0 引言

    隨著全球化市場(chǎng)的形成，消費(fèi)者希望更多地獲得與自身需求相一致的產(chǎn)品。為了迎合市場(chǎng)的變化，眾多企業(yè)紛紛將個(gè)性化定制作為自己的競(jìng)爭(zhēng)手段和經(jīng)營(yíng)戰(zhàn)略，通過(guò)為顧客生產(chǎn)定制產(chǎn)品來(lái)占領(lǐng)和擴(kuò)大市場(chǎng)份額^[1]。隨著個(gè)性化定制市場(chǎng)的不斷深化，顧客的需求也由產(chǎn)品轉(zhuǎn)為了面向產(chǎn)品全生命周期的“產(chǎn)品+服務(wù)”。這使得企業(yè)從需求分析、方案論證，到產(chǎn)品設(shè)計(jì)，再到產(chǎn)品回收等各個(gè)環(huán)節(jié)都必須具備較強(qiáng)的業(yè)務(wù)能力和較高的信息化水平。然而中國(guó)制造企業(yè)90%以上是中小企業(yè)，他們普遍存在自主創(chuàng)新能力較弱，管理和創(chuàng)新效率不高，創(chuàng)新性人才匱乏，以企業(yè)為主體的制造業(yè)創(chuàng)新體系尚不完善以及數(shù)控使用率較低、制造水平不高等問(wèn)題^[2]，致使企業(yè)無(wú)論在個(gè)性化產(chǎn)品的研發(fā)上還是在個(gè)性化服務(wù)的提供上很難面面俱到，往往會(huì)在實(shí)施個(gè)性化定制過(guò)程中出現(xiàn)缺少開發(fā)某項(xiàng)產(chǎn)品的核心技術(shù)和能力、產(chǎn)品生產(chǎn)時(shí)轉(zhuǎn)換成本過(guò)大以及面對(duì)復(fù)雜的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)時(shí)，企業(yè)獨(dú)立開發(fā)成本高、風(fēng)險(xiǎn)大，無(wú)法提供顧客所需服務(wù)等問(wèn)題。云制造作為一種面向服務(wù)、基于知識(shí)、高能低耗的網(wǎng)絡(luò)化制造新型模式^[3-5]，利用云計(jì)算、物聯(lián)網(wǎng)、高性能計(jì)算等先進(jìn)技術(shù)，把分布在不同地理位置上的各類制造資源進(jìn)行虛擬聚集，形成制造資源云池，借助云制造平臺(tái)對(duì)匯集的資源進(jìn)行集中的、智能化的管理和經(jīng)營(yíng)，從而使得加入其中的企業(yè)能夠面向產(chǎn)品全生命周期按需使用優(yōu)質(zhì)、廉價(jià)、海量的平臺(tái)資源，在滿足企業(yè)需求的同時(shí)實(shí)現(xiàn)了社會(huì)制造資源的高度共享、優(yōu)化配置。本文針對(duì)個(gè)性化定制生產(chǎn)的特征，結(jié)合云制造理念，提出了基于云制造服務(wù)平臺(tái)的個(gè)性化定制服務(wù)模式，并對(duì)個(gè)性化定制業(yè)務(wù)處理流程和關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行了闡述，最后通過(guò)實(shí)例驗(yàn)證了其可行性。

1 基于云制造服務(wù)平臺(tái)的個(gè)性化定制模式

    基于云制造的個(gè)性化定制的基本思想是利用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、物理信息融合技術(shù)、云計(jì)算技術(shù)對(duì)分布在全球內(nèi)、不同地理位置上的制造資源進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)化匯集，由云制造服務(wù)平臺(tái)統(tǒng)一管理和優(yōu)化配置，實(shí)現(xiàn)對(duì)個(gè)性化定制業(yè)務(wù)的專業(yè)化處理，達(dá)到制造資源和制造能力以及定制業(yè)務(wù)信息的全面共享，從而實(shí)現(xiàn)低成本、快速高效的個(gè)性化定制生產(chǎn)。其服務(wù)模式如圖1所示。

    平臺(tái)的服務(wù)對(duì)象有三類：顧客、定制企業(yè)以及生產(chǎn)性服務(wù)企業(yè)。因此，平臺(tái)的服務(wù)內(nèi)容也由三部分組成，即面向顧客的服務(wù)內(nèi)容，包括個(gè)性化定制產(chǎn)品和個(gè)性化定制服務(wù)；面向定制企業(yè)的服務(wù)內(nèi)容，包括個(gè)性化產(chǎn)品和服務(wù)的需求分析、方案論證、產(chǎn)品設(shè)計(jì)、產(chǎn)品維修、產(chǎn)品回收等；面向生產(chǎn)性服務(wù)企業(yè)的服務(wù)內(nèi)容，包括提供資源租賃、代加工、技術(shù)服務(wù)等的平臺(tái)。通過(guò)云制造服務(wù)平臺(tái)，定制企業(yè)能夠在全球范圍內(nèi)組織定制業(yè)務(wù)需要的各類資源；生產(chǎn)性服務(wù)企業(yè)能夠在工藝流程級(jí)別的制造過(guò)程與定制企業(yè)合作，利用自身和合作伙伴的規(guī)模經(jīng)濟(jì)和范圍經(jīng)濟(jì)效應(yīng)支撐定制產(chǎn)品的低成本生產(chǎn)和服務(wù)需求；顧客能夠得到除個(gè)性化產(chǎn)品之外的其他個(gè)性化服務(wù)。

    因此該模式不僅使定制企業(yè)具有更高的生產(chǎn)柔性和應(yīng)對(duì)市場(chǎng)變化的能力，而且也使顧客得到的個(gè)性化服務(wù)更為豐富，生產(chǎn)性服務(wù)企業(yè)的業(yè)務(wù)范圍更為寬廣。

2 基于平臺(tái)的個(gè)性化定制模式實(shí)現(xiàn)

2.1 云制造服務(wù)平臺(tái)體系構(gòu)建

    為了滿足平臺(tái)服務(wù)模式的需要，本文借鑒文獻(xiàn)[6]的云制造體系構(gòu)建方法圍繞個(gè)性化定制業(yè)務(wù)流程運(yùn)作過(guò)程構(gòu)建了適用于個(gè)性化定制的云制造平臺(tái)體系框架，如圖2所示。

    整個(gè)體系分為5層，即支撐層、資源層、管理層、服務(wù)層、門戶層。支撐層是由網(wǎng)絡(luò)、數(shù)據(jù)庫(kù)、存儲(chǔ)及各類服務(wù)器等基礎(chǔ)設(shè)施組成，為整個(gè)平臺(tái)運(yùn)作提供可靠的IT環(huán)境支持。資源層由硬制造資源、行業(yè)資源庫(kù)、軟件資源組成，為平臺(tái)的運(yùn)作提供資源支撐。管理層由各類服務(wù)使能工具組成，為平臺(tái)資源管理、調(diào)度、搜索、匹配、交易、評(píng)價(jià)、結(jié)算等功能活動(dòng)提供工具支持。服務(wù)層是平臺(tái)的核心功能層，它是由若干個(gè)個(gè)性化定制業(yè)務(wù)邏輯功能模塊組成，主要向平臺(tái)用戶提供產(chǎn)品定制、協(xié)同設(shè)計(jì)、外包加工、物料采購(gòu)、產(chǎn)品配送、產(chǎn)品回收等服務(wù)。門戶層為平臺(tái)用戶提供注冊(cè)、登錄以及身份驗(yàn)證、安全認(rèn)證、資源審核等接口，為整個(gè)云制造資源的交易和使用提供支持。

2.2 基于平臺(tái)的個(gè)性化定制業(yè)務(wù)流程設(shè)計(jì)

    針對(duì)個(gè)性化生產(chǎn)的需要，以平臺(tái)為中心，設(shè)計(jì)了個(gè)性化定制業(yè)務(wù)的工作流程，如3所示。

    顧客登錄平臺(tái)利用定制系統(tǒng)提供的定制工具發(fā)布需求；定制企業(yè)的銷售人員通過(guò)平臺(tái)接口利用定制系統(tǒng)提供的分析工具，對(duì)顧客需求進(jìn)行分析并將其轉(zhuǎn)化成產(chǎn)品功能參數(shù)和服務(wù)要求；定制設(shè)計(jì)人員則根據(jù)產(chǎn)品功能參數(shù)，利用產(chǎn)品設(shè)計(jì)系統(tǒng)內(nèi)部提供的方案論證、造型設(shè)計(jì)及力學(xué)性能分析等服務(wù)工具對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行設(shè)計(jì)；而售后服務(wù)人員則根據(jù)服務(wù)要求通過(guò)售后服務(wù)系統(tǒng)準(zhǔn)備服務(wù)資源，包括選擇、聯(lián)系、監(jiān)控產(chǎn)品維護(hù)商、服務(wù)提供商、產(chǎn)品回收商等。定制產(chǎn)品設(shè)計(jì)完成后，定制企業(yè)可根據(jù)自身能力以及產(chǎn)品設(shè)計(jì)要求等因素確定任務(wù)類型，若有外包任務(wù)和采購(gòu)任務(wù)，則可將外包任務(wù)及外購(gòu)任務(wù)提交到協(xié)同加工系統(tǒng)及物料采購(gòu)系統(tǒng)，通過(guò)系統(tǒng)選擇合作伙伴和供應(yīng)商來(lái)完成生產(chǎn)任務(wù)和原材料供應(yīng)任務(wù)。最后通過(guò)物流服務(wù)系統(tǒng)選擇合適的物流商將定制產(chǎn)品交付給顧客。整個(gè)平臺(tái)實(shí)現(xiàn)了對(duì)個(gè)性化定制業(yè)務(wù)全生命周期的信息集成、過(guò)程集成以及資源集成，極大地提高了定制企業(yè)響應(yīng)和滿足顧客需求的服務(wù)能力。

2.3 云平臺(tái)軟件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

    考慮到用戶快速增長(zhǎng)會(huì)使得平臺(tái)維護(hù)困難，為了使平臺(tái)具有良好的可擴(kuò)展性，平臺(tái)構(gòu)建采用MVC框架作為設(shè)計(jì)模式。MVC設(shè)計(jì)模式由模型(Model)、視圖(View)和控制器(controller)三部分組成^[7]。模型用來(lái)表示數(shù)據(jù)與業(yè)務(wù)邏輯，視圖用來(lái)數(shù)據(jù)展示和用戶輸入，控制器則負(fù)責(zé)用戶輸入的解析和處理流程的控制。云平臺(tái)的軟件結(jié)構(gòu)部署設(shè)計(jì)如圖4所示。

    用戶通過(guò)瀏覽器在頁(yè)面中輸入請(qǐng)求內(nèi)容，控制器負(fù)責(zé)接收用戶的請(qǐng)求，控制器經(jīng)過(guò)內(nèi)部解析處理，選擇某一個(gè)模型被調(diào)用來(lái)處理用戶請(qǐng)求。模型接到控制器的指令，與數(shù)據(jù)庫(kù)連接，處理后將相應(yīng)數(shù)據(jù)返回給控制器?？刂破鹘邮盏侥Ｐ偷臄?shù)據(jù)，選擇相應(yīng)的視圖傳遞給瀏覽器，使用戶瀏覽所需內(nèi)容。

3 平臺(tái)搭建及案例分析

3.1 平臺(tái)搭建

    針對(duì)平臺(tái)用戶分布不均、類型各異的特點(diǎn)以及維護(hù)的便利性，課題組以B/S模式為架構(gòu)^[8]，采用Apache服務(wù)器、MySQL數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)、PHP為腳本開發(fā)語(yǔ)言^[9]對(duì)個(gè)性化定制云制造服務(wù)平臺(tái)進(jìn)行了搭建。整個(gè)平臺(tái)可分為前臺(tái)門戶和后臺(tái)管理兩部分。前臺(tái)門戶主要面向平臺(tái)用戶，向其提供注冊(cè)、登錄、商品瀏覽、在線定制、產(chǎn)品研發(fā)等功能。整個(gè)頁(yè)面包括產(chǎn)品定制系統(tǒng)、產(chǎn)品設(shè)計(jì)系統(tǒng)、協(xié)同加工系統(tǒng)、物料采購(gòu)系統(tǒng)、物流服務(wù)系統(tǒng)、產(chǎn)品回收系統(tǒng)、行業(yè)資訊、資源共享、專家系統(tǒng)等欄目。后臺(tái)管理主要用于平臺(tái)運(yùn)營(yíng)方對(duì)用戶及其發(fā)布的信息進(jìn)行審核、管理，主要包括對(duì)發(fā)布需求、資源審核、修改、刪除、監(jiān)控、禁用以及系統(tǒng)維護(hù)、升級(jí)、擴(kuò)展等功能。

3.2 平臺(tái)應(yīng)用案例

    某顧客通過(guò)云制造服務(wù)平臺(tái)以文本形式向定制企業(yè)發(fā)布了要將對(duì)數(shù)螺旋線應(yīng)用于錐齒輪齒向線的設(shè)計(jì)理念需求，由于對(duì)數(shù)螺旋錐齒輪模型的生成、檢測(cè)、修型等需要多個(gè)大型軟件作為設(shè)計(jì)分析工具以及不同領(lǐng)域的知識(shí)專家密切配合才能完成，定制企業(yè)考慮到自身資源和設(shè)計(jì)能力的欠缺，決定借助平臺(tái)設(shè)計(jì)系統(tǒng)對(duì)其進(jìn)行研發(fā)。定制企業(yè)研發(fā)人員注冊(cè)登錄平臺(tái)，登入產(chǎn)品設(shè)計(jì)系統(tǒng)中從平臺(tái)整合的軟件資源中選取了PRO/E、ANSYS、UG、MATLAB等工程軟件以及相關(guān)協(xié)助研發(fā)人員和領(lǐng)域?qū)＜?。從硬制造資源中選取了3D打印設(shè)備、齒輪檢測(cè)設(shè)備以及齒輪加工廠商。資源選定后，定制企業(yè)的設(shè)計(jì)人員通過(guò)設(shè)計(jì)系統(tǒng)提供的研發(fā)平臺(tái)遠(yuǎn)程在線對(duì)對(duì)數(shù)螺旋錐齒輪進(jìn)行研發(fā)，首先利用數(shù)學(xué)知識(shí)和MATLAB建立對(duì)數(shù)螺旋錐齒輪的數(shù)學(xué)模型，并結(jié)合物理和機(jī)械知識(shí)對(duì)其進(jìn)行可行性分析；利用三維造型軟件pro/E對(duì)齒輪進(jìn)行三維實(shí)體建模并裝配，如圖5所示，并通過(guò)3D打印實(shí)體，驗(yàn)證了設(shè)計(jì)參數(shù)可行性；將得到的齒輪裝配模型導(dǎo)入動(dòng)力學(xué)分析軟件ANSYS中，對(duì)其進(jìn)行齒輪的動(dòng)、靜態(tài)接觸分析，分析結(jié)果表明該新型錐齒輪具有優(yōu)越的傳動(dòng)承載性能，如圖6所示；最后利用加工仿真軟件UG對(duì)齒輪進(jìn)行仿真加工，并將生成的NC加工代碼和加工參數(shù)信息發(fā)送給齒輪加工廠商，最終得到顧客所需的產(chǎn)品，如圖7所示。通過(guò)云制造服務(wù)平臺(tái)，顧客能夠快速地尋找到合適的定制企業(yè)來(lái)滿足自己的個(gè)性化需求，定制企業(yè)也能夠快速尋找到理想的資源、技術(shù)、人員來(lái)協(xié)同開展定制生產(chǎn)業(yè)務(wù)，而其他企業(yè)通過(guò)向定制企業(yè)及顧客提供服務(wù)提高了資源利用率，擴(kuò)展了業(yè)務(wù)范圍。因而，在云制造環(huán)境下開展個(gè)性化定制生產(chǎn)能夠形成“多贏”的局面，實(shí)現(xiàn)了“市場(chǎng)、企業(yè)、顧客、資源、信息、知識(shí)”的有機(jī)融合。

4 結(jié)論

    針對(duì)個(gè)性化產(chǎn)品生產(chǎn)需求的增加，定制深度和范圍的延伸，以及制造企業(yè)設(shè)計(jì)研發(fā)能力不足，生產(chǎn)制造水平、資源短缺等問(wèn)題，結(jié)合云制造理念，提出了基于云制造服務(wù)平臺(tái)的個(gè)性化定制模式，建立了包括支撐層、資源層、管理層、服務(wù)層、門戶層的個(gè)性化定制的云制造服務(wù)平臺(tái)架構(gòu)，對(duì)平臺(tái)下的定制業(yè)務(wù)流程和軟件框架進(jìn)行了設(shè)計(jì)，并搭建了個(gè)性化定制云制造服務(wù)平臺(tái)，通過(guò)實(shí)例應(yīng)用驗(yàn)證了平臺(tái)的有效性。開拓性地將云制造理念應(yīng)用到個(gè)性化定制生產(chǎn)模式中，通過(guò)資源整合與優(yōu)化分配，解決了個(gè)性化定制生產(chǎn)需求增加與企業(yè)自身能力不足的矛盾，同時(shí)也使服務(wù)型制造模式得到了深化應(yīng)用。但現(xiàn)階段對(duì)個(gè)性化定制云平臺(tái)的搭建處于初期階段，今后需進(jìn)一步完善交易結(jié)算模塊、平臺(tái)安全性等問(wèn)題，這對(duì)加快推進(jìn)個(gè)性化定制生產(chǎn)模式的廣泛實(shí)施具有重要意義。

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