云制造环境下软制造资源服务共享研究

邓飞，李文忠，乔云霞

(1.河北科技大学机械工程学院，河北石家庄050000;2.石家庄诚志永华显示材料有限公司，河北石家庄050000)

受全球性经济不景气的影响，作为我国经济支柱产业的机械制造行业，正面临严峻的竞争和考验，很多制造企业在经过前些年的快速扩张后，开始面临订单不足、产能过剩、生产成本增加、市场竞争加剧等诸多问题。严峻的形势正迫使这些企业进一步采用先进制造模式和更新信息技术观念，从而快速整合社会制造资源，提升自身的综合竞争能力。

近几年，由于互联网、云计算等技术的快速发展与广泛应用，促成了制造技术、先进信息技术和物联网技术等技术模式的交互融合，形成了一种面向服务的网络制造新模式——云制造。云制造通过建立面向整个制造业的资源共享服务平台，按用户需求实现产品从设计、生产、销售、应用以及维护的全新网络制造。建立科学合理的云制造服务平台，可以让不同的制造企业之间实现服务能力、技术能力、制造能力等制造资源的全方位共享与利用，提高制造企业的快速响应和柔性制造能力，从而降低企业成本，增强企业的综合竞争力［1］。

云制造中的物理制造资源，作为系统的核心主体对象，对云制造系统平台的构建、实施与应用极为重要，尤其是云制造服务商(制造企业)提供的各种软制造资源，通过对其进行合理优化配置与共享应用，在不需要多少额外投入的情况下，即可快速提高各企业的制造与服务能力。目前我国对云制造的研究，主要集中在对云制造的整体架构与功能分析与探索，本文作者通过对制造资源体系中软制造资源具体内容进行分类与研究，按照制造即服务的云制造理念建立理论结构模型，将对云制造的研究推向细节研究［2］。

1 软制造资源服务共享系统的应用范畴

物理制造资源的共享是将广域范围内不同制造企业的设备资源、研发资源、软件资源等按照一定的标准规范进行数字化，利用物联网技术、计算系统虚拟化技术和信息物理系统技术等形成虚拟制造资源，从而建立面向云制造服务商、云制造系统运营商和云制造服务消费商的制造云资源共享平台，实现产品从需求—设计—仿真—生产—维护的全方位反馈式、柔性化的快捷制造服务［3］。

1.1 制造资源的分类

物理制造资源主要分为硬制造资源和软制造资源，硬制造资源主要包括加工中心、机床、计算测量设备、测试设备、仿真试验设备等各种加工制造型硬设备;软制造资源主要包括制造过程中积累的图档技术资料、先进工艺加工资料、新技术产品开发能力等［4－5］。硬制造资源体现了制造云的基础制造能力，对制造效率的提高，弹性空间不大，并且相关资源共享服务易于实现，而软资源共享体现了制造云的快速制造能力，新产品开发的第一步就是对产品进行分析、设计与仿真，通过对历史资料进行检索、移植和改造，建立科学、合理、完善的软资源共享服务，对提高产品的制造效率能起到事半功倍的效果。物理制造资源共享平台构成如图1所示。

图1 物理制造资源共享平台构成

1.2 软制造资源的包含范围

(1)技术图档资料。包括以往生产设计的各产品的图纸档案资料、数字模型仿真资料、性能分析资料等。

(2)先进生产加工工艺过程。尤其是高精尖技术产品的生产加工工艺，不但能够决定产品的开发成败，而且对生产效率的提高也有很大的影响。

(3)新技术开发能力。不同的制造企业研发能力不同，各有侧重，通过将本企业的特长开发能力资源进行共享，实现不同企业间的技术开发能力互补，既加速新产品的研发速度，又充分利用相关企业的剩余研发能力，提高相关企业的创新能力。

2 软制造资源服务共享的理论结构

软制造资源服务共享的理论结构主要分为两部分，一部分为云制造服务商与云制造系统运营商对软制造资源信息的共享处理与流动，另一部分为云制造服务商、云制造系统运营商和云制造消费服务商的信息交流与反馈。如图2所示。

图2 软制造资源信息流程图

2.1 共享资源的处理与流动

各个制造企业(云制造服务商)将其自身的软制造资源归纳总结后提供给云制造系统服务商，系统服务商根据各制造企业提供的各种软制造资源按各企业知识产权要求划分为免费共享资源、租赁应用资源、协作开发资源和独享开发资源四类权限的共享资源，这些软制造资源被存储在共享服务平台上，不同云制造服务商和消费服务商可按其权限能力实现对共享资源的访问、浏览、查询和应用等服务。软制造资源流动过程如图2 中的空心箭头指向所示。

2.2 信息交流与反馈

在软制造资源服务共享体系中，信息交流是指云制造服务商、云制造系统运营商和云制造消费服务商对各种软制造资源的技术查询与交流、需求分析与应用、管理与运行、开发方案研讨与反馈等，主要包括以下几种信息流，如图2 中的实心箭头所示。

(1)云制造服务商对共享平台内信息的查询与应用，掌握平台内各种软制造资源信息。

(2)云制造服务商和云制造系统运营商的信息交流。云制造运营商将云制造消费服务商的需求信息提供给各制造企业，各制造企业将开发方案反馈运营商。

(3)云制造消费服务商和系统运营商信息交流。消费服务商通过对软资源共享平台的信息检索查询，将适合自己需求的技术开发要求提交系统运营商，由运营商负责中间信息的归纳传递，随后将制造企业的开发方案反馈消费服务商。

通过以上资源流和信息流的双向流动，即构建成软制造资源服务共享的理论结构体系。

3 实现软制造资源服务共享的关键技术

云制造中的软制造资源服务共享平台，不仅包括书面信息资源、电子信息资源，还包括无形的技术能力信息资源［6］，这些繁杂的资源需要转化为共享平台能够接受、存储的信息资源，并且共享平台还要提供针对不同使用者的功能完善、处理迅捷、安全可靠的人机交互功能，因此需要在以下3 个方面进行专门的技术开发。

3.1 建立完善的软制造资源信息共享支撑平台

支撑平台的初期建设工作量非常大，首先要对各制造企业提供的各种可共享资源进行分类，按企业知识产权要求和资源类别进行不同的访问权限设置;其次利用物联网和CPS 技术对各类资源进行数字化和信息化处理，建立详细的资源分类目录以及紧密相连的标题索引、关键字索引、正文索引、二维或三维历史成果仿真图索引等;最后建立功能完善，易于操作的数据处理、存储数据库，实现对共享资源的全面管理［7－8］。

3.2 建立具有动态调度能力的普适人机交互功能

人机交互功能的实现主要基于Web 开发，以充分利用因特网的广域性，主要具有特点:

(1)开发友好简洁的操作界面，以利用各服务群体的快速掌握。

(2)具有面向不同权限用户群的资源信息访问、修改、添减、搜索功能。

(3)具有针对云制造消费服务商需求的自动汇总上报和云制造服务商动态调度能力，建立对客户需求的快速反应机制。

(4)具有科学合理的诚信保障功能。诚信合作是整个云制造系统能否顺利实施的保障，因此是资源共享服务管理系统不可缺少的功能。

3.3 共享费用核算原则

云制造的目的是调整优化制造产业结构，整合制造资源，为产品提供高附加值、低成本的制造服务，而盈利是企业生存与发展的基础，不同的制造企业作为云制造服务商，必须建立与整个制造体系相适应的费用核算原则，这也是系统开发的难点。需要核算的费用包括云制造系统内各方的咨询费用、设计开发费用、制造费用、维护费用以及系统运营费用等各种费用的核算，制定科学合理的核算原则，是保障系统良性运行的关键。因此总的原则应该是合作共赢，利润共享，按量分配。

4 结束语

云制造服务平台的研究在我国尚处于理论研究阶段，在国际上也属于研究的前沿课题，以云制造理念为基础提出的的软资源服务共享管理的研究，则是对云制造系统总体构建中的具体架构探索。通过对软制造资源服务共享的分析研究，提出了建立云制造环境下软资源服务管理系统的理论架构和实施中的关键技术。而对于具体的实践型系统的技术应用开发，还有待与云制造系统的其他各个构建结构统一设计、相互依托、并行开发。

［1］李伟平，林慧苹，莫同，等.云制造中的关键技术分析［J］.制造业自动化，2011，33(1):7－10.

［2］李伯虎，张霖，任磊，等.再论云制造［J］.计算机集成制造系统，2011，17(3):449－457.

［3］冀阿强，段晓峰.面向云制造的制造资源模型研究［J］.中国制造业信息化，2012，41(17):5－8.

［4］尹超，黄必清，刘飞，等.中小企业云制造服务平台共性关键技术体系［J］.计算机集成制造系统，2011，17(3):495－503.

［5］李伯虎，张霖，柴旭东.云制造概论［J］.中兴通讯技术，2010，16(4):5－8.

［6］李春泉，尚玉玲，胡春杨.云制造的体系结构及其关键技术研究［J］.组合机床与自动化加工技术，2011(7):104－107.

［7］李向前，杨海成，敬石开，等.面向集团企业云制造的知识服务建模［J］.计算机集成制造系统，2012，18(8):1869－1880.

［8］张榛楠，钟佩思.面向云制造的网络研究［J］.现代制造工程，2012(5):131－134，35.