云制造是面向服务的智慧化制造新模式

　　国学大师王国维，在其《人间词话》的开篇中提到了三种境界，“古今之成大事业、大学问者，必经过三种之境界：‘昨夜西风凋碧树。独上高楼，望尽天涯路。’此第一境也。‘衣带渐宽终不悔，为伊消得人憔悴。’此第二境也。‘众里寻他千百度，蓦然回首，那人却在，灯火阑珊处。’此第三境也。”从执着的追求到坚定不移的信念再到专注的精神，词中虽指治学，但细细品读此三种境界也道出了新技术从被探索到被认知再到被应用的过程。

　　近些年，云计算作为新兴的技术趋势“风起云涌”，从2006年Google推出了“Google 101计划”，首次正式提出了“云计算”的概念。短短数年间，“云计算”这种通过网络按需获取计算资源的崭新技术正在给信息技术及其应用领域带来巨大的变革。制造业信息化经过了20多年的发展，在制造业的各个领域发挥巨大的作用，近年，随着制造业云计算技术的探索，一场以云制造为核心的变革，也正在悄悄的展开。

　　与云计算不同，云制造提出相对较晚，大多数企业及应用者对云制造认识尚处于“雾里看花”的状态，云制造是否是制造业的云计算?云制造落地制造业需解决的瓶颈有哪些?对于未来，云制造将何去何从?带着一系列问题，记者走访了国家863 云制造服务平台关键技术研究团队成员，中国工程院李伯虎院士以及北京市云制造平台与服务工程技术研究中心技术委员会主任、北京航空航天大学自动化学院副院长张霖教授。

　　中国工程院李伯虎院士

　　探索

　　众所周知，制造业的市场是从相对的稳定到动态多变的，因此对制造企业的产品，以及它的开发时间、质量、成本、服务、环境、知识含量提出了严峻的挑战。我国已经是制造大国，但还不是强国，突出的表现就是目前我国大多数企业处于“微笑曲线”的最下端(附加价值低),其主要问题：企业“产品开发”及“服务”方面的竞争能力低下。这种情况下，2008年，李伯虎院士、张霖教授带领的研究小组开始探索，如何在制造业中将云计算等新兴信息技术与已有的信息化制造技术深度融合以提高我国制造企业竞争能力的问题，进而率先提出了“云制造”的理念。

　　李院士率先提出，“云制造是制造业的云计算”的理念。他认为，“云制造”是一种基于网络(如:互联网、物联网、电信网、广电网、无线宽带网等)的、面向服务的智慧化制造新模式。

　　第一，云制造融合与发展了现有信息化制造(信息化设计、生产、实验、仿真、管理、集成)技术及云计算、物联网、服务计算、智能科学、高效能计算等新兴信息技术，将各类制造资源和制造能力虚拟化、服务化，构成制造资源和制造能力的服务云池，并进行协调的优化管理和经营,从而用户只要通过云端就能随时随地按需获取制造资源与能力服务，进而智慧地完成其制造全生命周期的各类活动。

　　第二，云制造是制造信息化的发展。云制造将新兴信息技术(云计算、物联网、服务计算、智能科学、高效能计算等)与已有制造技术深度融合，使已有信息化制造系统在企业产品研制全系统、全生命周期活动中的人/组织、经营管理、技术(三要素)及信息流、物流、资金流、知识流、服务流(五流)集成优化等方面得到大幅度加强和质的提高，以实现“数字化、物联化、虚拟化、服务化、协同化、智能化的智慧化制造”，支持我国制造业向“产品”加“服务”为主导的“协同化、全球化、服务化、敏捷化、绿色化和智能化”的制造业新经济增长方式发展，进而提高制造企业的自主创新能力和市场竞争能力，推进实现中国制造由大变强的战略目标。

　　第三，云制造的典型技术特征。云制造的典型技术特征为制造资源和能力的“数字化、物联化、虚拟化、服务化、协同化、智能化”，其综合的体现为“智慧化制造技术特征”。其中，数字化与已有的信息化制造技术相同。

　　第四，云制造中的“制造即服务”。包括： 论证为服务 AaaS (Argumentation as a Service)、设计为服务 DaaS (Design as a Service))、生产加工为服务(FaaS，Fabrication as a Service)、实验为服务(EaaS，Experiment as a Service)、仿真为服务(SaaS，Simulation as a Service)、经营管理为服务(MaaS，Management as a Service)、集成为服务(INaaS，Integration as a Service)。

　　北京市云制造平台与服务工程技术研究中心技术委员会主任、

　　北京航空航天大学自动化学院副院长张霖教授

　　对于云制造真正的价值，张教授认为，云制造的理念本身是从云计算的理念发展出来的，云制造技术本身已经集成了很多现有的技术，但并不是这些技术简单的堆积。在制造行业如果仅是企业的IT部门使用了云计算技术，并不能真正称之为云制造，真正的云制造是要将云的理念渗透到制造业的核心业务直至全生命周期，并把制造资源和制造能力最大程度地进行整合，实现基于网络的自由流通。云制造的实施将会对制造业的商业模式及业态产生深远的影响。

　　挑战

　　挑战无处不再，对于新兴的技术而言，探索与认知之间的道路，总是漫长而充满挑战的。云计算如此，云制造亦如此，行业特性赋予云制造的挑战，不仅在于技术，更多的在于资源和模式上的改革。

　　云制造是云计算提供的Iaas(基础设施即服务)、PaaS(平台即服务)、SaaS(软件即服务)基础上的延伸和发展，它丰富、拓展了云计算的资源共享内容、服务模式和技术。张教授认为，云制造带来的是制造企业理念及模式的转变，云制造的模式，首先要面对挑战的是企业基础信息化建设与技术;其次是深层次的文化和企业组织机构及业务流程的调整。毕竟云制造挑战的是CEO而不仅仅是CIO。

　　对于张教授的观点，李院士表示赞同，并进行了详细的解读，对于云制造在行业中的落地，李院士认为，必然先要解决眼前的“拦路虎”。

　　第一，在资源共享的内容方面的挑战。

        云计算共享的资源类型主要为计算资源(如存储、运算器、软件、数据等)，云制造共享的资源类型除计算资源外，还要加上其它制造资源和制造能力，包括硬制造资源(如机床、加工中心、计算设备、仿真设备、试验设备等各类制造硬设备)、软制造资源(如制造过程中的各种模型、数据、软件、信息、知识等)和制造能力(如制造过程中有关的论证、设计、生产、实验、管理、集成等能力等)。

　　图1 云制造与云计算在资源共享内容方面的比较

　　第二，在服务的内容与模式方面的挑战。

　　云计算主要提供用户网上提交作业(单项，批处理)与操作计算资源的服务，云制造主要提供用户网上提交任务，以及交互、协同和全生命周期制造服务，包括4种服务模式：(1)支持单主体(单用户)完成某阶段(如设计)制造;(2)支持多主体(多用户)协同完成某阶段制造;(3)支持多主体(多用户)协同完成跨阶段(如跨设计与生产)制造;(4)支持多主体(多用户)按需获得制造能力。

　　首先，云计算所提供的三类服务：基础设施即服务(IaaS)、平台即服务(PaaS)、软件即服务(SaaS)，同样也涵盖在云制造的服务体系中，并与制造全生命周期各环节服务相互交叉。在设计、生产加工、实验、仿真、经营管理等各个服务环节中，当需要计算设备基础设施时，能够提供诸如高性能计算集群、大规模存储等IaaS类服务;当需要特定计算平台的支持时，能够提供诸如定制操作系统、中间件平台等PaaS类服务;当需要各类专业软件工具辅助制造过程时，能够提供诸如SaaS类服务。更为重要的是，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它服务，如论证为服务 AaaS、设计为服务 DaaS、生产加工为服务FaaS、实验为服务EaaS、仿真为服务SaaS、经营管理为服务MaaS、集成为服务INaaS等。

　　第三， 在技术方面的挑战。云制造融合了云计算、物联网、高性能计算、面向服务、智能科学等新兴的信息技术与信息化制造(信息化设计、生产加工、试验、仿真、经营管理、集成)等多种新兴技术：

　　图2 云制造的服务模式、内容与技术基础

　　云制造技术体系将包含下述十大类关键技术：总体技术、资源感知与接入技术、资源能力的虚拟化和服务化技术、虚拟化云制造服务环境构建与管理技术、虚拟化云制造服务环境运行技术、虚拟化云制造服务环境评估技术、云制造可信与安全制造服务技术、云制造普适人机交互技术、云制造服务平台应用技术、信息化制造技术等。

　　其实，从理念上讲，很多企业正逐渐接受云制造的模式，但是面临新技术的很多共性问题，如：安全、标准、业务模式、与已有系统的集成等实际问题，很多企业都期待着第一批敢吃螃蟹的人。

　　落地

　　“我们的目标就是通过研究、实践，做第一个吃螃蟹的人，为企业找出切实可行的云制造模式。”提到云制造何时落地，张教授回答道。

　　李院士表示，目前，云制造的工作正从理念阶段迈向落地实施阶段。在国家863计划的引领下，国内产、学、研各界正开展理论研究、技术攻关、工程实施与应用示范工作;同时，云制造服务中心实体的建设工作也进入实质阶段，例如，航天科工集团、北车集团等大型集团企业正在建立私有云制造服务中心，恩维协同、东莞工研院等第三方运营商也在搭建公有云制造服务中心。云制造在航空航天、轨道交通、模具、服装、柔性材料等行业已经步入应用示范的研究与实践工作。

　　对于云制造的落地，李院士建议：

　　第一， 要围绕转变经济增长方式、增强企业市场竞争能力的目标，走良性循环发展的路线。从增强企业市场竞争能力的应用需求出发，由需求驱动来建立系统，通过系统建设带动技术/产品研发，技术/产品的发展进一步促进系统的改进完善，系统进一步推动新的应用，如此周而复始的良性循环。

　　第二， 要按复杂系统工程内涵实施云制造系统。云制造系统是一个复杂的系统工程，在实施中要坚持“效益驱动，总体规划，突出重点，分步实施”的指导思想;要密切结合各个企业的实际需求与情况，制定好发展规划与阶段性实施方案;要重视企业产品研制全系统、全生命周期活动中的人/组织、经营管理、技术(三要素)及信息流、物流、资金流、知识流、服务流(五流)集成优化。

　　第三， 要建立云制造技术研究队伍与发展基地/中心。云制造系统技术是制造业信息化技术的延伸与发展，是正在发展中的多学科综合性技术，需要建立专门的研究队伍与发展基地/中心。在技术研发中要持续地重视新兴信息化技术与工业化技术的深度融合;要不断总结和突出云制造的技术与应用特色开展研发工作。

　　第四， 要同时重视发展我国自主的云制造产业。自主的云制造产业是我国云制造技术发展与应用的基础与保证，要按预研一代、研制一代、生产一代去进行产品研制、工程建设与提供服务。

　　云制造的落地，制造企业的CEO和CIO面临的挑战尤为严峻，需要打破传统的管理模式。李院士和张教授，对于制造企业的管理也提出了建议：

　　第一， 战略层面：负责挖掘企业的制造信息资源、制定企业制造信息化战略、为企业制造信息化合理布局、评估制造信息化对企业的价值等。

　　第二， 执行层面：负责制造全生命周期中信息流、物流、资金流的整合，完成制造信息系统的选型实施，收集研究企业内外部的制造信息为决策提供依据。

　　第三， 变革层面：协助企业完成制造业务流程重组，运用信息管理技术重建企业的决策体系和执行体系，同时要对制造信息编码和商务流程统一标准。

　　第四， 沟通层面：负责安排企业制造信息化方面的培训，发现制造信息运用的瓶颈，观察研究企业运作中的制造信息流及其作用。协调制造信息化实现中沟通上下级关系，打造优秀的团队。

　　总之，云制造的发展将是一个长期的阶段性的渐进过程，而不是一蹴而就的项目工程，需要依靠政府、产业界、学术界多方面的联合与共同努力。云制造是云计算理念在制造业的落地和发展，它为制造业信息化提供了新的理念、模式和技术。