云制造环境下制造业服务资源管理决策研究

**篇 基础篇 　　第1章 云制造概述 　　本章主要介绍云制造的概念、云制造的发展、云制造对我国制造业的影响、云制造服务的内涵及云制造资源体系结构以及云制造环境下制造服务与制造资源分类等。 　　1.1 云制造的概念 　　1.1.1 云计算概念及其行业发展现状 　　1. 云计算的概念 　　云计算（cloud computing）是基于互联网的相关服务的增加、使用和交互模式，通常是通过互联网来提供动态易扩展且经常是虚拟化的资源。用户通过计算机、手机等方式接入数据中心，按自己的需求进行运算。美国国家标准与技术研究院（National Institute of Standards and Technology，NIST）将云计算定义为：云计算是一种按使用量付费的模式，这种模式提供可用的、便捷的、按需的网络访问，进入可配置的计算资源共享池（资源包括网络、服务器、存储空间、应用软件、服务），这些资源能够被快速提供，只需投入很少的管理工作或与服务供应商进行很少的交互。 　　云计算由一系列可以动态升级和被虚拟化的资源组成，这些资源被所有云计算的用户共享并且可以方便地通过网络访问，用户只需要按照个人或者团体的需要租赁云计算的资源。在20世纪60年代，麦卡锡提出把计算能力作为一种像水和电一样的公用资源提供给用户的理念，成为云计算思想的起源。在20世纪80年代网格计算、90年代公用计算以及21世纪初虚拟化技术、面向服务架构（service-oriented architecture，SOA）、软件即服务（software as a service，SaaS）应用的支撑下，云计算作为一种新兴的资源使用和交付模式逐渐被学术界和产业界所认知。李伯虎（2011）指出，云计算的服务内容有三种：基础设施即服务（infrastructure as a service，IaaS）、平台即服务（platform as a service，PaaS）、SaaS。 　　2. 云计算行业发展现状 　　从“八五”到“十一五”，我国科技部及相关部门支持了以计算机集成制造、并行工程、敏捷制造、虚拟制造、网络化制造、制造网格等为代表的相关制造业信息化课题，已取得了一系列成果，并在制造业各个领域发挥了重要作用，对推进我国制造业信息化进程做出了巨大贡献。同时，以云计算、物联网、信息物理系统（cyber-physical system，CPS）、虚拟化技术、面向服务技术（如知识服务、服务技术等）、高性能计算等为代表的先进技术正迅猛发展，并在各个行业得到应用。云计算使通过因特网的超级计算能力成为可能，企业和个人用户只需购买或通过互联网租用计算能力，它降低了计算成本，使信息和知识有效分享，并且已成为信息技术（information technology，IT）行业的重点发展领域。无论国外的巨头亚马逊、谷歌、国际商业机器公司（International Business Machines Corporation，IBM）、微软，还是国内的巨头百度、阿里巴巴、腾讯，都把“云”当作未来发展的重点，其市场前景将远远超过计算机、互联网、移动通信和其他市场。 　　我国制造业正处于从生产型向服务型、从价值链的低端向中高端、从制造大国向制造强国、从中国制造向中国创造转变的关键历史时期。如何培育新型制造服务模式，满足制造企业*短的上市时间（time）、*好的质量（quality）、*低的成本（cost）、*优的服务（service）、*清洁的环境（environment）和基于知识（knowledge）的创新，即TQCSEK的需求，支撑绿色和低碳制造，实现中国创造，进而推动经济增长方式的转变，是未来5～10年我国制造业发展需要解决的重大问题（赵鹏，2012）。 　　1.1.2 云制造的内涵 　　云制造是为减少制造资源的浪费，借用云计算的思想，利用信息技术实现制造资源的高度共享，建立共享制造资源的公共服务平台，将巨大的社会制造资源池连接在一起，提供各种制造服务，实现制造资源与服务的开放协作、社会资源高度共享。2009年，中国工程院李伯虎院士、时任北京航空航天大学自动化科学与电气工程学院副院长的张霖教授率领的研究团队，敏锐地意识到云计算、物联网等先进信息技术与制造业进行的深度融合将为制造业带来深刻的变革，在国际上率先提出了“云制造”的概念。 　　张霖等（2010）指出，云制造的核心思想是：将先进的信息技术与制造服务结合，形成一个由硬件和软件资源构成的资源池，使以异构分布式制造为导向的企业综合地利用云资源池来进行生产和制造服务，从而建立云制造服务平台，统一、集中、按需地智能化管理和经营制造服务，为各种用户提供高品质、低成本、安全可靠的制造服务，并使企业进行灵活、动态、简便的业务合作，从而推动广域的制造资源共享和优化。 　　李伯虎（2011）指出，云制造是指把制造资源和制造能力在网上作为服务提供给所需要的用户。具体来讲，“云制造”是一种面向服务的、高效低耗和基于知识的网络化敏捷制造新模式，是现有云计算和现有制造业信息化中的网络化制造、动态服务器页面（active server page，ASP）平台、制造网格等概念和技术的延伸和拓展。它融合现有信息化制造（信息化设计、生产、实验、仿真、管理、集成）技术及云计算、物联网、面向服务、高性能计算、智能科学等热点/新兴信息技术，将各类制造资源和制造能力虚拟化、服务化，构成制造资源和制造能力云池，并进行统一的、集中的智能化管理和经营，支持智能化、多方共赢、普适化和高效的共享和协同，达到通过网络和云制造服务平台为用户在产品全生命周期活动中提供可随时获取的、按需使用的、安全可靠的、优质廉价的制造资源与能力服务。云制造与云计算的比较见表1-1（李伯虎，2011）。 　　表1-1 云制造与云计算的比较 　　1.2 云制造的发展 　　1.2.1 云制造的发展方向 　　云制造将向着集成化、智能化方向发展，云制造的研究重点需要从概念、框架和模式向技术深化与应用转移；服务内容需要从IT服务向制造资源（特别是加工设备等）服务扩展；服务范围需要从私有制造云（面向企业自身）向公有制造云（面向行业、区域中小企业）发展；技术拓展需要与其他先进制造技术（3D打印、智能制造等）和先进信息技术（物联网、移动互联网、大数据技术、高性能计算技术等）进一步融合。 　　1.2.2 云制造的发展路径 　　发展云制造的关键在于路径选择。当前，美国选择的是依靠信息技术优势推动云制造，以通用电气、IBM等公司为支持，走软件打通硬件之路；德国选择的是依托制造优势推动云制造，以西门子、库卡机器人、思爱普等公司为主导，走硬件打通软件之路。从我国目前的产业发展情况来看，可以选择以电子商务的商业模式创新倒逼智能制造和云制造发展；在云制造的智能生产和智能产品选择方面，可以先选择产品智能化作为发展重点，以产品智能化推动生产智能化。然而，云制造的发展还面临许多制约因素，如智能产品的开发、物联网技术的发展、工业互联网基础设施的建设、云接入的通信协议、智能产品的标准问题以及公有云、私有云和混合云的边界划定与安全控制等，这些问题都有待我们继续深入研究解决。 　　云制造的研究与实践工作的开展，需要依靠政府、产业界、学术界等多方联合与共同努力，云制造的应用将是一个长期的阶段性渐进过程，而不是一蹴而就的项目工程。对于业界的广大制造企业而言，当前迈入云制造仍具有一定门槛。这首先要求制造企业具有良好的信息化基础，已经实现了企业内部的信息集成与过程集成。 　　1.3 云制造对我国制造业的影响 　　1.3.1 云制造推动制造业转型升级 　　当前，国际制造业正向着服务化、高效低耗、知识创新的方向发展，中国制造业面临着巨大的挑战与机遇。众所周知，制造业是我国国民经济的支柱产业，我国已经成为位居美国、日本和德国之后的世界第四大制造国，而我国大多数制造企业却面临着产品附加价值低、产品开发和服务竞争力弱、产品制造能耗高以及对环境造成的污染严重等诸多问题。我国要实现从制造业大国向制造业强国转变，发展云制造是必修课。 　　与我们熟知的智能制造相比，云制造的意义更多地在大制造的概念上，与主要适用于制造领域的智能制造概念相比，云制造从制造、销售领域延伸拓展到使用、服务等领域，具有更广泛的应用领域。当智能制造浪潮席卷全球之时，“云制造”已从概念走进现实。例如，应用端，2017年初上海某展会上，徐工集团携手华为、阿里巴巴、中国电信等互联网和通信业领军企业，共同发布了工业云平台—“徐工工业云”，着力打造“互联网 + 云技术 + 制造”的全新工业经济发展模式，借此发力中国“一带一路”。 　　传统生产模式是企业根据市场调研结果决定生产的产品品种和数量，产品经过商业渠道到达消费者手中。电子商务则消除了生产者与消费者之间的沟通障碍、时空障碍、交易障碍，可以用消费者到企业（customer to business，C2B）模式代替企业到消费者（business to customer，B2C）模式。在云制造中，企业可以以大数据平台为基础、以柔性化生产为依托，根据客户需求进行个性化定制生产。不难看出，借助大数据、互联网、物联网等，云制造实现了由普通制造向智能制造的转变、由生产领域向服务领域的延伸、由资源分散低效向资源集中整合的转变。正是这种产业融合和个性化定制生产，颠覆了传统的生产营销和服务模式。 　　1.3.2 云制造环境下传统制造业面临的运营管理变革 　　随着云计算等云制造技术的发展和《中国制造2025》政策的推进，我国传统制造业也面临着运营管理变革。 　　1. 云制造环境下的供应链管理系统变革 　　云制造环境下的供应链是在云制造技术体系下构建成的网链关系，是以云计算、物联网、人机交互系统等先进信息技术为支撑，更加敏捷、柔韧、开放、自主的供应链，管理方式上更灵活、更深入、更具创造性。云制造下的资源利用率提高，制造更加敏捷和智能，供应链在采用新技术进行调整后，将具备以下新的特点。 　　（1）实现对供应链中物理资源的管理。 　　（2）供应链组织形式更具虚拟性和动态性。 　　（3）加快供应链企业向知识型、学习型、创造型转变。 　　（4）资源集中且更具柔性。 　　（5）顾客参与程度更高。 　　（6）供应链更加专业和绿色。 　　2. 云制造环境下装备物联资源管理系统变革 　　云制造*初是由制造网格发展而来的，其目标是各制造行业服务提供者共同打造共享平台为整个制造行业提供服务，建立标准的体系结构，开发出一个云平台来统一管理制造资源服务。物联网是一个基于互联网、传统电信网等信息载体，让所有具有独立寻址的普通物理对象实现互通互联的网络。物联网具有普通对象设备化、普适服务智能化、自治终端互联化三大特性。物联网作为云制造系统的关键技术之一，目的是为云制造平台提供可感知的设备节点。 　　3. 云制造环境下的制造业知识产权系统变革 　　云制造模式下的知识产权问题，首先是网络环境下的知识产权问题。通过对国内外相关文献的综述发现，目前关于开放环境下的知识产权问题主要有三个方面，包括网络环境下知识产权信息的共享、知识产权的共享（转移、转让、交易等）以及知识产权的评估和利益分配等。并且，这些文献中知识产权涉及主体之间的关系主要是合作创新动态联盟。与这些形式的合作模式类似，云制造模式下的知识产权问题也主要聚焦于知识专有性和知识共享性之间的矛盾。云制造模式的目的是建立能够提供互操作性以供不特定的参与主体灵活、重复使用云上知识的平台，具有较明显的公众性。而知识产权特别是专利权则恰恰相反，本质上为私权，专属于权利人，没有法律规定或未经权利人许可，任何人不得使用权利人的智力成果。 　　1.4 云制造服务的内涵及云制造资源体系结构 　　1.4.1 云制造服务的内涵