ZTECOMMUNICATIONS云制造概论李伯虎等专题云制造概论IntroductiontoCloudManufacturing中图分类号：文献标志码：A文章编号：1009-6868(2010)04-0005-041,2李伯虎/LIBohu1张霖/ZHANGLin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2柴旭东/CHAIXudong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、(1.北京航空航天大学复杂产品先进制造高性能计算等技术，能够为制造全生命周期过程提供可随时获取、按需使用、安全系统教育部工程研究中心，北京100191；2.北京仿真中心，北京100854)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ManufacturingSystemofComplexProduct,MinistryofEducation,BeihangUniversity,基础。Beijing100191,China;,Beijing100854,关键词：制造业信息化；云制造；云计算；网络化制造China)Abstract:Basedonthephilosophyofcloudcomputing,anewintelligentlynetworkedmanufacturingmodelcalled"cloudmanufacturing"hasbeenproposedwhichisservice-oriented,highlyefficient,consumeslessenergy,-of-the-arttechnologiessuchasinformatizedmanufacturing,cloudcomputing,theInternetofthings,semanticWebandhighperformancecomputing,cloudmanufacturingprovidessecure,reliable,andhighqualityon-demandservices的“制造”是“大制造”，是从产品的市场分析开始，到设计、加工生产，simulationtechnologybasedonthecloudsimulationplatformCOSIM-CSPhasprimarilybeenappliedtothecollaborativedesignofacertainmultidisciplinaryvirtual从试验、训练、使用、维护到报废等全生命周期的活动。manufacturing.制造业信息化的发展总趋势是Keywords:manufacturinginformatization;cloudmanufacturing;cloudcomputing;集成化、数字化、智能化、敏捷化、网networkedmanufacturing络化、绿色化和服务化。当前，“服[3]务、资源环境、知识创新”正成为制造业核心竞争力的关键因素。中国在2009年已成为仅次于美国的全球第二大工业制造国，但是仍未能成为仿真技术、现代管理技术、设计制造强国。“中国制造”的总体水平/生1制造业信息化的发展趋势产仍处于国际产业分工价值链的低端，/实验技术、系统工程技术及产品造业是国民经济和国防安全的相关的专业技术综合运用于企业（或创新能力比较弱，并且受到资源环境制重要支柱，是一个国家工业化集团）产品研制的全系统、全生命周的严重制约。基于现状，中国制造业的战略性产业。中国政府已将“制造期活动中，集成优化其中的三要素必须尽快突破，实现向“服务型制[4][5]业信息化”作为其实现新型工业化道（人造”、“绿色制造”和“中国创造”的/组织、经营管理、技术）及四流路的战略举措。制造业信息化是指（信息流、物流、价值流、知识流），进转变。以信息（采集、传递、加工、处理、应而改善企业（或集团）产品及其开发基于高速发展的信息技术，本文用）技术为核心，将信息技术、建模与时间、质量、成本、服务、环境清洁和提出“一种基于知识、面向服务的高知识含量，以增强企业（或集团）的市效低耗网络化智能制造新模式—云基金项目：国家重点基础研究发展场竞争能力，实现企业(或集团)的跨制造”。云制造技术的研究与应用将“(973”)规划(2007CB310900)；国家高技[1-2]术研究发展“越式发展。值得指出的是：这里提会加速推进中国制造业信息化向网(863”)计划(2007AA04Z153)年8月第16卷第4期中兴通讯技术05
ZTECOMMUNICATIONS李伯虎等云制造概论专题络化、智能化和服务化方向发展，从而将中国制造业信息化提升到新的制造云运营者高度和水平。制造云2云制造提出的技术基础云计算作为一种新的服务化计算模式，近年来正在产业界兴起并逐接出[6-7]步走向成熟。云计算是一种基于入接互联网的计算新模式，通过云计算平知识制造全生命台把大量的高度虚拟化的计算资源制造能力周期应用管理起来，组成一个大的资源池，用制造资源来统一提供服务，通过互联网上异构、自治的服务形式为个人和企业用制造资源提供者制造资源使用者户提供按需随时获取的计算服务。云计算的运营模式是由专业计算机和网络公司（即第三方服务运行商）间。云制造及其关键技术也是未来提供者、制造云运营者、制造资源使来搭建计算机存储、计算服务中心，5～10年中国制造业突破性发展需要用者）。云制造的运行原理如图1所把资源虚拟化为“云”后集中存储起解决的重大课题。示。首先，需要将各种制造资源与制来，为用户提供各种服务。不难推造能力封装为云服务，这一过程可称论，若将“制造资源”代以“计算资3云制造的研究进展为制造资源的“接入”。根据不同的源”,云计算的计算模式和运营模式制造需求，云服务能够聚集形成制造将可以为制造业信息化所用，为制云制造的定义云。制造云是云服务的主要载体，面造业信息化走向服务化、高效低耗提云制造是一种面向服务、高效低向制造全生命周期应用提供各种服供一种可行的新思路。耗和基于知识的网络化智能制造新务，这一过程称为“接出”。在整个云制造资源包括制造全生命周期模式。它融合现有信息化制造、云计制造体系的运转过程中，知识起到了活动中的各类制造设备（如机床、加算、物联网、语义Web、高性能计算等核心支撑的作用。知识能够在制造工中心、计算设备）及制造过程中的技术，通过对现有网络化制造与服务资源和制造能力的接入过程中，为智[13-14]各种模型、数据、软件、领域知识等。技术进行延伸和变革，将各类制能化嵌入和虚拟化封装提供支持；在为了实现制造资源的虚拟化、优化调造资源和制造能力虚拟化、服务化，制造云管理过程中，为云服务的智能度和协同互联，我们还可融合语义并进行统一、集中的智能化管理和经查找等功能提供支持；在制造全生命[8][9][10]Web、嵌入式系统技术、物联网、营，实现智能化、多方共赢、普适化和周期应用中，为云服务的智能协作提高效能计算等新技术。语义Web的高效的共享和协同，通过网络为制造供支持。由此可见，云制造体系能够发展为基于知识的智能计算奠定了全生命周期过程提供可随时获取的、实现基于知识的制造全生命周期集基础。嵌入式技术的快速发展为实按需使用、安全可靠、优质廉价的服成，提供了一种面向服务的、高效低现终端物理设备智能接入提供了使务。制造全生命周期过程包括制造耗和基于知识的网络化智能制造新[11]能技术。物联网技术在RFID、传感前阶段（如论证、设计、加工、销售模式。器等技术的支持下快速发展，有望促等）、制造中阶段（如使用、管理、维云制造应用模式如图2所示。首进各类物与物之间的互联。另外，高护等）和制造后阶段（如拆解、报废、先，相关行业的用户通过云制造平台性能计算机的应用和高性能计算技回收等）。提出具体的使用请求。云制造平台[12]术的发展为求解复杂的制造问题是负责制造云管理、运行、维护以及和开展大规模协同制造也提供了可云制造运行模式及关键技术云服务的接入接出等任务的软件平能性。云制造体系包括制造资源/制造台。它会对用户请求进行分析、分正是在这样的背景下，“云制造”能力、制造云、制造全生命周期应用解，并在制造云里自动寻找最为匹配的理念应运而生。目前国际上对云三大组成部分。此外，它的运行还包的云服务，通过调度、优化、组合等一制造鲜有研究，因此，关于云制造的括一个核心支持（知识）、两个过程系列操作，向用户返回解决方案。用研究与应用存在着巨大的发展空（接入、接出）和三种用户（制造资源户无需直接和各个服务节点打交道，中兴通讯技术2010年8月第16卷第4期
ZTECOMMUNICATIONS云制造概论李伯虎等专题发现、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行业……用户基础。任结务果4云制造的未来展望云制造为制造业信息化提供了任务任务任务管理一种崭新的理念与模式。作为一个管理管理云制造组合安全新生概念，云制造具有巨大的发展空搜索平台服务服务云制造间。云制造的研究与实践工作需要匹配平台QoS管理调度依靠政府、产业界、学术界等多方联服务资源服资源服资源服合与共同努力。云制造的应用将是资源服务管理务管理务管理务管理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，并服务平台且实现了企业内部的信息集成与过生产加工试验仿真经营管理设计服务服务服务服务程集成。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▲图2云制造应用模式定门槛。也无需了解各服务节点的具体位置容错迁移技术与安全可信机制、基于云制造的未来发展仍面临着众和情况。通过云制造平台，用户能够语义知识的资源服务质量评估、智能多关键技术的挑战。除了云计算、物像使用水、电、煤、气一样使用制造资源和制造能力。复杂产品虚拟样机复杂问题求解大规模仿真……新产品开发云制造体系架构包括物理资源云终端、云用户界面、云接口应用层层、云制造虚拟资源层、云制造核心门户移动终端PC终端……专业终端服务层、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。分布式大规模协同在线订单模型发布工具网络ERP应用接口层仿真工具问题解决环境管理工具如图4所示，云制造的关键技术虚拟样机多学科协同设计工具数据管理工具……通用接口项目管理工具主要包括以下5个方面：•模式、体系架构、标准、规范云制造•制造资源和制造能力的云端核心服务层高性能云调度云服务测试云用户管理云制造任务管理云数据管理云制造平台化技术云制造系统管理云搜索云组合……云服务管理云发布管理云标准化云•制造云服务的综合管理技术安全•云制造安全与可信制造技术中间件云虚拟化封装与发布•云制造业务管理模式与技术云端云端服务发布资源服务推广定价与资源分虚拟化……接入定义管理质量管理管理结算管理割管理初步研究成果云制造虚拟资源虚拟资源层为了论证云制造理念的可行性，用户信息模型资源知识库资源存储资源技术资源CAD/CAE算法资源资源作者所在团队初步研发了一个云制设备资源计算资源物料资源……人力资源应用系统资源造的典型应用——基于云仿真原型[15]平台COSIM-CSP的云仿真应用。此应用已初步用于某飞行器多学科虚物理资源物理资源层拟样机的协同设计中。基于云终端接口云终端接口云终端接口云终端接口……COSIM-CSP的云仿真应用中包含可制造设备服务器PC机加工中心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、▲图3云制造体系架构年8月第16卷第4期中兴通讯技术07()
ZTECOMMUNICATIONS李伯虎等云制造概论专题[13]:ChallengesandOpportunities[J].IEEE云制造平台关键技术IntelligentSystemsandTheirApplications,2001,16(1):22-23.[14]TAOF,HUY,云制造安全与可信制造技术云制运造行系模统式体系架构制造资源云端化技术ManufacturingGrid&ItsResourceServiceOptimal-selectionSystem[J].InternationalJournalofAdvancedManufacturing、Technology,2008,37(9/10):1022-1041.相关标准及规范[15]李伯虎,柴旭东,侯宝存,等.一种基于云计算制造云服务的综合管理技术理念的网络化建模与仿真平台[J].系统仿真学报,2009,21(17):5292-5299.、收稿日期：2010-05-05云制造业务管理模式与技术作者简介◀图4李伯虎，中国工程院院士，北云制造研究的关键技术京航空航天大学自动化学院博士生导师、名誉院长，中国[2]吴澄,李伯虎.从计算机集成制造到现代集成联网、语义Web、高性能计算、嵌入式系统仿真学会理事长，中国制造:兼谈中国CIMS系统论的特点[J].计算系统工程学会理事，中国计系统等技术的综合集成，基于知识的机辅助设计与制造,1998,4(5):1-6.算机学会理事；长期从事复[3]李伯虎,张霖,王时龙,等.云制造—面向服务制造资源云端化、制造云管理引擎、杂系统建模与仿真、复杂产的网络化制造新模式[J].计算机集成制造系品集成制造系统等研究工云制造应用协同、云制造可视化与用统,2010,16(1):1-7.作；获国家科技进步奖一等[4]孙林岩,李刚,江志斌,等.21世纪的先进制造1个和二等3个，部级科技进户界面等技术均是未来需要攻克的模式—服务型制造[J].中国机械工程,2007,步奖14个；发表论文260余篇。18(19):2307-2312.重要技术。[5]刘飞,曹华军,张华,等.绿色制造的理论与技张霖，北京航空航天大学教术[M].北京:科学出版社,2005.授、博士生导师，中国系统仿[6]:AccessITResource真学会常务理事，中国系统5结束语AnywhereAnytime[EB/OL].[2009-11-30].仿真学会国际交流工作委员当前，国际制造业正向着服务
