云制造環境下裝備軍民融合發展模式研究

杜人淮，　汪　琳

(1. 南京政治學院 馬克思主義理論系， 江蘇 南京 210003；　2. 中國電子科技集團公司 第14研究所， 江蘇 南京 210039)

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云制造環境下裝備軍民融合發展模式研究

杜人淮1，汪琳2

(1. 南京政治學院 馬克思主義理論系， 江蘇 南京 210003；2. 中國電子科技集團公司 第14研究所， 江蘇 南京 210039)

摘要針對云制造和裝備軍民融合發展的特點和要求，在大數據、“互聯網+”背景下，研究了云制造環境下的裝備軍民融合發展模式，揭示了云制造在推動裝備軍民融合深度發展過程中的運用前景及其重要價值，構建了裝備軍民融合云制造體系。從裝備制造云池和平臺的構建，裝備總體云制造任務與分解，裝備分系統、配套件等云制造，以及裝備總體云制造集成等方面探討了裝備軍民融合云制造系統的運營。

關鍵詞裝備；國防工業；云制造；軍民融合；模式

云制造是融合云計算、物聯網、信息物理融合系統等現代信息技術，面向服務的開放式、網絡化、智能化制造新模式。利用云制造模式為裝備提供高附加值、低成本和社會化制造服務，對推動我國裝備軍民融合深入發展具有廣闊運用前景，有助于提高裝備發展效率和效益。

1云制造及其在裝備軍民融合發展中的運用

1.1云制造的提出和進展

云制造是近年來在制造領域出現的一種新的先進制造模式。2009年李伯虎院士首次提出云制造理念，2010年國家科技部提出了云制造設想，國家“十二五”規劃把云制造作為提升我國制造業創新能力和競爭能力的新舉措，國家“863計劃”專設了“云制造服務平臺關鍵技術研究”重大研究項目。國內外許多高校和研究機構開展了相關研究，業界展開了云制造技術和平臺研究與開發[1]。Siddigui等[2]探討了運用云計算思想研究云制造模式的必要性；Wang等[3]提出了可互操作的云制造系統；Ren等[4]提出了基于虛擬化技術的高性能仿真平臺下復雜產品設計方法。

云制造尚無標準定義。李伯虎院士等人認為，“云制造是一種利用網絡和制造服務平臺，按用戶需求組織網上制造資源(制造云)，為用戶提供各類按需制造服務的一種網絡化制造新模式”[5]。楊海成認為，“云制造是先進的信息技術、制造技術以及新興物聯網技術等交叉融合的產品，是制造即服務理念的體現”[6]；王正成等認為，“云制造是借鑒云計算思想，把云計算提供的‘基礎設施即服務’‘平臺即服務’和‘軟件即服務’等服務內容與模式拓展到制造領域，形成更為豐富的‘制造即服務模式’”[7]。

本文認為，云制造是基于云計算、語義Web、高性能計算機、嵌入式系統技術和互聯網、物聯網、視聯網、無線網等多網交叉融合技術，利用網絡和制造服務平臺，按用戶需求組織網上制造資源，為制造用戶提供泛在的、便捷的、按需付費的制造服務的網絡化制造模式。云制造模式具有制造資源和制造能力的虛擬化、物聯化、服務化、智能化、協同化等特征，通過對社會各種制造資源與能力集中、統一管理和經營，可提高社會制造資源和制造能力利用效率，通過制造資源和能力的共享、集成、協同，可全面凝聚和提升制造能力，提高制造用戶的制造效率，滿足顧客個性化需求，提高加盟制造商的利潤。

國內外對云制造模式的開發研究和運用已取得一定進展。 “云制造服務平臺關鍵技術研究”，明確了攻克互聯網環境下制造資源和制造能力的共享協同模式、體系架構、標準規范，開發面向復雜產品的集團企業云制造服務平臺，支持產業集群協作和企業業務協作云制造服務平臺等方面的關鍵技術問題。北京恩維協同科技有限公司展開了云管理(Enterprise Resource Planning，ERP)服務。美國Salesforce公司開發了云服務平臺(Salesforce CRM、Sales Cloud)，致力于網絡環境下為企業提供便捷的制造服務；歐盟第七框架啟動了制造云項目(ManuCloud：Project-ID：260142)，致力在“軟件即服務”支持下為用戶提供可配置制造能力服務；韓國POSTECH機構研究人員開發了泛在產品生命周期支持系統，利用泛在技術獲取的產品整個生命周期信息進行設計和制造[8]。

目前，國內外云制造模式的研究和開發還處在探索階段，且局限于民用制造領域，尚未針對武器裝備制造特點和規律展開相關研究與開發，本文旨在對裝備軍民融合云制造模式進行探索性研究。

1.2云制造的基本原理

云制造是先進信息技術、制造技術和物聯網技術等交叉融合的產物，旨在為制造全生命周期提供可隨時獲取、按需使用、安全可靠和優質廉價的各類制造活動服務。

云制造系統主要涉及制造資源提供者、制造云運營者、制造資源使用者3個角色，各自借助網絡和服務平臺發生聯系[9]，其原理如圖1所示。

圖1　云制造運行原理圖

資源提供者將各自的制造資源、制造能力進行虛擬化、服務化封裝，通過網絡接入云制造服務平臺，統一放入制造云池，使之成為資源使用者的候選資源和制造過程所需服務；資源使用者借助網絡和云制造服務平臺提出服務請求，并通過云制造平臺提供的云制造客戶端或相關工具從制造云池中獲取所需的制造云服務；制造云運營者則通過云制造平臺對制造云池資源進行管理，根據用戶提交的任務請求，在云端化技術、云服務綜合管理技術、云制造安全技術和云制造業務管理模式等的支持下，為資源使用者按需提供即時、便利、泛在、可靠、優質廉價和高效互動的制造云服務。其服務涵蓋論證、設計、開發、仿真、檢測、加工、制造、協同、集成、交易、物流、管理等制造全生命周期。

1.3云制造在裝備軍民融合發展中的應用

目前，我國裝備發展仍面臨較突出的軍民分離問題，軍、民科研生產相互分離格局尚未徹底打破，軍工不同行業之間自成體系的分割局面依然存在。通過云制造將裝備制造納入國家整個制造體系，能較好解決軍民分割和自成體系等問題，對推動裝備軍民融合深度發展具有極為重要的運用價值。

軍民融合背景下，裝備制造涉及眾多軍民關聯企業。為提高裝備發展效率效益，既要充分發揮各關聯軍工企事業單位和擁有裝備科研生產準入資質“民參軍”企事業單位(以下統稱“軍口單位”)資源優勢，也要充分發揮各關聯非“參軍”民用企事業單位(以下統稱“民口單位”)資源優勢。云制造環境下，利用高性能計算機、云計算、物聯網、云安全等先進信息技術，將裝備制造關聯軍口和民口單位制造資源、計算資源、數據資源等封裝成制造云。通過云制造服務平臺，為裝備制造相關聯的軍口和民口單位提供硬件支持、軟件應用和數據服務等，完成多學科優化、性能分析、虛擬驗證等產品研制活動，能顯著提高軍口和民口單位制造資源利用效率，增強裝備創新設計、生產加工等能力，提升裝備發展質量和水平，縮短裝備制造周期和降低裝備制造費用。

2裝備軍民融合云制造體系

云制造環境下的裝備制造，就是采用虛擬化封裝技術將裝備制造資源進行虛擬化、服務化封裝后發布到云端，通過公共服務平臺對制造云池中的虛擬資源進行統一、集中管理，面向裝備制造關聯企業提供開放性、多對多、動態協同服務，高效、準確地匹配資源和滿足用戶個性化制造需求，以實現裝備制造資源高度整合、共享、協同和優化配置。裝備軍民融合云制造體系通常包括以下3部分內容。

2.1裝備云制造資源

按資源存在形式的不同，云制造資源主要可分為以下2個方面：(1) 制造資源，指以物理存在的、有形的，具有靜態傳輸介質的資源，即狹義的制造資源；(2) 制造能力，指企業具備的無形的、動態的完成制造任務能力。裝備軍民融合云制造環境下的制造資源，還需具體區分為軍事專用云制造資源(以下統稱“軍用制造資源”)和民用或軍民通用云制造資源(以下統稱“民用制造資源”)，如圖2所示。

圖2　裝備云制造資源系統構成框架

云制造環境下的民用制造資源面向全社會開放，資源的提供者和使用者為全社會相關企業；軍用制造資源只能局域開放，資源的提供者和使用者通常為軍口單位。無論是民用制造資源，還是軍用制造資源，均包括制造資源(狹義)和制造能力，其中軍、民制造資源均包括硬資源、軟資源。云制造環境下的軍、民制造資源都需通過嵌入式云終端、物聯網等技術接入各自制造云池，并為裝備云制造的虛擬資源封裝、云制造資源的按需調用等提供相應接口支持。

2.2裝備云制造服務平臺

裝備云制造需依靠資源感知、接入和資源能力虛擬化、服務化技術及虛擬化云制造服務環境運行等技術，借助關聯企業服務器、計算、存儲、網絡等設備，為關聯企業按需提供開放、即時和便利的制造服務，因而離不開相關服務平臺。由于裝備軍民融合云制造資源包括民用制造資源和軍用制造資源兩類，加上軍用制造資源具有安全保密、執行特定軍用標準和軍事專用等特點，因而需要分別建立民用和軍用云制造服務平臺，并分別由民用和軍用制造云運營者管理和運營，如圖3所示。

無論是民用云制造服務平臺，還是軍用云制造服務平臺，其功能均包括任務管理、服務管理、交易管理和平臺管理等模塊，各模塊又分別包括不同的具體內容。充分發揮各功能模塊作用，可實現軍、民裝備制造資源的充分利用和優化配置，可共享裝備制造信息、降低交易成本和實現多方共贏。

圖3　裝備云制造服務平臺功能結構

2.3裝備云制造服務

云制造資源運營者提供的云制造服務主要通過網絡和云制造服務平臺來實現。裝備軍民融合發展背景下，軍、民云制造資源運營者都需要通過各自云制造服務平臺和網絡系統面向關聯企業按需提供各種個性化制造服務，各自提供的服務均涵蓋裝備制造全生命周期，如圖4所示。裝備制造關聯企業(用戶)只需通過完全開放或局域開放等相關門戶網站，以及移動終端、PC終端、專用終端等各種用戶界面等，就可訪問和使用云制造系統各類云服務。

圖4　面向全生命周期的裝備云制造服務系統

3裝備軍民融合云制造系統的運營

云制造環境下，軍方需建立面向全社會的軍民融合采購平臺，并借助互聯網等網絡系統將全社會相關軍、民制造廠商納入軍民融合采購平臺，同時通過互聯網等網絡系統把軍民融合采購平臺同裝備制造關聯企業和云制造服務平臺等進行對接。這樣，不僅可全面了解和詳細比較全社會軍、民裝備制造資源和制造能力狀況，而且可依托軍民融合采購平臺發揮市場競爭機制作用，選擇最優裝備制造廠商。裝備軍民融合云制造系統能有效集聚與優化配置裝備制造資源，有效解決裝備軍民分離和行業分割等帶來的低效問題，其運營模式如圖5所示。

圖5　軍民融合云制造系統運營模式

3.1裝備制造云池和平臺的構建

裝備制造云池和平臺的構建，是裝備軍民融合云制造系統有效運營首要環節。為了有效整合裝備全生態產業鏈，提高裝備制造效率效益，需將分散的軍、民制造資源分別進行虛擬封裝統一放入各自制造云池，并分別通過軍、民制造服務平臺進行管理和運營。其中，民用云制造服務平臺和制造云池既可依托現存的地方服務平臺和云池，也可根據裝備制造要求專門設立。軍用制造資源難以同民用制造資源混合集成供整個制造行業共享，需構建專門的軍用云制造服務平臺，由專門的軍用制造云運營者集中管理和運營，以滿足軍口單位的制造服務需求。

軍民融合發展背景下，軍口單位為軍民結合型企業，其業務包括軍品和民品，其制造資源包括軍用資源和民用資源。這樣民口、軍口單位都可成為民用制造云池資源的提供者和使用者，但軍用制造云池資源的提供者和使用者只能是軍口單位。構建裝備軍、民制造云池和服務平臺，可為軍用、民用制造資源的充分共享和優化配置提供技術支撐。

3.2 裝備總體云制造任務與分解

裝備總體由不同分系統和配套件等構成，高水準裝備總體系統需要高水平的分系統和配套件。隨著社會分工協作水平的不斷提高，裝備總體承制單位難以高質量、高效益地獨立完成所有分系統和配套件制造任務，因而有必要把裝備總體制造任務進行分解，將部分裝備分系統和配套件等交由制造資源和制造能力最強的關聯企業承制?，F代科技條件下，裝備分系統及其配套件等并不都需采用軍用標準，也并不都有安全保密要求。因而裝備總體承制單位有必要將裝備總體制造任務進行分解，外協給制造資源最優的軍口、民口單位。

為了找到制造分系統、配套件的最優制造資源和相關企業，裝備總體承制單位需借助軍、民云制造服務平臺，通過軍、民制造云運營者提供的相應服務，搜索與分系統、配套件等相匹配的最優軍、民制造資源和企業，并通過對比相關企業制造資源及科研生產資質和條件，同擁有最優制造資源的軍口、民口關聯單位簽約和達成交易。

3.3裝備分系統、配套件等云制造

為了獲得最優的制造資源來生產制造分系統、配套件等，就需要通過云端隨時隨地按需獲取相關制造資源等服務。通過云制造服務平臺運營者提供的相關服務，不僅可為裝備分系統、配套件等制造單位訂購或租用最優實驗、加工、試驗等設備、設施、器材、物料等外部資源，幫助其提高設計能力、制造能力，降低成本，而且可把分系統、配套件中的部分零部件制造任務進一步外協給設計、實驗、加工等能力較強的相關單位。

需要強調的是，對于承擔分系統、配套件等制造任務的軍口單位來講，雖然其生產的分系統、配套件等需要采用專門的軍用標準或有特殊的安全保密要求，但生產這些產品所需的制造資源并不都是軍事專用的，其分系統和配套件中的具體構件也并不都是軍事專用的。為了提高分系統、配套件等生產效率和效益，有的可由軍用云制造服務平臺為其提供特殊的軍用云制造服務，有的則可由民用云制造服務平臺為其提供民用云制造服務。

3.4裝備總體云制造集成

裝備總體由不同分系統和配套件等構成，該系統的任何一個構成要素和裝配環節都將不同程度影響裝備綜合效能[10]。通過裝備系統軍民融合云制造任務的分解，雖可充分發揮軍、民制造資源優勢，最大限度獲得最優分系統、配套件，但要使裝備總體達到系統最優和效能最佳，還有賴于云制造環境下裝備總體的優化集成。

裝備總體的優化集成，離不開總體集成所需的高質量和高水平設備、設施、軟件等制造資源。為了實現裝備總體優化集成，確保裝備總體達到系統最優和效能最佳，就需要獲取裝備總體集成所需的最優設備、設施、軟件等資源。借助軍、民云制造服務平臺和相關云制造服務，有助于裝備總體集成商獲取裝備總體集成所需的最優設備、設施、軟件等資源，為裝備總體優化集成提供必要的技術條件和手段。另外，裝備總體集成商通常還獨立承擔部分分系統、配套件等制造任務，為了制造出最優分系統、配套件等，也需要通過相關云制造服務為其提供生產分系統、配套件等所需的最優設備、設施、軟件等資源。

4結 束 語

云制造是云計算技術、物聯網技術等現代信息技術在制造領域的發展與應用，是提升我國制造業創新能力和競爭力的先進制造模式，是推動我國裝備生產制造轉型發展的重要趨勢，也是加快推動裝備軍民融合深度發展的內在要求，在推動我國裝備軍民融合深度發展方面前景廣闊。研究云制造環境下的裝備軍民融合模式，有助于推動未來裝備軍民融合發展的具體實施，對提升裝備發展效率和效益有一定的啟發與借鑒意義。

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(編輯：田麗韞)

Equipment Development Mode of Civil-military Integration in the Cloud Manufacturing Environment

DU Renhuai1, WANG Lin2

(1. Marxist Theory Department, Nanjing Institute of Politics， Nanjing Jiangsu 210003, China;2. The 14th Research Institute, CETC, Nanjing Jiangsu 210039, China)

AbstractAiming at the features and requirements of cloud manufacturing and civil-military integration (CMI) equipment development, with the background of big data and “internet +”, the paper studies the equipment development mode of CMI in cloud manufacturing environment, reveals the perspectives and value of cloud manufacturing in facilitating the in-depth development of CMI equipment development, structures a system of CMI equipment development. Then the paper discusses the operation of this system in the respects like construction of clouds and platforms, tasks and decomposition of overall equipment clouds and cloud manufacturing for equipment sub-system, auxiliary parts and other parts as well as the integration of overall cloud manufacturing of equipment.

Keywordsequipment； national defense industry； cloud manufacturing； civil-military integration (CMI)； mode

文獻標志碼A DOI10.3783/j.issn.2095-3828.2016.02.002

文章編號2095-3828(2016)02-0007-06

中圖分類號E257

作者簡介杜人淮(1964-)，男，教授，博士生導師，主要研究方向為國防經濟理論與實踐。rhdu96@126.com

基金項目國家社科基金資助項目(12BJY077)

收稿日期2015-05-11