產(chǎn)品個(gè)性化與制造網(wǎng)絡(luò)化、服務(wù)化等發(fā)展趨勢與云計(jì)算、物聯(lián)網(wǎng)等IT新技術(shù)的結(jié)合推動了“云制造”理念的產(chǎn)生�！霸浦圃臁弊鳛橐环N面向服務(wù)的網(wǎng)絡(luò)化制造新模式，其基本理念已得到國內(nèi)制造信息化業(yè)界的認(rèn)同，但如何具體實(shí)現(xiàn)仍然有待進(jìn)一步研究探討。國內(nèi)目前將“云制造”分為面向集團(tuán)企業(yè)與中小企業(yè)2種情況進(jìn)行研究，兩者都相當(dāng)于電子商務(wù)中的“B2B”模式，面向終端消費(fèi)者與微小型企業(yè)之間互動的“B2C”模式?jīng)]有受到重視，而基于“B2C”模式的云制造，不僅更加易于實(shí)現(xiàn)商業(yè)運(yùn)營，而且有利于促進(jìn)微型企業(yè)的發(fā)展與全民創(chuàng)新。

1 “云制造"與相關(guān)概念
   
　　1.1 IT支持下的制造模式變革

　　1990年代以來，出現(xiàn)了“產(chǎn)品個(gè)性化”與“制造全球化”的發(fā)展趨勢，傳統(tǒng)“集中式”的大批量、流水線制造模式受到挑戰(zhàn)，企業(yè)需要在組織管理上進(jìn)行業(yè)務(wù)流程重組(Business Process Re-engineering，BPR)，并在全球范圍內(nèi)優(yōu)化布局，提高信息流、物料流與資金流的運(yùn)行效率以及對市場靈活反應(yīng)的能力。同時(shí)，IT技術(shù)的發(fā)展為企業(yè)組織管理模式的變革提供了支持，一些新型制造系統(tǒng)理念便應(yīng)運(yùn)而生。

　　人們從不同的關(guān)注角度對新型制造理念提出了不同稱謂。從產(chǎn)品批量的角度，稱為“大批量定制生產(chǎn)”(Mass Customization)；從企業(yè)組織的角度，稱為“分布式制造”(Distributed Manufacturing)或“分散制造”(Decentralized Manufacturing)、“虛擬制造”(Virtual Manufacturing)等；從企業(yè)管理目標(biāo)的角度，稱為“柔性制造”(Flexible Manufacturing)與“敏捷制造”(Agile Manufacturing)；從IT技術(shù)的角度，稱為“計(jì)算機(jī)集成制造”(Computer Integrated Manufacturing)、“網(wǎng)絡(luò)化制造”、“制造網(wǎng)格”(Manufacturing Grid)與“云制造”(Cloud Manufacturing)等。盡管關(guān)注角度不同，但這些稱謂都反映了IT技術(shù)支持下的制造系統(tǒng)模式的變革。

    李伯虎院士對“云制造”給出了一種開放式定義—“面向服務(wù)的網(wǎng)絡(luò)化制造新模式”。該定義一方面說明了“云制造”的目標(biāo)是實(shí)現(xiàn)“制造即服務(wù)”，另一方面也說明了它是“網(wǎng)絡(luò)化制造”隨著“云計(jì)算”與“物聯(lián)網(wǎng)”等IT新技術(shù)的發(fā)展而更新的產(chǎn)物。不過，該定義并沒有具體闡明“云制造”應(yīng)該如何實(shí)現(xiàn)，作為一種開放式的定義，有待于進(jìn)一步充實(shí)與完善。
   
　　1.2“云制造”與“云計(jì)算”的聯(lián)系

　　“云制造”的提出受到“云計(jì)算”理念的啟發(fā)，二者在“面向服務(wù)的架構(gòu)”(SOA)方面是一致的�！霸朴�(jì)算”的實(shí)現(xiàn)包括“基礎(chǔ)設(shè)施即服務(wù)”(IaaS)、“平臺即服務(wù)”(PaaS)與“軟件即服務(wù)”(SaaS)等3個(gè)層次，這種體系結(jié)構(gòu)通過硬件設(shè)施、開發(fā)平臺與應(yīng)用軟件的層次式劃分，形成了實(shí)際可行的商業(yè)模式。

　　“云計(jì)算”的體系結(jié)構(gòu)在邏輯上可供“云制造”借鑒，圖1給出了“云計(jì)算”與“云制造”體系結(jié)構(gòu)的類比，“云計(jì)算”中的IaaS、PaaS與SaaS分別與“云制造”中的制造資源層、虛擬企業(yè)層與終端應(yīng)用層相對應(yīng)。

　　不過，需要注意“云計(jì)算”中計(jì)算基礎(chǔ)設(shè)施與“云制造”中制造設(shè)備資源的差異性，后者異地分布制造資源的封裝要比前者的IaaS復(fù)雜得多，不能直接挪用“云計(jì)算”中的方法。因此，如何實(shí)現(xiàn)底層制造設(shè)備的“云端可用性”是“云制造”的基礎(chǔ)與成功運(yùn)營的關(guān)鍵。

2  網(wǎng)絡(luò)智能機(jī)床iMach的概念設(shè)計(jì)
   
　　云計(jì)算中IaaS的實(shí)現(xiàn)是以高性能、低成本計(jì)算與存儲硬件的發(fā)展為基礎(chǔ)的，由此類比，云制造環(huán)境中底層制造裝備在云端的可用性，也需要以大量高性價(jià)比“制造單元”的可用性為基礎(chǔ)。為了提供一種面向B2C模式云制造應(yīng)用的底層“制造單元”，本文提出了“網(wǎng)絡(luò)智能數(shù)控機(jī)床”(iMach)的概念設(shè)計(jì)方案。

　　iMach的市場定位為面向微小型企業(yè)用戶，其主要性能特征為：較低的成本、便捷的使用與維護(hù)性、較高的可靠性與適當(dāng)?shù)闹悄芑��？紤]到iMach主要用于單件小批量制造，為了控制成本，對i-Mach的加工效率不作太高要求，可通過采用小進(jìn)給量與多次切削來實(shí)現(xiàn)大余量的切除，因而可適當(dāng)降低機(jī)床的剛度要求，并選用低功率主軸電機(jī)。i-Mach將實(shí)現(xiàn)性能與成本的最佳均衡，目前市場上很少存在類似的產(chǎn)品。iMach具有以下設(shè)計(jì)特征：
   
　　a.模塊化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

　　iMach的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)遵循以下幾項(xiàng)原則。首先，在不降低剛度的前提下，盡量減輕質(zhì)量，并且便于安裝與維護(hù)。其次，盡量采用機(jī)床工業(yè)中的標(biāo)準(zhǔn)化零部件，并通過系列化設(shè)計(jì)增加重用件。最后，機(jī)床主體結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)為物料輸送、安全防護(hù)以及切削液循環(huán)等輔助裝置提供標(biāo)準(zhǔn)化擴(kuò)展接口。
   
　　b.開放式數(shù)控系統(tǒng)

　　數(shù)控系統(tǒng)在云制造中的作用相當(dāng)于云計(jì)算中的操作系統(tǒng)，不管對云計(jì)算還是云制造，底層系統(tǒng)之間的“互操作性”都是兩者實(shí)現(xiàn)的基礎(chǔ)。盡管“開放式數(shù)控”的概念已存在很多年，但目前還沒有一致的定義。本文將“互操作”作為開放式數(shù)控的首要特征，盡管有的商品化數(shù)控系統(tǒng)聲稱是開放式的，但實(shí)際上并沒有完全實(shí)現(xiàn)“互操作”。開放式數(shù)控系統(tǒng)除了采用標(biāo)準(zhǔn)PC硬件架構(gòu)之外，還應(yīng)符合主流工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，例如近年來提出的STEP-NC標(biāo)準(zhǔn)。
   
　　Step-NC(ISO 14649)是2001年發(fā)布的國際標(biāo)準(zhǔn)草案，其目標(biāo)是替代基于G代碼與M代碼的ISO 6983標(biāo)準(zhǔn)。由于G代碼與M代碼只含有低層次的刀具軌跡與速度命令，并且設(shè)備之間不兼容，因而編程工作量大，代碼重用性差。step-NC數(shù)據(jù)含有三維幾何、制造特征與加工工藝信息，不僅可以實(shí)現(xiàn)設(shè)備之間的互操作，而且能夠進(jìn)行智能化編程，Step-NC標(biāo)準(zhǔn)將為“云制造”的成功運(yùn)營提供重要保障手段。

　　c.支持遠(yuǎn)程監(jiān)控
   
　　制造過程中的數(shù)據(jù)采集與監(jiān)控是保證產(chǎn)品質(zhì)量并降低成本的重要手段，尤其對于廣大微小型企業(yè)，由于知識技能與人才的缺乏，難以實(shí)現(xiàn)高質(zhì)量產(chǎn)品的低成本制造。因此，在面向微小型企業(yè)的“云制造”環(huán)境中，制造單元需要具有遠(yuǎn)程監(jiān)控功能，用戶可借助遠(yuǎn)程專家或知識庫對加工工藝進(jìn)行分析與診斷，甚至通過連接遠(yuǎn)程“智能數(shù)控”中心，對現(xiàn)場工藝參數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)自適應(yīng)優(yōu)化調(diào)整。另外，產(chǎn)品的最終消費(fèi)者也可通過視頻對生產(chǎn)過程進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)視，這有助于企業(yè)贏得消費(fèi)者訂單。

3 iMachCloud云制造模式的提出
   
　　iMachCloud是一種面向微小型制造企業(yè)的B2C模式云制造服務(wù)平臺，其體系架構(gòu)如圖2所示，圖中包括物理資源層、邏輯服務(wù)層、集成服務(wù)層與終端應(yīng)用層4個(gè)層次，其中的邏輯服務(wù)層與集成服務(wù)層是對圖1所示“虛擬企業(yè)層”的進(jìn)一步細(xì)化，平臺的參與者包括平臺運(yùn)營方、制造服務(wù)方、設(shè)計(jì)服務(wù)方、制造工藝服務(wù)方等。iMachCloud在總體上是一種由運(yùn)營商維護(hù)的“內(nèi)部云”，也可以通過訪問“外部云”來實(shí)現(xiàn)一些計(jì)算與分析功能，例如設(shè)計(jì)模擬仿真、數(shù)控加工仿真等。

   
　　物理資源層包括設(shè)備資源、軟件資源與人力資服務(wù)等。設(shè)備資源包括智能數(shù)控機(jī)床、快速成型機(jī)、三維掃描儀等。軟件資源是指可以通過“外部云”訪問的設(shè)計(jì)仿真分析、知識庫等資源。人力資源是指以網(wǎng)絡(luò)在線方式獲得的遠(yuǎn)程專家服務(wù)，例如遠(yuǎn)程三維建模與仿真分析、工藝控制、設(shè)備診斷等。每種物理資源采用本體描述語言進(jìn)行建模，分配惟一的ID號。通過工業(yè)以太網(wǎng)或無線傳感網(wǎng)接入Internet。
   
　　邏輯服務(wù)層將異地分布的制造資源聚合為虛擬的服務(wù)站，具體功能包括資源的注冊與發(fā)現(xiàn)、任務(wù)分配與調(diào)度、交易消息通訊、設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測、數(shù)據(jù)安全服務(wù)等。在過去“網(wǎng)絡(luò)化制造”方面的研究論文中，已有很多關(guān)于資源發(fā)現(xiàn)與匹配算法的報(bào)道。

　　集成服務(wù)層是指以SaaS方式提供的逆向工程(RE)/CAD/CAPP/CAM/CNC數(shù)據(jù)集成服務(wù)，例如3D網(wǎng)格模型的有效性檢查與修復(fù)、RE/CAD數(shù)據(jù)集成、CAM與Step-NC集成、智能化CAPP等功能。集成服務(wù)層中的部分軟件功能可以通過訪問“外部云”獲得，例如RE軟件、數(shù)控加工仿真等。
   
　　終端應(yīng)用層為各參與方提供交互界面，包括面向消費(fèi)者用戶的門戶網(wǎng)站，提供需求發(fā)布、價(jià)格反饋、在線交易等功能，以及面向設(shè)計(jì)、制造與工藝服務(wù)提供方的網(wǎng)絡(luò)工作界面。從用戶的角度看，iMachCloud平臺主要提供“設(shè)計(jì)即服務(wù)”、“加工即服務(wù)”與“工藝即服務(wù)”等3種服務(wù)。

4 結(jié)束語

　　本文深入分析了“云制造”的概念，提出了一種“網(wǎng)絡(luò)智能機(jī)床”(iMach)概念設(shè)計(jì)與一種B2C模式云制造平臺—iMachcloud。制造單元iMach與云制造平臺iMachCloud的關(guān)系類似于美國蘋果電腦公司的iPhone產(chǎn)品與應(yīng)用商店“App Store”平臺之間的關(guān)系，二者具有互相推動的作用，iMach與iMachCloud的互動有利于促進(jìn)“云制造”發(fā)展。不過，本文提出的iMach與iMachCloud還處于概念設(shè)計(jì)與方法研究階段，需要在進(jìn)一步的實(shí)踐中改進(jìn)和提高。

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本文標(biāo)題：面向微小型企業(yè)的B2C模式iMachCloud

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