面向个性化手机定制的云制造应用模式研究

李 强 汝 渴

(内蒙古科技大学机械工程学院 内蒙古 包头 014010)

0 引 言

随着产品制造业的迅速发展,个性化定制的应用也越来越广泛；个性化定制具有缩短产品研发周期、降低产品成本和提升竞争力等优势，已经涉及汽车、手机、服装、服务、旅游等行业[1]。在手机制造行业中，手机企业为了更好地满足用户的需求，大多数手机企业推出了个性化定制的运营模式作为企业的竞争手段。由于个性化定制具有差异性、复杂性和不确定性的特点，所以使得企业在实施个性化生产时存在研发、制造加工困难、信息化水平不足和经营管理落后等问题[2]，严重影响着企业的运营战略。特别是中小型手机企业在个性化手机定制生产方面存在的问题更加突出。现阶段手机企业具体实施个性化生产时会出现以下问题：生产成本难以把控、交货时间超出预期；定制完成的产品会出现偏离用户定制需求的情况；定制产品质量及指标不能得到保障。

本文依托云制造技术和手机制造业具有创新性地将云制造技术应用于手机制造行业中，提出手机制造云模式，将云制造技术与手机制造业结合起来，通过搭建手机制造云平台，将手机的制造资源和技术资源整合到平台上,弥补了企业生产能力不足的问题，同时也能最大限度地满足用户的个性化需求。

1 云制造的应用发展

李伯虎等[3]针对应用服务ASP(Application Service Provider)、制造网络(MGrid)、敏捷制造等网络服务化的制造模式推广存在的问题，通过结合云计算、高性能计算以及物联网技术IoT(internet of things)、云安全等，提出一种网络服务化的制造模式——云制造。迄今为止，云制造已经进行了八年的研究，云制造技术的应用也越来越广泛，并在学术研究[4]以及工业应用[5]两方面取得巨大的进展。手机制造属于制造业的一部分，尤其手机用户都在追求与自身需求相一致的产品，所以将云制造用于手机制造生产很有必要。例如，华为搭建的云平台，推出“云服务”平台和首款“云手机”Vision[6]；以及华为公司与中软国际云制造合作，利用云制造技术来推进企业的转型。综上，说明云制造技术得到了更广泛的应用以及云制造技术适用于手机制造行业。

2 手机制造云模式

2.1 云服务平台

手机制造云指基于云制造理念的个性化手机定制，如图1所示为手机云制造示意图，通过引入手机制造云平台来解决目前个性化手机定制存在的问题，并利用物联网技术、物理信息融合技术、云计算技术[7]对分布在不同区域的制造技术资源实现网络化整合；再通过云制造平台统一管控和优化配置，实现对手机定制的合理化处理，达到制造资源和技术的最优利用，从而促进定制企业实现低成本、高效、快速的个性化定制生产方式。

图1 手机制造云平台示意图

2.2 定制模式

根据个性化定制的特点以及手机制造业的发展现状,结合云制造的理念，提出了手机制造云模式。其基本思想是针对手机企业对定制产品生产能力不足和不能准确地获得用户定制需求的问题。一方面，利用手机制造云平台能将定制企业、用户以及第三方企业(其它生产性服务企业)汇集到一起进行及时地沟通和交流。另一方面，手机定制企业能够从平台上获取到定制业务所需要的各类资源；生产性服务企业能够参与各类元器件的生产、操作系统和芯片的供应以及在工艺流程级别的制造过程与手机定制企业合作，通过与合作伙伴的规模范围经济效应能支持定制产品的低成本生产和服务需求。图2所示为手机制造云的定制模式。

图2 手机制造云定制模式

3 手机制造云定制模式的实现

3.1 体系结构

以现有的云制造体系构架的研究文献，结合手机定制发展和未来手机发展的趋势，本文借鉴文献[8]设计了平台的系统架构，如图3所示。

图3 个性化手机定制云制造平台的系统架构

该系统架构主要包括以下五个层次，即用户界面层、定制服务层、中间管理层、资源层和手机制造云平台层。

(1) 用户界面层是用户进入云制造平台的端口，为用户及企业提供登录、注册以及安全验证、身份验证等功能。

(2) 定制服务层是平台的核心功能层，包括分析层、设计层、制造层、供应层和服务层。其中分析层对定制需求的确定起着至关重要的作用，利用智能交互系统将定制需求分为功能性需求、易用性需求、稳定性需求、智能性需求以及创新性需求；利用手机制造云平台中现有的制造资源和技术资源能定制限量版、学习版、母婴版、娱乐版、老年版等一系列定制产品。在分析层中，用户登录平台后输入需求信息利用智能交互系统先初步确定用户的定制需求和定制手机的版式，然后用户与定制企业通过交互平台进行交流和协商进一步确定定制需求。如果此定制需求所对应的资源不能完全满足定制产品的生产要求，那么再返回交互平台进行定制需求调整，直至在配置出即适合企业生产又满足用户最终定制需求的信息。设计层、制造层、供应层和服务层总体包括手机定制系统、产品设计系统、协同加工系统、产品装配系统、供应系统、物流配送系统和售后服务系统等模块。主要为用户提供定制产品设计制造、外包加工、产品配送、物料采购、产品维修等服务。

(3) 中间管理层是用户使用云资源的应用服务接口，该层主要由各类服务使能工具组成，为平台内提供组合、调度、管理、交易、匹配等功能活动提供工具支持。

(4) 资源层为中间管理层提供接口。该层主要汇集各种云服务资源，从而形成云制造资源池，为平台的运作提供各种资源支持。在该层中服务于全制造过程的个性化制造应用。

(5) 手机制造云平台层由研发云、制造云、管理云、供应云等组成，为整个平台的运作提供可靠的支撑。

3.2 工作流程

通过分析个性化手机生产的需求，以云制造平台为核心，设计个性化手机定制云制造平台工作流程，如图4所示。用户通过手机制造云平台进行注册登录并发布需求信息，利用云计算技术在云制造资源池中进行搜索和匹配找到最合的手机定制企业。首先用户与定制企业通过交互平台配置出合适的用户需求，然后定制企业利用手机定制系统对用户需求进行分析转化为定制产品的功能参数以及服务要求；定制设计人员在利用产品设计系统内部的方案论证、方案设计等功能实施定制产品的设计；而服务需求则根据售后服务人员进入售后服务系统准备服务资源来服务于用户。定制产品设计完成后，手机定制企业会根据用户需求、资源能力情况及定制产品的动态BOM[9]进行生产能力分析和成本分析，确定能满足用户的定制要求的生产方式，然后生成定制企业订单；利用专家系统、知识库以及人工神经网络等对用户订单进行分析，确定制定主生产计划MPS(Master Production Schedule)[10]，并通过定制手机产品的参数和工艺条件对生产任务进行划分；依照定制企业的元件加工能力以及成本分析，决定是否实施定制外包任务，若有外包任务将其发布到云制造平台上，找到符合外包需求的第三方企业进行外包生产。另外，外购任务和采购任务是利用协同加工系统和物料采购系统选择合作企业和供应商来协助定制企业完成生产任务。最后，定制手机通过定制产品审核后，通过物流配送商将定制完成的产品交付给用户。综上，此平台实现个性化手机定制全生命周期的生产，极大地提升手机企业满足用户各方面需求的能力。

图4 个性化手机定制云制造平台的工作流程

3.3 软件结构设计

考虑到平台用户的迅速增加，采用MVVM框架作为此平台的设计模式，使平台有了良好的拓展性，减轻平台的维护压力。MVVM的设计模式将模块分成视图、模型、视图模型三个部分。视图即模块的用户接口，负责界面显示及用户交互；模型提供与业务逻辑相关的数据对象;视图模型 用来实现业务逻辑及状态控制[11]。手机制造云平台软件结构设计如图5所示，用户通过网页输入请求内容，利用视图接收用户的请求，然后视图将数据传递给视图模型进行内部的处理，将请求数据转化成为逻辑模型对象。接着通过模型存入数据库，或者是数据库中的数据读取到模型中，使视图模型和前台的视图进行交互，最后把数据呈现给用户。

图5 手机制造云平台MVVM框架处理过程

4 平台搭载及案例分析

4.1 平台搭载

此平台采用P2P[12]及B/S构架[13]来搭建，具备智能化资源管理、统一的数据共享和综合信息服务等功能。通过VAM管理服务器、Portal服务器和资源存储系统以及PHP为脚本开发语言对平台进行搭建，实现对资源库进行有效管理，并能实现资源的数据分布式管理及各种业务数据的整合和共享[14]。所以，将B/S技术及P2P技术结合在一起，解决了平台搭建中存储拓展有限、管理任务繁重、资源访问效率低等问题，有效地减轻了平台的负担。

4.2 案例分析

为了验证用户及企业使用手机制造云平台的必要性，利用个性化定制产品质量模糊综合评价法[15]测评定制产品的质量，通过组织一个由20位专家组成的测评小组分别对利用手机制造云平台定制的一批产品(A1)和通过中小型手机企业定制的一批产品(A2)进行质量评价比较分析，评价结果见表1和表2。

表1 A1质量评价结果

表2 A2质量评价结果

(1) 建立个性化定制产品质量指标因素集Q和质量评价等级集V。取5个质量指标:产品体验度(q1)、个性化程度(q2)、产品性能(q3)、定制成本(q4)、可靠性和方便性(q5)；每个评价指标划分为优、良、中等、较差、差5个等级：0.9，0.7，0.5，0.3，0.1。

Q=[q1，q2，q3，q4，q5]

V=[0.9，0.7，0.5，0.3，0.1]

(2) 质量模糊综合评价。对Q中的单个质量指标qij进行评价,从第i个因素对第j个评语等级vj的隶属度rij,得到qij的单因素评价集ri=(ri1,ri2,…，rik)。把Q中5个质量指标的评价集作为行，即得Q的模糊评价矩阵：

其中隶属度：

式中，fij是第i个指标被评为第j个等级的次数。

(3) 确定质量指标权重集。对各质量指标的评价采用自然语言(专家评价)进行因素模糊评价，得质量指标权重集为：

W=[0.36，0.28，0.20，0.08，0.08]

(4) 根据模糊评价矩阵R和权重W建立质量模糊综合评判数学模型。

B1=W·R1=[0.884，0.090，0.012，0.010，0.004]

B2=W·R2=[0.568，0.136，0.126，0.126，0.062]

(5) 将质量评价等级集V与BT相乘得到综合质量评价结果分值为：

根据个性化定制产品质量模糊综合评价结果可以看出通过手机云制造平台定制的产品质量要比普通手机企业评分高。说明利用手机云制造平台使得个性化定制的生产能力和产品质量得到了明显提升，同时，也解决手机企业满足用户需求难度大的问题，将用户需求满意度达到最大化。

5 结 语

针对用户对手机个性化需求的增加，手机定制难度大以及手机企业对关键零部件存在研发能力不足等问题显得更加突出。结合云制造理念提出手机制造云模式；建立个性化手机定制的云制造平台系统架构；设计个性化手机定制的云制造平台工作流程和软件框架。本文具有拓展性地将个性化手机定制生产融入云制造技术领域中，通过手机制造云平台的统一管控及优化配置，实现了合理的个性化定制业务并为企业提供最优的制造资源。根据上述分析，说明手机制造云平台完美地解决个性化定制生产能力不足和用户需求难以满足的问题。手机制造云模式不仅促进了手机制造业的发展，同时也带动制造业新模式的创新。