面向个性化定制的云制造服务平台的研发*

李　强，史志强，邵长锋

（内蒙古科技大学 机械工程学院，内蒙古 包头014010）

面向个性化定制的云制造服务平台的研发*

李强，史志强，邵长锋

（内蒙古科技大学 机械工程学院，内蒙古 包头014010）

随着个性化产品市场生产需求的增加，产品的定制程度越来越高，产品对制造企业的设计水平、制造能力、服务内容提出了较高的要求，而现有企业设计、生产制造、管理能力不足等问题已严重制约了个性化市场的发展。为了能够推动个性化定制的深入应用，结合云制造技术，提出了基于云制造服务平台的个性化定制服务模式和思想理念，构建了一种面向个性化定制的云制造服务平台，分析了平台的体系结构和工作流程，最后采用Apache服务器、PHP编程语言以及MySQL数据库对平台进行了搭建，对部分功能进行了说明，并以等高齿对数螺旋锥齿轮的设计过程为例，验证了依托平台进行个性化定制的可行性。

个性化定制；云制造；服务平台；MySQL

0　引言

随着全球化市场的形成，消费者希望更多地获得与自身需求相一致的产品。为了迎合市场的变化，众多企业纷纷将个性化定制作为自己的竞争手段和经营战略，通过为顾客生产定制产品来占领和扩大市场份额[1]。随着个性化定制市场的不断深化，顾客的需求也由产品转为了面向产品全生命周期的“产品+服务”。这使得企业从需求分析、方案论证，到产品设计，再到产品回收等各个环节都必须具备较强的业务能力和较高的信息化水平。然而中国制造企业90%以上是中小企业，他们普遍存在自主创新能力较弱，管理和创新效率不高，创新性人才匮乏，以企业为主体的制造业创新体系尚不完善以及数控使用率较低、制造水平不高等问题[2]，致使企业无论在个性化产品的研发上还是在个性化服务的提供上很难面面俱到，往往会在实施个性化定制过程中出现缺少开发某项产品的核心技术和能力、产品生产时转换成本过大以及面对复杂的产品结构时，企业独立开发成本高、风险大，无法提供顾客所需服务等问题。云制造作为一种面向服务、基于知识、高能低耗的网络化制造新型模式[3-5]，利用云计算、物联网、高性能计算等先进技术，把分布在不同地理位置上的各类制造资源进行虚拟聚集，形成制造资源云池，借助云制造平台对汇集的资源进行集中的、智能化的管理和经营，从而使得加入其中的企业能够面向产品全生命周期按需使用优质、廉价、海量的平台资源，在满足企业需求的同时实现了社会制造资源的高度共享、优化配置。本文针对个性化定制生产的特征，结合云制造理念，提出了基于云制造服务平台的个性化定制服务模式，并对个性化定制业务处理流程和关键技术进行了阐述，最后通过实例验证了其可行性。

1　基于云制造服务平台的个性化定制模式

基于云制造的个性化定制的基本思想是利用物联网技术、物理信息融合技术、云计算技术对分布在全球内、不同地理位置上的制造资源进行网络化汇集，由云制造服务平台统一管理和优化配置，实现对个性化定制业务的专业化处理，达到制造资源和制造能力以及定制业务信息的全面共享，从而实现低成本、快速高效的个性化定制生产。其服务模式如图1所示。

图1　基于云制造服务平台的个性化定制服务模式

平台的服务对象有三类：顾客、定制企业以及生产性服务企业。因此，平台的服务内容也由三部分组成，即面向顾客的服务内容，包括个性化定制产品和个性化定制服务；面向定制企业的服务内容，包括个性化产品和服务的需求分析、方案论证、产品设计、产品维修、产品回收等；面向生产性服务企业的服务内容，包括提供资源租赁、代加工、技术服务等的平台。通过云制造服务平台，定制企业能够在全球范围内组织定制业务需要的各类资源；生产性服务企业能够在工艺流程级别的制造过程与定制企业合作，利用自身和合作伙伴的规模经济和范围经济效应支撑定制产品的低成本生产和服务需求；顾客能够得到除个性化产品之外的其他个性化服务。

因此该模式不仅使定制企业具有更高的生产柔性和应对市场变化的能力，而且也使顾客得到的个性化服务更为丰富，生产性服务企业的业务范围更为宽广。

2　基于平台的个性化定制模式实现

2.1云制造服务平台体系构建

为了满足平台服务模式的需要，本文借鉴文献[6]的云制造体系构建方法围绕个性化定制业务流程运作过程构建了适用于个性化定制的云制造平台体系框架，如图2所示。

图2　个性化定制云平台体系架构

整个体系分为5层，即支撑层、资源层、管理层、服务层、门户层。支撑层是由网络、数据库、存储及各类服务器等基础设施组成，为整个平台运作提供可靠的IT环境支持。资源层由硬制造资源、行业资源库、软件资源组成，为平台的运作提供资源支撑。管理层由各类服务使能工具组成，为平台资源管理、调度、搜索、匹配、交易、评价、结算等功能活动提供工具支持。服务层是平台的核心功能层，它是由若干个个性化定制业务逻辑功能模块组成，主要向平台用户提供产品定制、协同设计、外包加工、物料采购、产品配送、产品回收等服务。门户层为平台用户提供注册、登录以及身份验证、安全认证、资源审核等接口，为整个云制造资源的交易和使用提供支持。

2.2基于平台的个性化定制业务流程设计

针对个性化生产的需要，以平台为中心，设计了个性化定制业务的工作流程，如3所示。

图3　云制造服务平台工作流程

顾客登录平台利用定制系统提供的定制工具发布需求；定制企业的销售人员通过平台接口利用定制系统提供的分析工具，对顾客需求进行分析并将其转化成产品功能参数和服务要求；定制设计人员则根据产品功能参数，利用产品设计系统内部提供的方案论证、造型设计及力学性能分析等服务工具对产品进行设计；而售后服务人员则根据服务要求通过售后服务系统准备服务资源，包括选择、联系、监控产品维护商、服务提供商、产品回收商等。定制产品设计完成后，定制企业可根据自身能力以及产品设计要求等因素确定任务类型，若有外包任务和采购任务，则可将外包任务及外购任务提交到协同加工系统及物料采购系统，通过系统选择合作伙伴和供应商来完成生产任务和原材料供应任务。最后通过物流服务系统选择合适的物流商将定制产品交付给顾客。整个平台实现了对个性化定制业务全生命周期的信息集成、过程集成以及资源集成，极大地提高了定制企业响应和满足顾客需求的服务能力。

2.3云平台软件结构设计

考虑到用户快速增长会使得平台维护困难，为了使平台具有良好的可扩展性，平台构建采用MVC框架作为设计模式。MVC设计模式由模型(Model)、视图(View)和控制器(controller)三部分组成[7]。模型用来表示数据与业务逻辑，视图用来数据展示和用户输入，控制器则负责用户输入的解析和处理流程的控制。云平台的软件结构部署设计如图4所示。

图4　云平台的MVC框架处理过程

用户通过浏览器在页面中输入请求内容，控制器负责接收用户的请求，控制器经过内部解析处理，选择某一个模型被调用来处理用户请求。模型接到控制器的指令，与数据库连接，处理后将相应数据返回给控制器。控制器接收到模型的数据，选择相应的视图传递给浏览器，使用户浏览所需内容。

3　平台搭建及案例分析

3.1平台搭建

针对平台用户分布不均、类型各异的特点以及维护的便利性，课题组以 B/S模式为架构[8]，采用 Apache服务器、MySQL数据库管理系统、PHP为脚本开发语言[9]对个性化定制云制造服务平台进行了搭建。整个平台可分为前台门户和后台管理两部分。前台门户主要面向平台用户，向其提供注册、登录、商品浏览、在线定制、产品研发等功能。整个页面包括产品定制系统、产品设计系统、协同加工系统、物料采购系统、物流服务系统、产品回收系统、行业资讯、资源共享、专家系统等栏目。后台管理主要用于平台运营方对用户及其发布的信息进行审核、管理，主要包括对发布需求、资源审核、修改、删除、监控、禁用以及系统维护、升级、扩展等功能。

3.2平台应用案例

某顾客通过云制造服务平台以文本形式向定制企业发布了要将对数螺旋线应用于锥齿轮齿向线的设计理念需求，由于对数螺旋锥齿轮模型的生成、检测、修型等需要多个大型软件作为设计分析工具以及不同领域的知识专家密切配合才能完成，定制企业考虑到自身资源和设计能力的欠缺，决定借助平台设计系统对其进行研发。定制企业研发人员注册登录平台，登入产品设计系统中从平台整合的软件资源中选取了 PRO/E、ANSYS、UG、MATLAB等工程软件以及相关协助研发人员和领域专家。从硬制造资源中选取了3D打印设备、齿轮检测设备以及齿轮加工厂商。资源选定后，定制企业的设计人员通过设计系统提供的研发平台远程在线对对数螺旋锥齿轮进行研发，首先利用数学知识和MATLAB建立对数螺旋锥齿轮的数学模型，并结合物理和机械知识对其进行可行性分析；利用三维造型软件 pro/E对齿轮进行三维实体建模并装配，如图5所示，并通过3D打印实体，验证了设计参数可行性；将得到的齿轮装配模型导入动力学分析软件ANSYS中，对其进行齿轮的动、静态接触分析，分析结果表明该新型锥齿轮具有优越的传动承载性能，如图6所示；最后利用加工仿真软件UG对齿轮进行仿真加工，并将生成的NC加工代码和加工参数信息发送给齿轮加工厂商，最终得到顾客所需的产品，如图7所示。通过云制造服务平台，顾客能够快速地寻找到合适的定制企业来满足自己的个性化需求，定制企业也能够快速寻找到理想的资源、技术、人员来协同开展定制生产业务，而其他企业通过向定制企业及顾客提供服务提高了资源利用率，扩展了业务范围。因而，在云制造环境下开展个性化定制生产能够形成“多赢”的局面，实现了“市场、企业、顾客、资源、信息、知识”的有机融合。

图5　对数螺旋锥齿轮三维模型及装配模型

图6　齿轮动态接触情况

图7　齿轮加工样轮

4　结论

针对个性化产品生产需求的增加，定制深度和范围的延伸，以及制造企业设计研发能力不足，生产制造水平、资源短缺等问题，结合云制造理念，提出了基于云制造服务平台的个性化定制模式，建立了包括支撑层、资源层、管理层、服务层、门户层的个性化定制的云制造服务平台架构，对平台下的定制业务流程和软件框架进行了设计，并搭建了个性化定制云制造服务平台，通过实例应用验证了平台的有效性。开拓性地将云制造理念应用到个性化定制生产模式中，通过资源整合与优化分配，解决了个性化定制生产需求增加与企业自身能力不足的矛盾，同时也使服务型制造模式得到了深化应用。但现阶段对个性化定制云平台的搭建处于初期阶段，今后需进一步完善交易结算模块、平台安全性等问题，这对加快推进个性化定制生产模式的广泛实施具有重要意义。

[1]MOURTZIS D，DOUKAS M.A web-based platform for customer integration in the decentralised manufacturing of personalised products[J].Procedia CIRP，2012，3(1)：209-214.

[2]王志彦.浅析中国中小企业发展现状[J].企业改革与管理，2015，4（8）：9.

[3]李伯虎，张霖，柴旭东.云制造概论[J].中兴通讯技术，2010，8（4）：5-8.

[4]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，2010，16（1）：1-7，16.

[5]张霖，罗永亮，范文慧，等.云制造及相关先进制造模式分析[J].计算机集成制造系统，2011，17（3）：458-468.

[6]李春泉，尚玉玲，胡春杨.云制造的体系结构及其关键技术研究[J].组合机床与自动化加工技术，2011，7（7）：104-107，112.

[7]戴一平.MVC设计模式在PHP开发中的应用[J].计算机与现代化，2011，3（3）：33-37，43.

[8]张兵，姜周曙，王剑，等.基于 B/S模式反渗透海水淡化远程监测系统研究[J].现代电子技术，2014，37（24）：1-4，8.

[9]贾素来.使用PHP和MySQL开发动态网站[J].大众科技，2011（3）：58－61.

Li Qiang，Shi Zhiqiang，Shao Changfeng
（School of Mechanical Engineering，Inner Mongolia University of Science&Technology，Baotou 014010，China）

Research and development of cloud manufacturing service platform for personalized customization

With the increasing demand of personalized products market,the degree of customization of products is higher and higher,the product design level,manufacturing capacity,service content of the manufacturing enterprises put forward higher requirements.But the existing enterprise design,production,management and other issues have seriously restricted the development of personalized market.In order to be able to promote the in-depth application of personalized customization,combined with the cloud manufacturing technology,based on the cloud manufacturing service platform,the mode of personalized service and the idea were proposed.A cloud manufacturing service platform for personalized customization was constructed,the architecture and workflow of the platform were analyzed.At last,the Apache server,PHP programming language and MySQL database were used to build the platform,and some functions were explained.And taking the design process of spiral bevel gear with high tooth number as an example,the feasibility of the platform is verified.

personalized customization；cloud manufacturing；services platform；MySQL

TH16

A

10.16157/j.issn.0258-7998.2016.05.030

内蒙古自治区十二五应用技术研究与开发资金项目(20111424)

2016-01-08)

李强（1961-），男，博士，教授，主要研究方向：制造业信息化、现代设计理论。

史志强（1989-），通信作者，男，硕士研究生，主要研究方向：制造业信息化，E-mail：934953150@qq.com。

邵长锋（1990-），男，硕士研究生，主要研究方向：制造业信息化。

中文引用格式：李强，史志强，邵长锋.面向个性化定制的云制造服务平台的研发[J].电子技术应用，2016，42(5)：109-112.

英文引用格式：Li Qiang，Shi Zhiqiang，Shao Changfeng.Research and development of cloud manufacturing service platform for personalized customization[J].Application of Electronic Technique，2016，42(5)：109-112.