创新技术网络化服务模型及平台研究

张　萌，郑　帅，刘宏磊，步明繁，周亚州

(西安交通大学 机械制造系统工程国家重点实验室，陕西 西安 710049)



创新技术网络化服务模型及平台研究

张萌，郑帅，刘宏磊，步明繁，周亚州

(西安交通大学 机械制造系统工程国家重点实验室，陕西 西安 710049)

摘要：结合国内外现状，提出了创新技术网络化服务模式，有效协调优化了服务资源配置.针对服务模式，建立了可执行的网络化服务模型；对各种服务进行网络封装，实现了O2O的业务逻辑；最终成功实现了网络化先进制造技术能力服务平台开发.应用实例表明，基于网络化先进制造技术能力服务平台的产品设计开发可以显著降低中小企业产品设计的成本和难度，同时缩短设计项目的开发周期.

关键词：快速制造技术；网络化服务模型；网络化先进制造技术能力服务平台

随着全球市场一体化的形成，制造业的竞争日趋激烈，产品更新速度不断加快，同时用户需求也趋于个性化和定制化[1-2].由于快速成型技术具有较强的灵活性，适宜于单件小批量生产，近年来以快速成型技术为代表的先进制造技术研究，一直受到学术界和工业界的关注[3-6].本研究立足西安交通大学机械学院快速成型国家工程研究中心，应用以快速制造技术为主的一系列工业设计相关创新技术，如CAD结构设计与分析、逆向工程(RE)、快速成型(RP)、快速模具(RT)、数控加工等技术，对创新技术网络化模型进行深入研究，并构建了网络化先进制造技术能力服务平台.

1网络化服务模型的研究现状

网络化服务模型是支撑相应网络化平台运行成功与否的关键.网络化服务模型涵盖网络化服务平台的基础信息框架、主要功能模块及相应的服务模式.计算机网络化技术出现以来，围绕制造领域，先后出现了多种网络化服务模型，来保证网络化制造服务平台的正常运行.

从网络化服务模型的基础信息框架来看，先后出现了Client/Server、Browser/Server两种主流结构.在技术实现层面上，出现了基于CORBA的结构、基于Multi-Agent的结构、基于移动Agent的结构、基于网格计算的结构、基于普适计算的结构、基于云计算的结构等.从网络化服务模型的服务模式来看，先后出现了基于ASP(Application Service Provider：应用服务提供商)的网络化服务模型、基于PaaS (Platform-as-a-Service：平台即服务)的网络化服务模型、基于SaaS(Software as a Service：软件即服务)的网络化服务模型、基于e-Service的网络化服务模型等.这些模型在网络化服务平台开发中得到了广泛的应用[7].

2网络化服务模型的研究内容

以面向服务对象提供网络化先进制造技术能力服务为目标，在分析归纳工业设计、CAD结构设计与分析、RE/RP/RT、数控加工等先进制造技术能力的服务范畴、服务特征、服务流程以及商务模式等基础上，研究并建立的先进制造技术能力总体网络化服务模型如1图所示.所构建的网络化服务模型自下而上分为3层：①最下层为先进制造技术服务资源层，由分布在各服务提供商端或集成于服务平台中的软硬件技术资源和人力资源构成，支持先进制造技术面向服务使用方提供相应的能力服务；②中间层为WEB数据库服务层，主要由零部件技术选型数据库、先进制造设备资源库、高新技术企业信息库、用户任务数据库等构成，作为支撑数据源，支持先进制造技术能力服务平台向外提供技术能力服务；③最上层为WEB服务器层，主要由先进制造技术能力网络化服务Portal、先进制造技术能力核心服务、支撑服务以及网络与数据接口四大模块构成.

图1　网络化服务模型

(1)先进制造技术能力网络化服务模型Portal：作为创新技术平台向外提供能力的窗口和门户，其界面与功能的定制设计开发，针对多种先进制造技术能力服务的不同特点与流程(具体由工业设计能力服务Portal、CAD结构设计与分析能力服务Portal、RE/RP/RT产品快速开发能力服务Portal、数控加工能力服务Portal等构成)，最终呈现给用户的是一组Web页面.

(2)先进制造技术能力核心服务模块：作为先进制造技术能力网络化服务模型的核心功能模块，其主要由工业设计能力服务、CAD结构设计与分析能力服务、RE/RP/RT产品快速开发能力服务、数控加工能力服务子模块构成，通过相应的网络化服务Portal，向服务使用方提供先进制造技术能力服务.

(3)先进制造技术能力支撑服务模块：作为支撑核心服务模块高效、有序运行的辅助功能模块，其主要由服务商选择与评价服务、在线交易服务、协同支持服务3个子模块构成.

(4)网络与数据接口服务模块：它为先进制造技术能力服务平台提供网络基础信息支撑框架，为各种异构数据的标准化、模板化描述、传输与集成提供相应的接口规范，以确保复杂、异构、海量数据面向能力服务平台及服务平台的有效集成与共享.

3网络化服务模型的平台实现

基于网络化服务模型，开发了面向中小制造企业的网络化先进制造技术能力服务平台，并定义了面向产业聚集的先进制造技术科技服务平台的B/S四层式平台基础架构：数据层、业务逻辑层、表示层和用户层.根据客户对于制造基于能力与资源的迫切需求，将平台提供的服务分为4个部分：技术能力服务模块、设备资源库模块、工艺能力资源库模块和培训资源库模块.

3.1模块开发

(1)技术能力服务模块开发：作为提供先进制造技术能力服务为主的平台，技术能力服务模块是平台的核心服务模块.通过分析用户对于快速制造技术服务的需求，确定技术能力服务业务的主要流程(图2)：用户首先通过工艺规划对其业务指标进行工艺匹配，然后通过工艺能力匹配筛选合适的服务商，并通过自动报价工具对服务成本进行测算，在此之后，通过自主询价、技术委托或众包的方式，与平台内的服务提供商在线业务对接，并最终完成先进制造技术服务.

图2　技术能力服务业务的主要流程

(2)设备资源库模块开发：基于用户对先进制造设备查询的需求分析，确定设备资源的封装标准(主要包含设备性能指标、支持的工艺能力、设备加工精度等数据).用户基于封装标准，可实现通过制造服务请求的工艺需求匹配设备、精度指标匹配设备以及性能指标匹配设备等业务流程(图3).在指定的设备资源封装标准基础上，进行设备资源库数据结构的设计与开发.该模块为用户提供设备资源的查询、基于工艺能力和技术指标的设备匹配、关联设备提供商检索等功能.

图3　基于封装标准的业务流程设计

(3)工艺能力资源库模块开发：工艺能力资源库主要针对用户学习工艺能力以及从工艺能力查询到关联工艺设备与服务商，从而实现服务请求的业务需求.通过用户需求分析以及对工艺资源描述的标准化定义，制定工艺能力资源的封装标准，包括类别、关联设备、关联企业、能力描述等.在此基础上开发工艺能力资源库模块，为用户提供工艺资源的查询、工艺能力关联设备的匹配、工艺能力关联服务提供商查询等功能.

(4)培训资源库开发：培训服务平台主要为用户提供先进制造技术的培训，推广应用先进制造技术.为扩大培训授众，培训资源采用免费培训资源与付费培训资源相结合的方式，并支持多种格式的培训资料.先进制造技术的基础知识为免费培训资源，先进制造技术高级应用等专业性强的培训资源则为付费培训.该模式有利于开展企业合作，对付费资源建立良好的利润分成，从而提高企业对于培训资源建设的积极性，实现培训服务平台的可持续发展.

3.2运行实例

平台运行合作企业为某汽车零配件生产企业.面对汽车零配件市场日益激烈的竞争，传统的产品设计方法设计周期长、效率低，难以适应个性化定制需求.先进制造技术针对单件或者小批量任意组合产品进行快速定制加工，具有很大的柔性和自由度.先进制造技术在汽车零配件行业的应用能够明显减少在产品创新设计阶段样件制作的时间，支持对设计进行高效评审和设计迭代，提高设计的效率.然而，采用先进制造技术进行零配件产品开发技术含量高，开发过程涉及工业设计、CAD结构设计与分析、RE/RP/RT等多个环节，以该企业的技术能力难以独立完成.因此，依托网络化先进制造技术能力服务平台，为汽车零部件生产企业提供了多次快速成型和快速模具制造服务(图4).

图4　汽车车轮及仪表盘快速成型

网络化先进制造技术能力服务平台支撑了多款新产品的开发工作，顺利地完成了从样品的三维反求到产品建模、基于增材制造的三维成型等一系列复杂的产品开发过程，提高了产品的设计效率，缩短了产品的开发周期，提高了企业产品的市场竞争力，为产品上市赢得了宝贵的时间，同时也验证了平台的作用与效果.特别是在工艺多样性和服务质量持续改进方面，有益于面向客户提供更好的服务.

4结论

(1)基于对先进制造技术能力与资源服务用户需求、服务技术与业务逻辑等建立了先进制造技术网络化服务模型，在此基础上提出了先进制造技术服务可持续发展的组织架构.

(2)确定了设备资源的封装标准，进行了设备资源库、工艺资源库、培训资源库的结构设计与开发.

(3)建立了融合CAD/CAE/RE/RP/RT等先进制造技术的产品创新技术应用服务平台.

(4)本研究关注中小企业最需要的先进制造技术能力服务与资源服务两大关键问题.网络化先进制造技术能力服务平台的运行提高了中小企业对先进制造技术的消化吸收能力和研发能力，提升了产品设计制造效率；同时降低了产品的开发成本，缩短了产品开发周期；实现了面对市场需求的快速响应，提升了企业的整体竞争力.

参考文献:

[1]杨海成,祁国宁.制造业信息化技术的发展趋势[J].中国机械工程,2004,15(19):1693-1696.

[2]李廉水.中国制造业发展研究报告[M].北京:科学出版社, 2004.

[3]黄树槐,肖跃加,莫健华,等.快速成形技术的展望[J].中国机械工程,2000,11(1-2):195-200.

[4]颜永年,张人佶.快速成形技术国内外发展趋势[J].电加工与模具,2001(1):5-9.

[5]张晓冬,杨育,李国龙,等.网络化协同设计环境下4C集成服务模型与平台研究[J].中国机械工程,2006,17(10):1031-1035.

[6]Rajesh S, Somendra P, Anju S. Web-based product development systems integration and new product outcomes: a conceptual framework[J]. Journal of Product Innovation Management, 2003, 20(1):37-56.

[7]刘晓光.网络化制造中Web服务自动组合的若干关键技术研究[D].上海:上海交通大学,2008.

Research on Networking Service Model and Platform of Networking Innovative Manufacturing Technology

ZHANG Meng, ZHENG Shuai, LIU Hong-lei, BU Ming-fan, ZHOU Ya-zhou

(State Key Laboratory for Manufacturing Systems Engineering, Xi'an Jiaotong University, Xi'an 710049, China)

Abstract：Based on the research status at home and abroad, the networking service mode which can optimize service resource allocation effectively was put forward. The networking service model was built. The business logical of O2O was realized through networking packing technology. Ultimately, the service platform of networking innovative manufacturing technology was successfully developed. Application example shows that the design and development based on service platform could reduce the cost and difficulty of products design of small and medium-sized enterprises and shorten the development cycle of design projects significantly.

Key words:rapid manufacturing technology; networking service model; platform of networking advanced manufacturing technology

doi:10.3969/j.issn.1006-3269.2016.01.007

中图分类号：TH16；TP391

文献标识码：A

作者简介：张萌(1990-)，男，山西侯马人，博士研究生，研究方向为激光干涉测量与器件.

基金项目：国家863计划资助项目(2013AA040604)

收稿日期：2015-10-03

文章编号：1006-3269(2016)01-0037-04