云制造

未来的制造模式——云制造

摘要：云制造是一种面向服务、高效低耗和基于知识的网络化、敏捷化制造新

模式和技术手段，是现有云计算和现有制造业信息化中的网络化制造、ASP平台、制造网格等概念和技术的延伸和拓展。它融合现有信息化制造技术及云计算、物联网、面向服务、高性能计算、智能科学技术等信息技术，将各类制造资源和制造能力虚拟化和服务化，构成制造资源和制造能力池，并进行统一的、集中的智能化管理和经营，实现多方共赢、普适化和高效的共享与协同，通过网络和云制造服务平台为用户提供可随时获取的、按需使用的、安全可靠的和优质廉价的制造全生命周期服务。云制造为制造业信息化提供了一种崭新的理念与模式，它将现有的众多先进的制造技术虚拟化放到云池中，然后服务人员将虚拟化的制造资源投放在网上供需求人员调用，需求人员将各种制造资源结合在一起，实现制造自己需要的产品。云制造作为一种初生的概念，其未来具有巨大的发展空间。

关键词：云制造、云池、消费者、操作者、技术提供者

1、综述：

我国李伯虎院士提出：云制造是一种面向服务的、高效低耗和基于知识的网络化敏捷制造新模式，是现有云计算和现有制造业信息化中的网络化制造、ASP 平台、制造网格等概念和技术的延伸和拓展【1】。

李伯虎院士率领的云制造研究团队同样指出，云制造是一种取代大规模生产的新的生产方式，它像云计算一样，是一个分散式和大规模批量式并行的生产模式，云制造将成为一个由小型制造业企业组成的超大规模网络的分布式系统，助推中国制造成为中国“智造”【4】。

在过去的20年间，制造产业为实现TQCSEEFK（也就是最快的上市时间，最高的质量，最低的费用，最好的服务，最清洁的环境，最好的灵活性，高知识），提出了许多种制造模式和制造技术。典型的例子包括计算机集成制造（CIM），敏捷制造（AM），网络制造（NM），虚拟制造（VM），全球化制造，应用服务

提供商（ASP），协作制造网络，精益生产，数字制造，工业化生产服务系统（IPS2），制造网格（MGrid），以及群众分包【2】。

尽管上述提到的每一种先进技术和模式都有自己的侧重点，但是他们都以网络，资源分享和合作生产为中心。这些模式和技术已经为制造信息的发展最初了重要的贡献。然而，如何进一步优化资源的分配，强化资源利用，减少资源和能量的消耗，从而实现从面向生产型的制造向面向服务性的制造的转变一直没有得到有效的解决【3】。在这种情况之下，云制造在云计算的基础上就随之产生了。

在云制造的流程中，制造资源的优化分配（OACR）是实施云制造的核心工作。高异质性，高动态性，以及虚拟化使得OACR在网格系统和云计算系统中变得比传统的制造模式中的相同的问题更复杂【5】。云制造资源虚拟化，是指通过虚拟化技术来实现物理资源到虚拟资源的透明化映射，由服务提供者对云制造资源进行统一描述，然后加入到云制造资源池中，可在云制造平台上注册并供服务使用者查询和使用【6】。云制造中，物联网是一个相当重要的技术，物联网技术、产业与应用的前景光明， 但总体来说物联网在中国的发展尚处于初创阶段，任重道远，尚需从长计议和持续努力奋斗【7】。

云制造被描述为一种从现有的先进的制造模式（例如，服务应用提供商、敏捷制造、网络制造、以及制造网格等）发展而来的面向计算和服务的制造模式，其中，企业的的信息技术由云计算、物联网、虚拟化和面向服务的技术以及先进计算技术来支持。据预计，这种制造模式将会减少资金增加资源的利用率【8】。

传统的面向产品的制造业正在向面向服务的制造业，在制造行业中，制造服务将是一种全新的制造模式【9】。

在我国，云制造的发展在技术上，还需要以应用需求为牵引，大力加强信息化制造技术的研究与实施，大力加强各类资源和能力的物联化、虚拟化、服务化、协同化的研究与实施，大力加强云制造运营模式和标准化的研究与实施【10】。

2、云制造的提出的背景及世界各地云制造的起步：

云制造，是在“制造即服务”理念的基础上，借鉴了云计算思想发展起来的一个新概念。云制造是先进的信息技术、制造技术以及新兴物联网技术等交叉融合的产品，是制造即服务理念的体现。采取包括云计算在内的当代信息技术前沿

理念，支持制造业在广泛的网络资源环境下，为产品提供高附加值、低成本和全球化制造的服务。

尽管综述中提到的每一种先进技术和模式都有自己的侧重点，但是他们都以网络，资源分享和合作生产为中心。这些模式和技术已经为制造信息的发展最初了重要的贡献。然而，如何进一步优化资源的分配，强化资源利用，减少资源和能量的消耗，从而实现从面向生产型的制造向面向服务性的制造的转变一直没有得到有效的解决。一些问题需要进一步研究，例如：

（1）、支持免费交易的有效的模式标准，制造资源、能力和服务的按需使用；

（2）、制造知识的管理和创新技术的应用；

（3）、智能感知以及将不同的物理制造资源、能力连接到网络中； （4）、基于知识制造资源和能力的虚拟化以及服务封装； （5）、在更宽广的网络环境中可靠的安全方法和技术。

这些问题早就已经存在于综述中提到的各种先进制造方法的物理应用与开发中了。与此同时，许多新兴的技术不断产生，并被广泛的应用于各种不同的领域，例如先进的计算方式与技术，虚拟化技术，物联网技术，智能封装系统与技术，等等。这些技术是有效处理上述制造业中出现的问题的使能力量。

经过短暂的交流，将上述的新兴技术与企业中已经存在的技术糅合在一起，一种面向计算和服务的制造模式——云制造就随之产生了。

3、云制造的大体流程：

云制造建造过程中需要涉及到三个方面的人员。这三个方面的人员分别是，制造资源的提供者，云制造的操作者，以及云制造的使用者。云制造的模式运行首先要由制造资源的提供者提供制造的资源，然后，由云制造的操作者将云制造的制造的资源进行虚拟化，然后将虚拟化的制造资源放在制造资源的云池中，并向制造资源的使用者提供制造的服务，这样云制造的使用者在云制造的云池中就可以挑选自己需要的制造资源，然后将各种制造资源拼装在一起，用来生产自己的想要生产的产品。

如同图一描述的，在云制造系统中包括三个主要的参与者，这三个参与者可

以如下所示粗略的描述： 3.1、提供者：

提供者拥有并提供制造过程中涉及到全寿命周期的制造资源和能力，而消费者提供资金。提供者可以是一个人，一个组织、一个企业或者第三方。 3.2、操作者：

操作者操作云制造平台来向提供者、消费者和第三方提供服务与功能。他们处理制造云服务的组织、销售、通行证和顾问并且提供、更新和维护在制造云服务的操作中涉及到的技术与服务。 3.3、消费者：

消费者是制造云服务平台中的订购者。他们根据个人需要，通过支付操作费用，来从制造云服务平台购买制造资源的使用权。

图1

4、云制造的框架结构：

云制造的结构是一种分层的结构，大约包括下面所述的10层结构，分别是： 1.资源层：提供涉及制造全寿命周期的制造资源和能力，这些东西可以被封装在可以被用户或者消费者调用的服务中；

2.感知层：这一层的作用是感知物理制造资源的和能力，使他们能够别连接到更广阔的互联网中，以及进一步连接数据和信息；

3.资源虚拟层：该层的作用是用来将制造资源和能力进行虚拟化，然后封装在制造与服务中；

4.云服务层： 主要提供两种服务：制造云服务和制造功能核心服务。制造云服务是制造资源和能力服务封装的结果，它可以被终端用户调用。云制造功能的核心服务是由云制造服务平台为三类用户（提供者、操作者与消费者）提供的主要的服务。这些服务是用来操作，进入，调用云制造系统的，包括注册，调度，搜索，匹配，评估等等；

5.应用层：基于在拥有云制造服务系统的企业的现有的制造系统的集成应用层根据特殊需求开发了一种特殊的制造应用系统；

6.入口层：为用户进入云制造系统使用云制造的资源提供各种各样的人机交互界面；

7.企业合作应用层：有云制造系统与云制造功能核心服务支持，可以实现各种不同的合作应用，包括经济合作、商业合作、合作设计和制造合作；

8.知识层：提供其它层需要的各种不同的知识；

9.云安全层：为云制造系统提供各种不同的安全结构、机制和策略； 10.更宽的网络层：为所有的资源、服务、用户和操作提供基本的交流环境。

5.云制造的核心使能技术：

尽管云制造的进化需要几年甚至更长的时间来实现，下面六项核心技术将会让它快速成型。

1.云制造的基础：现有的制造信息化技术；

2.云计算：在制造活动中智能信息进程和决策的使能技术；

3.物联网技术：为实现在不同事物之间的智能感知和有效连接提供使能技术； 4.虚拟化技术：这项技术为用户将制造资源和能力隐藏起来；

5.面向服务的技术：比如面向服务的架构，网络服务和语义网络，这项技术可以为智能创建一个虚拟制造环境提供使能技术；

6.先进计算技术：这项技术为解决大范围和复杂制造问题，实施大范围合作制造提供使能技术。

6.云制造的特点：

云制造被描述为一种从现有的先进的制造模式（例如，服务应用提供商、敏

捷制造、网络制造、以及制造网格等）发展而来的面向计算和服务的制造模式，其中，企业的的信息技术由云计算、物联网、虚拟化和面向服务的技术以及先进计算技术来支持。据预计，这种制造模式将会减少资金增加资源的利用率。

对于云制造几点比较典型的特点如下所示： （1）、面向服务与需求

（2）、随着不确定性而动态变化 （3）、基于知识 （4）、创新性

（5）、物理资源的分散性与逻辑资源的集中 （6）、维基百科似的并且基于集团创新型的制造业 （7）、低门槛以及外包形式

7.云制造的未来发展：

云制造作为一种面向需求，面向服务的制造模式，它将制造资源、制造能力虚拟化之后放在制造云池中，然后由第三方提供给消费者使用。这种产生模式目前在我国的发展还处于起步阶段，国内研究这种生产制造方式的研究人员数目还很少。要想云制造在国内顺利的运行起来，还需要政府出台相关的政策，促进各地云制造的快速投入，从而实现大量的整合。

云制造的实现对于中小型企业尤为重要。首先，云制造可以为他们提供自己想要的生产的技术和设备，而不需要他们去购买昂贵的设备，高额招聘薪金高额的技术人员，他们只需要在云池中寻找自己想要的制造资源与制造能力即可。这样，社会的制造资源和制造能力的能量将会得到充分的发挥，实现最大的价值。

云制造模式最大的倚靠，同样也是市场需求。事实上，我国广大中小制造企业无不期盼得到自己渴求的制造资源和相关技能、知识方面的支援，但是目前很多企业都找不到门道，但只要云制造的基础工作做到位，企业们意识到云制造真的有用，并能够方便地接入云制造服务云池，市场竞争自然会令他们选择更先进的制造模式。而形成了这样的互动，中国的云制造也将在实践中磨砺得更加出色。

8.参考文献：

【1】云制造—制造领域中的云计算，李伯虎，中国制造业信息化·2011 年5 月 【2】F Tao，Cloud manufacturing: a computing and service oriented

manufacturing model，Proc. IMechE Vol. 225 Part B: J. Engineering Manufacture 【3】Tao, F., Hu, Y. F., and Zhang, L. Theory and practice:Optimal resource service allocation in manufacturing grid, ed.1st 2010, pp. 1–18 (China Machine Press,Beijing).

【4】云制造蓄势待发 计算机世界/2013 年/9 月/30 日/第040 版 记者 徐昊 【5】Yuanjun，A study of optimal allocation of computing resources in cloud manufacturing systems，Int J Adv Manuf Technol (2012) 63:671–690

【6】姚锡凡，云制造资源的虚拟化与服务化，华南理工大学学报( 自然科学版)，第41 卷第3 期

【7】李伯虎院士谈物联网：前景光明任重道远，中国航天2010 年第11 期

【8】XiVincentWang，An interoperable solution for Cloud manufacturing Robotics and Computer-Integrated Manufacturing 29 (2013) 232–247 【9】Biqing Huang，Cloud manufacturing service platform for small- and medium-sized enterprises ，Int J Adv Manuf Technol (2013) 65:1261–1272 【10】云制造落地需补充“养分”——对话中国工程院院士李伯虎 计算机世界/2013 年/9 月/30 日/第044 版 记者 别坤

本文来源：https://www.bwwdw.com/article/0or5.html