工业工程毕业设计（论文）-面向产品全生命周期云工艺管理研究.doc

大连交通大学2011届本科生毕业设计（论文）摘 要基于云计算、云制造理念，提出的一种面向服务，高效便利和基于知识网络化智能新工艺管理模式云工艺管理。云工艺管理是现代工艺管理的前瞻性课题,其融合了现有的信息化管理，ERP,云计算，物联网、语义Web，高性能计算等技术,能够为制造全生命周期提供及时可靠，优质的管理指导与服务。本文在工艺管理现状及云计算、云制造研究的基础上，结合大连机车车辆厂实际情况，进行了面向产品全生命周期云工艺管理研究，阐述了云工艺管理系统的构建过程。对云工艺管理模式下的资源进行了详细分类，并对构建过程中所涉及的资源的感知、虚拟接入、服务化和云服务部署等关键问题展开了研究，给出了工艺管理云及工艺管理云服务的相关说明。在此基础上进一步提出了云工艺管理应用模式，为最终实现高效、智能的云工艺管理系统提供了支持。结合产品全生命周期设计工艺管理、现场工艺管理任务需求，依据所提构建方法与关键技术，初步建立了面向用户需求工艺管理实例应用模型，为云工艺管理的进一步研究奠定了基础。关键词：云工艺管理 云计算 工艺管理云ABSTRACTbased on the philosophy of cloud computing and cloud manufacturing,a new intelligently networked process management model called cloud process management has been proposed which is service-oriented, highly efficient , and is knowledge based.cloud process management is prospective subjects of modern process management.By integrating state-of-the-art technologies such as informatized management, ERP,cloud computing, the Internet of things, semantic Web and high performance computing, cloud process management provides timely and reliable, quality management guidance and services for users involved in the whole manufacturing lifecycle. On the basis of Management of Technology and Cloud Computing, Cloud Manufacturing,This article carried out for product life cycle management of cloud process, cloud process management system described in the build process. With the actual situation in Dalian Rolling Stock Plant.Process management of cloud resources under a detailed classified, And build the resources involved in the process of perception, virtual access, services, service deployment and cloud the research and other key issues, given the process management and process management of cloud cloud service instructions. On this basis, further raised the cloud process management Application mode for the final efficient, intelligent management system for cloud technology provided support. With product life cycle design process management, process management field mission requirements, according to the proposed construction method and related Key technology, initially developed for the application of user needs an instance of process management model for cloud process management laid the foundation for further study.Key words: cloud process management cloud computing process management cloud目 录前 言1第一章 云工艺管理理论基础21.1 现代工艺管理概述21.2云工艺管理的技术基础3第二章 云工艺管理的提出92.1云工艺管理的提出92.2云工艺管理、云制造与云计算三者关系9第三章 云工艺管理结构模型建立123.1资源云133.2工艺管理云143.3 应用云153.4 构建关键技术16第四章 云工艺管理应用模型建立184.1 云工艺管理运行原理184.2 云工艺管理应用模式18第五章 应用模型单元实例215.1应用现状分析215.2应用单元模型23结 论26谢 辞27参考文献2829前 言20世纪中叶以来，随着微电子、自动化、计算机、通信、网络、信息等科学技术的迅猛发展，掀起了以信息技术为核心的新浪潮。被“网络化”“ 信息化”打上烙印的21世纪，已经改变或正在改变人类获取、处理、传送及利用信息和知识的方法，从而推动人们的生活方式、生产方式甚至社会结构和社会分工发生史无前例的变化。制造生产作为人们生产活动的重要部分，正在经受着这股浪潮带来的挑战与机遇，计算机集成制造、数字制造、云制造一个个应运而生，可是与之相关的管理技术此时却原地踏步。面向产品全生命周期的云工艺管理正是基于高速发展的信息技术及目前制造业在云计算、云制造的背景下相应工艺管理的空白，提出的一种面向服务，高效便利和基于知识网络化智能新工艺管理模式。其提出为实现信息化增效与资源服务增值，以及工艺管理资源和能力的共享与协同，提供了一种新的思路。云工艺是云设计和云制造的桥梁。云制造需要与工艺管理的支持，云工艺管理基于云制造，通过运用包括云计算在内的当代信息技术前沿理念，支持现代制造业在广泛网络资源环境，为产品提供高附加值、低成本和全球化制造的工艺服务。云工艺管理融合现有的信息化管理，ERP,云计算，语义Web，高性能计算等技术，通过对现有网络化制造与工艺管理服务技术进行延伸和变革，将各类制造资源和工艺管理技术虚拟化、服务化，并进行集中的智能化管理和经营，实现智能化、多方共赢、普适化和高效的共享和协同，通过网络为产品全生命周期提供可随时获取的、按需使用的、安全可靠的、优质廉价的工艺管理服务。云工艺管理运用了系统思想和系统分析方法来指导工艺管理的实践活动，解决和处理工艺管理的问题，注重“效率”和“效果”的结合，打破现代工艺管理在实践中的片面性和受局部影响。为用户享受到跨地域、高效优质，面向用户需求的工艺管理服务提供了可能，真正让工艺管理适应先进制造模式的需求。本文围绕着工艺管理系统的建立，通过对面向产品全生命周期的现代工艺管理，云制造、云计算、物联网、语义网等相关理论的研究,以及通过深入剖析云工艺管理系统的构建过程，初步构建了云工艺管理的结构模型，应用模型，并对构建过程中所涉及的核心关键技术做了更深入的探讨。在此基础上，结合大连机车车辆厂的实际情况，建立了工艺文件检索对照应用单元模型和质量控制点在线监控需求单元模型两个应用单元模型，并对其构建意义和使用分析进行了较为详细介绍。第一章 云工艺管理理论基础1.1 现代工艺管理概述1.1.1工艺管理的概念有人群的地方就有管理，管理是伴随组织出现而产生的。管理既是协作劳动的必然产物，又是人类社会需求的产物。管理是一项活动，又是一个过程，有着目的和内容。所谓管理，是指管理者在特定环境下，对组织的各类资源进行有效的计划，组织领导和控制，是组织成员高效率地实现既定目标的活动过程1。处在运动状况的社会存在，他对管理的需求，总的来说其领域可以归到三大类：经济领域、政治领域、文化领域。经济是社会的基础，需求和供给又是这个基础上的两个最基本的现象。有了需求和供给框架，也就有了社会生产，有了分配、交换、消费各环节。协调社会总生产过程中生产、分配、交换、消费四个环节所发生的社会关系，无疑是管理的首要任务。工艺管理是管理学科的一个分支，它是指工艺管理人员，根据一定的理论、原则、规定、程序，运用一定的方式和方法，对企业制造工艺过程进行有效的计划、组织、指挥、协调和控制,使企业所拥有的技术最大程度转化为生产力的目标。1.1.2工艺管理工作的意义科学技术转化为生产力，一定要通过工艺技术、工艺装备、工人的操作技能在内的工艺工作来实现。工艺管理工作就是运用科学方法，使生产力中各个因素加以综合，从而提高企业效益。工艺管理工作在实际生产过程中有着重大意义。工艺管理工作主要解决实际生产过程中用什么生产资料、方法和手段制造出用户需要的产品问题。马克思在资本论中曾指出，各个经济时代的区别，不在于生产什么，而在于怎样生产，用什么样的劳动工具生产2。据国外资料介绍，劳动生产率的提高，60%-80%是靠采用先进的工艺技术和工艺管理技术实现的。这就从理论上说明了工艺管理工作对生产发展的重要性。1.1.3工艺管理的主要内容 工艺管理可以理解为科学地计划、组织和控制各项工艺工作的全过程，一方面存在于将原材料、半成品转变为成品的全过程中，对制造技术工作所实施的科学的、系统的管理。另一方面，又解决、处理生产过程中人与人之间的生产关系方面的社会科学的问题2。其主要工作分为：（1）基础性、方向性、共同性的工作。包括编制工艺发展规划；编制技术改造规划；制定与组织贯彻工艺标准和工艺管理规章制度；明确各类有关人员和有关部门的工艺职责和权限；参与工艺纪律的考核和监督检查等。（2）产品生产的技术准备。包括工艺调研及产品设计的工艺性审查；工艺方案、工艺路线设计和工艺规程编制；工艺定额编制；专用工艺装备的设计、制造及生产验证，通用工艺装备标准制订；各种必要的技术验证和总结工作，确保产品投产后的制造过程正常运行，质量稳定等工作。（3）制造过程中的组织管理和控制工作。这一阶段的工艺管理工作，是要保证工艺能力和产品质量的稳定和提高，最大限度地提高劳动生产率和减少物耗，实施文明生产和改善劳动条件等。包括科学地分析产品零部件的工艺流程，合理地规定投产批次和批量；监督和指导工艺文件的正确实施；确定工序质量控制点，规定有关管理和控制的技术内容，进行工序质量重点控制；配合生产部门搞好文明生产和定置管理等。（4）售后工艺服务工作的管理与控制。这一阶段主要与产品故障诊断、产品的使用保养与维护、产品的拆卸与维修、废旧产品的回收及处理等有关工艺技术及其管理工作。1.1.4工艺管理发展趋势随着市场全球化、经济一体化进程的加快，以及电子、信息、新材料、系统科学等为代表的新一代工程科学与技术的迅猛发展。现代制造活动的广度和深度得到了极大拓展，产生了一大批新的制造技术和制造模式。现代制造业以成为发展速度快、技术创新能力强、技术密集甚至知识密集的部门。现代许多产品进入了高新技术产品的行列，拥有技术含量高、附加值大的特点。为了满足制造过程的工艺管理需求，工艺管理也由传统的工艺管理管理模式得到了转变。首先工艺管理以从传统的生产技术准备为主，扩大到产品全生命周期，形成工艺管理系统。其次，伴随某些特殊新兴制造模式的发展，工艺管理正在向多品种、小批量的柔性管理模式及商品化社会化方向发展。再次，伴随着计算机技术和模拟技术的发展，工艺管理中的工艺设计也在由经验走向定量分析。由于在现代制造产业内部，工艺技术之间的界限有逐渐淡化趋势，工艺管理也在随着这股暗流逐步走向一体化管理的新阶段。1.2云工艺管理的技术基础1.2.1云计算云计算概念是由Google提出的，这是一个美丽的网络应用模式。狭义云计算是指IT基础设施的交付和使用模式，指通过网络以按需、易扩展的方式获得所需的资源；广义云计算是指服务的交付和使用模式，指通过网络以按需、易扩展的方式获得所需的服务。这种服务可以是IT和软件、互联网相关的，也可以是任意其他的服务，它具有超大规模、虚拟化、可靠安全等独特功效。云计算是网格计算、分布式计算、并行计算、效用计算、网络存储、虚拟化、负载均衡等传统计算机技术和网络技术发展融合的产物。它通过网络把多个成本相对较低的计算实体整合成一个具有强大计算能力的完美系统，并借助SaaS（Software-as-a-service，软件即服务）、PaaS（Platform as a service，平台服务化）、IaaS（Infrastructure as a service,基础设施即服务）、MSP等先进的商业模式把这强大的计算能力分布到终端用户手中3。云计算的一个核心理念就是通过不断提高“云”的处理能力，进而减少用户终端的处理负担，最终使用户终端简化成一个单纯的输入输出设备，并能按需享受“云”的强大计算处理能力。资源池称为“云”。“云”是一些可以自我维护和管理的虚拟计算资源，通常为一些大型服务器集群，包括计算服务器、存储服务器、宽带资源等等。云计算将所有的计算资源集中起来，并由软件实现自动管理，无需人为参与。这使得应用提供者无需为繁琐的细节而烦恼，能够更加专注于自己的业务，有利于创新和降低成本。 有人打了个比方：这就好比是从古老的单台发电机模式转向了电厂集中供电的模式。它意味着计算能力也可以作为一种商品进行流通，就像煤气、水电一样，取用方便，费用低廉。最大的不同在于，它是通过互联网进行传输的。总的来说，云计算可以算作是网格计算的一个商业演化版。图1-1 云计算云计算（如图1-1）作为一种新的服务化计算模式，近年来正在产业界兴起并逐步走向成熟。云计算是一种基于互联网的计算新模式，通过云计算平台把大量的高度虚拟化的计算资源管理起来，组成一个大的资源池，用来统一提供服务，通过互联网上异构、自治的服务形式为个人和企业用户提供按需即取的计算服务。云计算的运营模式是由专业计算机和网络公司（即第三方服务运行商）来搭建计算机存储、计算服务中心，把资源虚拟化为“云”后集中存储起来，为用户提供服务。不难推论，若将“制造资源”代以“计算资源”, 云计算的计算模式和运营模式将为制造业信息化走向服务化、高效低耗提供一种可行的新思路。其运用的核心思想，是将大量用网络连接的计算资源统一管理和调度，构成一个计算资源池向用户按需服务4。云计算有很多特点，首先，云计算提供了最可靠、最安全的数据存储中心，用户不用再担心数据丢失、病毒入侵等麻烦。很多人觉得数据只有保存在自己看得见、摸得着的电脑里才最安全，其实不然。你的电脑可能会因为自己不小心而被损坏，或者被病毒攻击，导致硬盘上的数据无法恢复，而有机会接触你的电脑的不法之徒则可能利用各种机会窃取你的数据。当你的文档保存在类似 Google Docs (谷歌文档)的网络服务上，你就再也不用担心数据的丢失或损坏。因为在“云”的另一端，有全世界最专业的团队来帮你管理信息，有全世界最先进的数据中心来帮你保存数据。同时，严格的权限管理策略可以帮助你放心地与你指定的人共享数据。这样，你不用花钱就可以享受到最好、最安全的服务，甚至比在银行里存钱还方便。 其次，云计算对用户端的设备要求最低，使用起来也最方便。大家都有过维护个人电脑上种类繁多的应用软件的经历。为了使用某个最新的操作系统，或使用某个软件的最新版本，我们必须不断升级自己的电脑硬件。为了打开朋友发来的某种格式的文档，我们不得不疯狂寻找并下载某个应用软件。为了防止在下载时引入病毒，我们不得不反复安装杀毒和防火墙软件。所有这些麻烦事加在一起，对于一个刚刚接触计算机，刚刚接触网络的新手来说不啻一场噩梦！如果你再也无法忍受这样的电脑使用体验，云计算也许是你的最好选择。你只要有一台可以上网的电脑，有一个你喜欢的浏览器，你要做的就是在浏览器中键入 URL ，然后尽情享受云计算带给你的无限乐趣。你可以在浏览器中直接编辑存储在“云”的另一端的文档，你可以随时与朋友分享信息，再也不用担心你的软件是否是最新版本，再也不用为软件或文档染上病毒而发愁。因为在“云”的另一端，有专业的 IT 人员帮你维护硬件，帮你安装和升级软件，帮你防范病毒和各类网络攻击，帮你做你以前在个人电脑上所做的一切。此外，云计算可以轻松实现不同设备间的数据与应用共享。一个最常见的情形是，你的手机里存储了几百个联系人的电话号码，你的个人电脑或笔记本电脑里则存储了几百个电子邮件地址。为了方便在出差时发邮件，你不得不在个人电脑和笔记本电脑之间定期同步联系人信息。买了新的手机后，你不得不在旧手机和新手机之间同步电话号码。还有你的 PDA 以及你办公室里的电脑等。考虑到不同设备的数据同步方法种类繁多，操作复杂，要在这许多不同的设备之间保存和维护最新的一份联系人信息，你必须为此付出难以计数的时间和精力。这时，你需要用云计算来让一切都变得更简单。在云计算的网络应用模式中，数据只有一份，保存在“云”的另一端，你的所有电子设备只需要连接互联网，就可以同时访问和使用同一份数据。以联系人信息的管理为例，当你使用网络服务来管理所有联系人的信息后，你可以在任何地方用任何一台电脑找到某个朋友的电子邮件地址，可以在任何一部手机上直接拨通朋友的电话号码，也可以把某个联系人的电子名片快速分享给好几个朋友。当然，这一切都是在严格的安全管理机制下进行的，只有对数据拥有访问权限的人，才可以使用或与他人分享这份数据。最后，云计算为我们使用网络提供了几乎无限多的可能。云计算为存储和管理数据提供了几乎无限多的空间，也为我们完成各类应用提供了几乎无限强大的计算能力。离开了云计算，单单使用个人电脑或手机上的客户端应用，我们是无法享受这些便捷的。个人电脑或其他电子设备不可能提供无限量的存储空间和计算能力，但在“云”的另一端，由数千台、数万台甚至更多服务器组成的庞大的集群却可以轻易地做到这一点。个人和单个设备的能力是有限的，但云计算的潜力却几乎是无限的。为了实现工艺管理资源的虚拟化、优化调度和协同互联，我们还可融合语义Web、嵌入式系统技术、物联网、高效能计算等新技术。语义Web的发展为基于知识的智能计算奠定了基础。嵌入式技术的快速发展为实现终端物理设备智能接入提供了使能技术。物联网技术在RFID、传感器等技术的支持下快速发展，有望促进各类物与物之间的互联。另外，高性能计算机的应用和高性能计算技术的发展为求解复杂的制造问题和开展大规模协同制造也提供了可能。1.2.2云制造云制造是为避免制造资源的浪费，借用云计算的思想，利用信息技术实现制造资源的高度共享。建立共享制造资源的公共服务平台，将巨大的社会制造资源池连接在一起，提供各种制造服务，实现制造资源与服务的开放协作、社会资源高度共享。企业用户无需再投入高昂的成本购买加工设备等资源，咨询通过公共平台来购买租赁制造能力。 云制造是一种通过实现制造资源和制造能力的流通，达到大规模收益、分散资源共享与协同的制造新模式。在云制造模式下，资源是指产品全生命周期所涉及到的资源要素的总和，并且根据资源的存在形式及使用方式的不同，可分为制造资源和制造能力5。云制造系统中的用户角色主要有三种，即资源提供者、制造云运营者、资源使用者。资源提供者通过对产品全生命周期过程中的制造资源和制造能力进行感知、虚拟化接入，以服务的形式提供给第三方运营平台（制造云运营者）；制造云运营者主要实现对云服务的高效管理、运营等，可根据资源使用者的应用请求，动态、灵活地为资源使用者提供服务；资源使用者能够在制造云运营平台的支持下，动态按需地使用各类应用服务（接出），并能实现多主体的协同交互。在制造云运行过程中，知识起着核心支撑作用，知识不仅能够为制造资源和制造能力的虚拟化接入和服务化封装提供支持，还能为实现基于云服务的高效管理和智能查找等功能提供支持6。在理想情况下，云制造将实现对产品开发、生产、销售、使用等全生命周期的相关资源的整合，提供标准、规范、可共享的制造服务模式。这种制造模式可以使制造业用户像用水、电、煤气一样便捷地使用各种制造服务。制造云是云制造系统架构的核心，是大量的云服务按一定的规则聚合在一起所形成的动态云服务中心，能透明地为用户提供可靠的、廉价的、按需使用的产品全生命周期应用服务。制造云通过将异构的资源整合到统一的基础架构中并实现标准化，为资源使用从独占方式转变为完全共享服务方式提供了平台支持，实现了以服务为导向的运行架构，提供了对云服务的自动部署、配置、高效管理等功能。制造云按照服务对象的不同，可分为制造公云、制造私云两类。其中制造公云主要指面向社会的制造公共云服务平台，形成云制造社区，能够促进区域内或行业内的中小企业制造资源和制造能力的共享与协同，促进众包生产模式，提高我国中小企业的综合竞争能力，如区域云、行业云等；制造私云主要指企业或组织内部所建立的制造云服务平台，能够实现企业内各种制造资源的共享与协同，从而降低集团企业的制造成本，提高创新设计能力，如企业云、组织云等7。制造云服务简称云服务，是构成制造云的基本要素，是服务化的制造资源和制造能力，可以通过网络为用户提供产品全生命周期应用。云服务形成过程，也就是资源的虚拟化、服务化过程，通过采用物联网、虚拟化等技术，首先对分散的资源进行感知，然后将资源虚拟接入到制造云平台，从而形成虚拟资源并聚集在一个能按需使用资源的虚拟资源池中，最终通过对虚拟资源进行服务化封装、发布及注册，形成云服务。与传统网络化制造模式中的资源服务相比，云服务具有互操作性、自组织、自适应性等特点，为构建基于知识的高效、智能化制造云平台提供了条件8。1.2.3传输网络基础传输网络主要是指工艺管理云形成、运行过程中所涉及到的不同网格，以及不同的传输协议。如物联网、互联网、电信网。图1-2 物联网物联网(Internet of Things)如图12所示，指的是将无处不在（Ubiquitous）的末端设备（Devices）和设施（Facilities），包括具备“内在智能”的传感器、移动终端、工业系统、楼控系统、家庭智能设施、视频监控系统等、和“外在使能”(Enabled)的，如贴上RFID的各种资产（Assets）、携带无线终端的个人与车辆等等“智能化物件或动物”或“智能尘埃”（Mote），通过各种无线和/或有线的长距离和/或短距离通讯网络实现互联互通（M2M)、应用大集成（Grand Integration)、以及基于云计算的SaaS营运等模式，提供安全可控乃至个性化的实时在线监测、定位追溯、报警联动、调度指挥、预案管理、远程控制、安全防范、远程维保、在线升级、统计报表、决策支持、领导桌面（集中展示的Cockpit Dashboard)等管理和服务功能，实现对“万物”的“高效、节能、安全、环保”的“管、控、营”一体化6。物联网有其鲜明的特征。首先，它是各种感知技术的广泛应用。物联网上部署了海量的多种类型传感器，每个传感器都是一个信息源，不同类别的传感器所捕获的信息内容和信息格式不同。传感器获得的数据具有实时性，按一定的频率周期性的采集环境信息，不断更新数据。 其次，它是一种建立在互联网上的泛在网络。物联网技术的重要基础和核心仍旧是互联网，通过各种有线和无线网络与互联网融合，将物体的信息实时准确地传递出去。在物联网上的传感器定时采集的信息需要通过网络传输，由于其数量极其庞大，形成了海量信息，在传输过程中，为了保障数据的正确性和及时性，必须适应各种异构网络和协议。还有，物联网不仅仅提供了传感器的连接，其本身也具有智能处理的能力，能够对物体实施智能控制。物联网将传感器和智能处理相结合，利用云计算、模式识别等各种智能技术，扩充其应用领域。从传感器获得的海量信息中分析、加工和处理出有意义的数据，以适应不同用户的不同需求，发现新的应用领域和应用模式。互联网，即广域网、局域网及单机按照一定的通讯协议组成的国际计算机网络。互联网是指将两台计算机或者是两台以上的计算机终端、客户端、服务端通过计算机信息技术的手段互相联系起来的结果，人们可以与远在千里之外的朋友相互发送邮件、共同完成一项工作、共同娱乐。电信网(telecommunication network)是构成多个用户相互通信的多个电信系统互连的通信体系，是人类实现远距离通信的重要基础设施，利用电缆、无线、光纤或者其它电磁系统，传送、发射和接收标识、文字、图像、声音或其它信号。电信网由终端设备、传输链路和交换设备三要素构成，运行时还应辅之以信令系统、通信协议以及相应的运行支撑系统。现在世界各国的通信体系正向数字化的电信网发展，将逐渐代替模拟通信的传输和交换，并且向智能化、综合化的方向发展，但是由于电信网具有全程全网互通的性质，已有的电信网不能同时更新，因此，电信网的发展是一个逐步的过程。第二章 云工艺管理的提出2.1云工艺管理的提出在制造业高速发展今天，由于制造产品的种类不断增多，全生命周期越来越短，这使的产品的工艺工作的工作量变的繁重。传统的手工工艺管理由于效率低下，质量不高，以不能适应新形式的要求。其次，“孤岛”式的计算机辅助技术如CAPP、工装CAD等，也不能满足产品全生命周期工艺系统管理信息集成化和面向服务的需求。再者，企业的工艺工作与企业许多部门发生密切联系，要求与其他部门的信息集成，如与生产管理信息的集成。随着企业不断采用新的生产模式，如现代集成制造系统CIMS、并行工程、敏捷制造等，要求信息在企业间、地域间、国与国之间实现集成和共享。因此，为了提高企业对市场相应能力和竞争力，面向产品全生命周期的云工艺管理的提出以迫在眉睫。所谓面向产品全生命周期的云工艺管理就是在工艺标准化、云制造的基础上，运用信息化管理、ERP、云计算、语义Web、高性能计算等技术，面向客户需求，从制造企业工艺的设计、计划、组织、控制和激励等几方面进行有效管理，从而达到缩短产品工艺准备周期，优化工艺设计与管理，提高产品质量，提高加工效率等目的。这里的全生命周期云工艺管理我们把它划为四个阶段：工艺基础规划研究阶段、产品生产技术准备阶段、制造过程管理与控制阶段和售后工艺服务阶段。2.2云工艺管理、云制造与云计算三者关系2.2.1 云计算深入制造业催生云制造众所周知，现在的市场是从相对的稳定到动态多变，因此对制造企业的产品，以及它的开发时间、质量、成本、服务、环境、知识含量提出了严峻的挑战。我们国家已经是制造大国，但还不是强国，突出的表现就是在微笑曲线里面，大多数企业处于最下端。这里提的“制造”是“大制造”，他不同于从原材料到成品的传统制造概念，而是指覆盖产品全生命周期的活动，也就是从产品的市场分析开始，到加工生产，再到报废。这个制造活动可能在企业内部，也可以到企业之间，到全球。什么叫制造业信息化？国际模协网首席营运官罗百辉认为，就是把信息采集传递加工处理应用的技术为核心，把信息技术建模仿真、设计管理等有关专业技术综合应用到企业的产品之全系统、全生命周期活动中，使三个要素“人、组织、精英管理技术”，四个流“信息流、物流、价值流、管理流”发挥最大效用，从而使企业能够改善PTQCS，以达到增强企业或者集团的竞争能力。近来，特别是服务资源环境成为现代制造业竞争能力的关键因素，因此我们必须搞服务性的制造、绿色制造和中国制造。一种对策就是云制造。 云制造从广义来说就是一种面向服务的高效、低耗，基于知识的网络化的新模式，融合现在信息化制造技术、云技术、物联网等技术，把各类制造之间和制造能力集虚拟化、服务化并且进行统一的集中的智能化管理，从而通过网络和一个云制造平台中间件，将制造全生命周期的前期、中期、后期提供给用户，提供随时获取按需使用的优质廉价的服务。当然这是一个理想的概念。 云制造里实际生产加工、实验仿真、生产、管理四大活动可以作为一个活动。云制造中有软资源、硬资源。云制造服务或者制造云有什么特点？与一般不一样，互操作。协同，特别是对大规模复杂制造任务协同；各种各样的、五花八门的制造资源、制造能力进行异构集成。 云制造目前提出来，当然有它的基础，首先就是云计算概念以及它的技术推动。如果把制造资源带进现在所谓的制造资源，则完全可以走向服务化。融合一些新的技术，除了云计算所需要的技术之外，还可以加入比如物联网、Web、互联网、高效能计算等。 2.2.2云工艺管理与云制造通过对工艺管理理论的研究，我们知道管理是伴随组织的出现而产生的，是协作劳动的必然产物。管理是人类社会最基本、最重要的活动之一，鼓励促进了人类社会的进步和科技的发展，随着社会经济的发展和组织规模的不断壮大，管理活动的重要性日益显著。工艺管理正是伴随着制造部门组织背景产生并随其不断进步而创新。如同上层建筑是建立在一定经济基础之上的社会意识形态以及相应的政治法律制度、组织和设施一样。上层建筑与经济基础对立统一。工艺管理和制造也是对立统一的。如同工艺管理与制造，云工艺管理也是伴随云制造的产生而提出的，云制造是一种面向服务的高效、低耗，基于知识的网络化的新模式，融合现在信息化制造技术、云技术、物联网等技术，把各类制造之间和制造能力集虚拟化、服务化并且进行统一的集中的智能化管理，从而通过网络和一个云制造平台中间件，将制造全生命周期的前期、中期、后期提供给用户，提供随时获取按需使用的优质廉价的服务。而云工艺管理提出恰恰为云制造提供了另一种运用理论，使得在云制造平台中那些处于地域优势却没有生产工艺技术的企业得到了一次竞争机会。云工艺管理通过工艺技术交流使云制造的用户在应用时的成本更底，同时中小企业在当今这样竞争激烈的市场中也能获得更多的机会，为社会的集成化生产提供了可能。2.3云工艺管理提出的意义在当今市场经济供大于求买方市场的大环境下，企业（尤其是制造企业）之间的竞争是不可避免的。发掘并增强企业竞争优势就成了许多企业当务之急。企业优势是指企业利用所控制的资源和内部培育能力，在市场上获取高额绩效并占得领先地位，并以此循环往复维持这种优势持续发展的属性。通过分析这个定义，我们大致可以将企业优势理解为3个方面：（1）企业竞争优势的来源是企业自身所拥有的独特的资源和能力。（2）企业优势的基本表现形式是企业在市场上的表现（例如：市场占有率）要好于竞争对手，获得高于行业平均水平的利润。（3）企业竞争优势从一定程度上可以提高企业市场绩效。之所以这样说，是因为企业竞争优势与绩效虽然有相似处，但仍有差异，不能等同。企业竞争优势有自己的度量标准, Schulte（1999）在其博士论文国际企业战略与信息流对企业竞争优势和绩效的影响中就对竞争优势的维度进行了划分(按发展顺序）：（1）效率：主要从成本角度考虑企业行为。（2）功能：主要从资源角度研究对竞争优势的影响。（3）持续性：主要从客户，供应商和企业专有知识（knowhow)角度研究企业竞争优势的持续问题9。通过上述分析，不难看出提高企业竞争优势所需关注的两个方面：1.企业内部（成本，资源利用，企业专业知识）。2.外在联系（客户，供应商）。而这两个方面的提高恰恰需要企业资源整合，本文认为：企业持续竞争优势的根本来源就是企业整合，构建并重新配置其内部资源的能力。资源基础观强调了资源对企业竞争优势的重要作用，但静态的资源并不能保证持续的竞争优势，为了保证企业竞争优势的持续性，需要对静态的资源经行整合，以体现出其动态性。在这个过程中形成了一种持久的，能够迅速回应外部环境变化并为企业带来持续竞争优势的独特能力动态能力。动态能力能够强化企业现有资源配置，而且其具有的快速回应能力能使企业迅速满足市场要求，因此，拥有较强动态能力的企业更容易获得和维持竞争优势。云工艺管理的提出恰恰是结合了面向产品全生命周期工艺管理这个现代工艺管理理论，云制造思想及云计算，网络化智能技术，将企业中不同来源，不同层次，不同结构，不同内容的资源经行选择，汲取，配置，激活和有机融合并通过网络平台的建立进行管理，使之具有较强的柔性，条理性，系统性，价值性，以形成新的核心资源体系。从而增强企业的环境适应能力，组织变革能力，资源整合能力，学习能力以及战略隔绝机制等动态能力，以达到提高效益，获取并维持（增强）企业竞争优势的目的。第三章 云工艺管理结构模型建立根据对现代工艺管理理论的理解，及对云计算、云制造相关内容的了解和运用。在确保云安全的前提下，本文提出了云工艺管理的结构示意图（如图 3-1所示），该图主要描述了云工艺管理体系构架的形成过程，及构建过程中的相关关键技术。该构架图主要由资源云，工艺管理云及应用云三大结构云构成。图3-1 云工艺管理的结构示意图3.1资源云资源云为云工艺管理体系进行资源虚拟化提供物质基础，是构建云工艺管理结构模型的重要组成部分。其主要有物理资源层和虚拟资源层构成。（1）物理资源层 物理资源是指物理存在的，具有静态传输介质的一种资源形势，如知识、数据文档、仿真软件等客观存在的资源。物理资源层提供产品全生命周期工艺管理所涉及到的各类资源。包括工艺管理资源和工艺管理能力，为了便于对不同资源采取不同虚拟化技术，在此进行详细的分类，并将分类结果体现在了模型结构中。工艺管理资源按照其存在形式及使用方式可分为软资源，硬资源和其他相关资源。软资源主要以软件、知识、人力为主的工艺管理资源。软件资源是指产品全生命周期过程中所需应用软件和系统软件的总和，如CAD、CAPP、PRO/E、ERP等；知识资源（也可以理解为数据资源）是指产品全生命周期工艺管理过程中所需的知识、标准、相关文档等资源。如工艺技术，工艺文件资源，工艺管理制度和工艺管理标准规章制度等；人力资源是指在产品全生命周期过程中，从事工艺管理工作的人或团队，如现场工艺服务人员，工艺纪律考核和监督人员，工艺路线制定人员等）。硬资源主要是指产品全生命周期工艺管理过程中所需的设备，如计算机设备（计算资源），网络设备等。其他相关资源主要指除了硬资源和软资源之外的工艺管理资源集合，如工艺管理人员业务培训，工艺信息咨询等。工艺管理能力是指企业工艺管理人员完成某一工艺管理工作所需的主观条件，是衡量一个企业工艺管理水平的重要指标。其表现为一种无形的、动态的资源形势，是在工艺管理过程中结合工艺管理资源所表现出来的一种能力。由于工艺管理能力与工艺管理资源、工艺管理活动紧密相连，一旦其离开具体的管理任务及资源要素，工艺管理能力便无法体现。因此，在这里结合上述工艺管理资源及工艺管理任务有关内容对其进行了分类。这里主要将工艺管理能力分为产品与工艺技术的研究开发能力、产品生产工艺准备能力及现场工艺管理能力三部分。产品与工艺技术的研发能力是指企业结合相关工艺知识、工艺管理人员，设计人员利用企业内相关资源（如CAPP、CAD、Pro/E等）为完成某新产品工艺设计任务所表现出来的一种能力。这种能力越强，说明企业的工艺管理柔性越好。产品生产工艺准备能力是指在相关资源、知识的支持下，企业工艺管理部门和人员在生产工艺准备工作中对工艺技术进行计划、组织和控制的能力。生产工艺准备工作的质量与效率不仅影响产品质量，而且对生产组织、生产效率、制造成本和生产技术准备周期等都有直接影响，因此生产工艺准备是工艺管理工作的中心环节。企业在这方面能力的高低是判断一个企业进行工艺管理质量好坏的主要依据。现场工艺管理能力是指在相关资源的支持下，企业对制造现场工艺管理（如质量控制点控制，保持生产现场的物流和信息流通畅等）的一种能力。由于现代制造企业是一个复杂的制造系统，整个生产过程中始终贯穿着工艺活动，而现场管理是实现产品设计，保证产品质量，提高效率降低成本的重要环节，因此这个能力的高低，直接决定着整个工艺管理实施的好坏，是企业必须重视的方面。（2）虚拟资源层 虚拟资源层是进行资源虚拟化的物质基础，虚拟化是适用于所有云构架的一种基础性技术，同样也是云工艺管理平台的实施基础。在云工艺管理模式中的虚拟化主要是指工艺管理资源和工艺管理能力的虚拟化，通过虚拟化技术来实现资源到虚拟资源池的透明化映射过程，以弱化软硬件设备、知识、网络等不同层面资源之间的物理依赖，达到资源集成化和透明化管理，进而实现虚拟环境下的对资源的动态调配和按需使用。资源虚拟化包括资源感知和虚拟资源接入，因此虚拟资源层分为资源感知系统和虚拟资源接入层。资源感知系统主要包括二维码标签、射频识别标签、全球定位系统（GPS）、传感器等感知装置，支持软硬资源接入的各类适配器与相应的信息处理中心。其主要解决资源的感知、识别，信息的采集、分类、聚合等处理的问题。为实现后面工艺管理云对资源的智能化识别和处理提供支持。虚拟资源接入层通过采用相关虚拟化技术，将分散的各类资源虚拟接入到工艺管理云平台，形成虚拟资源并聚集在虚拟资源池中，从而隐藏了底层资源的复杂性和动态性，为工艺管理云平台面向客户需求的资源高效共享与同步提供支持。根据工艺管理的方式和资源的类型不同，虚拟资源接入可以细化为，硬件接入（如制造设备接入等）、软件接入（工艺管理的相关软件）及知识资源接入（如工艺文件接入，人力资源接入）等。3.2工艺管理云工艺管理云是进行虚拟资源服务化、发布，处理客户需求和工艺管理分析的平台，是云工艺管理结构模型的核心部分。其主要分为三个部分：首先是对虚拟资源进行接入、服务化封装、发布等操作，形成云服务；其次是对不同类型的云服务进行部署方式的选择，并实现其对云服务的智能匹配和高效管理；最后为用户提供按需地使用产品全生命周期工艺管理服务的技术支持，如调度管理、变更管理、计费管理等。工艺管理云根据上述过程可分为虚拟服务化（云虚拟化）及发布和工艺管理云平台两部分。（1）云虚拟服务化及发布主要指虚拟资源的服务化封装、发布过程，简单理解就是将传统工艺管理的以文本形式储存的经验无纸化的过程。由于资源虚拟化过程中已经通过感知和虚拟接入的方式将底层的工艺管理资源贮存在虚拟资源池中，这个阶段主要是已经存在与虚拟资源池中的虚拟资源进行云服务化处理，包括云端接入，云端服务定义，工艺管理能力的云服务化（如工艺成本管理、工装设计管理、工艺纪律管理等）。基于语义的虚拟资源描述模型构建。运服务的统一建模、封装、注册、发布及云服务过程中的动态部署和监控。经过的云服务化后的资源就会发布到工艺管理云平台中等待根据用户需求进行匹配，然后根据用户的需求为用户提供工艺管理服务。（2）云工艺管理平台主要进行的工作包括工艺管理领域的知识管理（如知识的抽取、分析、融合等）；资源服务智能匹配与组合；业务流程管理；平台运行监控管理；资源服务的优化配置和容错管理；主体信用评估与分析；定价、计费管理等。由于云工艺管理有很强的灵活性和动态性，平台需要对与大量不同类型的云服务需求提供产品全生命周期各个阶段的工艺管理服务，因此平台需要一个可伸缩性强的云工艺管理服务部署，来对工艺管理云中的云服务进行集中、高效的管理。根据云服务的运行模式和云服务提供者的情况，这里将云服务部署分为完全托管部署和面向部分托管部署。面向完全托管的服务部署指云服务的运行、管理能够全部移植到制造云平台中，由工艺管理云平台对其运行、调度、容错等进行管理，云服务提供者仅需在服务发布过程中提交服务的属性信息，以及虚拟接入时配置该服务的运行环境、参数等，并且提供服务的及时更新，其运营管理等完全由平台来托管。适合这种部署方式的资源主要有计算资源、软件资源、知识资源、人力资源、工艺管理能力等。完全托管的部署根据托管主体，又可以分为虚拟设施部署（针对计算资源等）、映像部署（针对软件资源等）和云存储部署（针对知识资源、人力资源、工艺管理能力等）三种方式。虚拟设施部署主要是计算资源经过虚拟化后，成为工艺管理云平台的虚拟基础设施，此时制造云平台能够对其进行动态的监控、管理、负载均衡等操作，如根据任务需求来分配任务执行的CPU、存储器、网络等虚拟环境。映像部署正在成为应用程序开发及有效控制负载的主要机制，它是将各种软件虚拟资源动态地部署在平台虚拟机上，通过虚拟机管理器实现对平台基础设施上的虚拟机的监控、调度、迁移等管理，从而获得更高的应用程序运行效率及现场工艺管理效率，降低不必要的时间浪费（如工艺服务人员的问题上报等），同时提高工艺管理资源的共享率。云存储部署就是充分利用平台的虚拟基础设施存储资源，通过制造云存储管理引擎实现对各种数据信息（包括抽象的知识、文档等）动态的部署、存储、智能检索等管理。面向部分托管的服务部署指云服务仅将部分运行、管理工作移植到工艺管理云平台中，资源的运行管理需由资源提供者与平台共同完成。该方式主要针对能支持任务高效协同、交互执行的资源，如质量控制点相关资源、仿真实验设备等资源，在用户远程使用云服务的过程中，工艺管理云平台主要完成服务的查询、匹配、计费、接口的转换、监控管理等工作，资源提供者将根据用户的任务需求，保证服务的正常运行和功能实现等。3.3 应用云应用云是云工艺管理模型结构的最终部分，该结构为有工艺管理需求的相关领域或企业提供产品全生命周期的工艺管理服务应用，用户可以通过不同的终端与制造云进行交互，并能支持多主体任务的高效协同。该云结构主要由应用接口层和终端结构层组成。应用接口层是工艺管理云和应用云连接的重要桥梁，是用户取得按需的全生命周期的工艺管理应用的重要环节。该层主要