云模式的机床供应链运作流程建模与计算*

姚立国，黄海松，田 野，张喜根

(1.贵州大学 现代制造技术教育部重点实验室，贵阳 550025；2.承德石油高等专科学校 工业技术中心，河北 承德 067000)

云模式的机床供应链运作流程建模与计算*

姚立国1，黄海松1，田 野2，张喜根1

(1.贵州大学 现代制造技术教育部重点实验室，贵阳 550025；2.承德石油高等专科学校 工业技术中心，河北 承德 067000)

为解决现有机床供应链存在的信息不对称、资源共享低，协同困难、运营效率较低等问题，分析了机床供应链的运营现状，将云技术应用于机床供应链，提出了一种云模式下机床供应链协同模型。进行了云模式下机床供应链系统架构，通过客户需求的分解、抽取将需求分发到对应的子云平台及企业群，由胜出企业协调协同服务，以服务和的形式来满足客户需求。并运用LINGO软件寻求该模型下供应链成本最低的供应路径，从而有效提高机床供应链服务效率和质量。

云平台；机床供应链；供应链管理；供应链成本

0 引言

随着社会的发展和科技的进步，信息交换和处理的速度越来越重要。在数据时代，物联网、大数据、云计算等技术广泛应用于一些传统行业，提高传统行业的运作效率，带来经济效益。由于这些技术的规模经济性、高可靠性、支持快速部署、实现高效低耗等优势[1]，逐步得到制造业青睐，如美国搭建全球最大的制造业B2B在线交易平台MFG、邓朝晖等[2]基于智能磨削云平台成功开发了CSIDB和CSGIA等系统、曾宇等[3]提出工业云计算平台的体系架构并在北京进行了前期应用、顾新建等[4]以宁波模具制造业为应用背景开发出模具行业云制造服务平台等。

机床供应链作为典型的离散型制造业供应链[5]，要求满足采购、财务、物流、销售以及上下游供应商之间各种需求。机床供应链由机床制造企业和围绕它的原料供应、运输等其他不同的相关企业构成，这些不同的企业有着不同的工作方式和管理方法，且常因知识共享问题、收益分配问题、诚信度问题和供应链成员风险创新等造成企业矛盾难以协同合作，使企业协同度成为机床供应链管理上的重要困难[6]。目前，较多大型机床企业碍于外部供应链涉及的企业过多和管理复杂，同时认为机床行业主要是零部件，导致多数机床行业供应链应用于企业内部的设计、采购、制造、销售等部门管理，较少应用于实现上下游之间的协同管理。普通的软件供应商在不了解行业规则的前提下，很难研发、设计和维护符合要求的软件，而企业自主研发的产品系统又可能过于个性化无法统一标准。因此，面对经济全球化下的机床供应链发展，中小型机床企业普遍感到乏力，缺乏参与的积极性。

在供应链全球化的背景下，制造业公司之间的合作越来越重要。如一架波音777飞机有300万个零部件，由来自全球17个国家的900多家供应商提供，最后在波音公司进行组装调试和试飞。这样不仅减少各项零部件的制造成本，也减少制造时间，使得产品完成时间更快，更有竞争力。机床行业作为机械制造业的关键行业，还在走独自生产、组装、调试的老路。使得机床供应链系统研发、维护困难，协同度低。为解决上述机床行业存在的问题，本文提出一种云模式的机床供应链运作流程，建立了运作流程模型，并通过实例解释了该模型的应用过程,并运用Lingo软件对供应链运作进行了成本计算，对供应链系统进行了优化改进。

1 机床供应链云模式架构

云计算的核心思想[7-10]是组建一个抽象的、通用的、高度虚拟化的和可动态扩展的资源池，能够将分散的网格、服务器、存储、应用软件、服务资源聚集、整合到“云”后统一存储其中，然后企业用户或个人通过网络按需付费随时索取的计算服务。

1.1 云计算分类

云计算(Cloud Computing)[7-8]是一种基于互联网的新型计算模式，是分布式计算、并行计算、效用计算和网格计算等传统计算机和网络技术的延伸与发展。通过对云计算的过程进行不同层次分类，如图1所示可以划分为以下3种。

图1 云计算层次图

(1)IaaS(Infrastructure as a Service，基础架构即服务)：用户通过租用互联网数据中心、基础硬件等资源来解决自身需求。

(2)PaaS(Platform as a Service，平台即服务)：用户通过租用的基础架构，可以在此基础架构上建设不同的信息库来解决自身需求。

(3)SaaS(Software as a Service，软件即服务)：用户通过租用具体功能的APP、PC应用程序等软件资源来解决自身需求。

1.2 机床供应链云平台模型

机床供应链是由上中下游的供应商企业群、制造商企业群、仓储物流商企业群和销售售后商企业群构成的复杂体系。机床供应链云平台提供面向多合作企业、多业务协同的信息服务。采用有效信息和合理的服务模式来搭建云平台以及将大规模的资源转变为大规模的业务协作是支撑供应链协同服务的关键[11]。图2为基于SaaS的机床供应链云平台模型，模型构建思路为：在机床供应链云平台的基础上将平台划分为协同供应、协同制造、协同仓储物流和协同销售售后4类子云平台，平台采用多种数据融合技术实现在供应链运营中的信息传递与获取。以信息流交换的方式将机床供应链协同供应、协同制造、协同仓储物流和协同销售售后等业务转化为在云平台上信息与数据的交互，最终，形成机床供应链云模式服务体系。

图2 机床供应链云模式

模型的工作流程为:客户将对机床产品的各种需求信息通过云信息发布端上传至机床供应链云服务平台(云资源池)，云平台将需求信息分解、分析，分配至对应的子云平台，并进行数据存储；各个子云平台向对应的动态联盟企业群进行需求信息发布，由企业群对此需求信息进行分析和投标，根据竞标结果，将该业务分配给优胜企业，达成供需合同。优胜企业根据该业务特点进行不同云服务体系的组合，构建虚拟企业来完成该业务。

2 机床供应链应用

2.1 机床供应链运作流程

机床供应链运作流程如图3所示，包括客户将需求信息提供给机床厂商，系统将所得信息进行分类，并下发给可提供相应服务的厂商，由厂商对所得信息进行分析整理，提交拟解决方案并竞标，客户通过对不同标的的判断，如果客户不同意方案，厂商可进行修改后再提交；如果认可方案即采纳。

图3 机床供应链运作流程

2.2 机床供应链应用系统

21世纪各类企业之间的竞争愈发激烈，随着制造业信息化的发展，机床类的制造企业也在供应链上谋求新的改变，良好的供应链管理会使供应链的运营最优化，也使利润最大化。在此背景下，开发了机床供应链管理云平台系统，如图4所示，分为表现层、业务层和数据层。

图4 机床供应链系统架构

(1)表现层

表现层根据授权等级的不同，分为普通客户、VIP客户和管理员。通过人机交互界面和业务层进行各种信息的传递与获取。普通用户获得的授权较低，可以使用管理系统中必要的功能；VIP客户获得的授权高，在使用管理系统中必要的功能的基础上，可根据自身企业的特点类型增加定制服务，更有效的对供应链进行管理，但定制服务需要进行额外收费；管理员则通过软件设计界面和软件管理界面对软件进行设计改进和系统维护。

(2)业务层

业务层根据不同部门的职责，分为供应商业务系统、制造部门业务系统、仓储中心业务系统、物流公司业务系统和客户业务系统。各个系统之间进行协同工作。

(3)数据层

数据层是整个管理系统的核心。数据层中的各分数据库与业务层中的业务系统相对应。它包含了整个管理系统所需要的信息流，根据不同的信息流，数据层可分为服务数据库、运营数据库、制造数据库、零件数据库和价格数据库。

3 供应链成本的计算

3.1 机床供应链成本基本理论

在制造业全球化的背景下，为提高运营效率，节约成本，很多机床公司都采用分散式的生产供应模式，在其他地方设立分制造部门、仓库中心等。这样就涉及到一个供应链成本最优的问题。假定如图5所示，由N家供应商(Suppliers)向N家制造部门(Manufacturers)进行供应，产品由N家仓储中心(Warehouses)通过N家物流公司(Logistics companies)向N家客户(Customers)供应。

图5 供应链系统总图

LINGO软件是由美国LINGO软件公司推出的专门用于求解线性规划、非线性规划问题的软件。本文利用LINGO14.0软件对机床供应链线性规划问题进行求解。

Si指供应商Ai的供给水平；Mi指制造部门Bi制造水平；Wi指仓储中心Di的处理水平；Li指物流公司Ei的运送水平；Ci指客户Fi的需求水平；CMi指制造部门Bi生产成本；CWi指仓库中心Di的保管费；CLi指物流公司Ei的运送费；SMij供应商Ai向制造部门Bj交货数量；MWij指制造部门Bi向仓库中心Dj进货的数量；WLij指仓储中心Di向物流公司Ej出货的数量；LCij指物流公司Ei向客户Fj运送数量。其中i,j=1,2…n。图3中两部门间连线数字表示运输成本。

LINGO求解表达式：

(1)

(2)

(3)

(4)

(5)

(6)

(7)

(8)

(9)

机床供应链物流成本计算要根据具体的生产管理过程来决定，并结合机床厂自身情况，将具体数值带入上述公式中，可得出合理的部门种类数量和个体数量，通过增减数目，可达到机床供应链成本最小的目的。

3.2 应用实例

如图6所示为某机床供应链系统。该机床供应链中有3家供应商向机床厂供应原材料，通过4个制造部门的加工与组装，可存放在2个仓储中心中，由2家物流公司向3个客户发货。图中两部门之间连线上的数字表示单位运输成本。

图6 某机床供应链系统

现已知条件为S1=3000，S2=4000，S3=2000；M1=4000，M2=3000，M3=4000，M4=2000；W1=8000，W2=6000；L1=8000，L2=6000；C1=3000，C2=2500，C3=1000。

经过Lingo求解得：S11=0,S12=1000,S13=2000,S14=0,S21=0,S22=1500,S23=0,S24=0,S31=0,S32=0,S33=2000,S34=0,M11=0,M12=0,M21=2500,M22=0,M31=4000,M32=0,M41=0,M42=0,W11=0,W12=6500,W21=0,W22=0。最小成本Min=920200元。

图7 优化改进后的机床供应链系统

最优供应方案如图7所示：供应商A1分别向制造部门B2和B3供应1000单位和2000单位的零部件，供应商A2向制造部门B2供应1500单位的零部件，供应商A3向制造部门B3供应2000单位的零部件；制造部门B2将2500单位产品存储在仓储中心D1中，制造部门B3将4000单位产品存储在仓储中心D1中。最后，由物流公司E1将存在仓储中心D1中6500单位的产品向客户F1配送3000单位，向客户F2配送2500单位，向客户F3配送1000单位。

4 结束语

应用云技术于制造业供应链已成为行业的发展趋势，效率较高、易于协同管理的供应链成为互联网+下制造业创新战略的重要保障。

文章将云技术与传统的机床行业相结合，提出了一种机床供应链云平台创新模型，通过供应链的调整和重构，提高供应链效率，易于协同工作。利用LINGO软件对模型进行最优值求解，在保证最小成本的条件下提升供应链的效率和质量。通过在机床企业中的实际应用，证明该模型可提高企业间协同效率，为客户提供更好的服务。

[1] Yang L. Supply Chain Logistics Management Based on Grid Optimization Information Sharing Technology [J]. Applied Mechanics & Materials, 2014, 644-650 :6174-6177.

[2] 邓朝晖，刘伟，吴锡兴，等.基于云计算的智能磨削云平台的研究与应用[J]. 中国机械工程，2012,23(1)：65-68,84.

[3] 曾宇，王洁，吴锡兴，等.工业云计算平台的研究与实践[J].中国机械工程，2012,23(1)：69-74.

[4] 顾新建，黄沈权.模具行业需求驱动的云制造服务平台[J].计算机集成制造系统，2012,23(1)：1650-1657.

[5] 陈月圆.机床供应链运行质量评价与诊断技术研究[D]. 重庆:重庆大学，2012.

[6] 王磊,郭伟. 协同供应链质量系统集成评价方法研究[J]. 组合机床与自动化加工技术,2007(1):14-16.

[7] 赵红，苏剑峰.基于云计算的装备制造业供求平台设计[J].沈阳工业大学学报(社会科学版),2015,8(2)：140-146.

[8] 林云，田帅辉.物流云服务——面向供应链的物流服务新模式[J].计算机应用研究，2012,29(1)：224-228.

[9] 孙龙飞.数控机床设计制造资源云服务关键技术及其应用研究[D].杭州:浙江大学，2014.

[10] 李伯虎，张霖，王时龙.云制造—面向服务的网络化制造新模式[J].计算机集成制造系统，2010,16(1)：1-7.

[11] 李斌勇,孙林夫,王淑营,等. 面向汽车产业链的云服务平台信息支撑体系[J].计算机集成制造系统,2015,21(10):2787-2797.

(编辑 李秀敏)

Machine Tool Supply Chain Process Modeling and Calculation Based on Cloud Model

YAO Li-guo1，HUANG Hai-song1，TIAN Ye2，ZHANG Xi-gen1

(1.Key laboratory of Advanced Manufacturing Technology, Ministry of Education，Guizhou University，Guiyang 550025，China；2.Center of Industry and Technology, Chengde Petroleum College, Chengde Hebei 067000,China)

To solve the existing machine that exist in the supply chain of asymmetric information and resources sharing low, coordination difficulties, operational efficiency is low, analyzes the operating status of supply chain in machine tools, will cloud technology used in machine tool supply chain, put forward a cloud model machine tools under supply chain collaboration model. The cloud model of machine tool supply chain system architecture, by customer demand decomposition, extraction needs to be distributed to the corresponding cloud platforms and enterprise group, by the winning enterprises coordinate collaborative service, in the form of services and to meet customer demand. And the LINGO software is used to find the supply path of the lowest supply chain under the model, so as to effectively improve the efficiency and quality of the machine tool supply chain.

cloud platform; machine tool supply chain; supply chain management; supply chain costs

1001-2265(2017)02-0108-04

10.13462/j.cnki.mmtamt.2017.02.027

2016-04-26；

2016-05-18

国家科技支撑计划(2014BAH05F01)；贵州省重大基础研究项目(黔科合JZ字[2014]2001)；贵州省自然科学基金项目(黔科合J字[2015]2043号)；贵州省研究生工作站建设任务合同(黔教研合JYSZ字[2014]004)；贵州省工业攻关计划项目(黔科合GZ字[2015]3034号)；贵州省机场集团有限公司贵州省机场系统智能化控制技术应用工程研究中心建设项目；贵州大学研究生创新基金(研理工2016025)

姚立国(1990—)，男，甘肃永昌人，贵州大学硕士研究生，研究方向为制造物联与制造大数据，(E-mail)yaoliguo1990@163.com；通讯作者：黄海松(1977—)，女，彝族，贵州大方人，贵州大学教授，博士生导师，研究方向为制造物联与制造大数据，(E-mail)huang_h_s@126.com。

TH166;TG506

A