从云计算到云制造

从云计算云制造到报告内容基本概念研究意义研究现状研究内容关键技术工程应用云计算概念传统模式的信息化云计算概念由Google提出，是一种通过网络、云计算平台，按用户需求组织网上资源（云），为用户提供各类计算服务的新计算模式。基础硬件应用软件维护人员当企业规模扩大时需要对各种软件、硬件进行升级维护，并且进行人员培训扩充云计算模式硬件服务商软件服务商维护服务商操作人员获取硬件服务获取软件服务获取维护服务不需要硬件和各种软件，通过internet网获取服务即可云计算为解决当前网络化制造存在的资源服务模式、资源共享与配置问题提供了新的思路和契机网格计算网络存储分布式计算负载均衡效用计算并行计算虚拟化云计算云计算的技术基础云计算的定义狭义云计算是指IT基础设施的交付和使用模式，指通过网络以按需、易扩展的方式获得所需的资源；广义云计算是指服务的交付和使用模式，指通过网络以按需、易扩展的方式获得所需的服务。Google的“云计算”模式，就是把资源放在远程的服务器上，就像天边的云，你在上网时才把它拿来用，平常就放在云上，有专人帮你管理。微软的“云计算”模式是Cloud（云）+Client（终端设备），翻译成中文就是“云端计算”。Client可以是PC、手机、家电、汽车等任何工具。“云计算”(CloudComputing)是分布式处理(DistributedComputing)、并行处理(ParallelComputing)和网格计算(GridComputing)的发展，通过网络把多个计算实体整合成一个具有强大计算能力的系统，并借助SaaS，PaaS、IaaS、MSP等先进的商业模式把这强大的计算能力分布到终端用户手中云计算的特点按需即取随时扩展按使用付费消费者可以随时按需使用各类云服务，快速交付，并且通过自助的方式，不需要提供商人工参与。通过虚拟化技术，云服务供应商提供规模较大的资源池，服务资源可按需随时进行扩展和收缩。区别于传统软硬件购置的方式，云计算采用按使用付费的模式，让企业IT从资本投资转变为更灵活的运营费用。编程模型海量数据分布存储技术MapReduce是Google开发的java、Python、C++编程模型，它是一种简化的分布式编程模型和高效的任务调度模型，用于大规模数据集（大于1TB）的并行运算。GFS即Google文件系统（GoogleFileSystem），是一个可扩展的分布式文件系统，用于大型的、分布式的、对大量数据进行访问的应用。海量数据管理技术BT(BigTable)数据管理技术是建立在GFS，Scheduler，LockService和MapReduce之上的大型的分布式数据库，它把所有数据都作为对象来处理，形成一个巨大的表格，用来分布存储大规模结构化数据。虚拟化技术虚拟化技术根据对象可分成存储虚拟化、计算虚拟化、网络虚拟化等，计算虚拟化又分为系统级虚拟化、应用级虚拟化和桌面虚拟化。云计算平台管理技术云计算系统的平台管理技术能够使大量的服务器协同工作，方便的进行业务部署和开通，快速发现和恢复系统故障，通过自动化、智能化的手段实现大规模系统的可靠运营。云计算核心技术云计算服务形式更高的服务层级SaaSPaaSIaaSHardware“云”是对多层级服务的一种抽象概念，在“云”之上，云服务供应商可以在多个层级对个人和企业用户提供云服务。软件即服务（SaaS）：直接在应用层为客户提供服务，例如GoogleApps、MicrosoftLive、twitter、百会等等。平台即服务（PaaS）：构建于IaaS基础之上，并提供了一系列的编程接口和开发工具，使开发人员可以创建由云托管的信息系统。例如Microsoft的Azure以及Google的GoogleAppEngine等。基础设施即服务（IaaS）：为客户按需、弹性的提供运算、存储、网络等基础运算资源，使客户可以部署和运行任意的软件（包括操作系统和应用）。例如Amazen的EC2/S3等。云计算部署云计算有三种常见的部署模式（可视模式）：公有云、私有云、混合云。同时针对某些特殊场景派生出一些特殊纬度：虚拟私有云、行业云。公有云混合云外部网络行业云教育云政务云集成与互操作私有云内部网络CRMERPHRFIPaaS/IaaS云计算效益闲置繁忙共享规模经济带来更低的成本，更高的可用性。云计算商业平台Amazon的弹性计算云云计算的发展趋势Gartner-2010年10大战略技术领域Top

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TechnologyAreasfor2009VirtualizationBusinessIntelligenceCloudComputingGreenITUnifiedCommunicationsSocialSoftwareandSocialNetworkingWeb-OrientedArchitectureEnterpriseMashupsSpecializedSystemsServers-BeyondBladesTop

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Strategic

TechnologyAreasfor2010CloudComputingAdvancedAnalyticsClientComputingITforGreenReshapingtheDataCenterSocialComputingSecurity-ActivityMonitoringFlashMemoryVirtualizationforAvailabilityMobileApplications云计算的发展趋势云计算作为一种全新的IT商业模式和应用模式，得到了广泛关注据国际权威机构IDC

(InternetDataCenter)预测，2012年全球云计算市场规模将达420亿美元，相关产业总产值达4520亿美元未来几年，云计算市场的年增长率将在26%以上IDC预测未来四年中国云计算将产生1.1万亿元的市场2007200820092010201120124520亿美元年增长率大于20%200720082009201020112012IDC预测云计算未来市场：云安全理念2023/2/41414继云计算概念后，云安全的理念被提出一些大型的信息安全公司，如瑞星、趋势科技等已投入巨资从事专业云安全产品的开发，目前已有较成熟的安全产品：

如国际信息安全厂商趋势科技为实现云安全架构，投入了4亿美元，在全球建立了5个大型云端数据中心，安装了34，000台云端服务器瑞星公司提供的云安全杀毒软件目前已投入使用，据称其用户已超过8000多万云安全模式和相应商业化云安全产品对解决网络化制造中安全问题提供了新技术手段物联网目前物联网技术（Internetofthings)在RFID、传感器（如：红外感应器、全球定位系统、激光扫描器等）

、CyberPhysicalSystem、新一代移动通讯、嵌入式系统与技术、智能技术以及纳米技术等技术的支持下快速发展，有望促进各类物与物之间的互联。因而引入物联网技术必将有助于构建一个能互联各类制造资源共享平台。物联网技术使物理制造资源服务化，从而也可以像软件和计算资源一样通过互联网实现充分共享与增值国内云计算发展阿里巴巴、中国移动、浪潮等企业纷纷发布其云战略。国家发改委、科技部、工信部围绕云计算前瞻规划、核心技术突破、云计算产业落地等召开多次研讨会。2010互联网大会在北京开幕。工信部部长李毅中在书面致辞中提出将加强云计算关键技术研究。地方各级政府和国内知名的IT企业，纷纷推出云计算中心建设方案、云计算发展规划北京、上海、广州、成都、杭州、无锡、重庆等都已经已建成或者正在建设地方云计算中心云计算的发展趋势随着物联网技术（Internetofthings)的提出，将云计算模式引入物联网技术必将有助于构建一个能互联各类制造资源共享平台。云计算模式引入引入报告内容基本概念研究意义研究现状研究内容关键技术工程应用云计算的启示云计算给制造业带来哪些启示呢？云计算云制造便捷性随时随地享用技术成果随地随意发布、查询、协作透明性云计算技术对用户透明云制造集成平台对企业透明低成本用户仅支付低廉的费用降低制造成本、减少生产能耗云制造：优化资源配置、促进技术升级、提高企业效益云制造：从特定企业间的协同到海量市场中的合作个性产品生产能力管理咨询方案解决模糊需求企业企业企业企业企业企业企业企业企业企业因特网(信息分享)&

物联网(制造物流)云制造集成平台胡锦涛总书记在中国科学院第十五次院士大会、中国工程院第十次院士大会上的讲话(2010年6月7日)指出：“信息网络技术的广泛应用不断推动生产方式发生变化，柔性制造、网络制造、绿色制造、智能制造、全球制造日益成为生产方式变革的方向，互联网、云计算、物联网、知识服务、智能服务的快速发展为个性化制造和服务创新提供了有力工具和环境。”云制造提出的背景

云制造，通过云计算技术、物联网技术和制造使能技术，将各类制造资源虚拟化和制造能力服务化，实现按需聚合制造。

云制造服务平台，支持云制造模式的信息化系统。依据国家中长期科技发展规划符合国家发展战略性新兴产业要求纳入“十二五”863计划先进制造技术领域发展战略定位：自主创新，探索性、前沿性项目云制造提出的背景报告内容基本概念研究意义研究现状研究内容关键技术工程应用制造产业现状制造产业环境基础我国制造企业开始将其部分业务向互联网转移，典型代表为第三方网络信息平台和龙头企业供应链系统，支持制造业务整合的B2B应用初见端倪第三方网络平台主要包括阿里巴巴/伟库/友商/风云在线/800客等龙头企业供应链系统主要包括海尔/奇瑞/东汽等大规模主体聚合为特征的维基经济和长尾理论在制造业显现几种先进制造模式敏捷制造：将柔性生产技术，有技术、有知识的劳动力与能够促进企业内部和企业之间合作的灵活管理（三要素）集成在一起，通过所建立的共同基础结构，对迅速改变的市场需求和市场实际做出快速响应。和国外敏捷制造发展水平及推广程度相比，在国内还是主要集中在对敏捷制造设计理念的研究上，实际推广和应用较少，亟待各方面力量推进实施。虚拟制造：特点是以虚拟现实和仿真技术为基础，对产品的设计、生产过程统一建模，在计算机上实现产品从设计、加工和装配、检验、使用整个生命周期的模拟和仿真。目前虚拟制造主要研究的是设计、生产制造、装配部分以及各个环节信息的综合，但并没有涉及到制造的主体业务。虚拟设计虚拟生产虚拟装配几种先进制造模式网络化制造：目前网络化制造在资源服务化建模与封装、资源配置与调度、协同设计等领域取得了一定的成果，但没有考虑制造能力的交易及相关的交易规范和准则等问题，如制造过程中涉及的仿真、生产等创新能力，并且缺乏有效的商业运营模式，这便阻碍了网络化制造的进一步推广和应用。网络化制造模式几种先进制造模式应用服务商（ASP）：指从一个集中管理的组织中提供应用的部署、供应、管理以及对应用出租访问的多对一的契约性服务。目前ASP应用主要集中于提供软件与计算资源的服务，对于制造业的主体服务（如：加工设备、制造能力等资源共享）涉及较少，并缺乏对服务的集中管理和运营，对服务价值链的考虑不足。几种先进制造模式网络应用服务（ASP）体系制造产业现状几种制造模式比较：类别目的组织特征资源类型商业模式资源聚合特征服务特征网络化制造生产协同虚拟企业相对固定人操作软件、硬件面向任务无无ASP公共服务平台资源远程使用临时分析设计领域的软件、应用面向任务独立软件单一被动服务网格制造资源聚合使用临时软件、硬件面向任务聚合被动服务云制造资源聚合和远程使用动态软件、硬件、知识面向服务面向资源资源即能力/服务聚合主动全面服务美国伯克利加州大学的Cybercut项目，建立了世界上第一个基于Web的设计和制造系统；美国斯坦福大学的PACT项目研究了网络化协同设计问题：斯坦福大学CDREIT及SIMA合作开发的SHARE项目，支持Internet网上同步产品设计；CoCount是一个开放分布式环境，支持协同设计；Eprint资助的RACECAR以汽车工业为应用背景进行了并行工程的研究，CECED以协同设计为出发点进行了并行工程支撑环境的研究；Boeing公司从90年代初为方便分布在异地的设计人员节省时间，缩短设计周期，进行了名为FlyThru的项目研究，FlyThru的开展为设计人员提供了异步协调的手段；德国Fraunhofer图形研究所的协同设计系统“DistributionSketchpad”、欧洲ESPRIT计划支持的EuroCoOp系统均提出了协同工作方案。国外已开展的项目国外已开展的项目EXPECT:是美国南加州大学ISI研究所开发的用于建立领域知识库的知识获取环境。TRELLIS:在EXPECT项目基础上，ISI又启动了TRELLIS项目，研究基于语义Web的知识资产管理。CODE4:是加拿大Ottawa大学Al实验室开发的一个通用的可定制的知识管理系统。HPKB:美国国防部DARPA组织了Stanford，MIT，CMU等全美的十余所著名大学和科研机构开始实施HPKB的综合性研究。DiscoveryNet:是英国工程和自然科学研究委员会EPSRC资助由伦敦帝国理工学院开发的世界上第一个知识共享e-sceince平台。Gnosis:“基于知识的制造系统(Gnosis)”(Gnosis，希腊语，“想知道”)是日本和欧美的国际合作研究计划一一智能制造系统中的研究项目之一。国内的研究工作王宏典等设计了一种支持并行工程的协同设计系统，提出了协同设计系统的实现方法；史元春等在分布式多媒体信息处理支撑平台基础上开发了网络化协同设计系统；史美林等开发了协同设计原型CODESIGN系统；杨叔子等提出了基于Agent的网络化制造模式和分布式网络化制造系统；李荣彬以香港和内地的产品设计、生产和销售协作关系为背景，提出了分散网络化生产系统模式；邓家褆等建立了一个分布式协同开发环境VCDE；刘飞建立了面向大规模定制的产品协同设计系统模型，探讨了区域性网络化制造模式设计原则和相关技术；殷国富等提出了应用多Agent的远程协同设计与制造的原型系统；李伯虎等对协同制造支撑环境进行了研究；童秉枢等探讨了异地协同网络化设计平台的构建。与国外的比较—制造全生命周期应用范围比较国外已将基于网络的制造业务与服务外包应用于制造全生命周期的各个环节，如设计、仿真试验、生产加工、以及ERP、SCM、CRM等经营管理，典型如2000年美国成立的www.MFG.com

国内目前将业务外包集中应用于ERP、SCM、CRM等经营管理方面，并没有深入到制造全生命周期的核心业务，如设计、仿真试验、生产加工等。如国内用于支持从概念设计到产品试制全过程协同的安世亚太精益研发平台于2009年底刚发布，还处于进入初步应用阶段。与国外的比较与国外的比较—服务平台建设及使用效果比较美国波音787的研制为例，采用了基于网络协同、制造服务外包的模式，组织全球40多个国家和地区协同研发，使之与波音777相比，研发周期缩短了30%，成本减少了50%，并在上市前即获得了1400多亿美元的订单，取得显著的效益。国内许多大型制造企业也已开始搭建私有资源服务平台，如航天集团正在建设云仿真平台，并在某复杂产品制造中进行了初步应用。但目前主要涉及基本的IT业务，与国际先进水平相比，在深度和广度上都有很大差距。与国外的比较利益分配机制不完善；服务的集中管理和运营不够；服务的效率、质量和及时性难以保证未能彻底实现智能优化匹配问题；未能完全解决资源的动态分配问题；未能有效解决物理资源接入与使用问题；没有充分实现制造设备、能力等资源的共享主体信用评价机制；制造知识标准体系规范；底层加工装备智能化接入技术；资源需求驱动的信息语义解析与适配提出云制造模式制造产业现状存在的不足制造业发展趋势跨企业的集成与协同；服务化已经成为制造业发展的主流趋势；需要构建资源共享和协作的先进制造模式；建立集中管理和运营的服务模式；提高制造服务的效率、质量和及时性；制造产业现状制造业业态转型生产型制造需要向服务型制造转型，为此制造企业需要提升其专业化与服务化水平业态转型需要知识与技术支撑

为构建基于网络的国家聚合制造能力和创新体系提供技术支撑，支持工业化与信息化的深度融合云制造模式的战略意义：云制造是云计算的发展趋势互联网、云计算与物联网技术发展与结合将为制造业态转型（云制造）提供技术支撑。报告内容基本概念研究意义研究现状研究内容关键技术工程应用云制造是一种利用网络、云制造服务平台，按用户需求组织网上制造资源（制造云），为用户提供各类按需制造服务的一种面向服务的网络化制造新模式。“云制造技术”将现有网络化制造与服务技术与云计算、云安全、高性能计算、物联网等技术融合，以实现各类制造资源（制造硬设备、计算系统、软件、模型、数据、知识等）统一的、集中的智能化管理和经营，为制造全生命周期过程提供可随时获取的、按需使用的、安全可靠的、优质廉价的各类制造活动服务。云制造技术内容云制造模式模式：利用网络、云制造平台，按用户需求自动组织网上制造资源（制造云），为用户提供各类制造服务。特色：多用户按需共享，且按需协同调度、运行制造云群云制造服务平台原理云制造是为避免制造资源的浪费，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知识库中，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。搭建云制造平台

云制造平台示意图为了实现基于服务的、支持商业运行的云制造服务模式，进一步推进网络化制造的应用和发展，其研究核心是建立一个面向多用户的、基于服务的、能商业运行的“云制造平台”，

云制造平台内涵“云制造平台”：是一种新型的网络化制造与应用平台，是网络化制造平台的进一步发展。“它以应用领域的需求为背景，基于云计算服务理念，综合应用各类技术，现有网络化制造技术、网格技术、高性能计算技术、先进分布存储、访问技术/VR技术、现代网络技术、虚拟化技术、普适化技术、人工智能技术、产品全生命周期管理（PLM）技术、先进管理技术、系统工程技术，及其应用领域有关的专业技术等，实现网上/系统/制造联邦中各类制造资源安全地按需共享与重用，包括网上/系统/项目参与单位有关的计算资源、存储资源、网络资源、数据资源、信息资源、知识资源、软件资源，与应用相关的物理制造资源等。网上资源多用户按需协同互操作—“云制造模式”，系统/联邦动态优化调度运行。进而支持对产品全生命周期制造活动（论证、研究、分析、设计、加工生产、试验、运行、评估、维护和报废等）”——“制造工程”。云制造平台特点基于云计算服务理念的网络化制造模式；以服务为核心的体系结构；支持网上各类制造资源的按需动态管理、互连与共享，支持产品全生命周期活动中的制造资源按需互操作与协同应用；体现“分散资源集中使用”和“集中资源分散使用服务”的思想云制造模式架构一种基于云计算服务模式的、面向服务的层次化云制造系统体系结构应用层应用接口层云制造核心服务层虚拟资源层物理资源层云制造业务协同模式在云制造平台服务业务协同模式中，各企业所拥有的软硬件资源、信息资源、人力资源、技术资源对于集团内部也是可使用的，由此增强了集团内部资源的利用率。在云制造服务模式中，能够分布式协作地管理多类资源，当项目任务下达到来云制造平台，能够利用集群分布式资源协同工作，快速响应集团企业设计制造需求。云制造集成平台云制造集成平台是一个基于网络、支撑云制造系统构建和运行的企业间协同支撑环境，为实现大范围异构分布环境下的企业间协同提供基础协议、公共服务、模型库管理、使能工具和系统管理等功能，并为企业间信息集成、过程集成和资源共享提供基于服务。报告内容基本概念研究意义研究现状研究内容关键技术工程应用开展云制造需要研究的关键技术围绕云制造平台的建立开展如下研究内容和技术攻关

开展云制造需要研究的关键技术云制造系统体系架构、运行模式、相关标准及规范云制造系统体系架构云制造模式下制造资源交易、共享、互操作模式云制造相关标准与规范开展云制造需要研究的关键技术制造资源云端化技术支持参与云制造的底层制造设备资源的嵌入式云终端接入技术、云计算互接入技术云终端资源服务定义封装、发布、及虚拟化技术（即硬件资源、计算资源、数据资源、知识资源等各类制造资源在云制造环境下的虚拟化封装、发布与管理）及工具开发制造云用户终端接入、管理技术，即支持云用户使用云服务的技术开展云制造需要研究的关键技术云端服务的接入管理技术，包括统一接口定义与管理、认证管理等高效、动态的云服务组建、聚合、存储方法高效能、智能化云制造服务搜索与动态匹配技术云制造任务动态构建与部署、分解、资源服务协同调度优化配置方法云制造服务提供模式及推广，云用户（包括提供方和使用方）管理、授权机制等）云制造资源服务优化配置容错管理制造云服务的综合管理技术，即支持云服务运营商对云端服务进行接入、发布、组织与聚合、管理与调度等综合管理操作开展云制造需要研究的关键技术云制造业务管理模式与技术云制造模式下企业业务流程的动态构造、管理与执行；云服务的成本构成、定价、议价和运营策略以及相应的电子支付方式等；云制造模式下多方用户（云制造服务提供方、运行方、使用方等）的信用管理机制与实现）云制造安全与可信制造技术，包括云制造安全体系、终端嵌入式可信硬件、云制造终端可信接入、发布、云制造可信网络、云制造可信运营、可信制造等报告内容基本概念