面向中小企業的制造資源云服務平臺開發

The development of manufacturing resources cloud service platform for small and medium-sized enterprises

何　麗1,2，孫文磊1,2，王曉斌1，王珧榮1

HE Li1,2, SUN Wen-lei1,2, WANG Xiao-bin1, WANG Yao-rong1

（1.新疆大學 機械工程學院，烏魯木齊 830047；2.新疆大學 機械工程博士后流動站，烏魯木齊 830047）

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面向中小企業的制造資源云服務平臺開發

The development of manufacturing resources cloud service platform for small and medium-sized enterprises

何麗1,2，孫文磊1,2，王曉斌1，王珧榮1

HE Li1,2, SUN Wen-lei1,2, WANG Xiao-bin1, WANG Yao-rong1

（1.新疆大學 機械工程學院，烏魯木齊 830047；2.新疆大學 機械工程博士后流動站，烏魯木齊 830047）

摘 要：在云制造大環境下，為使中小企業通過高度共享企業內外部優勢制造資源來提升自身產品設計制造和技術創新能力，構建了面向中小企業的制造資源云服務平臺體系架構。在此基礎上研究了云制造資源池的構建方法，闡述了制造資源分類及其虛擬化描述模板，給出了制造資源服務化封裝、接入過程及云服務的WSDL描述實例，完成了數據庫主要數據表間的E-R模型設計；最后基于.NET框架開發面向中小企業云服務平臺以實現區域內優勢制造資源聚集，為廣大中小企業提供按需使用的優質制造資源云服務。

關鍵詞：制造資源；云服務；虛擬化；服務化

0 引言

我國中小型制造企業量大面廣，在面對激烈的市場競爭時，加強信息化建設以快速推動技術創新是中小企業生存發展和提高中小企業整體競爭力的重要舉措之一。但不得不承認的是，廣大中小企業由于自身技術力量薄弱，人才缺乏、資金不足等原因造成其信息化應用水平仍不高[1]，這也就嚴重阻礙了企業產品設計制造能力和技術創新能力的提升[2,3]。

隨著云計算、物聯網、制造服務、信息安全等信息技術與制造技術不斷融合，云制造模式應運而生，它是網絡化、服務型制造的一種典型模式。云服務模式也正契合了中小企業信息化發展的迫切需求[4]，通過網絡和云服務平臺可隨時獲取、按需使用安全可靠、優質廉價的制造全生命周期服務。云服務平臺的開發和應用也為中小企業更充分利用和共享企業內外部優勢制造資源促自身創新發展提供了新的手段和依據。而將各類制造資源進行虛擬化和服務化，進而構成制造資源和制造能力的服務云池是實現云服務平臺的關鍵所在。因此本研究在構建了面向中小企業的制造資源云服務平臺體系架構的基礎上，研究了云制造資源池的構建方法，并開發了原型系統以實現各類制造資源的聚集，為廣大中小企業提供便捷、高效的制造資源云服務。這對實現區域內優勢資源高度共享，快速提升中小企業信息化水平、產品設計制造能力等均有著重要實踐意義。

1 云服務平臺架構

云制造環境下制造資源存在分布性、異構性、多樣性和動態性等多特征，在借鑒典型制造系統六層體系架構[5]的基礎上，面向制造全生命周期構建了面向中小企業的制造資源云服務平臺體系架構，如圖1所示，共分為支撐層、資源層、虛擬資源/服務層、云服務驅動層、云終端及用戶界面層共5個層次。

1）支撐層

支撐層為平臺的運行提供環境支持，包括云服務器、基礎云平臺（如由微軟公司開發的Windows Azure云平臺）、云數據庫（如SQL Azure）、虛擬機及云網絡等軟硬件環境。

2）資源層

資源層包括了物理資源和能力資源這兩大類資源。物理資源層是整個平臺的物理基礎，其按不同目的、不同粒度進行虛擬化和服務化，并組合能力資源即形成了虛擬資源/服務層。

3）虛擬資源/服務層

虛擬資源/服務層包括兩個方面：一是制造資源的簡單買賣或租賃服務；二是服務提供者在制造活動中結合主觀能力和制造資源要素為制造企業提供制造全生命周期服務[6]，如產品設計服務、仿真分析服務、生產加工服務、實驗驗證服務等。

4）云服務驅動層

云服務驅動層實現云服務供需的合理、動態匹配，提供多種管理工具集，包括資源虛擬化及接入、接出管理工具，服務資源整合、服務智能匹配與推送、資源調度等引擎，使云制造環境下開展過制造活動，實現各類制造資源聚集和共享成為可能。

5）云終端及用戶界面層

該層為云服務平臺的三類用戶（云用戶、云服務提供商和云平臺運營商）提供了人機交互接口。不同用戶通過云終端設備（如PC機、智能手機、平板電腦等）訪問云服務平臺與之權限一致的用戶界面即可實現云服務的應用和管理。

圖1　制造資源云服務平臺架構

2 云制造資源池的構建

2.1 制造資源分類及虛擬化描述

根據制造資源的存在形式及使用方式的不同，可將其分為物理資源和能力資源兩大類[7,8]。其中：物理資源是指物理存在的、具有靜態傳輸介質的一種資源形式，又可以分為設備資源、軟件資源、知識資源和其他相關資源（如技術人才、計算資源等）[9]。能力資源則是一種無形的、動態的資源形式，是在相關技術人才參與下為完成某一目標活動所需要的主觀條件，是結合物理資源要素經服務化所表現出來的一種能力，如圍繞產品制造生命周期所需的產品設計能力、仿真分析能力、生產加工能力、實驗驗證能力等。

制造資源虛擬化描述是制造資源發現與匹配、優化組合與調度等關鍵環節的基礎，不同類型資源因包含信息差別大，其虛擬化描述方法也就不盡相同。本文采用面向對象的方法，將制造資源實體看成是對象，對象的屬性則看成制造資源的特性，主要包括基本屬性、功能屬性、使用屬性和狀態屬性這四類抽象屬性。在對各類資源進行具體化描述時，還需從同一類資源包含的信息中抽取其共同屬性和本質屬性以統一化和規范化該類資源的虛擬化描述。如針對仿真設計軟件資源的虛擬化描述模板如圖2所示。

圖2　仿真設計軟件資源虛擬化模板

2.2 制造資源服務化封裝及接入

采用Web服務技術來抽象和封裝虛擬資源是制造資源服務化的重要手段之一[10]。服務封裝是將虛擬資源所具有的操作功能封裝成Web Service，以服務接口的形式接入云服務平臺，從而實現在平臺上發布服務的目的。在Web服務封裝過程中一般需要借助于可視化工具進行，如Microsoft Visual Studio平臺能直接創建一個完全符合WSDL規范的Web Service應用，而關鍵在于完成服務接口操作功能的設計。該服務封裝工具的體系結構主要由接口信息采集器、代碼生成器、代碼轉換器、服務組件生成器和服務封裝器五大模塊組成，實現過程如圖3所示。其中：

接口信息采集器：負責提取待封裝資源要轉換為服務的功能模塊，生成相應的服務接口描述信息WSDL文件；

服務組件生成器：是整個體系架構的核心模塊，其根據接口信息采集器按模板采集而來的信息自動生成Web Service類的服務組件；

代碼生成器：可以根據描述模板自動生成代碼，確保服務封裝的代碼質量和規范性；

代碼轉換器：將不同軟件系統開發的模板轉換為符合C#的調用規范格式，從而實現在.NET環境下的Web Service封裝；

服務封裝器：負責類代碼的編譯和配置操作，最終完成整個封裝過程。

圖3　服務封裝序列

例如，云制造資源提供者應用上述服務封裝方法完成知識資源——零件三維CAD模型資源庫的Web服務封裝，以提供獲取零件資源目錄等服務，其WSDL描述片段如圖4所示。

圖4　云服務的WSDL描述片段

圖5　主要數據表間的E-R模型圖

經服務化封裝形成的云服務可通過服務發布頁面統一接入/注冊至云服務平臺，以供平臺或服務請求者查詢和調用。上述經虛擬化和服務化的制造資源即可單獨作為云制造環境下的一種云服務對象進行應用，同時也可作為某一制造活動服務下的重要支撐資源提供服務。

2.3制造資源云服務平臺數據庫設計

為方便云服務平臺發現、調用、展示和綜合管理制造資源服務提供者發布的服務內容，還需將根據描述模板生成的服務資源相關信息導入并存儲到關系型數據庫中，以實現數據的高效管理和存取。在制造資源云服務平臺架構下對數據庫進行設計，主要數據表間的E-R模型圖如圖4所示，各數據表主要用于存儲用戶信息（User）、服務信息（Service）、需求信息（Demand）、訂單信息（Order）和資源分類信息（Type）等。

3　平臺開發實例

基于.NET框架，利用Microsoft Studio等網絡應用程序開發工具及SQL Service數據庫，綜合運用Web Service，DIV+CSS布局，jQuery UI等技術開發了面向中小企業的制造制造資源云服務平臺的ASP.NET應用程序。并將其部署到Windows Azure公有云平臺，使其成為云應用程序。開發及應用實例如圖6所示。

云服務平臺應用過程主要表現為：1）云服務需求者（即云用戶）將制造資源/服務需求通過統一描述模板發布至平臺；2）云服務提供者整合現有優勢資源，采用Web Service技術封裝成為云服務，并利用統一注冊/發布接口接入至云服務平臺，構建云制造資源池；3）云服務平臺運營商對云制造資源進行集成管理，并對供需進行匹配和推送，在線對制造資源服務進行管控，以保障服務平臺內多方用戶之間的利益。

圖6　開發及應用實例

4 結束語

云制造的的核心理念是以云服務的形式實現制造資源與制造能力的按需使用與高度共享，進而提高區域內優勢資源的利用率。為實現制造資源聚集并為廣大中小企業提供便捷、高效的制造資源云服務，構建了面向中小企業的制造資源云服務平臺體系架構，研究了云制造資源池的構建方法，并基于.NET框架開發出了面向中小企業云服務平臺。這對中小企業通過高度共享企業內外部優勢制造資源來提升自身產品設計制造和技術創新能力，進而快速提升中小企業自身綜合實力和市場競爭力等有著重要的意義。后續將針對制造資源云服務供需智能搜索與匹配、服務交易與評價等問題進行更深入研究，進一步推動云服務的在中小企業中的廣泛應用。

參考文獻：

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[2] 宋庭新,張成雷,李成海.中小企業云制造服務平臺的研究與開發[J].計算機集成制造系統,2013,19(5):1147-1154.

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[10] 姚錫凡,金鴻,徐川.云制造資源的虛擬化與服務化[J].華南理工大學學報(自然科學版),2013,41(3):1-7.

【上接第3頁】

表3　庫房管理系統運行前后效果對比

3 對比分析

智能化電能計量器具庫房管理系統投入運行后，從出入庫管理、庫房盤點及查找指定樣表、存放方式等四方面與原有庫房模式進行比較，可以直觀看出其運行效果對比情況，如表3所示。

4 結束語

該智能化電能計量器具庫房管理系統投入使用后，已經存放了從2010年第五批招標至今的留樣單相表562只，三相表160只，采集終端1582只。樣表庫房的整體化、集約化作業模式，從根本上提高了作業效率，為電能計量器具的管理又提供了一個新規范化模式。該智能化電能計量器具庫房管理系統從根本上降低了樣表查找方式的復雜性和提升了樣表存放的安全性，它的投入對實現人、物的集約化有重要意義。

[1] 張瑜,王新獻,趙志鵬.智能化表庫系統在縣級供電企業電能計量管理中的應用[J].科技創業家,2014,(05):205.

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[3] 龍貴山,劉磊,劉穎,等.電能表自動化檢定及智能倉儲系統研究[J].電測與儀表,2013,50(5):95-100.

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[6] 李文雅.智能化電能計量器具庫房管理系統在淮南供電公司的應用與探討[J].科技創新與應用,2015,(3):192.

作者簡介：何麗（1986 -），女，湖南益陽人，講師，博士，研究方向為網絡化制造、數字化設計與制造研究。

基金項目：新疆大學博士畢業生科研啟動基金（BS130121）；新疆維吾爾自治區高校科研計劃項目（XJEDU2014S008）；新疆維吾爾自治區科技計劃重大專項（201130110）

收稿日期：2015-09-17

中圖分類號：TP391

文獻標識碼：A

文章編號：1009-0134(2016)01-0004-04