浅析云制造概论

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摘要:基于云计算的思想,文章提出一种面向服务、高效低耗和基于知识的网络化智能新模式——云制造。云制造融合现有信息化制造、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过程提供可随时获取、按需使用、安全可靠、优质廉价的服务。基于云仿真原型平台cosim-csp的云仿真应用已初步用于某飞行器多学科虚拟样机的协同设计中,为云制造的进一步研究工作奠定了基础。

[关键词]制造业信息化;云制造;云计算;网络化制造

abstract: based on the philosophy of cloud computing, a new intelligently networked manufacturing model called "cloud manufacturing" has been proposed which is service-oriented, highly efficient, consumes less energy, and is knowledge based. by integrating state-of-the-art technologies such as informatized manufacturing, cloud computing, the internet of things, semantic web and high performance computing, cloud manufacturing provides secure, reliable, and high quality on-demand services with low prices for users involved in the whole manufacturing lifecycle. cloud simulation technology based on the cloud simulation platform cosim-csp has primarily been applied to the collaborative design of a certain multidisciplinary virtual prototype for flight vehicle. this lays the foundation for further study into cloud manufacturing.

key words: manufacturing informatization; cloud manufacturing; cloud computing; networked manufacturing

1 制造业信息化的发展趋势

制造业是国民经济和国防安全的重要支柱,是一个国家工业化的战略性产业。

云制造体系包括制造资源/制造能力、制造云、制造全生命周期应用三大组成部分。此外,它的运行还包括一个核心支持(知识)、两个过程(接入、接出)和三种用户(制造资源提供者、制造云运营者、制造资源使用者)。云制造的运行原理如图1所示。首先,需要将各种制造资源与制造能力封装为云服务,这一过程可称为制造资源的“接入”。根据不同的制造需求,云服务能够聚集形成制造云。制造云是云服务的主要载体,面向制造全生命周期应用提供各种服务,这一过程称为“接出”。在整个云制造体系的运转过程中,知识起到了核心支撑的作用。知识能够在制造资源和制造能力的接入过程中,为智能化嵌入和虚拟化封装提供支持;在制造云管理过程中,为云服务的智能查找等功能提供支持;在制造全生命周期应用中,为云服务的智能协作提供支持。由此可见,云制造体系能够实现基于知识的制造全生命周期集成,提供了一种面向服务的、高效低耗和基于知识的网络化智能制造新模式。

云制造应用模式如图2所示。首先,相关行业的用户通过云制造平台提出具体的使用请求。云制造平台是负责制造云管理、运行、维护以及云服务的接入接出等任务的软件平台。它会对用户请求进行分析、分解,并在制造云里自动寻找最为匹配的云服务,通过调度、优化、组合等一系列操作,向用户返回解决方案。用户无需直接和各个服务节点打交道,也无需了解各服务节点的具置和情况。通过云制造平台,用户能够像使用水、电、煤、气一样使用制造资源和制造能力。

云制造体系架构包括物理资源层、云制造虚拟资源层、云制造核心服务层、应用接口层、云制造应用层等5个层次。图3是云制造体系架构的示意图。

如图4所示,云制造的关键技术主要包括以下5个方面:

模式、体系架构、标准、规范

制造资源和制造能力的云端化技术

制造云服务的综合管理技术

云制造安全与可信制造技术

云制造业务管理模式与技术

3.3 初步研究成果

为了论证云制造理念的可行性,作者所在团队初步研发了一个云制造的典型应用——基于云仿真原型平台cosim-csp[15]的云仿真应用。此应用已初步用于某飞行器多学科虚拟样机的协同设计中。基于cosim-csp的云仿真应用中包含可视化普适门户界面技术、复杂产品项目管理技术、仿真资源虚拟化技术、容错迁移技术与安全可信机制、基于语义知识的资源服务质量评估、智能发现、自动组合与动态调度等技术,为云制造的进一步研究工作奠定了基础。

4 云制造的未来展望

云制造为制造业信息化提供了一种崭新的理念与模式。作为一个新生概念,云制造具有巨大的发展空间。云制造的研究与实践工作需要依靠政府、产业界、学术界等多方联合与共同努力。云制造的应用将是一个长期的阶段性渐进过程,而不是一蹴而就的项目工程。云制造要求制造企业具有良好的信息化基础,并且实现了企业内部的信息集成与过程集成。因此,对于当前业界的广大制造企业而言,实现云制造仍具有一定门槛。

云制造的未来发展仍面临着众多关键技术的挑战。除了云计算、物联网、语义web、高性能计算、嵌入式系统等技术的综合集成,基于知识的制造资源云端化、制造云管理引擎、云制造应用协同、云制造可视化与用户界面等技术均是未来需要攻克的重要技术。

5 结束语

当前,国际制造业正向着服务化、高效低耗、知识创新的方向发展,