基于设计过程模块的云设计平台构建

王兆华

(江苏大学管理学院，江苏 镇江 212013)

基于设计过程模块的云设计平台构建

王兆华

(江苏大学管理学院，江苏 镇江 212013)

为了提升企业新产品设计与开发水平，对基于云计算的产品设计平台构建进行了研究。通过定义设计过程模块来封装云设计资源，并采用UML统一建模语言来描述设计过程模块的信息模型，以此为基础构建云设计平台，给出了云设计平台的体系结构，并对其中涉及的关键技术进行了讨论，为进一步开发云设计系统奠定了基础。

云制造;云设计;设计过程模块

国家“863计划”先进制造技术领域专家组组长王田苗［3］认为，云制造虽然借鉴了许多云计算的思想，但也在其基础上做了许多拓展和延伸，其面向的资源已经不仅仅是计算资源，而是包含范围非常广泛的制造资源，这其中有计算资源、设备资源、物流资源、人力资源等方方面面，整合难度要大得多。王田苗认为，云制造与云计算本质的区别之一就是因为制造资源的流动性差，在云制造的应用中需要有第三方物流配送的参与［4］。

目前中国制造资源丰富，但许多企业产品设计能力薄弱，一直是企业发展的瓶颈，许多企业只是在做国际大企业的代工生产，没有自己的品牌和知识产权。为了增强中国企业的国际竞争力，首先要解决的是新产品的设计和开发问题。针对制造资源流动性差，而设计资源易通过网络共享的特点，在云制造发展初期，首先开展基于云计算的产品设计(云设计)，充分运用发达国家和知名设计公司的设计资源，实现设计资源服务化、产品开发设计全球化，可以提高产品设计效率、缩短产品设计周期、提高产品市场竞争力。因此，提出一种基于产品设计过程模块的云设计方法，通过回溯设计过程，构建设计过程模块，实现设计方案的重用组合与更新，具体由每个设计者设计完成产品设计过程的一个或几个模块，并把它发布到云设计的资源池中，成为其他设计者可以免费或付费使用的设计资源，这样数千万的设计者就可以形成一个强大的、海量库存的云设计网络。

1 设计过程模块

产品设计过程是指企业设计一种产品的步骤或活动的序列。产品设计过程是一个多阶段、迭代和进化的过程。每一个组织采用的产品设计过程与其他组织的产品设计过程是不相同的。实际上，同一组织对于不同的产品设计过程也不尽相同。尽管如此，对产品设计过程进行分解界定仍是非常有用，根据产品设计过程具有阶段层次性和活动关联性，给出产品设计过程的阶段层次模型如图1所示。

模块(Module)，是一组具有相同功能和相同结合要素，并具有特定功能和完整接口定义的独立单元。模块化一般是指使用模块概念对产品或系统进行规划和组织。模块化的系统设计方法是运用系统工程的原则，以整个模块化系统的分析综合为基础进行系统设计的方法。实际上，任何事物或产品都可看成是由模块组成的。根据过程工程理论，设计过程也可看作是一种广义的“产品”，因此可将模块化的概念引入设计过程管理中，借鉴一般产品模块的特性和方法，以模块化的方式构建设计过程的系统结构模型［5］。

从宏观的角度分析，每个设计阶段都可以看作一个模块;从微观的角度考虑，本文提出将“为满足某种设计要求，设计人员运用设计资源，进行某项设计活动，得出设计结果”这一过程单元，定义为设计过程模块(Design Process Module，DPM)，如图2所示。

图1 产品设计过程的阶段层次模型

图2 设计过程模块

2 设计过程模块的信息模型

为了将设计过程模块发布到云设计资源池中，采用面向对象技术封装设计过程模块，建立设计过程模块的信息模型。统一建模语言(Unified Modeling Language，UML)是一种面向对象的建模语言，运用统一的、标准化的标记和定义进行面向对象的描述和建模［6］。该语言有助于设计人员设计出清晰的设计过程模块信息模型。

设计过程模块(DPM)的信息模型(如图3所示)可以表示为一个五元组:DPM =＜REQUIREMENT， DESIGNER， RESOURCE，ACTIVITY，RESULT＞。其中，各个类的基本信息描述如下:

图3 设计过程模块(DPM)的信息模型

REQUIREMENT表示设计要求类，是DPM中对设计人员提出的设计目标。设计要求类可以定义为一个四元属性组 REQUIREMENT=＜rm_id，rm_name，rm_type，rm_value ＞，其中，rm_id为设计要求的编码，rm_name为设计要求的名称，rm_type为设计要求的类型，rm_value为设计要求的取值。

DESIGNER表示设计人员类，是执行DPM中设计活动的人员。设计人员类可以定义为一个四元属性组 DESIGNER =＜ dg_id，dg_name，dg_specialty，dg_experience ＞，其中，dg_id为设计人员的编码，dg_name为设计人员的姓名，dg_specialty为设计人员的专业类别，dg_experience为设计人员的经验情况。

中国药科大学市场营销专业的培养目标，强调从培养具有社会主义核心价值观人才的要求出发，培养具备管理学、经济学的基本理论和知识，掌握市场营销相关领域的基本知识和基本技能，具备系统的药学知识，能够在医药工商企业从事市场营销工作及营销管理工作的复合型、国际化、创新型高素质营销人才。这就要求市场营销专业在医药营销人才培养方面及时进行调整与革新，探索医药市场营销类课程教学与人才培养的国际化模式，逐步提升市场营销专业在全国医药市场营销学科领域的影响力。

RESOURCE表示设计资源类，是DPM中为执行设计活动所需要的资源集合。设计资源类可以定义为一个四元属性组 RESOURCE =＜rc_id，rc_name，rc_knowledge，rc_tool＞，其中，rc_id为设计资源的编码，rc_name为设计资源的名称，rc_knowledge为知识类型的设计资源，rc_tool为工具类型的设计资源。

ACTIVITY表示设计活动类，是DPM中需要执行的某项设计活动。设计活动类可以定义为一个三元属性组 ACTIVITY =＜ at_id，at_name，at_procedure＞和一个操作 at_operation，其中，at_id为设计活动的编码，at_name为设计活动的名称，at_procedure为设计活动的步骤，at_operation为完成设计活动所需要进行的操作。

RESULT表示设计结果类，是DPM中设计活动得出的结果。设计结果类可以定义为一个定义为一个四元组RESULT=＜rt_id，rt_name，rt_type，rt_value＞，其中，rt_id为设计结果的编码，rt_name为设计结果的名称，rt_type为设计结果的类型，rt_value为设计结果的取值。

3 云设计平台的构建

首先将设计资源封装为设计过程模块的形式，在此基础上，构建一个面向多用户、基于服务、能商业运行的云设计系统。云设计系统主要面向3类用户:(1)云设计服务的使用者，设计方通过云设计平台获取设计资源;(2)云设计资源的提供者，提供产品设计过程中所需的设计资源，通过云化技术，把设计资源转变为设计云服务的形式;(3)云设计平台的运营者，用来支持云设计平台的运行和管理。系统由云设计资源提供者，将产品设计过程中的资源封装为模块的形式，运用面向对象技术将其封装为云服务的形式，发布到云设计系统运营者提供的云设计平台上，然后云设计服务的使用者通过该平台获取设计资源进行创新设计应用。

为实现上述云设计系统，提出如图4所示的云设计平台的体系结构，整个体系结构从下至上分为3层:资源层、云设计平台和应用层。

a.资源层。以设计过程模块的形式提供产品设计过程中所涉及到各类资源，包括:(1)软件资源，如产品设计过程中涉及到的设计软件、仿真软件和测试软件等;(2)工具资源，如设计过程中涉及到的各类测量仪器;(3)人力资源，如产品设计人员的专业类别和设计经验等;(4)知识资源，如设计过程中所有涉及到的设计知识、制造知识、成本知识等。

图4 云设计平台的体系结构

b.云设计平台层。该层主要分为3个部分:(1)提供各种资源的云化管理(资源的服务化描述、服务化封装和服务注册等)、服务发布管理、服务定价管理、服务部署管理和资源提供者管理等。(2)提供云服务调度管理和匹配管理，由于云服务往往由不同的资源提供者提供，且用户往往需要多个云服务，因此该平台需要提供面向需求的云服务调度和优化匹配。在云平台运行的过程中，以可视化的形式监控服务运行流程。为防止出现网络意外事故，还需要提供云安全管理［7］。(3)提供云服务使用者管理、计费管理、云搜索和云组合管理等。

c.应用层。该层面向产品设计领域的各类云服务使用者，他们通过各种终端设备(PC终端、移动终端和专业设备终端)访问云设计系统网站，在应用层中对模块化的设计资源进行检索、重新组合和配置，从而进行新产品的开发设计。

在基于设计过程模块的云设计平台构建过程中，所涉及的技术领域非常广泛，这里根据云平台构建的不同阶段，分析总结了构建过程中涉及的主要关键技术，分为以下几点:(1)设计过程模块的标准化，为了设计过程模块的可重用性，需要制定模块标准;(2)云化技术，主要指虚拟资源的服务化封装、发布过程所涉及到的相关技术［8］;(3)资源服务匹配技术，将资源服务描述信息分为文字概念、句子、数值和实体4类，研究相关匹配算法;(4)云安全技术，主要包括系统和数据可靠性技术、云平台可信运营技术、云平台可信网络技术等;(5)资源服务自动组合技术，研究产品设计全过程的资源服务自动组合［2］。

4 结束语

本文提出将产品设计过程中的各类设计资源封装为设计过程模块的形式，有利于设计资源的重用;建立的三层云设计平台体系结构，为开发云设计系统奠定了基础。目前的研究成果还处于初步阶段，很多问题和关键技术尚待解决，如上述设计过程模块的标准化技术、云化技术、云系统安全技术等都需要进一步地深入研究。

［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(6):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(1):1－7.

［3］王田苗.云制造先从简单处做起［J］.中国制造业信息化，2010，39(6):24 －25.

［4］崔荣会，侯闯，白云川，等.云制造:摸不着?［J］.中国制造业信息化，2010，39(6):14 －17.

［5］Seol H，Kim C，Lee C，et al.Design process modularization:concept and algorithm［J］.Concurrent Engineering Research and Applications，2007，15(2):175 －186.

［6］陈圣国.信息系统分析与设计［M］.西安:西安电子科技大学出版社，2008:154－156.

［7］李伟平，林慧苹，莫同，等.云制造中的关键技术分析［J］.制造业自动化，2011(1):7－10.

［8］张霖，罗永亮，陶飞，等.制造云构建关键技术研究［J］.计算机集成制造系统，2010(11):2510－2520.

The Construction of Cloud Design Platform Based on Design Process Module

WANG Zhaohua
(Jiangsu University，Jiangsu Zhenjiang，212013，China)

In order to promote enterprise level of new product design and development，it establishes a product design platform based on cloud computing.It defines the design process module，builds the information model of design process module to package the resources of cloud design and expresses this platform information model by UML.It shows the detail about the systematic structure of the cloud design platform and some key technologies.These lay the foundation for developing the system of cloud design.

Cloud Manufacturing;Cloud Design;Design Process Module

TP391

A

2095－509X(2013)03－0070－04

10.3969/j.issn.2095－509X.2013.03.016

2012－12－24

王兆华(1980—)，男，江苏海安人，江苏大学讲师，硕士，主要从事产品开发过程管理方面的研究工作。