引自：《未來製造新模式——理論、模式及實踐》（作者：江志斌，林文進，王康周，李樂飛，塗金）

來源：智造苑

隨著新一代資訊科技和製造業的深度融合，我國智慧製造發展取得了明顯成效，如何培育新型製造服務模式，滿足製造企業最短的上市時間（time）、最好的質量（quality）、最低的成本（cost）、最優的服務（service）、最清潔的環境（environment）和基於知識（knowledge）的創新即TQCSEK的需求，支撐綠色和低碳製造，實現中國創造，進而推動經濟增長方式的轉變，是未來5～10年我國製造業發展需要解決的重大問題。與此同時，以雲計算、物聯網、虛擬物理融合系統（cyber-physical systems，CPS）、虛擬化技術、面向服務技術（如知識服務、服務技術等）、高效能計算等代表的先進技術正迅猛發展，並應用於各個行業。有專家學者適時提出了“雲製造”概念並作出了具體的解釋。當MES一體化平臺替代ERP，當更廣泛的MES、WMS、APS、SCM滿足“工業4.0”需求，工業軟體未來方向將是雲製造。

「 1. 雲製造的概念 」

李伯虎等在2010年提出了雲製造的概念，認為雲製造是一種利用網路和雲製造服務平臺，按使用者需求組織網上製造資源（製造雲），為使用者提供各類按需製造服務的一種網路化製造新模式。雲製造融合現有的資訊化製造、雲計算、物聯網、語義Web、高效能計算等技術，透過對現有網路化製造與服務技術(如製造網格、虛擬製造、分散式數控以及應用服務提供商(application service provider，ASP )、軟體即服務(software-as-a-service，SaaS)等)進行延伸和變革，將各類製造資源(包括製造硬物理裝置、測試平臺、模擬系統、計算與通訊系統、軟體、模型、資料和知識等)虛擬化、服務化，並進行統一的、集中的智慧化管理和經營，實現智慧化、多方共贏、普適化和高效的共享和協同，透過網路為製造全生命週期過程(論證、設計、加工、模擬、試驗、維護、銷售、採購和管理)提供可隨時獲取的、按需使用的、安全可靠的、優質廉價的服務。

「 2. 雲製造的特徵 」

雲製造與已有的網路化製造、ASP、製造網格、雲計算等相比，具有以下異同點：

（1）儘管現有的網路化製造在一定程度上幫助實現了企業基於網路技術的業務協同，但其作為一個獨立系統，是以固定數量的資源或既定的解決方案為使用者提供服務，缺少動態性，客戶端智慧化不足以及不能實現有效的商業運營模式。此外，網路化製造只能實現部分應用，迫切需要透過雲製造等技術實現更廣泛的推廣和應用。

（2）ASP技術的遠端服務租賃模式，可以較好地解決中小企業應用系統等的資訊化軟體成本問題，但由於使用者端智慧性和資料安全性的不足，導致進一步推廣和應用比較困難，不過ASP技術的已有研究基礎和推廣經驗是實施雲製造可借鑑的關鍵之一。

（3）製造網格主要強調分散式資源服務的匯聚、發現、最佳化配置等，核心思想是“分散資源集中使用”，其服務模式通常採用“多對一”的形式，即多個分散式資源為一個使用者或任務服務，因此同樣缺乏商業運營空間。而云製造不僅體現了“分散資源集中使用”的思想，還體現了“集中資源分散服務”的思想，即其服務模式不僅有“多對一”的形式，同時更強調“多對多”，即匯聚分散式資源服務進行集中管理，為多個使用者同時提供服務。

（4）雲計算以計算資源的服務為中心，它不能解決製造企業中各種製造裝置的虛擬化和服務問題。雲製造主要面向製造業，把企業產品製造所需的軟硬體製造資源整合成為雲製造服務中心。所有連線到此中心的使用者均可向雲製造中心提出產品設計、製造、試驗、管理等製造全生命週期過程各類活動的業務請求，雲製造服務平臺將在雲層中進行高效能智慧匹配、查詢、推薦和執行服務，並以服務的形式透明地向用戶提供各種型別的製造資源，其中必須加進一些物聯網技術。

雲製造的主要特徵表現在以下幾方面：

（1）面向服務和需求的製造。雲製造改變了長期以來面向裝置、面向資源、面向訂單、面向生產等的形態，真正實現了以服務為導向、以需求為導向。在雲製造中，一切能封裝和虛擬化的都作為製造雲服務(包括製造資源作為服務、製造能力作為服務、製造知識作為服務等)。這種大變化是實現生產型企業向服務型企業轉變以及實現製造服務(manufacturing as a service)的基礎。

（2）不確定性製造。雲製造中，雲服務對製造需求的滿足不存在唯一的最佳解，而是透過使用現有技術和方法獲得令人滿意的解決方案或非劣解決方案，這是雲製造的製造能力本身存在的不確定性所導致的，包括雲製造任務的描述、任務與雲服務的對映匹配、雲服務選取與繫結、雲服務組合選取、製造結果評價等環節中的不確定性。

（3）使用者參與的製造。雲製造強調把計算資源、能力和知識嵌入到網路和環境中，使得製造企業重新重視使用者需求本身。雲製造積極創造了一個允許製造企業、客戶、中間方等充分溝通的公用製造環境。在雲製造模式下，使用者積極參與到製造全生命週期的每一個環節中來，而不只是提出使用者需求以及進行簡單的和使用者評價。客戶或使用者的身份不是唯一的，也就是說，使用者既可以是雲服務的消費者又可以是雲服務的提供者或開發者，這體現的是一種使用者參與的製造，包括人機互動、機人互動、機機互動以及人人互動等。

（4）透明和整合的製造。雲製造首先將所有制造資源、功能和知識進行抽象化和虛擬化，使之成為使用者可見並易於訪問的資源池，然後當用戶透過雲服務執行各種製造活動時，這些服務可以隨時呼叫。也就是說，服務的呼叫是透明的，雲製造的透明度可以體現在位置，註冊和使用等方面。

（5）主動製造。在以往的製造模式下，如果公司沒有生產訂單或裝置閒置，則無法進行製造活動或享受資源收益，這是一種被動製造模式。相反，在雲製造模式中，製造活動和雲服務更加主動，它們透過雲平臺智慧匹配供需，採用機器學習、統計推斷等技術，使得訂單可以主動尋找製造方、雲服務可以主動智慧尋租。

（6）支援多使用者的製造。傳統網路化製造模式(如ASP、製造網格等)的研究重點是如何使分散的製造資源能夠透過網路連線起來，從而形成虛擬的集中資源，並將一個複雜製造任務分解成若干簡單任務，透過排程機制使得這些簡單任務並行執行在不同製造資源節點上，最後彙集執行結果，這體現的是一種分散資源集中使用的思想。而云製造一方面體現了“分散資源集中使用”的理念，另一方面能夠有效實現“集中資源分散服務”的思想。簡言之，就是透過大型伺服器把分散在不同地方的製造資源集中起來，建成物理上的服務中心，從而為分佈在不同地方的眾多使用者提供服務呼叫、資源租賃等。

（7）支援按需使用和付費的製造。雲製造是一種由需求驅動、按需付費、面向服務的新型製造模式。如果處於雲製造模式下的使用者，想要使用製造雲服務中心的雲服務，則可以採用需求驅動，使用者主導和即付即用的方法。

（8）低門檻、外包式製造。傳統制造企業必備廠房、裝置、物料、資訊化設施和技術人員等全套製造條件，同時還必須具備相應的設計、製造、管理、銷售等能力。而云製造模式下，企業不需要擁有所有這些條件和能力，對企業沒有的製造資源或能力可以透過外包的形式得到，即透過呼叫或租用雲製造系統中的資源、能力、雲服務來完成本企業的生產任務，從而降低了企業的入門門檻，使生產和企業組織方式更加靈活、多元化。

（9）基於能力共享與交易的製造。雲製造共享側重於虛擬資源與能力的共享，比如透過雲平臺整合分散在各處的不同工藝的裝置，如果客戶在雲平臺上釋出需求，雲平臺可以自動匹配服務需求，透過良好的資源整合和分配能力，快速響應客戶需求。

（10）基於知識的製造。基於物聯網等新資訊科技的應用，企業可以實現對資源的實時感知和共享。首先透過資源的感知，透過雲平臺將製造資源和服務資源虛擬化，實現製造和服務資源整合。然後透過需求端可以實現雲服務的請求。最後在雲平臺透過搜尋和匹配等操作可以為需求端提供按需服務。

（11）基於群體創新的製造。雲製造模式下，任何個人、單位或企業都可以向雲製造平臺貢獻其製造資源、能力和知識，同時任何企業都可以基於這些資源、能力、知識來開展本企業的製造活動，這體現的是一種維基百科式的基於群體創新的製造模式。

「 3. 雲製造的體系架構 」

雲製造系統體系架構分為以下層次：

（1）物理資源層（P-Layer）。P-Layer為物理製造資源層，該物理層資源透過嵌入雲終端技術、物聯網技術等，將各類物理資源接入到網路中，實現製造物理資源的全面互聯，為雲製造虛擬資源封裝和雲製造資源呼叫提供介面支援。

（2）雲製造虛擬資源層（R-Layer）。該層的重點是將網路的各種製造資源虛擬化以形成虛擬製造資源，然後使用雲製造服務定義和虛擬化工具，將虛擬製造資源封裝到雲服務中，在呼叫時將其釋放。雲製造虛擬資源層提供的主要功能包括雲訪問技術、雲服務定義、虛擬化技術和資源分配等。

（3）雲製造核心服務層（S-Layer）。該層主要面向雲製造的三種類型的使用者（雲提供商、雲請求者和雲服務運營商），為製造雲服務的整合管理提供各種核心服務，使得雲服務請求者可以隨時隨地獲取雲服務；面向雲服務執行商提供使用者管理、系統管理、雲服務管理、資料管理、雲服務釋出管理服務；面向雲請求端提供雲任務管理、高效能搜尋與排程管理等服務。

（4）應用介面層（A-Layer）。應用介面層主要針對特定的製造應用程式領域，它提供了不同的專業應用程式介面和常規管理介面，例如使用者註冊和身份驗證。

（5）雲製造應用層（U-Layer）。雲製造應用層面向製造業的所有領域和行業，但不同行業的使用者只能透過入口網站和各種使用者介面（包括移動終端，PC終端，專用終端等）訪問和使用雲製造系統的各種雲服務。

「 4. 雲製造的關鍵技術 」

雲製造涉及的關鍵技術主要有：雲端化技術、雲服務的綜合管理技術、雲製造安全技術、雲製造業務管理模式與技術。

1）雲端化技術

雲端化技術主要研究雲製造服務提供端各類製造資源的嵌入式雲終端封裝、接入、呼叫等技術，並研究雲製造服務請求端接入雲製造平臺、訪問和呼叫雲製造平臺中服務的技術，包括：

（1）支援參與雲製造的底層終端物理裝置智慧嵌入式接入技術、雲計算互接入技術等；

（2）雲終端資源服務定義封裝、釋出、虛擬化技術及相應工具的開發；

（3）雲請求端接入和訪問雲製造平臺技術，以及支援平臺使用者使用雲製造服務的技術；

（4）物聯網實現技術等。

2）雲服務綜合管理技術

雲服務綜合管理技術主要研究和支援雲服務運營商對雲端服務進行接入、釋出、組織與聚合、管理與排程等綜合管理操作，包括：

（1）雲提供端資源和服務的接入管理，如統一介面定義與管理、認證管理等；

（2）高效、動態的雲服務組建、聚合、儲存方法；

（3）高效能、智慧化雲製造服務搜尋與動態匹配技術；

（4）雲製造任務動態構建與部署、分解、資源服務協同排程最佳化配置方法；

（5）雲製造服務提供模式及推廣，雲使用者（包括雲提供端和雲請求端）管理、授權機制等。

3）雲製造安全技術

雲製造過程中需要傳輸大量資料，而這些資料的安全性也是企業需考慮的，包括資料傳輸安全性、資料利用安全性以及資料應用監控等。

4）雲製造業務管理模式與技術

雲製造業務管理模式與技術主要包括：企業業務流程的動態構造、管理與執行技術；雲服務的定價、議價和運營策略，以及相應的電子支付技術等；雲製造模式各方的信用管理機制與實現技術等。

「 5. 雲製造的前景 」

雲計算正在成為製造業的主要驅動力之一，它改變了製造業的商業模式，幫助製造業將產品創新與商業戰略結合起來，並建立了有效協作的智慧工廠網路。這種按使用付費的模式將徹底改變製造業，正如網際網路已經使我們的日常生活和商業生活發生了翻天覆地的變化一樣。製造企業已經開始使用雲計算，因為它具有良好的經濟效益。從以產品為導向的製造轉向以服務為導向的製造，雲製造似乎提供了極具吸引力的解決方案。在雲製造中，分散式資源被封裝到雲服務中，並進行集中管理，客戶可以根據自己的需求使用雲服務。雲使用者可以參與產品設計、製造、測試使用和其他產品生命週期階段的活動。

雖然雲製造是相對較新的概念，但是可以預見，雲製造將為日益全球化和分散式的製造業提供有效的解決方案。雲製造是一種開展製造業務的新方法，意味著一切都可以被視為服務，無論是請求的服務還是提供的服務。