基于云计算的制造业信息化模型及云制造服务模型构建.docx

基于云计算的制造业信息化模型及云制造服务模型构建张莉娟( 宁夏大学机械工程学院，宁夏 银川 750021)摘要: 在全面分析当前制造业信息化现状的基础上，提出了基于云计算技术的制造业信息化模型和云制造服务模型，对制造企业进行云计算模式的信息化建设有较强的理论意义和实践价值。关键词: 云计算 云制造 信息化模型 服务模型 制造资源服务链中图分类号: tp391; th166文献标志码: aconstruction of manufacturing informationization model based on cloudcomputing and construction of cloud manufacturing service modelzhang lijuan( school of mechanical engineering，ningxia university，yinchuan 750021，chn)abstract: on the basis of comprehensive analysis of current status of manufacturing informatization，the paper putsforward construction of manufacturing information model based on cloud computing and construction of cloud manufacturing service model，it has a strong theoretical significance and practical value of infor- matization construction of cloud computing model for manufacturing enterpriseskeywords: cloud computing; cloud manufacturing;source service chaininformationization model; service model; manufacturing e-随着信息技术的发展，云计算服务已深入到各个领域和行业，因为这种新型技术架构及应用模式会极 大地降低制造企业对于信息技术资金的投入以及信息 系统运行维护压力，而且能很好地满足制造企业某些 业 务 的 应 用 需 求。 在管理信息化领 域，基 于 saas( software as a service，软件即服务) 模式的 cm ( customer elationship management，客户关系管理) 和 ep ( enterprise esource planning，企 业 资 源 计 划 系 统) 系统已经被很多制造企业所广泛采用; 在 产 品 研 发领域，基于 paas ( platform as a service，平 台 即 服务) 的桌面虚拟化的协同设计或远程协同设计也已 经在部分制造企业得到初步应用1; 在 it 运营增值业 务领域中，基于 iaas( infrastructure as a service，基 础设施即服务) 的硬件资源虚拟化平台在硬件资源托 管利用服务、存储空间租赁业务、异地容灾备份业务等 得到广泛应用。本文基于这个认识，提出了基于云计 算的制造业信息化构建模型，并对基于制造服务的云 制造服务模型提出了构建思路。1需求分析中国已成为全球制造大国，并即将成为全球制造中心，然而并未成为制造强国。究其原因之一是我国的信息化发展离支撑制造业发展还有较大的差距。我 国的制造业信息化从无到有，在发展认识和历程上走入了这样 4 个误区:( 1) 对信息产业的发展规划还缺乏创新思维和战 略眼光;( 2) 信息化支撑企业决策的地位还没有被深刻理解和正确认识，缺乏信息化支撑制造业发展的全局观;( 3) 在网络条件下优化企业的经营管理思路和工 作流程的思维还没有树立起来;( 4) 信息化支撑制造业仍然停留在一般化、空 泛 化、理论化的层面上，无法真正实现制造企业资源有效整合。制造业信息化的内涵是将信息技术、自动化技术、现代管理技术与传统产品技术、生产技术、管理技术相 结合，带动产品创新、产品设计方法和生产技术创新、企业管理模式创新、企业间协作关系创新，实现产品设 52 计制造和企业管理的信息化，生产过程控制的智能化，制造装备的数控化，服务经营的网络化，全面提升企业 竞争能力的过程2。目标是提升企业制造敏捷性、健 壮性和柔韧性，提高企业市场竞争力。对照这个内涵 和目标，具体分析我国制造企业信息化发展，仍然还面 临这样几种困境:( 1) 信息化技术应用的基 础 良 好，但 对 实 现 产 品 设计、研发、管理信息系统集成以及既有 it 资源整合 利用需求十分迫切;( 2) 众多 制造业信息化系统，如 ep、cm、scm( supply chain management，供 应 链 管 理) 、plm ( prod- uct lifecyde management，生 命 周 期 管 理) 、pdm ( prod- uct data munagement，产品数据管理) 、cad( computer aided design，计算机辅助设计) 等系统的异构性导致 “信息孤岛”现象特别突出;( 3) 中小制造企业实现传统的信息化建设，如 信 息化基础设施建设、信息技术服务团队建设、软硬件系 统部署、信息化系统日常维护等仍然是企业生产经营 和管理过程中的沉重压力;( 4) 现有信息系统对企业间的设计协同、管 理 协 同以及实现对供应管理、销售管理和服务协同等跨企 业主业务流程缺乏有效支持。云计算突破了传统的信息系统的建设、管理和使 用模式，在硬件虚拟化部署、数据存储管理、应用系统 的开发和部署模式等方面具有独特的技术优势，其技 术实质是计算、存储、应用软件、安全管理等 it 软硬件 资源的虚拟化，其核心思想是将大量分散、自治的计算 机软硬件资源用网络统一管理，构成一个海量的资源 池，动态扩展和缩小，提供定制服务，实现用户对资源 的按需获取3。云计算所追求的低成本、高效率，也正是制造企业 追求的价值目标。制造企业的信息化应用无需购买部 署任何软硬件产品和信息化平台，企业可以通过租赁 的方式来实现对软硬件资源的合法使用，以满足所有 业务需求。这不但能有效减少企业资金的占用，而且 能大幅节约企业生产运营成本。grated manufacturing systems，计算机集成制造系统) 等制造业信息化管理系统封装 起 来，供用户定制使用。由于诸多系统间存在的数据异构特征明显，因此，还需 要通过异构数据集成中间件进行数据整合，从而达到系统在应用层和数据层的兼容。2 2基于 paas 模式构建应用运行平台它将应用运行所需要的信息资源、基础设施以服务的方式提供给用户使用。信息资源主要包含分布式计算环境、多种类型的数据存储、资源动态配置、应用 运行环境、制造全生命周期支持，提供开发 sdk( soft-ware development kit，软件开发工具包) 、ide( integrat-ed drive electronics，电子集成驱动器) 等 加 快 应 用 开 发、测试和 部 署4。除 了提供应用运行环境外，还 需要提 供 整 合 服 务、消息服务和流程服务等用 于 构 建soa( service oriented architecture，面向服务的体系 结构) 风格的复合应用。基于这种模式，底层应用基础设施和硬件部署对开发人员是透明的，开发人员可以根据应用需求动态扩展应用系统所需的各种软硬件资 源和服务资源。2 3 基于 iaas 模式构建虚拟服务层提 供给最终用户的服务是计算服务、数 据 存 储 ( 包括容灾备份) 、网络设施、安全认证及其 他 基 本 的 计算资源等基础设施的使 用5。用 户有权部署和运 行任意软件，包括操作系统和应用程序。用户无需维 护或控制任何云计算基础设施，但能控制操作系统的选择、储存空间、部署应用，可获取安全管控范围内有 限的网络在线 it 资源的控制。2 4基于云计算的制造业信息化模型结构及服务交付模式描述基于云计算 的制造业信息化模型结构如图 1 所示。在云管理系统及相关业务平台支撑下，基于云计算的信息化系统分别在 iaas、paas、saas 这 3 个层面上 为用户提供服务。2基于云计算的制造业信息化模型构建基于 saas 模式构建制造资源层在基础应用方面，封装应用门户、邮件系统、协同2 1信息系统等基础应用; 在业务应用方面，将 ep、scm、pdm、plm、cm、cad、capp ( computer aided processplanning，计 算 机 辅 助 工 艺 ) 、cam ( computeraidedmanufacturing，计算机辅助制造) 、cims( computer inte- 53 基于云计算的制造业信息化服务交付模式如图 2所示，资源供应商或开发者、最终用户是云计算资源的 提供、消费的两大主体6。it 资源供应商或开发者在 paas、iaas 两个层面上同时作为相关资源提供者和消 费者，负责资源及流程整合，在 saas 层面上仅作为资 源的提供者。最终用户根据使用需求，在 saas、paas、 iaas 三个层面 上 动 态 获 取，是云计算服务的消费者。 三层服务中，每一层服务内容顺序支撑上层服务运行。( 3) 为快速应对制造资源和制造能力动态需求、匹配检索、服务化封装提供了资源基础;( 4) 体现了制造全生命周期活动“智能化”、“服务 化”、“敏捷化”、“高效化”;( 5) 实现了产品制造由单一制造主体串行模式向 多制造主体协同并行模式的转变。3基于云制造服务模式云制造服务交付模式如图 4 所示，制造资源提供者将异构、分散、自治的制造资源和制造能力，利用用 于辅助决策分析的模型库、知识库作为支持，封装为云 服务，提供给制造业资源云池，制造云的运营者根据制 造任务特征描述，对资源进行标准化、服务化封装，并 从云池接出，提供给制造资源的使用者。3 1 基于云计算的制造业信息化与云制造的区别如果说基于云计算的制造业信息化在产品研发、 设计、生产、销售等制造全生命周期各应用环节中增加 产业的技术含量、提高加工精度和生产效率、节约企业 运营成本方面体现出了强劲的技术优势，那么云制造 的目标则是实现对产品设计、研发生产、销售使用等制 造全生命周期的相关资源的服务化封装和有机整合， 能提供标准、规范和可共享的制造服务模式，是一种面 向服务和需 求，基 于 知 识 库、模 型库和数据库的网络 化、敏捷化制造新模式和技术 手 段，是基于云计算的 “上层建筑”7。云计算共享了计算资 源，如 存 储、服 务器、安全设备、软件、数据和产品中间件等资源，而云 制造则共享的是制造资源和制造能力。3 2 云制造服务模型结构及服务交付模式描述云制造是基于云计算服务的延伸和发展，拓展了 云计算的资源共享内容、技术和服务理念。制造资源主要包括制造过程中的各种模型、数据、软件、信息、知 识、加工中心、计算设备、仿真设备、试验设备等 it 资产8; 制造 能力主要包括制造过程中有关 的 技 术 论证、设计研发、生产实践、实验仿真、集约管理、集成制 造等能力。基于上述认识提出云制造服务模型，云制 造服务模型结构如图 3 所示，其核心思想是:( 1) 把异构、分散、自治的制造资源进行标准化封 装是实现共享的基础和前提;( 2) 充分体现了“制造即服务”的面向服务的核心 理念; 54 资源服务共享过程如图 5 所示，资源服务共享过程的核心是:( 1) 将一个制造总任务 t 分解为若干子任务( t1 ，t2 ，tn ) ，对子任务进行特征描述并进行云发布;( 2) 在约束条件下，系统对照任务描述对制造资 源进行检索匹配，进行标准化、服务化封装，形成针对 特定任务的制造资源广义的“同构”和“集中”;( 3) 通过时序控制，完成制造资源集的共享，实现 制造全生命周期应用。业价值理念进一步更新和社会管理制度进一步创新。参 考 文 献1王瑞玲 基于 ajax 的企业信息管理系统的设计与实现d 天津:天津大学，20072陈大龙，米艳玲 制造业企业信息化发展模式及其对企业竞争力的 影响研究j 江苏科技信息: 学术研究，2010( 10) : 126 1283张钰培 基于云计算平台的网络运行管理系统的设计与实现d长春: 吉林大学，20124毛宁宁 支持服务协同的 paas 平台中服务动态适配关键技 术 研 究d 济南: 山东大学，20115李伯虎，张霖，王时龙，等 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 76george eese 云计算应用架构m 北京: 电子工业出版社，20107陈琨，王东勃，王颖慧，等 云制造软资源封装研究j 中国制造业 信息化，2012，41( 5) : 58 638房秉毅，张云勇，陈清金，等 云计算网络虚拟化技术j 信息通信 技术，2011，5( 1) : 50 53作者: 张莉娟，女，1977 年 生，硕 士，讲 师，主 要 研 究方向为制造业信息化。4结语本文对基于云计算的制造业信息化建设中的应用价值和实现模型作了充分的论述，包括基于云计算的制造业信息化建设的模式分析和框架设计，并提出了 云制造服务模型结构设计。制造业信息化是一项带有 战略意义的系统工程，展望未来，基于云计算的制造业 信息化及云制造服务发展的关键因素是需求驱动; 除 此之外，受商业秘密、信息安全、知识产权和专利保护 等多方面因素的制约，基于云计算的制造业信息化发 展前景还需要依赖于信息技术的进一步提升、制造企( 编辑 谭弘颖)( 收稿日期: 2013 08 29)( 上接第 51 页)( 2) 固化收缩率小于 0 1% ( 试验后确定了模具制 备参数) ;( 3) 固化后成为刚性物体，硬度: ( shore d) 80; ( 4) 抗压强度: 120 mpa;( 5) 弹性模量: 5 000 mpa;( 6) 线膨胀系数: 6 10 5 ;( 7) 玻璃化转变温度: 75 ;( 8) 初固化时间: 90