云制造-制造业信息化发展的新手段新模式

云制造——制造业信息化一种新模式、新手段柴旭东李伯虎中国航天科工集团第二研究院2019/8/11内容提要•1.引言•2.云制造概论•3.云制造初步应用实践•4.云制造的进一步工作2019/8/121.引言•1.1“制造”的含义–传统“制造”：•产品加工的活动与过程，即：将原材料加工为成品。2019/8/131.引言（续）•“大制造”：–1）产品的活动与过程覆盖面“大”•涉及产品全生命周期活动与过程–2）制造活动的空间范围覆盖面“大”•从企业内—到企业之间—到全球–3）制造类型覆盖面“大”：•机械、电子类（飞机、汽车、家电）等离散制造业•石油、化工等流程（或连续）制造业•钢材、食品等混合制造业2019/8/14概念设计详细设计加工生产试验运行维护需求论证报废大制造•1.1“制造”的含义1.引言（续）•1.2制造业发展需求–我国制造业的挑战与对策•我国已是世界大国，以石油化工、冶金等行业为代表的流程制造业在我国制造业中占据了很大比例，是重要的基础支柱产业。–流程制造工业是一个多品种，多层次，服务面广，配套性强的产业，与其他产业和消费市场关系密切。•挑战：目前，我国许多制造企业处在“微笑曲线”最下端问题–自主创新能力不足，企业“产品开发”及“服务”方面的竞争能力低–产品制造能耗高，并对环境污染严重2019/8/15微笑曲线取自“百度百科”1.引言（续）•经济全球化背景下，商业模式的“五个转变”：6总部区域生产中心区域营销中心区域采购中心区域研发中心区域研发中心供应商供应商供应商分销/零售商分销/零售商分销/零售商供应商供应商供应商供应商分销/零售商分销/零售商分销/零售商1、以产品为中心到以服务为中心的转变2、以生产为中心到以客户价值为中心的转变3、以本地为中心到着眼全球市场的转变4、以“线下”市场到“线下线上”的转变；5、以企业内生增值到产业链增值的转变引自用友资料1.引言（续）挑战(续）我国制造业正面临从产品生产型向产品生产加服务型、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。培育新型制造模式与手段，进而推动经济增长方式的转变，满足制造企业TQCSEK竞争的需求。这是未来5-10年我国制造业发展需要解决的重大课题。对策：围绕着提高企业竞争能力，一场以“制造业信息化”为特征的制造业变革一直在我国积极、持续地展开。我国制造业信息化的指导思想：与时俱进，从十六大提出的“信息化带动工业化”到十七大提出的“工业化和信息化两化融合”及目前提出的“工业化和信息化两化深度融合”。2019/8/171.引言（续）•1.3制造业信息化的新发展•当前焦点：在“八五”到“十一五”的“数字化、集成化、协同化、网络化”的基础上，“敏捷化、服务化、绿色化、智能化”正成为当前制造业核心竞争力的关键因素。•对策：–“敏捷制造”：灵活组织制造资源与能力，快速响应市场需求；–“服务型制造”：从“产品”为主导的“生产型”制造模式向以“产品”及“服务”为主导的“生产服务型”制造模式的转变；–“绿色制造”：提高资源利用率，降低能源消耗，减少污染物排放，实现可持续发展；–“智能制造”：基于知识/智能科学技术，提高制造资源/能力构建、运行、评估的智能化，支持探索新规律、积累新知识、创造新技术。2019/8/181.引言（续）•1.3制造业信息化的新发展（续）–本团队于2009年提出了“云制造”的理念，继而于2010年1月在《计算机集成制造系统》杂志上发表了一篇题为《云制造——面向服务的网络化制造新模式》的学术文章。目前，在我国科技部等的领导和支持下，本团队进一步联合产、学、研、用等28个单位（见下页），开展了集团级和中小企业的云制造的技术研究与应用工作,并取得了阶段性成果（一期验收）。–我们认为：云制造模式和技术的研究与应用将会促进我国制造业向“产品”加“服务”为主导的经济增长方式的转变，加速推进我国“制造业信息化”，向“敏捷化、绿色化、智能化、服务化”方向发展，进而加快我国制造业实现“敏捷制造、绿色制造、服务型制造、智能制造”,促进制造大国向制造强国迈进。2019/8/19团队：28个单位、40个课题组北京航空航天大学航天二院恩威协同科技中国北车东莞华中工研院重庆大学慧点科技中科院软件所武汉理工大学合肥工业大学北京机械工业自动化所广东工业大学广东电子工业研究院杭州爱科北京计算中心东南大学华中科技大学曙光信息产业有限公司清华深圳研究生院中科院软件所同济大学北京机械工业自动化所北京清软英泰哈尔滨工业大学北京理工大学机械科学研究总院清华大学西安交通大学北京交通大学深圳大学2019/8/110内容提要•1.引言•2.云制造概论•3.云制造初步应用实践•4.云制造的进一步工作2019/8/1112.云制造概论•2.1云制造定义–云制造是一种基于网络（如:互联网、物联网、电信网、广电网、无线宽带网等）的、面向服务的智慧化制造新模式。它•融合与发展了现有信息化制造（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、建模仿真、智能科学、高效能(性能)计算、大数据等新兴信息技术，•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的服务云池，并进行协调的优化管理和经营,使•用户通过终端和网络就能随时按需获取制造资源与能力服务，进而智慧地完成其制造全生命周期的各类活动。2019/8/1122.云制造概论（续）•2.2云制造系统架构–三大部分•制造资源/制造能力•制造云池•制造全生命周期应用–一个核心支持：知识/智慧–两个过程：接入、接出–三类人员•制造服务提供者•制造云运营者•制造服务使用者2019/8/113制造资源接入制造服务使用者制造全生命周期应用接出制造服务提供者制造云运营者知识/智慧制造能力制造云池离线操作2.云制造概论（续）•2.3云制造系统体系结构•云制造系统由–资源/能力层–云制造服务平台层（感知/接入层、虚拟资源/能力层、核心功能层、用户界面层）–服务应用层组成•云制造系统实质是一种基于各类网络（组合）的人机融合的新型制造网。2019/8/114中间件应用支撑服务制造能力资源/能力层支持单主体完成某阶段制造模式支持多主体协同完成某阶段制造模式支持多主体协同完成跨阶段制造模式云制造标准规范，安全管理核心功能层虚拟资源、能力管理支持多主体按需获得制造能力模式制造资源用户界面层服务应用层虚拟资源/能力层虚拟制造资源/能力池虚拟化制造资源池虚拟化制造能力池普适化终端交互设备知识、模型、数据管理系统构建管理系统运行管理系统服务评估感知/接入层资源、能力虚拟化封装信息融合与处理传输网络资源、能力感知与接入……服务提供者门户平台运营者门户服务使用者门户计费收费运行监控容错管理综合评估流程业务能耗管理用户管理交易管理能力交易资源租用云端个性化定制界面云制造服务平台层……2.云制造概论（续）•2.4云制造技术体系2019/8/115云制造技术体系资源、能力感知技术支持资源接入的新型传感器海量感知数据的动态采集、分析及处理感知网络构建智能感知系统总体技术云制造系统服务模式系统体系架构标准规范体系系统集成虚拟化制造服务环境的构建与管理技术资源能力库服务构建云服务调度优化（多层次计划优化、动态统筹与智能调度、服务交易管理）云制造服务平台核心支撑引擎、管理器云企业的构建方法、运行流程和管理模式、资源统筹、控制和调度资源、能力的虚拟化、服务化技术支持语义的制造资源和能力的服务化的统一描述模型支持制造资源和能力共享的形式化描述机制制作资源和能力的服务化封装与发布云服务综合管理虚拟化服务环境评估技术云服务综合效用评估可靠与安全评估服务质量综合评估虚拟服务环境综合评估虚拟化制造服务环境运行技术虚拟化资源能力动态优化配置、容错、监控云服务智能匹配与组合云服务优化配置机制与算法虚拟资源能力池管理普适人机交换技术面向云制造环境的界面应用逻辑分离普适交互的界面计算服务面向普适用户的服务资源可视化接口标准可信虚拟化制造服务技术安全认证机制与可信监控云制造平台交易数据保障制造可信网络构建制造资源能力可信接入服务平台应用技术支持多主动协同的交易结算模型构建云制造生产控制规范、管理、监督报告体系架构和运行跨学科领域知识的管理与集成云制造服务系统实例验证与推广信息化制造技术系统总体技术支撑环境技术设计、生产、试验、仿真、管理、维修等技术(含3D打印等新技术）2.云制造概论（续）•2.5云制造服务对象、内容与特点–云制造服务对象•制造企业用户•制造产品用户–云制造服务内容—（利用服务化制造资源/能力）•论证为服务AaaS(ArgumentationasaService）•设计为服务DaaS（DesignasaService）•生产加工为服务FaaS（FabricationasaService）•试验为服务EaaS（ExperimentasaService）•生产为服务SaaS（SimulationasaService）•经营管理为服务MaaS（ManagementasaService）•（产品）运营为服务OpaaS(Operationasaservice)•（产品）维修为服务ReaaS（RepairasaService)•集成为服务InaaS(IntegrationasaService）2.云制造概论（续）•2.6云制造是云计算的落地和延伸–云制造是在云计算提供的IaaS（基础设施即服务）、PaaS（平台即服务）、SaaS（软件即服务）基础上的延伸和发展，它丰富、拓展了云计算的（1）资源共享内容，（2）服务模式，（3）支撑技术。仿真为服务(SimaaS)设计为服务(DaaS)生产加工为服务(FaaS)实验为服务(EaaS)经营管理为服务(MaaS)集成为服务(InaaS)SaaSPaaSIaaS云计算技术信息化制造技术物联网技术高性能计算技术服务计算技术智能科学技术云制造支撑技术单主体单阶段制造模式云制造服务模式多主体单阶段协同制造模式多主体跨阶段协同制造模式多主体按需获得制造能力模式网络制造全生命周期活动云制造服务内容云计算服务内容制造资源（计算资源、制造软资源、制造硬资源）云制造共享的资源内容制造能力（设计、生产、实验、仿真、管理、集成等能力）2.云制造概论（续）•2.7云制造是制造业信息化发展的一种新模式、新手段新的制造业经济发展方式：由“生产”型向“生产”加“服务”型为主导的“网络化、协同化、敏捷化、绿色化、服务化、智能化”方向发展。新的制造业信息化系统的技术手段：制造资源和能力技术手段发展为智慧化——“数字化、物联化、虚拟化、服务化、协同化、智能化”。制造业信息化的新模式新手段2.云制造概论（续）•2.8云制造技术、应用与产业的现状–“技术”取得阶段性成果•本团队于2009年提出了“云制造”的理念。•2010年“云制造”的研究得到科技部863计划的认可，联合产、学、研、用等28个单位以集团级和中小企业的云制造应用为背景，在关键技术、支撑平台及应用技术方面，已取得阶段性成果。•2010年8月，欧盟第七框架启动了ManuCloud项目，500万欧元，为期3年。•相关研究引起国内外同行关注，先后有美国、新西兰、英国等大学及研究机构开展云制造研究。2.云制造概论（续）•2.8云制造技术、应用与产业的现状（续）–“应用”初见成效•应用示范–面向航天复杂产品的集团企业云制造–面向轨道交通装备的集团企业云制造–支持企业业务紧密合作的中小企业云制造–支持产业集群协作的中小企业云制造•正进行佛山、襄阳、武汉、宁波等智慧城市中的智慧制造规划和合作实施–“产业”开始起步•随着云制造的深入开展，正催生一批面向制造企业提供云服务的第三方专业服务商，以及开发实施云服务技术与系统的软硬件企业。•但形成云制造产业链尚需要时间以及各方面的共同努力。内容提要•1.引言•2.云制造概论•3.云制造初步应用实践•4.云制造的进一步工作2019/8/1云制造讲座212019/8/122开发了云制造服务平台，构建了云制造服务系统接入了100万亿次高性能计