云制造国际先进制造业大会_9_260

云制造——“互联网+制造”的智造模式与手段报告人张霖北京航空航天大学“云制造技术研究与应用”团队1受李伯虎院士委托，代表整个项目团队汇报近年来在云制造研究与应用方面的一些进展。云制造1期：来自28个产学研单位的48研究组云制造2期：来自13个产学研单位的25研究组21.引言2.云制造概述3.云制造国内外发展现状4.云制造应用范例5.云制造研究与实施中的几个问题6.小结31.引言“中国制造2025”以提质增效为中心，以加快新一代信息技术与制造业深度融合为主线，以推进智能制造为主攻方向战略任务和重点：1.提高国家制造业创新能力2.推进信息化与工业化深度融合3.强化工业基础能力4.加强质量品牌建设5.全面推行绿色制造46.大力推动重点领域突破发展7.深入推进制造业结构调整8.积极发展服务型制造和生产性服务业9.提高制造业国际化发展水平推进信息化与工业化深度融合—深化互联网在制造领域的应用。制定互联网与制造业融合发展的路线图，明确发展方向、目标和路径。发展基于互联网的个性化定制、众包设计、云制造等新型制造模式，推动形成基于消费需求动态感知的研发、制造和产业组织方式。建立优势互补、合作共赢的开放型产业生态体系。加快开展物联网技术研发和应用示范，培育智能监测、远程诊断管理、全产业链追溯等工业互联网新应用。“互联网+”行动2015年7月4日，国务院印发《关于积极推进“互联网+”行动的指导意见》“互联网+协同制造”：11项具体行动之一，推动互联网与制造业深度融合•大力发展智能制造•发展大规模个性化定制•提升网络化协同制造水平。鼓励有实力的互联网企业构建网络化协同制造公共服务平台，面向细分行业提供云制造服务•加速制造业服务化转型6什么是云制造？7云制造的概念8云制造是一种基于网络的、面向服务的制造新模式。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、服务计算、智能科学、高效能计算等新兴信息技术，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，并进行统一的、集中的管理和经营,使用户通过网络实现随时按需获取制造资源与能力服务，以完成其制造全生命周期的各类活动。“云制造”——强调“数字化、网络化、智能化深度融合”2.云制造概述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9云制造概念模型2019/8/2制造资源接入制造资源使用者制造全生命周期应用接出制造资源提供者制造云运营者知识/智慧制造能力制造云池云制造应用场景举例基于云制造的集团企业资源共享11基于云制造的复杂产品协同设计与仿真12基于云制造的重大装备远程维护与故障诊断13基于云制造的社会化制造分工与协作虚拟产业集群虚拟工厂虚拟社区虚拟企业虚拟集团14知识重用与创新资源/能力聚集、按需使用智能集成绿色评估基于云制造的个性化制造模式、·云（生产）工厂云（研发）企业云供应商行业云运营中心智慧云制造服务中心3D打印设备智能机器人设计、创意知识、数据服务制造服务15云服务商云经销商行业云、·生产云设计云管理云智慧工厂云运营中心智慧云制造服务中心3D打印设备智能机器人设计、创意知识、数据服务制造服务16试验云经销云企业（工厂）云车间云（生产云）智能化云加工设备云DNC智能化云机械手智能刀具管理中央控制室现场指挥决策现场监视装置智能装备与生产线云智能仓储与物流云智能制造执行过程管控云智能车间决策云智慧车间云运营中心自动化立体仓库AGV智能小车公共资源定位系统高级计划云排程执行过程云调度数字化物流云管控数字化质量检测强大的资源聚集能力：通过虚拟化和服务化技术，将制造资源和能力聚集起来，形成巨大的、可无限扩展的资源池。按需提供服务的能力，实现制造资源/能力的自由流通：将各种制造资源和能力以制造服务的形式，通过网络随时随地提供给用户；支持制造资源/能力的自由交易、流通与按需使用。强大的知识聚集能力：将制造过程各种数据、模型、经验、知识等聚集起来，支持制造过程的创新。支持社会化制造：动态联盟、众包、协同制造等社会化制造模式。每个人都可以充分利用社会化资源实现设计与制造的梦想。绿色节能制造：大幅提高资源利用率，实现节能减排。支持制造企业向服务型转型，新的经济增长模式基于群体智慧提高企业创新能力促进形成制造业新的业态形式云制造的特点19服务发布/发现服务智能匹配服务聚合/协同服务运行/容错服务监控/评估服务交易/管理试验资源管理资源能力资源仿真资源生产资源集成资源物理资源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安全中心（访问控制、加密传输、安全存储）核心功能层云服务中间件层制造能力服务化中间件/知识管理中间件/资源管理中间件/协同管理中间件支持多主体按需获得制造能力模式设计资源平台用户界面层云制造全生命周期个性化用户界面服务应用层云制造平台/系统标准规范服务提供者平台运营者服务使用者云模式云+端模式虚拟资源层虚拟制造资源/能力池网络（物联网、互联网、信息物理融合系统、传感器、RFID等）资源接入和感知装置虚拟化制造资源/能力虚拟化制造资源/能力虚拟化制造资源/能力虚拟化制造资源/能力虚拟化制造资源/能力虚拟化中间件普适化终端交互设备物理资源/能力层虚拟资源层云服务中间件层核心功能层用户界面层服务应用层云制造体系架构20云制造系统实质是一种基于泛在网络及其组合的、人/机/物/环境/信息深度融合的、提供制造资源与能力随时随地按需服务的智慧制造（服）务（互）联系统。它就是一种“互联网（云）+制造”的智（慧制）造系统。系统范围：设备、单元（线）、工厂（企业）、区域、城市、行业、跨行业。。。2019/8/221云制造技术体系包含下述十二大类关键技术：1.总体技术2.资源、能力感知技术3.资源、能力的虚拟化、服务化技术4.虚拟化制造服务环境的构建与管理技术5.虚拟化制造服务环境运行技术（含容错、动态调度等）6.虚拟化服务环境评估技术7.虚拟化制造可信服务技术8.知识、模型、（大）数据管理、分析与挖掘技术9.普适人机交互技术10.服务平台应用技术11.信息化制造技术12.产品服务技术云制造技术体系212019/8/222云制造系统的典型技术特征——智慧化①制造资源和能力数字化②制造资源和能力物联化③制造资源和能力虚拟化④制造资源和能力服务化⑤制造资源和能力协同化⑥制造资源和能力智能化云制造系统的典型技术特征2019/8/222233.云制造国内外发展现状2009年本团队提出云制造理念并开展云制造研究。2010年本团队“云制造”的研究得到科技部863计划的支持，联合产、学、研、用等28个单位，以2个集团和2个中小企业群的云制造应用为背景，在云制造的关键技术、支撑平台及应用技术方面，已取得阶段性成果，一期验收。主要技术成果：云制造理念、体系结构、技术体系；云制造应用模式及平台架构；云制造资源/能力匹配、组合与共享；云制造服务综合管理;云制造建模与仿真技术;云制造服务平台技术；云制造应用技术等。3.1国内云制造技术研究进展在国际上形成了一个新的研究领域云制造是极少数由中国率先提出，外国跟踪研究的研究方向之一。“云制造——面向服务的网络化制造新模式”（李伯虎、张霖、王时龙、陶飞等，CIMS，2010年第1期），入选2011年中国百篇最具影响国内学术论文；被引用400多次。“Cloudmanufacturing:anewmanufacturingparadigm”(LZhang,YLLuo,FTao,BoHuLietal,EnterpriseInformationSystem,May2012),一直保持EIS杂志高被引用论文第一位。24欧盟第七框架（FP7）中的云制造项目ManuCloud项目欧盟第七框架于2010年8月启动了制造云项目(ManuCloud,Project-ID:260142)该项目由弗劳恩霍夫研究院（Fraunhofer-Gesellschaft，缩写FhG），制造技术和自动化研究所（IPA）牵头，德国、英国、奥地利、匈牙利四个国家的大学、研究所和企业工程承担。该项目2013年7月已通过验收。253.2国外云制造技术研究进展CAPP-4-SMEs项目2013年启动的一个新的项目“CAPP-4-SMEs”。来自瑞典、英国、希腊、德国和西班牙的11个单位（4所大学、1家多国制造公司和6个中小企业）共同承担。在该项目中正式使用“CloudManufacturing”（云制造）的提法。相关研究引起国内外同行关注，先后有德国、瑞典、美国、新西兰、英国、新加坡等大学及研究机构开展云制造研究。国际学术会议•项目承担单位先后三次在欧洲举行的国际会议上（SummerSim2012,EMSS2012，EMSS2013）被邀请组织“云仿真”和“云制造”专题（specialsession），取得了很好的效果。•2013年、2014年于美国召开的ASME制造科学与工程会议（MSEC）上，新西兰、瑞典、美国、英国、德国等学者组织“云制造进展研讨会，本项目成员作主题报告。26《3D打印：从想象到现实》一书中关于云制造与3D打印的描述该书作者HodLipson为美国康奈尔大学机械工程与计算机科学技术教授，全球3D打印研究的权威专家。“云制造是一种取代大规模生产的新的生产方式，它像云计算一样，是一个分散式和大规模批量式并行的生产模式。大企业从几个经审查合格的小制造企业生产网络订购所需的部件和服务，这些小制造企业可以联手制造专门的部件。”2728云制造：像蚂蚁工厂由3D打印技术和新型设计技术推动的未来商业模式之一将是云制造。云制造是一种替代大规模生产的方案，由小规模、分布式节点组成。3D打印是云制造的催化剂。云制造将成为一个由小型制造业企业组成的超大规模网络的分布式系统。863项目（一期）应用示范，如：面向航天复杂产品的集团企业云制造（航天科工、航天科技）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、北京、上海、宁波。。。等智慧城市建设中实施云制造；工信部已在16个省启动“工业云创新行动计划”，部分省市正开展云制造应用示范；工信部启动智能制造示范项目试点示范项目，云制造为重要内容之一；一批企业正在自发地开展云制造应用。29“阶段成果应用”初见成效3.3应用与产业现状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。30云制造“产业”开始起步商腾网3D打印、委外生产角色：设计师联盟角色：需求提出方角色：研发总承包角色：3D打印服务角色：委外加工生产角色：产品物流配送角色：设计师联盟长城华冠设计师团队天智网2019/8/2312019/8/2324.云制造应用案例4.1面向航天复杂产品的集团企业云制造4.2面向产业链/集群协作的智慧城市云制造2019/8/232应用层：面向重大装备研制，支持总体部、专业所、总装生产厂等单位在线开展论证、设计、仿真、生产阶段的协同研制平台层：形成航天科工集团云制造服务平台，提供一套拥有完全自主知识产权，面向航天集团企业的云制造服务支撑引擎和管理工具集资源能力层：IT基础资源、数字化生产线等硬制造资源设计分析软件、企业信息系统等软制造资源论证、设计、仿真、生产、试验、保障等阶段制造能力架构图4.1面向航天复杂产品的集团企业云制造3333团队开发了云制造服务平台，构建了云制造服务系统4.1.1平台与系统硬制造资源软制造资源制造能力传输网络支持多主体协同完成某阶段制造模式支持多主体独立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支持多