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1、云制造及其关键技术研究综述,汇报人：肖xx 时间：2012.07.03,内容,1.云制造概述:云计算和云制造 2.云制造与其它先进制造模式 3.云制造关键技术 4.云制造应用研究现状与发展,1.云制造概述:云计算和云制造,云计算： 云计算的定义：云计算（Cloud Computing）是在网格计算、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基础上融合发展而成的一种新的互联网技术. 目标：它旨在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系统，并借助SaaS、PaaS、IaaS、MSP等先进的商业模式把该系统的强大计算能力提供给终端用
2、户. 核心理念：云计算的一个核心理念就是通过整合分散闲置的计算资源以不断提高“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。,1.云制造概述:云计算和云制造,云计算的六个特点：,1.云制造概述:云计算和云制造,国内学者对云制造定义： 李伯虎院士：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制造模式，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
3、取按需使用的优质廉价的服务10 。 中航总工程师杨海成：云制造是先进的信息技术，制造技术以及新兴物联网技术等交叉融合的产品，是制造即服务理念的体现9 。 先进制造技术领域专家组组长王田苗：云制造可以分为由低到高两个层次实现：低层次是提供相对功能明确、价格低廉的产品、设备的制造平台。高层次是根据顾客的设计或加工需求，整合制造资源，帮助客户完成相关产品的设计、加工、制造和配送，提供一整套加工制造的服务平台12,1.云制造概述:云计算和云制造,综合起来云制造定义：云制造是一种以规范化和通用化的行业标准为基础，以互联网和物联网为支撑环境，以满足顾客个性化产品需求和提高加盟制造商利润为目标，具有智能化、
4、绿色化、低消耗、高可靠性、高可伸缩性的现代制造模式。,1.云制造概述:云计算和云制造,云制造体系结构： 一般分为从下至上分为：资源层、制造云运行支撑平台、服务层。如下图1所示：,图1云制造体系架构,2.云制造与其它先进制造模式,2.云制造与其它先进制造模式,虚拟企业与协作网络是敏捷制造的两种典型应用模式，云制造借鉴了敏捷制造中“敏捷”的理念。两者的区别与联系体现在以下方面： （1）平台开放性：云制造平台是高度开放，敏捷制造受地理、企业规模约 束； （2）协作联盟范围：虚拟企业和协作网所构建的联盟或组织的动态适应性 较差，云制造能根据协作过程需求灵活变更联盟中的参与企业； （3）资源种类及数量：
5、相比敏捷制造,由于云制造平台的开放性更高，且采用了物联网、信息物理系统(Cyber-Physical System，CPS)、虚拟化等资源感知接入技术，使得平台中具有丰富的资源种类及海量的资源； （4）业务过程经验和知识积累：云制造模式下，还强调了对企业参与业务过程经验和知识的积累，通过这种积累和共享,使得企业间能够形成持久的协作关系。 （5）涉及业务范围：相比敏捷制造，云制造所组建联盟的业务范围更广，可满足产品全生命周期业务联盟的需求。,2.云制造与其它先进制造模式,广义上讲,云制造是网络化制造的一种新的形态10，但由于融合并采用了云计算、物联网、服务计算等技术和架构，与制造网格、ASP等传
6、统网络化制造相比，有鲜明的特点和优势：（1）应用范围：主要是特定领域范围内的设计、仿真等软件资源的共享。与云制造模式相比,制造网格尚未涉及生产、加工等核心业务；（2）平台构建和应用支撑：制造网格资源共享平台主要是以网格技术为支撑搭建的,平台拓扑结构较为单一,缺乏灵活性,而云制造服务平台则以云计算技术为支撑,其平台和系统架构更加灵活,伸缩性和扩展性更强。,2.云制造与其它先进制造模式,云制造是面向服务制造理念的一种体现，通过产品与服务、制造与服务的融合，实现以向用户提供专业化及社会化的服务为目的。云制造理念丰富了面向服务制造的内涵，如强调了制造能力的服务化、资源的按需使用及动态协同等。IPS2（
7、Industry Product service system）与众包生产（Crowd Sourcing）作为面向服务制造的代表性应用模式，云制造在融合上述面向服务制造模式先进思想的同时,也为IPS2和众包生产等面向服务制造模式的高效实现提供了丰富的技术手段和强有力的平台支撑，体现在以下4个方面： （1）服务集成角度 （2）服务使用角度 （3）制造能力服务化角度 （4）业务协作角度,3.云制造关键技术,云制造关键技术： （1）制造云运行支撑平台制造云运行支撑平台：需要在云计算的支持下，提供制造云运行支撑平台，该平台提供云制造各个参与方所需要的计算环境。各种用户根据自己的角色注册、登录到云制造运
8、行平台。 （2）运营支撑平台寻找需要的资源并进行使用，通过相互协同完成一次制造过程。各个云制造能力提供者需要将自己的系统集成到云制造平台中，供服务使用者使用。此时，各个合作方有可能进行信息系统的集成，在云计算的支持下，实现平台中各个系统的高效集成运行。（3）供应链优化和生产计划云制造环境下各个参与方（包括制造服务提供者和使用者）之间将形成一个虚拟的供应链。这个大的供应链通常是以服务的使用者为中心形成的，对这个供应链的优化需要对包括采购、销售、物流、生产计划与调度在内的各个环节进行整体优化。,3.云制造关键技术,云制造关键技术： （4）云制造资源调度由于云制造环境下涉及的资源种类所、数量多，尤其
9、是不同类型企业之间的交互多，因此需要提高制造资源利用率，对其进行调度是一个重要问题。 （5）标准化技术在制造技术方面，需要设计、工艺、和加工装配的标准化方法和技术，以保证在制造云中各个参与方的制造标准和接口。（6）保密技术制造云的提供者会在不同的订单中接触不同请求者提供的产品，不同产品的加工工艺存在差异性和保密性，需要建立一种机制来对工艺信息保密，防止非法的扩散和使用。,4.云制造应用研究现状与发展,国内研究现状： （1）重庆大学，机械传动国家重点实验室的王时龙，郭亮等人通过对云制造研究现状、研究方式、研究内容的总结，提炼了其中的共性因素，提出了开展云制造应用模式的几点策略。同时，在该策略的指
10、导下开展了面向齿轮行业的云制造平台研究，设计了其运行架构，分析了其运作流程，并取得了部分关于云端机床设备虚拟化接入系统的研究技术成果13。 （2）浙江工业大学程时伟等人，为适应面向服务的网络化云制造模式，提升中小企业工业设计水平，提出云制造环境下的工业设计电子服务E-service系统架构14。基于活动理论对工业设计E-service进行建模，提取活动主体、客体、工具等要素，建立E-service系统的活动结构和层次分析框架。,4.云制造应用研究现状与发展,国内研究现状： （3）武汉理工大学李瑞芳15等人对云制造装备资源感知与接入适配技术进行了研究。从制造装备状态感知、物联与面向云制造服务平台
11、的接入适配三个方面进行阐述，分析了光纤光栅传感技术对制造装备资源感知的重要性及主要研究内容；探讨了制造装备物联的异构融合体系及装备资源融合接入方法和装置；从信息融合、描述与检索以及资源服务发布三个方面研究了装备资源面向云制造服务平台的接入适配技术。 （4）北京航空航天大学的任磊、张霖等人16对云制造资源虚拟化进行了研究。实现软硬物理制造资源的全面互联、感知与反馈控制,并将物理制造资源转化为逻辑制造资源,解除物理制造资源与制造应用服务之间的紧耦合,以支持资源高利用率、高敏捷性、高可靠、高安全、高可用的虚拟云制造服务环境。,4.云制造应用研究现状与发展,国内研究现状： （5）浙江东方职业技术学院骆
12、正茂等人17，鉴于中小企业难以承担建立零件库的费用，采用云制造模式开发了零件库系统。该系统具有零件查找方便、用户体验良好。系统可以帮助中小企业宣传和销售零件，有力的降低企业信息化建设的门槛。国内目前云制造应用研究中存在不足：系统建模、云化技术、人机交互与用户界面普适化等技术尚需进一步研究;此外，制造装备运行状态感知和物联的研究尚处于起步阶段，相关理论、关键技术和方法以及应用还有待探索和实践，一些关键性问题仍需解决。,4.云制造应用研究现状与发展,国外研究现状：（1）Nessehi等人提出一个解决CAx系统不兼容问题的方案18。所设计的平台可以为不同的CAD/CAM/CNC系统提供独特的交互接口
13、。采用一个应用广泛的数据库存储CNC制造信息，这些数据模型被认为由XML(可扩展语言标记)模式扩展的作为制造知识的基础加以利用。这类知识信息被分为制造信息、加工信息和资源信息。,Fig 2. Uiversal Manufacturing Platform 图2. 通用制造体系平台,图2. 通用制造体系结构,4.云制造应用研究现状与发展,Fig 2. Uiversal Manufacturing Platform 图2. 通用制造体系平台,4.云制造应用研究现状与发展,国外研究现状：（2）Mokhtar 和 Houshmand研究了一个类似的制造平台19，采用公理化设计理论实现CAx链间的互操作
14、性。公理化设计理论用于CAx环境中，通过直接或间接的方式为数据交换生成一个系统的优化组合路线图（如图3）。这种方法提供这样一个见解，即如何封装设计和制造资源，如何为云制造开发全局服务层。,4.云制造应用研究现状与发展,Fig 3. Data exchange in a typical production echelon, the shop floor level19 . 图3. 一个典型生产梯队的数据交换，车间层,4.云制造应用研究现状与发展,国外研究现状：（3）韩国POST-ECH机构的研究人员提出通过泛在计算技术设计和制造的理念，即UbiDM(泛在设计和制造)，UbiDM的关键是利用通过
15、泛在计算技术获取的产品整个生命周期的信息，进行产品设计和制造20（图4）。为支持这个理念，提供了一个泛在产品生命周期支持系统。在需求-搜索-提供链函数中涉及到模块化和代理的概念。,4.云制造应用研究现状与发展,Fig4. System spectrum of the UbiDM4 图4. 泛在设计制造系统,4.云制造应用研究现状与发展,国外研究现状：（4）Wang和Xu提出一个分布式的制造平台21,22，可以作为现存和将来CAD/CAM/CNC应用的一个集成环境。这是一个基于模块的架构。为了集成基于使用者需求和任务的软件组，采用了面向服务的体系结构。在DIMP（Distributed Inte
16、roperable Manufacturing Platform）中，使用者的要求被作为一系列的软件服务进行收集和组织。从服务的观点看，异构软件工作被作为“虚拟服务组”提供给用户。,4.云制造应用研究现状与发展,Fig 5. Service-oriented DIMP architecture21,22 图5. 面向服务的DIMP架构,4.云制造应用研究现状与发展,发展前景及存在问题 发展前景在过去的2-3年中，诞生了一些云制造系统的雏形。为了迎合云计算在制造业中的应用所受到的关注，企业需要以建设性和积极的方式去解决这些问题。IT行业的专家和来自制造部门的人员应该联手协作去探索这些问题的解决方
17、法。可以预见，云制造可以为日益全球化和分布式的制造工业提供有效的解决方案。云制造意味着一种新的制造业商务模式，一切都可以被视为服务，你可以申请一个服务同样也可以提供一个服务。,Prospect,4.云制造应用研究现状与发展,b. 尚需解决的问题(1)云制造作为一种新兴的制造模式和理念，其大规模的应用尚需进一步研究和探索; (2) 目前云制造还面临很多尚待解决的技术难题: a、制造装备运行状态以及加工状态感知; b、制造系统广域环境下的物联关键技术和接入适配方法; c、云环境下制造装备资源能力描述、匹配和检索优化; d、云制造装备资源感知与接入过程中的信息安全等方面均需要开展进一步的深入研究。,
