第2章 云制造—云计算在制造行业中的应用

2.3基Βιβλιοθήκη Baidu云计算的PLM与ERP的集成方案研究
PLM的实施有效地消除了CAD/CAM/CAE/CAPP 等的信息孤岛。而ERP 的实 施有效地消除了进销存、财务管理、生产管理、成本管理、物料需求管理等的 信息孤岛。一般情况下PLM系统和ERP系统之间数据相互独立,且数据库、数据 格式均存在较大差异，导致两系统集成不理想,从而成为企业进一步实施信息化 的障碍。虽然PLM和ERP管理的重点有所不同，但是，由于同一产品的形成过 程与PLM和ERP息息相关，如果企业将PLM和ERP系统整合起来，就能通过一 个自动化流程来共享设计与制造数据，消除繁重且容易出错的手工录入环节， 提高整个组织的数据完整性，保证参与产品开发和制造周期的所有部门都能得 到最新和最精确的产品数据,加快产品开发速度和改善新产品周转时间，提升企 业设计链和供应链的总体管理水平,促使整个企业各部门之间协调工作,提升企 业的竞争力,并给企业带来巨大的经济效益。PLM 与ERP 如何有效集成,是当今 实施了PLM 与ERP的企业须重点关注的一个问题。目前学界提出了基于数学模 型的PDM和ERP的集成方法, 基于数据接口来实现PDM与ERP集成的方法,以及 基于XML的PDM与ERP系统集成方法等。本节通过对PLM 与ERP两系统交互 的数据分析得出了系统集成的内容,接着对PLM与ERP的集成技术和集成方案进 行研究,提出了一种八层的基于云计算的PLM 系统与ERP系统双向传递集成总 体架构。
2.2云制造体系结构
为了感知各种制造资源，在 云制造虚拟资源构建中，应 引入物联网体系的感知层， 采集物理世界中发生的物理 事件和数据，确保为云制造 平台的应用服务层提供分析 所需的原始数据。通过视频 感知、定位感知等前端建设 或接入，实现对制造资源和 制造能力的全面实时采集。 云制造虚拟资源体系如图24所示。
2.1云制造的概念
图2-1 云计算平台的整体架构
2.1云制造的概念
云制造设备的服务化封装与云端化接入模型
由于制造加工设备类型多样，难以一概而论。云制造设备的服务化封 装与云端化接入目的是通过对物理层的制造设备应用物联网技术，将 各类加工设备的制造服务接入网络，同时通过对设备的制造服务进行 封装和云端化接入，以一种松散藕合和即插即用的方式接入云制造平 台，实现物理制造资源的制造服务全而互联。云制造设备的服务化封 装与云端化接入模型的框架如图2-2所示。
2.1云制造的概念
云制造内涵
云计算是一种商业计算模型，它将计算任务分布在大量计算机构成的资源池上， 使用户能够按需获取计算力、存储空间和信息服务。它是并行计算（Parallel Computing）、分布式计算（Distributed Computing）和网格计算（Grid Computing）的发展，或者说是这些计算科学概念的商业实现。同时云计算也 是虚拟化（Virtualization）、效用计算（Utility Computing）、将基础设施作 为服务IaaS（Infrastructure as a Service）、将平台作为服务PaaS（Platform as a Service）和将软件作为服务SaaS（Software as a Service）等概念混合 演进并跃升的结果。云计算平台整体架构如图2-1所示。
2.2云制造体系结构
图2-5 云制造平台的总体结构
2.2云制造体系结构
云制造中的关键技术
云制造中的关键技术包括下面几个方面：①云制造的制造资源和制造能力的云 端化技术：包括物联网技术，云终端服务虚拟化技术，云计算互接入技术等。 ②云制造的模式、体系架构、标准、规范：包括云制造的体系结构，云制造的 相关标准、协议，云制造模式下的制造资源共享、互操作模式，云制造相关规 范。③云制造业务管理模式与技术：包括云制造模式下企业业务流程的动态构 造、管理与执行技术，云制造服务的成本、评估方法和技术，云制造模式各方 信用管理机制与实现，云服务的电子支付技术等。④制造云服务的综合管理技 术：包括云服务的接入管理技术，云用户管理技术，云制造服务的动态组合与 优化技术，云制造任务的动态构建、分解与部署技术，云制造服务的协同技术， 高效能、智能化的云制造服务搜索与匹配技术等。⑤云制造安全与可信制造技 术：包括制造云终端的可信接入技术，制造云可信网络技术，制造云的可信运 营技术，云模型理论的软件可靠性评估方法等。
2.1云制造的概念
图2-2 云制造设备的服务化封装与云端化接入模型
2.1云制造的概念
首先通过附加各类传感设备(如自动识别设备、数字化测量设备等)于传统制 造设备端，从硬件层而确保设备端生产过程产生的多源制造信息能被实时、 精确和可靠地感知，构建一种具有感知交互能力的制造设备;在此基础上，研 究制造能力描述模型、实时制造服务状态信息主动感知、云制造设备的协作 生产与自主决策，实现制造设备层而的复杂、多源制造信息的主动感知，进 而通过对制造设备的制造服务进行服务化封装和云端化接入，提升加工设备 自身执行过程的透明化和可访问化，并通过一种松藕合和即插即用的方式接 入云制造平台。云制造设备的服务化封装与云端化接入模型所涉及的关键技 术包括传感器群优化配置、制造能力描述与主动发现、实时多源制造信息主 动感知、实时信息驱动的自决策与智能协同、设备端制造服务封装、制造服 务云端化接入等。
2.2云制造体系结构
云制造的运行与应用模式
在技术方面的拓展上，云制造技术融合 云计算、物联网、高性能计算、面向服 务的技术、智能科学技术与信息化制造 等新技术。“云制造”的运行需要三大 组成部分支撑：制造资源/制造能力、 制造云池、制造全生命周期活动。它包 括三类资源：制造资源提供者、制造资 源的使用者、制造云的运营者，云制造 的运行与应用模式如图2-3所示。制造 资源提供者将制造资源和制造能力以服 务的形式呈现，也就是云制造服务。云 制造服务指制造企业实体将自身的制造 过程(或能力)和管理过程( 或能力)以服 务的形式发布在云中,同时支持云客户 端在云中发现、 匹配与组合优化这些 服务, 形成整合服务,以满足云客户端个 性化的制造服务需求。
2.2云制造体系结构
云制造平台总体结构
云制造资源服务化主要是实现虚拟资源的服务化封装并以云服务的形式发布到云 制造平台中，它包括:虚拟资源描述模型构建技术，云服务的统一建模、封装、 注册与发布，云服务的动态部署与监控技术等。云计算所提供的服务同样也包括 其中, 并与制造全生命周期各环节服务相互交叉。云制造中除了包括 IaaS, PaaS, SaaS 外,更加重视和强调制造全生命周期中所需的其他服务, 如论证为服务AaaS ( Argumentation as a Service)、经营管理为服务MaaS ( Management as a Service) 、设计为服务DaaS ( Design as a Service)、实验为服务EaaS ( Experiment as a Service)、生产加工为服务FaaS ( Fabrication as a Service)、 集成为服务InaaS ( Integration as a Service)、仿真为服务SimaaS ( Simulation as a Service)等云制造体系架构包括云制造服务管理、云制造服务资源、云制造 服务提供、云制造客户端几个方面，云制造体系架构如图2-5所示。
图2-3 云制造的运行与应用模式
2.2云制造体系结构
云制造虚拟资源构建
在计算机与网络中，虚拟化是指计算机相关模块在虚拟的基础上而不是真实的 独立的物理硬件基础上运行，是一种为了简化管理、优化资源的解决方案。虚 拟化是适用于所有云架构的一种基础性设计技术。云制造资源虚拟化技术是支 撑和构建云制造资源池的核心技术.所谓云制造资源虚拟化，是指通过虚拟化技 术来实现物理资源到虚拟资源的透明化映射，由服务提供者对云制造资源进行 统一描述，然后加入到云制造资源池中，可在云制造平台上注册并供服务使用 者查询和使用。在云制造虚拟资源构建中，除了云计算的计算虚拟化、存储虚 拟化和网络虚拟化外，还应包括制造资源和制造能力的虚拟化。即云制造应共 享四种类型资源： （1）计算资源：存储、运算器等资源。 （2）云制造的软资源：制造过程中的各种模型、数据、信息、软件、知识等。 （3）云制造的硬资源: 各类制造硬设备如机床、加工中心、仿真设备、计算试 验设备等。 （4）制造能力资源：制造过程中有关的论证、设计、生产、仿真、实验、管理、 集成等能力。
2.1云制造的概念
云制造的研究现状
截至目前，取得了一批显著成果，推动了云制造理念的“落地”及进一步推广应用。 与此同时，云制造的理念也引起了国际学术界的关注，相继有新西兰、瑞典、美国、 德国、英国、伊朗等国家的学者开展了相关研究，使云制造成为国内外学术界一个 新的研究领域。可以预见，云制造服务平台的研究与开发将是下一阶段我国制造业 信息化的重要方向之一，其核心是盘活社会制造资源存量，针对规模大、产业链长、 组织结构复杂多样、企业整体协作性差等特点进行研究，以企业群体依托云制造服 务平台，实现便捷的访问、知识的聚合与共享、服务资源的优化配置以及企业间的 协同管理与交易。
唐国纯 著
清华大学出版社 2015/8
第2章 云制造—云计算在制造行业中的应用
2.1云制造的概念 2.2云制造体系结构 2.3基于云计算的PLM与ERP的集成方案研究
2.1云制造的概念
云制造的研究现状
我国制造业正处于从生产型向服务型、从价值链的低端向中高端、从制造大国向制 造强国、从中国制造向中国创造转变的关键时期，正在培育新型制造服务模式，以 满足制造企业最短的上市速度(time)、最好的质量(quality )、最低的成本(cosy)最优 的服务(service)、最清洁的环境(environment)和基于知识(knowledge)的创新需求， 支撑绿色和低碳制造云制造基于云计算的理念不断发展起来，2010年1月李伯虎院 士第一次正式给出云制造的概念,分析了云制造与应用服务提供商、制造网格等的区 别，提出了一种云制造的体系结构，因此，云制造的概念一经提出，在学术界和企 业界产生了广泛的影响，迅速引起了国内各级政府、企事业单位的关注，国家 “863”计划、支撑计划等相继支持开展相关研究
2.2云制造体系结构
如果对上述四类资源进一步细化可分为10种资源： （1）制造设备资源：产品全生命周期过程中为云平台使用者提供云制造服务的生产、加 工、实验等物理设备，可以根据功能将制造设备资源进一步细化为加工设备资源、实验设 备资源等。 （2）计算设备资源：支持云制造平台运行及企业的设计计算、仿真计算的各类服务器、 储存器等设备资源(如高性能计算机、高性能储存器等)。 （3）软件资源：为产品全生命周期过程中提供设计、分析、仿真等各类软件(如AutoCAD， PRO/E，ANSYS等)。 （4）物料资源：制造任务中制造某种产品所需要的原材料、毛坯和半成品等。 （5）技术资源：企业在制造过程中所积累的设计制造、工艺技术、经验模型、相关标准、 产品知识库等资源。 （6）人力资源：在产品全生命周期中，从事操作生成、管理、技术应用等活动的专业技 术人员。 （7）服务流程管理资源：云制造平台根据成本最低、时间最短、质量最优等不同的优化 目标选择相适应的优化算法得到优化结果并且匹配服务，实现跨组织的服务流程执行。 （8）用户信息资源：记录云制造资源提供者和使用者的一些基本信息(如用户的身份、权 限以及好评等记录)，它为以后的云制造资源评估、发现和调用提供依据。 （9）服务资源：为云制造资源使用者提供各种培训、信息咨询、物流和售后服务等。 （10）其他资源不属于上述类型的所有资源的集合(如企业运营效率、企业财务信息等)。
图2-4 云制造虚拟资源体系
2.2云制造体系结构
此外，在云制造资源虚拟化过程时必须考虑6个特性。 （1）系统性：充分考虑各种因素的影响，兼顾相关资源领域，以保证云制造 资源虚拟化模型的完整性和合理性。 （2）针对性：完全表示一类资源的性质，往往需要大量的属性，所以需要针 对该类资源抽取本质属性。 （3）适应性：云制造资源虚拟化模型应直观、易用，便于分类和检索。 （4）扩展性：由于云制造资源的复杂多样，因此需要在针对某一大类的资源 虚拟化模型的基础上可扩展描述具体的云制造资源，并可以适应未来的功能扩 展需求。 （5）接口统一性：在异构分布的制造资源之间实现高效的资源共享和协同工 作。 （6）动态性：通过物联网的RFID等实时感知资源状态。