不能完全滿足定制產(chǎn)品的生產(chǎn)要求，那么再返回交互平臺(tái)進(jìn)行定制需求調(diào)整，直至在配置出即適合企業(yè)生產(chǎn)又滿足用戶最終定制需求的信息。設(shè)計(jì)層、制造層、供應(yīng)層和服務(wù)層總體包括手機(jī)定制系統(tǒng)、產(chǎn)品設(shè)計(jì)系統(tǒng)、協(xié)同加工系統(tǒng)、產(chǎn)品裝配系統(tǒng)、供應(yīng)系統(tǒng)、物流配送系統(tǒng)和售后服務(wù)系統(tǒng)等模塊。主要為用戶提供定制產(chǎn)品設(shè)計(jì)制造、外包加工、產(chǎn)品配送、物料采購(gòu)、產(chǎn)品維修等服務(wù)。

(3) 中間管理層是用戶使用云資源的應(yīng)用服務(wù)接口，該層主要由各類服務(wù)使能工具組成，為平臺(tái)內(nèi)提供組合、調(diào)度、管理、交易、匹配等功能活動(dòng)提供工具支持。

(4) 資源層為中間管理層提供接口。該層主要匯集各種云服務(wù)資源，從而形成云制造資源池，為平臺(tái)的運(yùn)作提供各種資源支持。在該層中服務(wù)于全制造過(guò)程的個(gè)性化制造應(yīng)用。

(5) 手機(jī)制造云平臺(tái)層由研發(fā)云、制造云、管理云、供應(yīng)云等組成，為整個(gè)平臺(tái)的運(yùn)作提供可靠的支撐。

3.2 工作流程

通過(guò)分析個(gè)性化手機(jī)生產(chǎn)的需求，以云制造平臺(tái)為核心，設(shè)計(jì)個(gè)性化手機(jī)定制云制造平臺(tái)工作流程，如圖4所示。用戶通過(guò)手機(jī)制造云平臺(tái)進(jìn)行注冊(cè)登錄并發(fā)布需求信息，利用云計(jì)算技術(shù)在云制造資源池中進(jìn)行搜索和匹配找到最合的手機(jī)定制企業(yè)。首先用戶與定制企業(yè)通過(guò)交互平臺(tái)配置出合適的用戶需求，然后定制企業(yè)利用手機(jī)定制系統(tǒng)對(duì)用戶需求進(jìn)行分析轉(zhuǎn)化為定制產(chǎn)品的功能參數(shù)以及服務(wù)要求；定制設(shè)計(jì)人員在利用產(chǎn)品設(shè)計(jì)系統(tǒng)內(nèi)部的方案論證、方案設(shè)計(jì)等功能實(shí)施定制產(chǎn)品的設(shè)計(jì)；而服務(wù)需求則根據(jù)售后服務(wù)人員進(jìn)入售后服務(wù)系統(tǒng)準(zhǔn)備服務(wù)資源來(lái)服務(wù)于用戶。定制產(chǎn)品設(shè)計(jì)完成后，手機(jī)定制企業(yè)會(huì)根據(jù)用戶需求、資源能力情況及定制產(chǎn)品的動(dòng)態(tài)BOM[9]進(jìn)行生產(chǎn)能力分析和成本分析，確定能滿足用戶的定制要求的生產(chǎn)方式，然后生成定制企業(yè)訂單；利用專家系統(tǒng)、知識(shí)庫(kù)以及人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等對(duì)用戶訂單進(jìn)行分析，確定制定主生產(chǎn)計(jì)劃MPS(Master Production Schedule)[10]，并通過(guò)定制手機(jī)產(chǎn)品的參數(shù)和工藝條件對(duì)生產(chǎn)任務(wù)進(jìn)行劃分；依照定制企業(yè)的元件加工能力以及成本分析，決定是否實(shí)施定制外包任務(wù)，若有外包任務(wù)將其發(fā)布到云制造平臺(tái)上，找到符合外包需求的第三方企業(yè)進(jìn)行外包生產(chǎn)。另外，外購(gòu)任務(wù)和采購(gòu)任務(wù)是利用協(xié)同加工系統(tǒng)和物料采購(gòu)系統(tǒng)選擇合作企業(yè)和供應(yīng)商來(lái)協(xié)助定制企業(yè)完成生產(chǎn)任務(wù)。最后，定制手機(jī)通過(guò)定制產(chǎn)品審核后，通過(guò)物流配送商將定制完成的產(chǎn)品交付給用戶。綜上，此平臺(tái)實(shí)現(xiàn)個(gè)性化手機(jī)定制全生命周期的生產(chǎn)，極大地提升手機(jī)企業(yè)滿足用戶各方面需求的能力。

圖4 個(gè)性化手機(jī)定制云制造平臺(tái)的工作流程

3.3 軟件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

考慮到平臺(tái)用戶的迅速增加，采用MVVM框架作為此平臺(tái)的設(shè)計(jì)模式，使平臺(tái)有了良好的拓展性，減輕平臺(tái)的維護(hù)壓力。MVVM的設(shè)計(jì)模式將模塊分成視圖、模型、視圖模型三個(gè)部分。視圖即模塊的用戶接口，負(fù)責(zé)界面顯示及用戶交互；模型提供與業(yè)務(wù)邏輯相關(guān)的數(shù)據(jù)對(duì)象;視圖模型 用來(lái)實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)邏輯及狀態(tài)控制[11]。手機(jī)制造云平臺(tái)軟件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)如圖5所示，用戶通過(guò)網(wǎng)頁(yè)輸入請(qǐng)求內(nèi)容，利用視圖接收用戶的請(qǐng)求，然后視圖將數(shù)據(jù)傳遞給視圖模型進(jìn)行內(nèi)部的處理，將請(qǐng)求數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化成為邏輯模型對(duì)象。接著通過(guò)模型存入數(shù)據(jù)庫(kù)，或者是數(shù)據(jù)庫(kù)中的數(shù)據(jù)讀取到模型中，使視圖模型和前臺(tái)的視圖進(jìn)行交互，最后把數(shù)據(jù)呈現(xiàn)給用戶。

圖5 手機(jī)制造云平臺(tái)MVVM框架處理過(guò)程

4 平臺(tái)搭載及案例分析

4.1 平臺(tái)搭載

此平臺(tái)采用P2P[12]及B/S構(gòu)架[13]來(lái)搭建，具備智能化資源管理、統(tǒng)一的數(shù)據(jù)共享和綜合信息服務(wù)等功能。通過(guò)VAM管理服務(wù)器、Portal服務(wù)器和資源存儲(chǔ)系統(tǒng)以及PHP為腳本開(kāi)發(fā)語(yǔ)言對(duì)平臺(tái)進(jìn)行搭建，實(shí)現(xiàn)對(duì)資源庫(kù)進(jìn)行有效管理，并能實(shí)現(xiàn)資源的數(shù)據(jù)分布式管理及各種業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)的整合和共享[14]。所以，將B/S技術(shù)及P2P技術(shù)結(jié)合在一起，解決了平臺(tái)搭建中存儲(chǔ)拓展有限、管理任務(wù)繁重、資源訪問(wèn)效率低等問(wèn)題，有效地減輕了平臺(tái)的負(fù)擔(dān)。

4.2 案例分析

為了驗(yàn)證用戶及企業(yè)使用手機(jī)制造云平臺(tái)的必要性，利用個(gè)性化定制產(chǎn)品質(zhì)量模糊綜合評(píng)價(jià)法[15]測(cè)評(píng)定制產(chǎn)品的質(zhì)量，通過(guò)組織一個(gè)由20位專家組成的測(cè)評(píng)小組分別對(duì)利用手機(jī)制造云平臺(tái)定制的一批產(chǎn)品(A1)和通過(guò)中小型手機(jī)企業(yè)定制的一批產(chǎn)品(A2)進(jìn)行質(zhì)量評(píng)價(jià)比較分析，評(píng)價(jià)結(jié)果見(jiàn)表1和表2。

表1 A1質(zhì)量評(píng)價(jià)結(jié)果

表2 A2質(zhì)量評(píng)價(jià)結(jié)果

(1) 建立個(gè)性化定制產(chǎn)品質(zhì)量指標(biāo)因素集Q和質(zhì)量評(píng)價(jià)等級(jí)集V。取5個(gè)質(zhì)量指標(biāo):產(chǎn)品體驗(yàn)度(q1)、個(gè)性化程度(q2)、產(chǎn)品性能(q3)、定制成本(q4)、可靠性和方便性(q5)；每個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)劃分為優(yōu)、良、中等、較差、差5個(gè)等級(jí)：0.9，0.7，0.5，0.3，0.1。

Q=[q1，q2，q3，q4，q5]

V=[0.9，0.7，0.5，0.3，0.1]

(2) 質(zhì)量模糊綜合評(píng)價(jià)。對(duì)Q中的單個(gè)質(zhì)量指標(biāo)qij進(jìn)行評(píng)價(jià),從第i個(gè)因素對(duì)第j個(gè)評(píng)語(yǔ)等級(jí)vj的隸屬度rij,得到qij的單因素評(píng)價(jià)集ri=(ri1,ri2,…，rik)。把Q中5個(gè)質(zhì)量指標(biāo)的評(píng)價(jià)集作為行，即得Q的模糊評(píng)價(jià)矩陣：

其中隸屬度：

式中，fij是第i個(gè)指標(biāo)被評(píng)為第j個(gè)等級(jí)的次數(shù)。

(3) 確定質(zhì)量指標(biāo)權(quán)重集。對(duì)各質(zhì)量指標(biāo)的評(píng)價(jià)采用自然語(yǔ)言(專家評(píng)價(jià))進(jìn)行因素模糊評(píng)價(jià)，得質(zhì)量指標(biāo)權(quán)重集為：

W=[0.36，0.28，0.20，0.08，0.08]

(4) 根據(jù)模糊評(píng)價(jià)矩陣R和權(quán)重W建立質(zhì)量模糊綜合評(píng)判數(shù)學(xué)模型。

B1=W·R1=[0.884，0.090，0.012，0.010，0.004]

B2=W·R2=[0.568，0.136，0.126，0.126，0.062]

(5) 將質(zhì)量評(píng)價(jià)等級(jí)集V與BT相乘得到綜合質(zhì)量評(píng)價(jià)結(jié)果分值為：

根據(jù)個(gè)性化定制產(chǎn)品質(zhì)量模糊綜合評(píng)價(jià)結(jié)果可以看出通過(guò)手機(jī)云制造平臺(tái)定制的產(chǎn)品質(zhì)量要比普通手機(jī)企業(yè)評(píng)分高。說(shuō)明利用手機(jī)云制造平臺(tái)使得個(gè)性化定制的生產(chǎn)能力和產(chǎn)品質(zhì)量得到了明顯提升，同時(shí)，也解決手機(jī)企業(yè)滿足用戶需求難度大的問(wèn)題，將用戶需求滿意度達(dá)到最大化。

5 結(jié) 語(yǔ)

針對(duì)用戶對(duì)手機(jī)個(gè)性化需求的增加，手機(jī)定制難度大以及手機(jī)企業(yè)對(duì)關(guān)鍵零部件存在研發(fā)能力不足等問(wèn)題顯得更加突出。結(jié)合云制造理念提出手機(jī)制造云模式；建立個(gè)性化手機(jī)定制的云制造平臺(tái)系統(tǒng)架構(gòu)；設(shè)計(jì)個(gè)性化手機(jī)定制的云制造平臺(tái)工作流程和軟件框架。本文具有拓展性地將個(gè)性化手機(jī)定制生產(chǎn)融入云制造技術(shù)領(lǐng)域中，通過(guò)手機(jī)制造云平臺(tái)的統(tǒng)一管控及優(yōu)化配置，實(shí)現(xiàn)了合理的個(gè)性化定制業(yè)務(wù)并為企業(yè)提供最優(yōu)的制造資源。根據(jù)上述分析，說(shuō)明手機(jī)制造云平臺(tái)完美地解決個(gè)性化定制生產(chǎn)能力不足和用戶需求難以滿足的問(wèn)題。手機(jī)制造云模式不僅促進(jìn)了手機(jī)制造業(yè)的發(fā)展，同時(shí)也帶動(dòng)制造業(yè)新模式的創(chuàng)新。