云制造：服务型制造新模式

为国家实现工业化和现代化的主导力量，制造业成为衡量一个国家国际竞争力的重要标志。新中国成立以来，我国制造业获得了快速发展，增强了我国在全球化格局中的国际分工地位。从统计数据来看，我国制造大国的地位坚实而牢固，但我国离制造强国还有一定距离。要从制造大国迈向制造强国，实现中华民族伟大复兴的中国梦，需要大力发展制造业。目前，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、从中国制造向中国创造转变的关键历史时期。因此，对制造技术及制造模式的研究和实施是摆在我们面前刻不容缓的重要任务。在21世纪制造业全球化背景下，从传统”制造＋销售”的生产型制造简单业态向”技术＋管理＋服务”的服务型制造复合业态转型，迈向价值链高端，是我国制造业发展的大趋势，同时也是实现我国机械制造业跨入世界先进行列的重要手段。

 

当前和未来一个时期，我国仍将面对复杂多变的国际环境和艰巨繁重的国内改革发展任务，制造业发展的内外环境也呈现出不同于以往的重要变化。全球产业格局正在进行重大调整，制造业重新成为全球经济竞争的制高点，各国纷纷制定以重振制造业为核心的再工业化战略，发达国家高端制造”逆回归”与中低收入国家争夺中低端制造同时发生，我国制造业发展面临严峻的外部形势。

 

为应对新一代信息技术与制造业快速融合发展的趋势，各国纷纷出台了一系列新战略和新举措，如美国发布《先进制造业伙伴计划》、《制造业创新网络计划》，德国发布《工业4.0》，日本在《2014制造业白皮书》中重点发展机器人产业，英国发布《英国制造2050》等。2015年5月8日，中国出台制造强国中长期发展战略规划《中国制造2025》，全面部署推进制造强国战略实施，坚持创新驱动、智能转型、强化基础、绿色发展，加快从制造大国转向制造强国。

 

信息技术、新能源、新材料等重要领域和前沿方向的革命性突破和交叉融合，正在引发新一轮产业变革，将对全球制造业产生颠覆性的影响，并改变全球制造业的发展格局。特别是以物联网、大数据、云计算、信息物理系统、泛在连接和网络为代表的新一代信息技术与制造业的深度融合，将促进制造模式、生产组织方式和产业形态的深刻变革，智能化服务化成为制造业发展新趋势。为提升制造企业的综合竞争能力，中国正在开展一场以制造业信息化为特征的制造业变革，它是工业化与信息化的深度融合。与此同时，一批先进的制造技术应运而生，泛在连接和普适计算将无所不在，虚拟化技术、3D打印、工业互联网、大数据等技术将重构制造业技术体系。新一轮科技革命与产业变革给我国的制造业发展带来了重要机遇，在制造服务化的大背景下，云制造正在成为未来网络化、服务化制造的基本模式。

 

应”云”而生的云制造

 

云制造的理念最初是在2009年由李伯虎院士、张霖等人在《云制造——面向服务的网络化制造新模式》一文中率先提出，文中系统阐述了云制造的内涵/理论体系与技术框架等。云制造是先进的信息技术、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。云制造强调利用信息技术整合各类制造资源，并通过虚拟化技术向用户提供标准化服务。通过制造云，用户可以像使用”水、电、煤气”一样，便捷地使用各种制造服务。

 

云制造具有三个方面的特点：资源整合，高效服务和多方共赢。在资源整合方面，云制造可以将分散的制造资源(如软件、数据、计算、加工、检测等)集中起来，形成逻辑上统一的资源整体，提高资源利用率、节省投资，极大地超越了单个资源的能力极限。云制造的实施将促进制造的敏捷化、服务化、绿色化和智能化。

 

云制造与传统的制造系统集成方式不同。传统的制造系统集成技术是为解决”信息化孤岛”而生，面对软硬件结构等的动态变化，系统自适应能力较差，导致系统维护和扩展成本畸高，加上紧耦合的集成模式，不利于企业业务流程的调整和重组，缺乏可扩展性和灵活性整合。而Web服务和面向服务架构（Service－Oriented Architecture，SOA）为企业应用的松耦合集成提供了途径。云制造基于泛在网络，借助信息化制造技术、新兴信息技术、智能科学技术及制造应用领域技术等深度融合，使制造全系统及全生命周期活动中的各种要素及资源集成优化，进而优质、低耗、柔性地制造产品和服务用户。云制造是一种基于知识的网络化、敏捷化制造新模式和技术手段，由于制造应用运行在虚拟制造平台上，云业务的规模可以动态、敏捷伸缩。云制造支持用户在有网络的地方使用上网终端随时按需获取制造资源与能力服务，用户可以动态、敏捷地增减制造资源，进而智慧地完成其制造全生命周期的各类活动。在虚拟云制造系统上进行制造应用和业务运行，用户所请求的资源和能力来自于规模巨大的制造云池。

 

云制造引入了云计算的理念，是云计算在制造领域的落地与延伸。首先把制造资源汇聚起来，再经过虚拟化后以服务的形式提供给用户，制造资源概括起来分为五大类。第一类是与设计、制造及生产相关的软资源，包括CAD、CAE、PDM等软件资源。第二类是硬资源，包括生产用机床、试验用检测设备等与制作密切相关的资源，把这些资源整合后，发布到网上去，需求者就可以高效、合理地进行使用。第三类是知识资源，包括设计、制造等相关知识。这些知识涉及多年实践积累下的知识与经验，以及研制过程所需的标准、规范、专利、情报、文献等。第四类资源是专家资源。第五类是与信息技术相关的云计算资源。

 
 

云制造的国内外发展

 

国外发达国家对云制造已开展了一些相关的研究。如欧盟第七框架于2010年8月启动了制造云项目（ManuCloud，Prject-ID: 260142)，总投资500多万欧元，目的是在一套软件即服务（software-as-a-service) 应用支持下，为用户提供可配置制造能力服务。2013 年，欧盟正式提出了”Cloud Manufacturing”（云制造），并启动了一个项目，打算通过云制造向中小企业用户（SMEs）提供计算机辅助工艺规划（CAPP）。该项目由瑞典皇家理工学院牵头，瑞典、英国、希腊、德国和西班牙的4所大学、1家跨国制造公司和6个中小企业共同承担，旨在强调服务于产品全生命周期过程，支持中小企业高效配置和重新配置制造过程，支持产品定制化和变更，以适应快速变化的全球市场和更加苛刻的产品需求。美国在2000年搭建了目前世界上最大的制造能力交易平台MFG.COM，致力于为全球制造业伙伴提供更加快捷高效的服务。美国波音公司采用基于网络协同的制造服务外包的模式，组织全球40多个国家和地区的企业协同研发波音787,使研发周期缩短了30%，成本减少了50%。

 

在国内，云制造一经提出就受到国家相关部委的高度关注。鉴于云制造模式对于支撑我国制造业转型的重要性，2010年云制造的研究得到科技部863计划的支持。863计划适时地提出了云制造服务平台关键技术研究的重大项目，有力地推动我国制造业信息化工作。目前全国约有五十家单位在该项目支持下开展云制造相关的研究与实践工作。

 

工信部已在16个省启动”工业云创新行动计划”，部分省市正开展云制造应用示范。例如：在集团企业云制造平台研发与应用示范方面，科技部设立了重大云制造专项，以航天两大集团公司和中小企业群的云制造应用为背景，开展关键技术、支撑平台及应用技术方面的研究。航天两大集团公司联合产、学、研、用等近50家单位，组成两个研制团队。目前，两个集团参与的项目均已取得阶段性成果，一期均已通过验收。在一期项目中，中国航天科技集团公司与一汽集团、宁波市以及天津大学、浙江大学等多所高校联合组成研发团队，开展了”大型复杂装备制造集团企业云制造服务平台研发及应用”项目的研究。

 

在中小企业云制造平台研发与应用推广方面，我国通过863计划、制造业信息化工程等计划部署了一系列研究课题，也形成了一系列应用平台，包括面向关中高新技术产业带、粤港渝陕、成德绵、浙江、北京地区等区域的网络化制造系统，积累了大量的经验。北京神舟航天软件有限公司经过对宁波地区模具中小企业的深入调研，针对这些企业小而散的特点，为其量身打造了一个云平台。从行业内龙头企业到只有几台机床的个体户，都可进入”云端”，高效利用行业知识库的庞大信息资源。目前，云制造为当地制造产业破解集群化发展瓶颈带去了曙光。

 

经过几年的发展，我国云制造阶段成果应用已初见成效，面向科研协作型集团企业云制造服务平台、面向生产协作型集团企业的云制造服务平台、面向轨道交通装备的集团企业云制造、支持产业集群协作的中小企业云制造等均已落地。佛山、北京、天津、宁波等正在实施智慧云制造。云制造为制造业信息化提供了一种崭新的理念与模式，给企业发展带来了可观的经济效益。

 

目前，云制造产业仍处于起步阶段，云制造模式逐渐被中国企业接受，但是云制造在实施中还面临新技术的很多共性问题。云制造的应用实施将是一个长期的阶段性渐进过程，发展云制造需要协调各方力量，加快突破核心关键技术，推广应用最新的科研成果。需要依靠政府、产业界、学术界等多方联合与共同努力。需要关注的问题主要有：通过应用需求牵引云制造系统建设、按复杂系统工程内涵实施云制造系统、重视企业产品全生命周期活动中的各类资源要素的集成优化、建立平台安全保障体系和统一的标准规范体系、发挥”政、产、学、研、金”的整体力量。

 

采用按需供应模式的云制造服务

 

随着全球经济一体化的日益发展，消费需求呈现出个性化、多样化的趋势，制造业和服务业出现互动融合、相互促进的现象，全球经济逐渐由产品经济向服务经济转变。当前，国际制造业正向着服务化、高效低耗、知识创新的方向发展，引领制造业产业升级的必将是制造业服务化的进程。世界上很多知名的跨国企业集团原来都是集中在制造业领域，目前都已经实现了由传统制造向制造服务业的转身。

 

美国成为世界上的第一经济强国，就是由两个结构决定的。一是第三产业即现代服务业占三次产业的比重达到73%，一产、二产的比重非常小，都已经转移到国外，利用国外廉价的劳动力进行生产，再低价进口。主要集中精力发展服务业，靠服务业创造GDP、税收和就业。二是现代服务业中生产性服务业所占的比重也是73%，就是这两个73%奠定了美国世界第一经济强国的地位。

 

国内制造企业也尝试着类似的产业升级，由制造业向服务化的转型，其中不乏一些成功的案例。例如航天云制造应用服务运营中心，其基本职能是负责航天产品制造云平台的建设与运营，基础软硬件设施的建设与管理，以及对服务使用者的支撑与服务。

 

现代网络化先进制造技术与云计算、物联网等相结合所构建出的云制造服务模式，不仅可以实现资源的跨地区跨空间大规模配置，满足大规模复杂制造任务的需求，而且其专业化的服务平台可以实现大批量的资源匹配和信息检索，实现制造资源的智能化配置。云制造服务的按需供应模式是云制造区别于传统网络化制造的核心，它是对云制造环境下云制造服务平台、平台运营商、云服务用户、资源和服务提供方等要素及其交互机制、过程和关系的描述和规范,使云制造环境下的各要素可以有序地进行交互。云制造服务的按需供应模式旨在在不确定、动态变化的用户需求与各种分布、异构、同样是动态变化的制造资源间,通过云服务建立一种按需的资源组织、管理、获取和使用方式,以优化制造资源的配置,促进资源增值和增效,支持绿色制造的实现。把用户的需求放在价值链的首端,实现了真正的面向服务、面向需求。这种大转变是实现生产型企业向服务型企业转变、实现资源优化配置以提高资源利用率的关键。

 

通过云制造服务平台，可以为制造全生命周期过程提供完善的、按需匹配的、安全可靠的、最优廉价的各类制造资源和服务。云制造服务平台可以突破地理空间、文化差异的束缚，既能满足云制造服务需求者的服务请求，又可以为具备提供服务和资源资格的企业提供信息发布和业务拓展等服务。将最优的服务资源和最契合的制造需求相结合，达到最优的资源配置，实现制造业的信息化智能化，并提高快速响应能力，为不同地域空间的核心制造商或制造服务需求客户端进行信息化服务，满足其对协同制造的需求。

 

加快云制造的务实落地

 

云制造是实施《中国制造2025》战略规划的一种智能制造模式和手段。在企业内部的需求驱动、企业外部的政府政策引导下,不少企业和区域已开始探索和实施云制造,促进了云制造的”落地”,并有效地带动了云制造研究的突破。通过整合共享与优化配置产业中的制造资源和制造能力，实现一种面向服务、基于网络的社会化大制作模式，云制造能够服务于国民经济领域。云制造提供了一种全新的产业生态环境，将企业推到云端，突破企业在资源环境上的束缚，实现面向全球的产业对接，基于网络按需获取和配置自己所需的制造资源和制造能力，以敏捷响应市场，降低产品成本，提高企业市场竞争能力。

 

关于云制造的研究和应用依然面临着很多的问题，在模式、应用和技术等方面都还有许多有待深入探讨的空间，下一步将对相关的问题做更深入的研究与探索，进而推动云制造在制造业的作用及应用，促进我国正在进行的”云计算”和”云制造”从理论到实践，从概念到内容落地的具体化，进一步提升中国制造业信息化的水平。