面向個性化手機定制的云制造應用模式研究

李 強 汝 渴

(內蒙古科技大學機械工程學院 內蒙古 包頭 014010)

0 引 言

隨著產品制造業的迅速發展,個性化定制的應用也越來越廣泛；個性化定制具有縮短產品研發周期、降低產品成本和提升競爭力等優勢，已經涉及汽車、手機、服裝、服務、旅游等行業[1]。在手機制造行業中，手機企業為了更好地滿足用戶的需求，大多數手機企業推出了個性化定制的運營模式作為企業的競爭手段。由于個性化定制具有差異性、復雜性和不確定性的特點，所以使得企業在實施個性化生產時存在研發、制造加工困難、信息化水平不足和經營管理落后等問題[2]，嚴重影響著企業的運營戰略。特別是中小型手機企業在個性化手機定制生產方面存在的問題更加突出。現階段手機企業具體實施個性化生產時會出現以下問題：生產成本難以把控、交貨時間超出預期；定制完成的產品會出現偏離用戶定制需求的情況；定制產品質量及指標不能得到保障。

本文依托云制造技術和手機制造業具有創新性地將云制造技術應用于手機制造行業中，提出手機制造云模式，將云制造技術與手機制造業結合起來，通過搭建手機制造云平臺，將手機的制造資源和技術資源整合到平臺上,彌補了企業生產能力不足的問題，同時也能最大限度地滿足用戶的個性化需求。

1 云制造的應用發展

李伯虎等[3]針對應用服務ASP(Application Service Provider)、制造網絡(MGrid)、敏捷制造等網絡服務化的制造模式推廣存在的問題，通過結合云計算、高性能計算以及物聯網技術IoT(internet of things)、云安全等，提出一種網絡服務化的制造模式——云制造。迄今為止，云制造已經進行了八年的研究，云制造技術的應用也越來越廣泛，并在學術研究[4]以及工業應用[5]兩方面取得巨大的進展。手機制造屬于制造業的一部分，尤其手機用戶都在追求與自身需求相一致的產品，所以將云制造用于手機制造生產很有必要。例如，華為搭建的云平臺，推出“云服務”平臺和首款“云手機”Vision[6]；以及華為公司與中軟國際云制造合作，利用云制造技術來推進企業的轉型。綜上，說明云制造技術得到了更廣泛的應用以及云制造技術適用于手機制造行業。

2 手機制造云模式

2.1 云服務平臺

手機制造云指基于云制造理念的個性化手機定制，如圖1所示為手機云制造示意圖，通過引入手機制造云平臺來解決目前個性化手機定制存在的問題，并利用物聯網技術、物理信息融合技術、云計算技術[7]對分布在不同區域的制造技術資源實現網絡化整合；再通過云制造平臺統一管控和優化配置，實現對手機定制的合理化處理，達到制造資源和技術的最優利用，從而促進定制企業實現低成本、高效、快速的個性化定制生產方式。

圖1 手機制造云平臺示意圖

2.2 定制模式

根據個性化定制的特點以及手機制造業的發展現狀,結合云制造的理念，提出了手機制造云模式。其基本思想是針對手機企業對定制產品生產能力不足和不能準確地獲得用戶定制需求的問題。一方面，利用手機制造云平臺能將定制企業、用戶以及第三方企業(其它生產性服務企業)匯集到一起進行及時地溝通和交流。另一方面，手機定制企業能夠從平臺上獲取到定制業務所需要的各類資源；生產性服務企業能夠參與各類元器件的生產、操作系統和芯片的供應以及在工藝流程級別的制造過程與手機定制企業合作，通過與合作伙伴的規模范圍經濟效應能支持定制產品的低成本生產和服務需求。圖2所示為手機制造云的定制模式。

圖2 手機制造云定制模式

3 手機制造云定制模式的實現

3.1 體系結構

以現有的云制造體系構架的研究文獻，結合手機定制發展和未來手機發展的趨勢，本文借鑒文獻[8]設計了平臺的系統架構，如圖3所示。

圖3 個性化手機定制云制造平臺的系統架構

該系統架構主要包括以下五個層次，即用戶界面層、定制服務層、中間管理層、資源層和手機制造云平臺層。

(1) 用戶界面層是用戶進入云制造平臺的端口，為用戶及企業提供登錄、注冊以及安全驗證、身份驗證等功能。

(2) 定制服務層是平臺的核心功能層，包括分析層、設計層、制造層、供應層和服務層。其中分析層對定制需求的確定起著至關重要的作用，利用智能交互系統將定制需求分為功能性需求、易用性需求、穩定性需求、智能性需求以及創新性需求；利用手機制造云平臺中現有的制造資源和技術資源能定制限量版、學習版、母嬰版、娛樂版、老年版等一系列定制產品。在分析層中，用戶登錄平臺后輸入需求信息利用智能交互系統先初步確定用戶的定制需求和定制手機的版式，然后用戶與定制企業通過交互平臺進行交流和協商進一步確定定制需求。如果此定制需求所對應的資源不能完全滿足定制產品的生產要求，那么再返回交互平臺進行定制需求調整，直至在配置出即適合企業生產又滿足用戶最終定制需求的信息。設計層、制造層、供應層和服務層總體包括手機定制系統、產品設計系統、協同加工系統、產品裝配系統、供應系統、物流配送系統和售后服務系統等模塊。主要為用戶提供定制產品設計制造、外包加工、產品配送、物料采購、產品維修等服務。

(3) 中間管理層是用戶使用云資源的應用服務接口，該層主要由各類服務使能工具組成，為平臺內提供組合、調度、管理、交易、匹配等功能活動提供工具支持。

(4) 資源層為中間管理層提供接口。該層主要匯集各種云服務資源，從而形成云制造資源池，為平臺的運作提供各種資源支持。在該層中服務于全制造過程的個性化制造應用。

(5) 手機制造云平臺層由研發云、制造云、管理云、供應云等組成，為整個平臺的運作提供可靠的支撐。

3.2 工作流程

通過分析個性化手機生產的需求，以云制造平臺為核心，設計個性化手機定制云制造平臺工作流程，如圖4所示。用戶通過手機制造云平臺進行注冊登錄并發布需求信息，利用云計算技術在云制造資源池中進行搜索和匹配找到最合的手機定制企業。首先用戶與定制企業通過交互平臺配置出合適的用戶需求，然后定制企業利用手機定制系統對用戶需求進行分析轉化為定制產品的功能參數以及服務要求；定制設計人員在利用產品設計系統內部的方案論證、方案設計等功能實施定制產品的設計；而服務需求則根據售后服務人員進入售后服務系統準備服務資源來服務于用戶。定制產品設計完成后，手機定制企業會根據用戶需求、資源能力情況及定制產品的動態BOM[9]進行生產能力分析和成本分析，確定能滿足用戶的定制要求的生產方式，然后生成定制企業訂單；利用專家系統、知識庫以及人工神經網絡等對用戶訂單進行分析，確定制定主生產計劃MPS(Master Production Schedule)[10]，并通過定制手機產品的參數和工藝條件對生產任務進行劃分；依照定制企業的元件加工能力以及成本分析，決定是否實施定制外包任務，若有外包任務將其發布到云制造平臺上，找到符合外包需求的第三方企業進行外包生產。另外，外購任務和采購任務是利用協同加工系統和物料采購系統選擇合作企業和供應商來協助定制企業完成生產任務。最后，定制手機通過定制產品審核后，通過物流配送商將定制完成的產品交付給用戶。綜上，此平臺實現個性化手機定制全生命周期的生產，極大地提升手機企業滿足用戶各方面需求的能力。

圖4 個性化手機定制云制造平臺的工作流程

3.3 軟件結構設計

考慮到平臺用戶的迅速增加，采用MVVM框架作為此平臺的設計模式，使平臺有了良好的拓展性，減輕平臺的維護壓力。MVVM的設計模式將模塊分成視圖、模型、視圖模型三個部分。視圖即模塊的用戶接口，負責界面顯示及用戶交互；模型提供與業務邏輯相關的數據對象;視圖模型 用來實現業務邏輯及狀態控制[11]。手機制造云平臺軟件結構設計如圖5所示，用戶通過網頁輸入請求內容，利用視圖接收用戶的請求，然后視圖將數據傳遞給視圖模型進行內部的處理，將請求數據轉化成為邏輯模型對象。接著通過模型存入數據庫，或者是數據庫中的數據讀取到模型中，使視圖模型和前臺的視圖進行交互，最后把數據呈現給用戶。

圖5 手機制造云平臺MVVM框架處理過程

4 平臺搭載及案例分析

4.1 平臺搭載

此平臺采用P2P[12]及B/S構架[13]來搭建，具備智能化資源管理、統一的數據共享和綜合信息服務等功能。通過VAM管理服務器、Portal服務器和資源存儲系統以及PHP為腳本開發語言對平臺進行搭建，實現對資源庫進行有效管理，并能實現資源的數據分布式管理及各種業務數據的整合和共享[14]。所以，將B/S技術及P2P技術結合在一起，解決了平臺搭建中存儲拓展有限、管理任務繁重、資源訪問效率低等問題，有效地減輕了平臺的負擔。

4.2 案例分析

為了驗證用戶及企業使用手機制造云平臺的必要性，利用個性化定制產品質量模糊綜合評價法[15]測評定制產品的質量，通過組織一個由20位專家組成的測評小組分別對利用手機制造云平臺定制的一批產品(A1)和通過中小型手機企業定制的一批產品(A2)進行質量評價比較分析，評價結果見表1和表2。

表1 A1質量評價結果

表2 A2質量評價結果

(1) 建立個性化定制產品質量指標因素集Q和質量評價等級集V。取5個質量指標:產品體驗度(q1)、個性化程度(q2)、產品性能(q3)、定制成本(q4)、可靠性和方便性(q5)；每個評價指標劃分為優、良、中等、較差、差5個等級：0.9，0.7，0.5，0.3，0.1。

Q=[q1，q2，q3，q4，q5]

V=[0.9，0.7，0.5，0.3，0.1]

(2) 質量模糊綜合評價。對Q中的單個質量指標qij進行評價,從第i個因素對第j個評語等級vj的隸屬度rij,得到qij的單因素評價集ri=(ri1,ri2,…，rik)。把Q中5個質量指標的評價集作為行，即得Q的模糊評價矩陣：

其中隸屬度：

式中，fij是第i個指標被評為第j個等級的次數。

(3) 確定質量指標權重集。對各質量指標的評價采用自然語言(專家評價)進行因素模糊評價，得質量指標權重集為：

W=[0.36，0.28，0.20，0.08，0.08]

(4) 根據模糊評價矩陣R和權重W建立質量模糊綜合評判數學模型。

B1=W·R1=[0.884，0.090，0.012，0.010，0.004]

B2=W·R2=[0.568，0.136，0.126，0.126，0.062]

(5) 將質量評價等級集V與BT相乘得到綜合質量評價結果分值為：

根據個性化定制產品質量模糊綜合評價結果可以看出通過手機云制造平臺定制的產品質量要比普通手機企業評分高。說明利用手機云制造平臺使得個性化定制的生產能力和產品質量得到了明顯提升，同時，也解決手機企業滿足用戶需求難度大的問題，將用戶需求滿意度達到最大化。

5 結 語

針對用戶對手機個性化需求的增加，手機定制難度大以及手機企業對關鍵零部件存在研發能力不足等問題顯得更加突出。結合云制造理念提出手機制造云模式；建立個性化手機定制的云制造平臺系統架構；設計個性化手機定制的云制造平臺工作流程和軟件框架。本文具有拓展性地將個性化手機定制生產融入云制造技術領域中，通過手機制造云平臺的統一管控及優化配置，實現了合理的個性化定制業務并為企業提供最優的制造資源。根據上述分析，說明手機制造云平臺完美地解決個性化定制生產能力不足和用戶需求難以滿足的問題。手機制造云模式不僅促進了手機制造業的發展，同時也帶動制造業新模式的創新。