面向中小企业的制造资源云服务平台开发

The development of manufacturing resources cloud service platform for small and medium-sized enterprises

何　丽1,2，孙文磊1,2，王晓斌1，王珧荣1

HE Li1,2, SUN Wen-lei1,2, WANG Xiao-bin1, WANG Yao-rong1

（1.新疆大学 机械工程学院，乌鲁木齐 830047；2.新疆大学 机械工程博士后流动站，乌鲁木齐 830047）



面向中小企业的制造资源云服务平台开发

The development of manufacturing resources cloud service platform for small and medium-sized enterprises

何丽1,2，孙文磊1,2，王晓斌1，王珧荣1

HE Li1,2, SUN Wen-lei1,2, WANG Xiao-bin1, WANG Yao-rong1

（1.新疆大学 机械工程学院，乌鲁木齐 830047；2.新疆大学 机械工程博士后流动站，乌鲁木齐 830047）

摘 要：在云制造大环境下，为使中小企业通过高度共享企业内外部优势制造资源来提升自身产品设计制造和技术创新能力，构建了面向中小企业的制造资源云服务平台体系架构。在此基础上研究了云制造资源池的构建方法，阐述了制造资源分类及其虚拟化描述模板，给出了制造资源服务化封装、接入过程及云服务的WSDL描述实例，完成了数据库主要数据表间的E-R模型设计；最后基于.NET框架开发面向中小企业云服务平台以实现区域内优势制造资源聚集，为广大中小企业提供按需使用的优质制造资源云服务。

关键词：制造资源；云服务；虚拟化；服务化

0 引言

我国中小型制造企业量大面广，在面对激烈的市场竞争时，加强信息化建设以快速推动技术创新是中小企业生存发展和提高中小企业整体竞争力的重要举措之一。但不得不承认的是，广大中小企业由于自身技术力量薄弱，人才缺乏、资金不足等原因造成其信息化应用水平仍不高[1]，这也就严重阻碍了企业产品设计制造能力和技术创新能力的提升[2,3]。

随着云计算、物联网、制造服务、信息安全等信息技术与制造技术不断融合，云制造模式应运而生，它是网络化、服务型制造的一种典型模式。云服务模式也正契合了中小企业信息化发展的迫切需求[4]，通过网络和云服务平台可随时获取、按需使用安全可靠、优质廉价的制造全生命周期服务。云服务平台的开发和应用也为中小企业更充分利用和共享企业内外部优势制造资源促自身创新发展提供了新的手段和依据。而将各类制造资源进行虚拟化和服务化，进而构成制造资源和制造能力的服务云池是实现云服务平台的关键所在。因此本研究在构建了面向中小企业的制造资源云服务平台体系架构的基础上，研究了云制造资源池的构建方法，并开发了原型系统以实现各类制造资源的聚集，为广大中小企业提供便捷、高效的制造资源云服务。这对实现区域内优势资源高度共享，快速提升中小企业信息化水平、产品设计制造能力等均有着重要实践意义。

1 云服务平台架构

云制造环境下制造资源存在分布性、异构性、多样性和动态性等多特征，在借鉴典型制造系统六层体系架构[5]的基础上，面向制造全生命周期构建了面向中小企业的制造资源云服务平台体系架构，如图1所示，共分为支撑层、资源层、虚拟资源/服务层、云服务驱动层、云终端及用户界面层共5个层次。

1）支撑层

支撑层为平台的运行提供环境支持，包括云服务器、基础云平台（如由微软公司开发的Windows Azure云平台）、云数据库（如SQL Azure）、虚拟机及云网络等软硬件环境。

2）资源层

资源层包括了物理资源和能力资源这两大类资源。物理资源层是整个平台的物理基础，其按不同目的、不同粒度进行虚拟化和服务化，并组合能力资源即形成了虚拟资源/服务层。

3）虚拟资源/服务层

虚拟资源/服务层包括两个方面：一是制造资源的简单买卖或租赁服务；二是服务提供者在制造活动中结合主观能力和制造资源要素为制造企业提供制造全生命周期服务[6]，如产品设计服务、仿真分析服务、生产加工服务、实验验证服务等。

4）云服务驱动层

云服务驱动层实现云服务供需的合理、动态匹配，提供多种管理工具集，包括资源虚拟化及接入、接出管理工具，服务资源整合、服务智能匹配与推送、资源调度等引擎，使云制造环境下开展过制造活动，实现各类制造资源聚集和共享成为可能。

5）云终端及用户界面层

该层为云服务平台的三类用户（云用户、云服务提供商和云平台运营商）提供了人机交互接口。不同用户通过云终端设备（如PC机、智能手机、平板电脑等）访问云服务平台与之权限一致的用户界面即可实现云服务的应用和管理。

图1　制造资源云服务平台架构

2 云制造资源池的构建

2.1 制造资源分类及虚拟化描述

根据制造资源的存在形式及使用方式的不同，可将其分为物理资源和能力资源两大类[7,8]。其中：物理资源是指物理存在的、具有静态传输介质的一种资源形式，又可以分为设备资源、软件资源、知识资源和其他相关资源（如技术人才、计算资源等）[9]。能力资源则是一种无形的、动态的资源形式，是在相关技术人才参与下为完成某一目标活动所需要的主观条件，是结合物理资源要素经服务化所表现出来的一种能力，如围绕产品制造生命周期所需的产品设计能力、仿真分析能力、生产加工能力、实验验证能力等。

制造资源虚拟化描述是制造资源发现与匹配、优化组合与调度等关键环节的基础，不同类型资源因包含信息差别大，其虚拟化描述方法也就不尽相同。本文采用面向对象的方法，将制造资源实体看成是对象，对象的属性则看成制造资源的特性，主要包括基本属性、功能属性、使用属性和状态属性这四类抽象属性。在对各类资源进行具体化描述时，还需从同一类资源包含的信息中抽取其共同属性和本质属性以统一化和规范化该类资源的虚拟化描述。如针对仿真设计软件资源的虚拟化描述模板如图2所示。

图2　仿真设计软件资源虚拟化模板

2.2 制造资源服务化封装及接入

采用Web服务技术来抽象和封装虚拟资源是制造资源服务化的重要手段之一[10]。服务封装是将虚拟资源所具有的操作功能封装成Web Service，以服务接口的形式接入云服务平台，从而实现在平台上发布服务的目的。在Web服务封装过程中一般需要借助于可视化工具进行，如Microsoft Visual Studio平台能直接创建一个完全符合WSDL规范的Web Service应用，而关键在于完成服务接口操作功能的设计。该服务封装工具的体系结构主要由接口信息采集器、代码生成器、代码转换器、服务组件生成器和服务封装器五大模块组成，实现过程如图3所示。其中：

接口信息采集器：负责提取待封装资源要转换为服务的功能模块，生成相应的服务接口描述信息WSDL文件；

服务组件生成器：是整个体系架构的核心模块，其根据接口信息采集器按模板采集而来的信息自动生成Web Service类的服务组件；

代码生成器：可以根据描述模板自动生成代码，确保服务封装的代码质量和规范性；

代码转换器：将不同软件系统开发的模板转换为符合C#的调用规范格式，从而实现在.NET环境下的Web Service封装；

服务封装器：负责类代码的编译和配置操作，最终完成整个封装过程。

图3　服务封装序列

例如，云制造资源提供者应用上述服务封装方法完成知识资源——零件三维CAD模型资源库的Web服务封装，以提供获取零件资源目录等服务，其WSDL描述片段如图4所示。

图4　云服务的WSDL描述片段

图5　主要数据表间的E-R模型图

经服务化封装形成的云服务可通过服务发布页面统一接入/注册至云服务平台，以供平台或服务请求者查询和调用。上述经虚拟化和服务化的制造资源即可单独作为云制造环境下的一种云服务对象进行应用，同时也可作为某一制造活动服务下的重要支撑资源提供服务。

2.3制造资源云服务平台数据库设计

为方便云服务平台发现、调用、展示和综合管理制造资源服务提供者发布的服务内容，还需将根据描述模板生成的服务资源相关信息导入并存储到关系型数据库中，以实现数据的高效管理和存取。在制造资源云服务平台架构下对数据库进行设计，主要数据表间的E-R模型图如图4所示，各数据表主要用于存储用户信息（User）、服务信息（Service）、需求信息（Demand）、订单信息（Order）和资源分类信息（Type）等。

3　平台开发实例

基于.NET框架，利用Microsoft Studio等网络应用程序开发工具及SQL Service数据库，综合运用Web Service，DIV+CSS布局，jQuery UI等技术开发了面向中小企业的制造制造资源云服务平台的ASP.NET应用程序。并将其部署到Windows Azure公有云平台，使其成为云应用程序。开发及应用实例如图6所示。

云服务平台应用过程主要表现为：1）云服务需求者（即云用户）将制造资源/服务需求通过统一描述模板发布至平台；2）云服务提供者整合现有优势资源，采用Web Service技术封装成为云服务，并利用统一注册/发布接口接入至云服务平台，构建云制造资源池；3）云服务平台运营商对云制造资源进行集成管理，并对供需进行匹配和推送，在线对制造资源服务进行管控，以保障服务平台内多方用户之间的利益。

图6　开发及应用实例

4 结束语

云制造的的核心理念是以云服务的形式实现制造资源与制造能力的按需使用与高度共享，进而提高区域内优势资源的利用率。为实现制造资源聚集并为广大中小企业提供便捷、高效的制造资源云服务，构建了面向中小企业的制造资源云服务平台体系架构，研究了云制造资源池的构建方法，并基于.NET框架开发出了面向中小企业云服务平台。这对中小企业通过高度共享企业内外部优势制造资源来提升自身产品设计制造和技术创新能力，进而快速提升中小企业自身综合实力和市场竞争力等有着重要的意义。后续将针对制造资源云服务供需智能搜索与匹配、服务交易与评价等问题进行更深入研究，进一步推动云服务的在中小企业中的广泛应用。

参考文献：

[1] 尹超,黄必清,刘飞.中小企业云制造服务平台共性关键技术体系[J].计算机集成制造系统,2011,17(03):495-503.

[2] 宋庭新,张成雷,李成海.中小企业云制造服务平台的研究与开发[J].计算机集成制造系统,2013,19(5):1147-1154.

[3] Song T,Liu H, Wei C, et al. Common engines of cloud manufacturing service platform for smes[J].The International Journal of Advanced Manufacturing Technology,2014,73(1-4):557-569.

[4] 刘国萍,郑燕冰.中小企业云服务解决方案及关键技术实现研究[J].电信科学,2013,1(9):37-43.

[5] 李伯虎,张霖,王时龙.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,2010,16(1):1-7,16-17.

[6] 王海丹,李金村,黎晓东,等.中小企业云制造服务描述与本体建模研究[J].制造业自动化,2012,34(4):30-33.

[7] Luo Y, Zhang L,Tao F,et al. A modeling and description method of multidimensional information for manufacturing capability in cloud manufacturing system[J].The International Journal of Advanced Manufacturing Technology,2013,69(5-8):961-975.

[8] Liu N LX,Wang Q.A resource & capability virtualization method for cloud manufacturing systems[A].IEEE International Conference on Systems, Man, & Cybernetics[C].2011:1003-1008.

[9] Zhu L, Zhao Y,Wang W.A bilayer resource model for cloud manufacturing services[J].Mathematical Problems in Engineering, 2013:1-10.

[10] 姚锡凡,金鸿,徐川.云制造资源的虚拟化与服务化[J].华南理工大学学报(自然科学版),2013,41(3):1-7.

【上接第3页】

表3　库房管理系统运行前后效果对比

3 对比分析

智能化电能计量器具库房管理系统投入运行后，从出入库管理、库房盘点及查找指定样表、存放方式等四方面与原有库房模式进行比较，可以直观看出其运行效果对比情况，如表3所示。

4 结束语

该智能化电能计量器具库房管理系统投入使用后，已经存放了从2010年第五批招标至今的留样单相表562只，三相表160只，采集终端1582只。样表库房的整体化、集约化作业模式，从根本上提高了作业效率，为电能计量器具的管理又提供了一个新规范化模式。该智能化电能计量器具库房管理系统从根本上降低了样表查找方式的复杂性和提升了样表存放的安全性，它的投入对实现人、物的集约化有重要意义。

[1] 张瑜,王新献,赵志鹏.智能化表库系统在县级供电企业电能计量管理中的应用[J].科技创业家,2014,(05):205.

[2] 田丽娜,徐菱.智能表库物流系统设计——以内江电业局计量中心为例[J].制造业自动化,2011,33(14):11-14.

[3] 龙贵山,刘磊,刘颖,等.电能表自动化检定及智能仓储系统研究[J].电测与仪表,2013,50(5):95-100.

[4] 何培东,马瑞.自动化立体库技术在电能计量中心的应用[J].中国物流与采购,2010(4):58-59.

[5] 韩慧臣.智能化电能计量器具库房管理系统的研究与应用[J].电测与仪表,2013,50(7):81-84.

[6] 李文雅.智能化电能计量器具库房管理系统在淮南供电公司的应用与探讨[J].科技创新与应用,2015,(3):192.

作者简介：何丽（1986 -），女，湖南益阳人，讲师，博士，研究方向为网络化制造、数字化设计与制造研究。

基金项目：新疆大学博士毕业生科研启动基金（BS130121）；新疆维吾尔自治区高校科研计划项目（XJEDU2014S008）；新疆维吾尔自治区科技计划重大专项（201130110）

收稿日期：2015-09-17

中图分类号：TP391

文献标识码：A

文章编号：1009-0134(2016)01-0004-04