面向云制造的制造资源模型研究
冀阿强1，段晓峰2
(1． 北京神舟航天软件技术有限公司，北京 100094)
(2． 北京理工大学 机械与车辆学院，北京 100081)
摘要:通过分析云制造系统的运作模式和体系结构，得出了制造资源在云制造系统中的地位和作
用，然后在此基础上提出了面向云制造系统的制造资源数据模型。结合云制造的特点，通过对资
源数据模型的分类信息、对象信息和属性信息 3 个层次的信息描述，建立了制造资源数据的三维
模型，该模型支持云制造系统中的制造资源构建、制造资源封装、制造资源能力模型构建以及资
源评价等。
关键词:云制造;制造资源;数据模型
中图分类号:TP391;TH166 文献标识码:A 文章编号:1672 －1616(2012)17 －0005 －04
信息技术和网络技术的发展为制造行业带来
了新模式。为实现制造企业的资源共享与集成，实
现生产的高效、高质量，降低生产成本并快速响应
市场，各类先进的制造模式被相继提出。其中网络
化制造模式成为企业在信息时代可以快速响应市
场并提高竞争力的先进制造模式。随着云计算的
兴起，一种秉承了云计算的计算服务理念的新的面
向服务的网络化制造模式———云制造被提出。云
制造系统中元素包罗万象，所有这些最终都是为企
业的生产运作服务的。云制造中的制造资源，作为
系统中的一个主体对象，对云制造系统的平台构建
和实施应用都是极其重要的。本文将尝试在众多
专家和学者提出的云制造的概念和理论体系的基
础之上，通过总结归纳得出云制造的核心体系结
构，建立起符合此体系结构应用的制造资源数据模
型。
1 云制造概念
云制造是借鉴云计算的概念，并结合制造即服
务的理念发展而来的，然而不同专家和学者对云制
造的概念和内涵也有着不同的认识和解读。
中国航天科技集团的杨海成认为云制造是面
向区域、行业或企业，借助先进的信息技术，实现对
产品开发、生产、销售和使用等全生命周期的相关
资源的整合，提供标准、规范、可共享的制造服务的
制造模式，它是先进的信息技术、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［1］。李伯虎院士认为云制造是一种利用
网络和云制造服务平台，按用户需求组织网上制造
资源，为用户提供各类按需制造服务的一种网络化
制造新模式［2］。李伯虎院士提出的云制造系统由
云制造服务提供者、云制造服务使用者和云制造服
务平台组成，其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、应用接口层和云
制造应用层 5 个层次。北京大学的李伟平等人认
为，云制造是一种以规范化和行业化的标准为基
础，以互联网和物联网为支撑环境，以满足客户个
性化产品需求和提高加盟制造商利润为目标，具有
智能化、绿色化、低消耗、高可靠性、高可伸缩性的
现代制造模式［3］，其体系结构自下而上可分为资
源层、制造云运行支撑平台和服务层。虽然不同学
者和专家对云制造的定义和解释有所不同，但云制
造的核心理念都是相同的，笔者通过分析总结，得
到的云制造体系结构如图 1 所示。
图 1 云制造系统体系结构
收稿日期:2012 － 02 － 20
基金项目:航天数字化制造管理平台研发资助项目
作者简介:冀阿强(1988 －) ，男，河北赤城人，北京理工大学硕士研究生，主要从事数字化制造和制造资源管理方面的研究。
5·企业管理与信息化· 冀阿强 段晓峰 面向云制造的制造资源模型研究
图 1 所示的云制造体系结构由云制造资源层、
云制造能力层、云管理服务层和云制造应用层构
成。该架构不仅体现了制造即服务的思想，同时也
说明了云制造系统的基本组成和运作方式。底层
将各种资源收集、封装，并在第二层以资源能力体
现;管理层通过对云上的各种资源的综合管理并将
制造服务最终提供给上层用户使用。
2 制造资源
航天制造企业多数是 RTO 型，即面向订单研
制型企业，这类企业的制造方式复杂，而且对创新
的要求很高。这类企业在产品和制造资源管理上
的特点主要表现为:单件小批量生产，产品多而复
杂，产品数量少;产品研制周期长，产品研制和生产
过程中，涉及到的制造资源种类多、使用频率低;制
造资源更新换代快、管理业务多变等。面向航天集
团企业的云制造理论和思想基本可以满足航天企
业对制造资源的需求，并解决其管理上存在的问
题。同时面向云制造的系统体系也对制造资源模
型提出了新的要求。
制造资源位于整个云制造体系架构的最底层，
是整个云制造运行平台的基础，通过对制造资源进
行描述封装，然后以服务的形式发布到云端，并最
终为用户提供各种满足其需求的制造服务。云制
造体系下的制造资源的特性包括异构性和分布性、
动态性和多样性、抽象性和相似性、统一性和开放
性等特点。如何准确描述制造资源，并合理封装，
从而满足云制造模式的体系架构对制造资源模型
提出的要求，且支持云制造服务平台的合理和有效
运行极其重要。这要求对制造资源按照统一的数
据模式进行封装，屏蔽制造资源的异构性;支持资
源在平台上的注册、查询和信息反馈等。对制造资
源的描述应该包括以下几个方面的要求［4］: (1)云
制造系统中对制造资源的描述应该满足制造资源
的完整性要求;(2)对制造资源的描述应具有统一
性;(3)结合云制造的特点，制造资源的描述信息
应该分层分类，从不同角度描述制造资源的物理属
性和状态属性等，以满足制造资源的封装、虚拟化、
检索需求和信息反馈等。
对制造资源的科学准确描述是云制造系统中
资源定位、资源封装、资源能力匹配、资源虚拟构建
以及资源信息反馈的基础和关键。制造资源有广
义和狭义之分，本文研究的制造资源是指制造企业
中的狭义制造资源，狭义制造资源可以定义为加工
制造一个零部件所需要的具体的物理元素，它是应
用于计算机集成制造系统、计算机辅助设计、计算
机辅助工艺规划和数控等制造系统的工具和设
备［5］。一个制造系统往往由许多不同的制造资源
构成，其中包括机器设备、辅助设备、切削加工用的
各种刀具、辅助工具工装等。
3 制造资源模型
制造资源的数据模型由 3 个部分组成，分别是
制造资源分类模型、制造资源对象模型和制造资源
属性信息模型。分类模型将制造资源按其特性分
类，明确各类资源的范围和边界;对象模型描述父
类和子类资源的关系，父类资源派生子类资源和子
类资源继承父类资源的形式;属性信息模型按属性
特征分类描述各类资源的自有属性信息。3 个部
分共同构成制造资源数据模型，完成对制造资源的
分类、对象化和定义，同时为制造资源的业务模型
建立和封装打下基础。为更形象化地描述制造资
源的数据模型，把制造资源的分类、资源对象和属
性信息模型 3 个方面的信息用三维坐标的方式进
行表述。本文给出如下定义。
资源分类维度(V1) :描述制造资源的分类以
及各个类别的层次关系，数据对象表示制造资源的
类别。
制造资源通常是分类分组进行组织管理和使
用的，采用面向对象技术的派生集成等特点，对各
种制造资源进行抽象，以反映特征类型的信息，构
成面向对象的制造资源分类层次模型。制造资源
的明确分类包括设备、工具、工装、计量器具和仪器
仪表 5 大类。
资源对象维度(V2) :描述资源属性有大类到
小类的继承和派生关系，数据对象表示资源的类和
对象的级别。
基于统一的资源模型来管理资源，这样可以建
立准确、无二义的资源模型，对制造资源的管理也
将更加高效和准确。资源对象模型通过派生、继
承、封装等特性快速定义新制造资源，将其纳入企
业制造资源的管理规范中。
制造资源中的一个大类是设备资源，设备资源
可以分为机动设备、非机动设备，其中机动设备可
以分为机械设备、传动设备、动力设备等，这些类别
还可以再细分。以机械设备为例，按照上文提出的
制造资源属性信息模型，资源的描述主要由 4 类信
息组成:基本信息、结构信息、能力信息、状态信息。
描述资源基本信息的属性有设备编号、设备名称、
型号、规格等;描述资源结构信息的属性有加工对
6 2012 年 9 月 中国制造业信息化 第 41 卷 第 17 期
象、加工类型等;描述资源能力的属性有可加工零
件类型、加工精度等;描述资源状态信息的属性有
资源可用状态等。对于制造企业来说，以上属性中
最为关键的是资源的能力和状态信息。模型的分
类结构具有很好的层次性和继承性，其中资源描述
的属性可以是从父类的属性中继承过来的，也可以
是资源自身独有的属性。
资源对象维度应用面向对象的思想，体现的是
资源上层对底层资源属性的继承关系以及底层对上
层的抽象和派生。在制造资源 4 个层次的基础上，
由下至上，从详细类、小类、大类到制造资源根节点
逐层抽象，在抽象过程中实现子类到父类的汇聚、非
核心资源属性的摒弃。根据此模型，便可轻松描述
出制造资源类中任意层级任意类别的制造子资源。
属性信息维度 (V3) :描述资源属性信息特
点，数据对象表示资源某属性的属性信息类别。
本文在上述内容的基础之上应用面向对象的
思想和原理，对制造资源的特性进行分析和归纳。
制造资源对象的属性可以归结为资源静态属性和
资源动态属性 2 个部分，静态属性包括制造资源的
管理信息和结构形式，动态属性包括制造资源的能
力信息和资源状态。制造资源的管理信息主要反
映和满足制造资源的管理功能，主要提供给云制造
系统的管理人员查看和应用，如制造资源的名称、
编码、使用单位、厂别国家、制造厂商等静态信息;
制造资源的结构形式信息主要包括制造资源的物
理特性和逻辑关系，如机床的结构、功率，夹具类
型，刃具的结构形式，以及设备和刀具夹具的配置
关系等;制造资源的能力信息主要反映制造资源所
能完成的工作和项目，包括设备的加工精度和所能
加工零件的几何范围等，也包括该资源和其他制造
资源一同被封装为制造能力的相关信息，这些信息
是随着制造资源的运行而不断变化的，属于动态信
息;制造资源状态信息反映了制造资源的当前状
态，是否在用、是否可用和将要被使用的情况等，这
些信息也是动态的。
经过上文的分析总结，建立制造资源属性信息
维度，首先将其分为静态信息和动态信息 2 大类，
然后静态信息再分为基本信息和结构信息，动态信
息再分为能力信息和状态信息。
4 资源数据三维模型
参考面向对象的思想，结合制造资源分类和制
造资源属性信息，本文采取分类建模方法来建立制
造资源统一模型。在制造资源分类模型的基础之
上，制造资源的继承关系形成纵向的 5 个区域，各
个区域之间界限清晰、权责分明，资源的继承关系
也只能在自己区域内独立进行，不能跨区域继承。
在制造资源属性信息模型基础之上，制造资源的属
性信息分成 4 个独立的区域，以此细化制造资源的
继承关系。在这 2 个前提约束之下，制造资源对象
模型的建立需要考虑以下几个方面的问题:如何抽
象各类制造资源的数据信息构成资源父类;如何在
父类基础之上派生子类并对其进行扩展;继承关系
如何体现;子类资源属性如何扩展，扩展信息如何
约束。资源数据的三维表示如图 2 所示。
图 2 资源数据三维模型
此模型通过立体呈现方式，形象、清晰地展示
了制造资源数据的分类、属性信息和对象关系。V1
方向呈现制造资源的分类信息，V2 方向呈现制造
资源的对象化信息，V3 方向呈现制造资源的属性
信息。V1 和 V2 共同描述了资源在分类约束下的继
承关系，V2 和 V3 共同描述了制造资源在属性分类
约束下的继承关系，V3 和 V1 共同描述了各类制造
资源的属性分类信息。
V1 和 V2 共同描述的资源在分类约束下的继承
关系如下。首先，定义制造资源的根节点也可称为
制造资源基类，使其拥有制造资源的基本的属性。
然后，在制造资源基类的基础之上进行派生，形成
一系列的制造资源子类。这些子类在继承了父类
的基本属性之外，还增加了一些较通用的必要的属
性;新生成的制造资源子类还可以按照一定规则进
行派生，生成下一级的制造资源类，在继承父类属
性的同时增加新的资源属性，实现资源的实例化和
特殊化。
制造资源建模的结果是将云制造系统内不同
制造单位、不同分布地点的所有制造资源统一分
类，建立关联和继承关系。应用上述思想，得出关
于制造资源的 XML形式化描述如下:
7·企业管理与信息化· 冀阿强 段晓峰 面向云制造的制造资源模型研究
＜ manufacturingResources ＞
＜ basicInfo ＞
…
＜ /basicInfo ＞
＜ structureInfo ＞
…
＜ /structureInfo ＞
＜ abilityInfo ＞
…
＜ /abilityInfo ＞
＜ statusInfo ＞
…
＜ /statusInfo ＞
＜ /manufacturingResources ＞
5 结束语
云制造作为服务型制造的新模式，为制造业的
发展注入了新的活力。云制造系统中对制造资源的
封装、发布以及被用户应用等一系列活动都是建立
在对底层制造资源的准确合理描述的基础之上的。
本文通过紧密结合云制造系统的体系结构，对云制
造系统中的制造资源进行了初步研究，提出了针对
云制造系统的制造资源数据模型。本文只是在理论
上提出了对制造资源的描述方式，其在云制造系统
中的应用方式和管理方式还有待进一步研究。
参考文献:
［1］ 杨海成． 云制造是一种制造服务［J］． 中国制造业信息化，
2010，39(3) :22 － 23．
［2］ 李伯虎，张 霖，王时龙，等．云制造———面向服务的网络化
制造新模式［J］．计算机集成制造系统．，2010，16(1) :1 － 7，
16．
［3］ 李伟平，林慧萍．云制造中的关键技术分析［J］． 制造业自动
化，2011，33(1) :7 － 10．
［4］ 李永峰．制造网格中的制造资源管理系统研究［D］．武汉:武
汉理工大学，2006．
［5］ 陈金亮．支持网络化制造的制造资源集成平台研究［J］．机床
与液压，2007，35(10) :5 － 8．
Research on the Model of Manufacturing Resources Oriented to the Cloud Manufacturing
JI A － qiang1，DUAN Xiao － feng2
(1． Beijing Shenzhou Aerospace Software Technology Co．，Ltd，Beijing，100094，China)
(2． Beijing University of Science and Technology，Beijing，100081，China)
Abstract:The position and role of the manufacturing resources in the cloud manufacturing are important． Based
on analyzing the operating model and the architecture of the cloud manufacturing system，it builds the model of
manufacturing resources oriented to the cloud manufacturing． In order to support the manufacturing resources
constructing，packaging and capability building of the cloud manufacturing system，it establishes the manufactur-
ing resources three dimensional model，introduces the object information and attribute information of the manu-
facturing resources data model．
Key words:Cloud Manufacturing;Manufacturing Resources;
權權權權權權權權權權權權權權權權權權權權權權權權權權權權權權權權權權權權權權權權權權權權權
Data Model
(上接第 4 页)
Research on the Management Technologies of
Just － in － Time Assembly for Aerospace Products
DUAN Cun － zhen1，XUE Shan － liang1，MA Ji － hong2，LI Jian － ping2，YANG Nian － bao2
(1． Nanjing University of Aeronautics ＆ Astronuatics，Jiangsu Nanjing，210016，China)
(2． Nanjing Chenguang Group Co． Ltd，Jiangsu Nanjing，210006，China)
Abstract:An aerospace assembly plant is still employing the traditional productive management． In order to a-
chieve informatization of assembling productive management，it introduces Just － in － Time assembly management
technology for aerospace products，presents a Just － in － Time assembling system for aerospace products and Kan-
ban management，describes the standardizing operation，equalization of production，rational arrangement of e-
quipment，multi － skill operator and full － scale quality management． According to Java EE standards，it analy-
zes Just － in － Time assembly management requirements such as function modules，implementation of assembly
dispatching，assembly process Kanban，material distribution Kanban，and assembly quality Kanban，etc．，de-
velops the Just － in － Time assembly management system．
Key words:Aerospace Products;Just － in － Time Assembly;Management;Assembly Kanban
8 2012 年 9 月 中国制造业信息化 第 41 卷 第 17 期
