基于面向服务架构的云制造模式

    程晓蕾

    摘要：云制造和云计算的兴起从根本上改变了企业管理信息技术运营方式，面向服务的体系结构能够方便业务代理和工厂代理间的交互和协作，解决了与嵌入式网络相关的复杂性。本文基于面向服务架构，分析目前最新的三种云制造模式：云制造的CMFG模式；通过设计和制造云的CBDM模式；基于可互操作的云制造ICMS系统模式。最后，对基于面向服务架构的云制造模式进行展望。

    关键词：面向服务架构；云制造；云技术；模式

    0 引言

    技术进步是制造业革新的主要动力，也是推动人类进步的重要力量，例如，1750年产生的机械化操作替代了大量手工劳动，带来的工业革命，社会生产力极大提高；1960年产生的机械自动化，简单的机械操作被可控制的系统替代；1980年兴起信息和通信技术的自动化实现信息与通信革新；2000年出现网络化和数字制造，2010年出现的纳米/生物制造和RFID技术都对人们生产方式和生活产生极大影响。在技术层面，未来制造系统保持高质量和最低成本，需要处理好制造系统中存在的敏捷性、可伸缩性、弹性和適应性问题。

    面向服务的体系结构是一种新兴的与技术无关的设计和控制模式，能够使业务代理和工厂代理间的交互和协作，解决了与嵌入式网络相关的复杂性。作为一种服务，云计算被视为是革命性的制造模式技术，使访问可配置的计算资源共享池具有很高的可靠性、可用性和可扩展性。云制造是一种新兴的制造模式转变，即从产品/生产型制造向面向服务的转变，云制造通过增强用户与资源/服务提供商之间的协作，安排和重新分配资源，通过有效的资源共享，提高制造网络的整体稳定性与增加利润。

    2 基于面向服务架构的云制造

    云计算在制造业中的应用具有双重性：具有云计算支持的智能制造和云制造。云制造与多种技术进行整合形成特定特征的云制造模式，以下对面向服务架构的云制造的三种主要模式进行分析。

    2.1 云制造的CMFG模式

    结合先进的技术（如云计算、物联网、虚拟化和面向服务的技术，先进的计算技术）与现有的先进制造模式和企业信息化技术，一种新的计算和面向服务的制造模型（ CMFG）。该模式主要包括三个阶段：将资源定义为制造业虚拟化和封装；聚合与调用进云中；新知识产生和未来需要的重用。

    CMFG具有以下典型特征：

    （1）服务与需求导向，CMFG是一个服务型制造模式和要求，在CMFG系统中，无论是制造资源和能力虚拟化和封装成制造云服务，都可根据用户的要求通过互联网广泛使用。

    （2）不确定性动态，在云制造资源和服务的多样性和动态性，并且为解决制造任务的解决方案是动态的过程。

    （3）基于知识，服务的整个生命周期需要知识支持。

    （4）主动性，在云制造系统、制造业云服务和制造任务（或需求）是主动的，它们可以自动地在支持下找到并匹配基于知识的语义推理。

    （5）物理分布和逻辑集中，在不同的地方定位在提供物理制造资源和能力，是由不同的个人或组织控制，采用虚拟化和封装进行管理、控制和使用。

    （6）维基百科式与集团创新型制造业，任何人、机构或企业都可参与云制造服务平台并贡献其制造资源、能力和知识。

    （7）门槛低与外包，在云制造环境，企业不需要拥有所有的硬件制造环境基础设施和人员。

    CMFG模式的优势包括：

    （1）减少资源闲置，提高利用率，在传统制造模式中，制造资源利用率较低，例如IT资源估计为15 -20%，而其他制造资源的估计值较低。相反，一个云制造平台可以使许多客户提高利用率，它的资源利用率达到至少40个百分点。

    （2）使制造企业更容易满足客户需求，由于资源和服务可以很容易地获得，因此当企业出现新的需求时，可以很快地被调用和组装。

    （3）优化产业布局，加快从分布式高能耗制造模式向集中型、资源型、环境友好型制造模式的转变。

    （4）促进生产的专业化分工，因为云制造环境下，企业不需要进行所有的活动，涉及整个生命周期的制造业，他们只需要强调白己的核心业务。

    2.2 通过设计和制造云的CBDM模式

    基于云的设计和制造是指通过服务提供商和消费者之间的社交网络和谈判平台，以最小的成本实现集体开放创新和快速产品开发的产品实现模型。它是一种并行和分布式系统，由一系列相互连接的物理和虚拟化的设计、制造、智能搜索功能组成，用于设计和制造解决方案，形成基于云的设计和制造模型（ CBDM），该模式包括四个层面：利用云服务的云消费；提供云服务的云提供商；管理使用、性能和服务交付的云代理；启用交流共享服务的云载体。

    CBDM模型具有如下特点：

    （1）随需应变白助服务，客户或任何其他参与云的个人可以根据需要提供和释放工程资源，如设计软件、制造硬件。它提供一个平台和直观的，用户友好的接口，允许用户与其他用户进行交互。

    （2）无处不在的网络接入，有一个所谓的客户共同创造范式的需求日益增加，使得设计人员能够主动与客户互动，以及客户分享不同的想法和见解与设计师。为了方便地到达这样的通信介质，它需要具有广泛和全局的网络访问能力。基于云的设计与制造相关的体系分别为知识管理、协同设计和分布式制造。

    2.3 基于可互操作的云制造ICMS系统

    可互操作的基于云的制造系统（ ICMS）采用的CAX软件改善数据存储的灵活性、可扩展性、完整性和易维护性。有了云结构，软件很容易维护，并在云服务器上使用。版本更新、维护和集成是由云提供商远程完成的，通过现场维护专家替换定期服务。云操作面临比在云计算实施生产相关软件更艰巨的挑战。由于软件程序和IT基础设施不同，物理机器、监视器和设施不能很容易地部署到云上。

    可互操作的基于云的制造系统包括三个层面：一种基于代理的机制，用于监视和组织对消费者的服务分配的智能云管理器；UCloud云服务的用户；所有物理和虚拟制造资源的云制造。获得生产设施的主要原因是设备的功能，而不是设备本身。因此，需要识别不同级别的云资源、能力和服务。在云环境中，资源、性能和服务的定义包括：

    （1）制造资源，物质的和非物质的生产物资包括设备、机器、设备和智能特性。

    （2）制造能力，在制造领域的一种形式转化为另一种转化能力。它是通过相关制造资源实现。

    （3）云制造服务，自我控制，控制发音和按需制造服务满足用户的原始需求。一个云制造服务可以是随机的、短期的、长期的或战略的。

    对于每种类型的能力，其相关的云制造服务有两种形式：软资源和硬资源。软资源包括：软件；知识；技能；人员；经验、业绩、质量、客户评价等；商业网络；业务关系和商机。硬资源包含：制造设备；监视/控制资源；计算资源；材料；存储；运输。

    3 结语

    本文提供了三种面向服务架构的云制造模式的数据可访问性、集成和互操作性的体系结构，面向服务架构提供了更好的与供应商的互动，与内部系统的合作，并且很容易地适应于工厂流程。设备集成、数据采集、数据处理和远程控制的体系结构是云互操作性中实现设备集成的前提，面向服务架构和云技术在改善工业生产和控制方面有很大的潜力。

    参考文献：

    [1]张维SOA关键技术分析及应用系统实现中国海洋大学硕士论文计算机应用技术，2008