0 引言

    隨著全球化市場的形成，消費(fèi)者希望更多地獲得與自身需求相一致的產(chǎn)品。為了迎合市場的變化，眾多企業(yè)紛紛將個性化定制作為自己的競爭手段和經(jīng)營戰(zhàn)略，通過為顧客生產(chǎn)定制產(chǎn)品來占領(lǐng)和擴(kuò)大市場份額^[1]。隨著個性化定制市場的不斷深化，顧客的需求也由產(chǎn)品轉(zhuǎn)為了面向產(chǎn)品全生命周期的“產(chǎn)品+服務(wù)”。這使得企業(yè)從需求分析、方案論證，到產(chǎn)品設(shè)計，再到產(chǎn)品回收等各個環(huán)節(jié)都必須具備較強(qiáng)的業(yè)務(wù)能力和較高的信息化水平。然而中國制造企業(yè)90%以上是中小企業(yè)，他們普遍存在自主創(chuàng)新能力較弱，管理和創(chuàng)新效率不高，創(chuàng)新性人才匱乏，以企業(yè)為主體的制造業(yè)創(chuàng)新體系尚不完善以及數(shù)控使用率較低、制造水平不高等問題^[2]，致使企業(yè)無論在個性化產(chǎn)品的研發(fā)上還是在個性化服務(wù)的提供上很難面面俱到，往往會在實(shí)施個性化定制過程中出現(xiàn)缺少開發(fā)某項產(chǎn)品的核心技術(shù)和能力、產(chǎn)品生產(chǎn)時轉(zhuǎn)換成本過大以及面對復(fù)雜的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)時，企業(yè)獨(dú)立開發(fā)成本高、風(fēng)險大，無法提供顧客所需服務(wù)等問題。云制造作為一種面向服務(wù)、基于知識、高能低耗的網(wǎng)絡(luò)化制造新型模式^[3-5]，利用云計算、物聯(lián)網(wǎng)、高性能計算等先進(jìn)技術(shù)，把分布在不同地理位置上的各類制造資源進(jìn)行虛擬聚集，形成制造資源云池，借助云制造平臺對匯集的資源進(jìn)行集中的、智能化的管理和經(jīng)營，從而使得加入其中的企業(yè)能夠面向產(chǎn)品全生命周期按需使用優(yōu)質(zhì)、廉價、海量的平臺資源，在滿足企業(yè)需求的同時實(shí)現(xiàn)了社會制造資源的高度共享、優(yōu)化配置。本文針對個性化定制生產(chǎn)的特征，結(jié)合云制造理念，提出了基于云制造服務(wù)平臺的個性化定制服務(wù)模式，并對個性化定制業(yè)務(wù)處理流程和關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行了闡述，最后通過實(shí)例驗(yàn)證了其可行性。

1 基于云制造服務(wù)平臺的個性化定制模式

    基于云制造的個性化定制的基本思想是利用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、物理信息融合技術(shù)、云計算技術(shù)對分布在全球內(nèi)、不同地理位置上的制造資源進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)化匯集，由云制造服務(wù)平臺統(tǒng)一管理和優(yōu)化配置，實(shí)現(xiàn)對個性化定制業(yè)務(wù)的專業(yè)化處理，達(dá)到制造資源和制造能力以及定制業(yè)務(wù)信息的全面共享，從而實(shí)現(xiàn)低成本、快速高效的個性化定制生產(chǎn)。其服務(wù)模式如圖1所示。

    平臺的服務(wù)對象有三類：顧客、定制企業(yè)以及生產(chǎn)性服務(wù)企業(yè)。因此，平臺的服務(wù)內(nèi)容也由三部分組成，即面向顧客的服務(wù)內(nèi)容，包括個性化定制產(chǎn)品和個性化定制服務(wù)；面向定制企業(yè)的服務(wù)內(nèi)容，包括個性化產(chǎn)品和服務(wù)的需求分析、方案論證、產(chǎn)品設(shè)計、產(chǎn)品維修、產(chǎn)品回收等；面向生產(chǎn)性服務(wù)企業(yè)的服務(wù)內(nèi)容，包括提供資源租賃、代加工、技術(shù)服務(wù)等的平臺。通過云制造服務(wù)平臺，定制企業(yè)能夠在全球范圍內(nèi)組織定制業(yè)務(wù)需要的各類資源；生產(chǎn)性服務(wù)企業(yè)能夠在工藝流程級別的制造過程與定制企業(yè)合作，利用自身和合作伙伴的規(guī)模經(jīng)濟(jì)和范圍經(jīng)濟(jì)效應(yīng)支撐定制產(chǎn)品的低成本生產(chǎn)和服務(wù)需求；顧客能夠得到除個性化產(chǎn)品之外的其他個性化服務(wù)。

    因此該模式不僅使定制企業(yè)具有更高的生產(chǎn)柔性和應(yīng)對市場變化的能力，而且也使顧客得到的個性化服務(wù)更為豐富，生產(chǎn)性服務(wù)企業(yè)的業(yè)務(wù)范圍更為寬廣。

2 基于平臺的個性化定制模式實(shí)現(xiàn)

2.1 云制造服務(wù)平臺體系構(gòu)建

    為了滿足平臺服務(wù)模式的需要，本文借鑒文獻(xiàn)[6]的云制造體系構(gòu)建方法圍繞個性化定制業(yè)務(wù)流程運(yùn)作過程構(gòu)建了適用于個性化定制的云制造平臺體系框架，如圖2所示。

    整個體系分為5層，即支撐層、資源層、管理層、服務(wù)層、門戶層。支撐層是由網(wǎng)絡(luò)、數(shù)據(jù)庫、存儲及各類服務(wù)器等基礎(chǔ)設(shè)施組成，為整個平臺運(yùn)作提供可靠的IT環(huán)境支持。資源層由硬制造資源、行業(yè)資源庫、軟件資源組成，為平臺的運(yùn)作提供資源支撐。管理層由各類服務(wù)使能工具組成，為平臺資源管理、調(diào)度、搜索、匹配、交易、評價、結(jié)算等功能活動提供工具支持。服務(wù)層是平臺的核心功能層，它是由若干個個性化定制業(yè)務(wù)邏輯功能模塊組成，主要向平臺用戶提供產(chǎn)品定制、協(xié)同設(shè)計、外包加工、物料采購、產(chǎn)品配送、產(chǎn)品回收等服務(wù)。門戶層為平臺用戶提供注冊、登錄以及身份驗(yàn)證、安全認(rèn)證、資源審核等接口，為整個云制造資源的交易和使用提供支持。

2.2 基于平臺的個性化定制業(yè)務(wù)流程設(shè)計

    針對個性化生產(chǎn)的需要，以平臺為中心，設(shè)計了個性化定制業(yè)務(wù)的工作流程，如3所示。

    顧客登錄平臺利用定制系統(tǒng)提供的定制工具發(fā)布需求；定制企業(yè)的銷售人員通過平臺接口利用定制系統(tǒng)提供的分析工具，對顧客需求進(jìn)行分析并將其轉(zhuǎn)化成產(chǎn)品功能參數(shù)和服務(wù)要求；定制設(shè)計人員則根據(jù)產(chǎn)品功能參數(shù)，利用產(chǎn)品設(shè)計系統(tǒng)內(nèi)部提供的方案論證、造型設(shè)計及力學(xué)性能分析等服務(wù)工具對產(chǎn)品進(jìn)行設(shè)計；而售后服務(wù)人員則根據(jù)服務(wù)要求通過售后服務(wù)系統(tǒng)準(zhǔn)備服務(wù)資源，包括選擇、聯(lián)系、監(jiān)控產(chǎn)品維護(hù)商、服務(wù)提供商、產(chǎn)品回收商等。定制產(chǎn)品設(shè)計完成后，定制企業(yè)可根據(jù)自身能力以及產(chǎn)品設(shè)計要求等因素確定任務(wù)類型，若有外包任務(wù)和采購任務(wù)，則可將外包任務(wù)及外購任務(wù)提交到協(xié)同加工系統(tǒng)及物料采購系統(tǒng)，通過系統(tǒng)選擇合作伙伴和供應(yīng)商來完成生產(chǎn)任務(wù)和原材料供應(yīng)任務(wù)。最后通過物流服務(wù)系統(tǒng)選擇合適的物流商將定制產(chǎn)品交付給顧客。整個平臺實(shí)現(xiàn)了對個性化定制業(yè)務(wù)全生命周期的信息集成、過程集成以及資源集成，極大地提高了定制企業(yè)響應(yīng)和滿足顧客需求的服務(wù)能力。

2.3 云平臺軟件結(jié)構(gòu)設(shè)計

    考慮到用戶快速增長會使得平臺維護(hù)困難，為了使平臺具有良好的可擴(kuò)展性，平臺構(gòu)建采用MVC框架作為設(shè)計模式。MVC設(shè)計模式由模型(Model)、視圖(View)和控制器(controller)三部分組成^[7]。模型用來表示數(shù)據(jù)與業(yè)務(wù)邏輯，視圖用來數(shù)據(jù)展示和用戶輸入，控制器則負(fù)責(zé)用戶輸入的解析和處理流程的控制。云平臺的軟件結(jié)構(gòu)部署設(shè)計如圖4所示。

    用戶通過瀏覽器在頁面中輸入請求內(nèi)容，控制器負(fù)責(zé)接收用戶的請求，控制器經(jīng)過內(nèi)部解析處理，選擇某一個模型被調(diào)用來處理用戶請求。模型接到控制器的指令，與數(shù)據(jù)庫連接，處理后將相應(yīng)數(shù)據(jù)返回給控制器。控制器接收到模型的數(shù)據(jù)，選擇相應(yīng)的視圖傳遞給瀏覽器，使用戶瀏覽所需內(nèi)容。

3 平臺搭建及案例分析

3.1 平臺搭建

    針對平臺用戶分布不均、類型各異的特點(diǎn)以及維護(hù)的便利性，課題組以B/S模式為架構(gòu)^[8]，采用Apache服務(wù)器、MySQL數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)、PHP為腳本開發(fā)語言^[9]對個性化定制云制造服務(wù)平臺進(jìn)行了搭建。整個平臺可分為前臺門戶和后臺管理兩部分。前臺門戶主要面向平臺用戶，向其提供注冊、登錄、商品瀏覽、在線定制、產(chǎn)品研發(fā)等功能。整個頁面包括產(chǎn)品定制系統(tǒng)、產(chǎn)品設(shè)計系統(tǒng)、協(xié)同加工系統(tǒng)、物料采購系統(tǒng)、物流服務(wù)系統(tǒng)、產(chǎn)品回收系統(tǒng)、行業(yè)資訊、資源共享、專家系統(tǒng)等欄目。后臺管理主要用于平臺運(yùn)營方對用戶及其發(fā)布的信息進(jìn)行審核、管理，主要包括對發(fā)布需求、資源審核、修改、刪除、監(jiān)控、禁用以及系統(tǒng)維護(hù)、升級、擴(kuò)展等功能。

3.2 平臺應(yīng)用案例

    某顧客通過云制造服務(wù)平臺以文本形式向定制企業(yè)發(fā)布了要將對數(shù)螺旋線應(yīng)用于錐齒輪齒向線的設(shè)計理念需求，由于對數(shù)螺旋錐齒輪模型的生成、檢測、修型等需要多個大型軟件作為設(shè)計分析工具以及不同領(lǐng)域的知識專家密切配合才能完成，定制企業(yè)考慮到自身資源和設(shè)計能力的欠缺，決定借助平臺設(shè)計系統(tǒng)對其進(jìn)行研發(fā)。定制企業(yè)研發(fā)人員注冊登錄平臺，登入產(chǎn)品設(shè)計系統(tǒng)中從平臺整合的軟件資源中選取了PRO/E、ANSYS、UG、MATLAB等工程軟件以及相關(guān)協(xié)助研發(fā)人員和領(lǐng)域?qū)＜摇挠仓圃熨Y源中選取了3D打印設(shè)備、齒輪檢測設(shè)備以及齒輪加工廠商。資源選定后，定制企業(yè)的設(shè)計人員通過設(shè)計系統(tǒng)提供的研發(fā)平臺遠(yuǎn)程在線對對數(shù)螺旋錐齒輪進(jìn)行研發(fā)，首先利用數(shù)學(xué)知識和MATLAB建立對數(shù)螺旋錐齒輪的數(shù)學(xué)模型，并結(jié)合物理和機(jī)械知識對其進(jìn)行可行性分析；利用三維造型軟件pro/E對齒輪進(jìn)行三維實(shí)體建模并裝配，如圖5所示，并通過3D打印實(shí)體，驗(yàn)證了設(shè)計參數(shù)可行性；將得到的齒輪裝配模型導(dǎo)入動力學(xué)分析軟件ANSYS中，對其進(jìn)行齒輪的動、靜態(tài)接觸分析，分析結(jié)果表明該新型錐齒輪具有優(yōu)越的傳動承載性能，如圖6所示；最后利用加工仿真軟件UG對齒輪進(jìn)行仿真加工，并將生成的NC加工代碼和加工參數(shù)信息發(fā)送給齒輪加工廠商，最終得到顧客所需的產(chǎn)品，如圖7所示。通過云制造服務(wù)平臺，顧客能夠快速地尋找到合適的定制企業(yè)來滿足自己的個性化需求，定制企業(yè)也能夠快速尋找到理想的資源、技術(shù)、人員來協(xié)同開展定制生產(chǎn)業(yè)務(wù)，而其他企業(yè)通過向定制企業(yè)及顧客提供服務(wù)提高了資源利用率，擴(kuò)展了業(yè)務(wù)范圍。因而，在云制造環(huán)境下開展個性化定制生產(chǎn)能夠形成“多贏”的局面，實(shí)現(xiàn)了“市場、企業(yè)、顧客、資源、信息、知識”的有機(jī)融合。

4 結(jié)論

    針對個性化產(chǎn)品生產(chǎn)需求的增加，定制深度和范圍的延伸，以及制造企業(yè)設(shè)計研發(fā)能力不足，生產(chǎn)制造水平、資源短缺等問題，結(jié)合云制造理念，提出了基于云制造服務(wù)平臺的個性化定制模式，建立了包括支撐層、資源層、管理層、服務(wù)層、門戶層的個性化定制的云制造服務(wù)平臺架構(gòu)，對平臺下的定制業(yè)務(wù)流程和軟件框架進(jìn)行了設(shè)計，并搭建了個性化定制云制造服務(wù)平臺，通過實(shí)例應(yīng)用驗(yàn)證了平臺的有效性。開拓性地將云制造理念應(yīng)用到個性化定制生產(chǎn)模式中，通過資源整合與優(yōu)化分配，解決了個性化定制生產(chǎn)需求增加與企業(yè)自身能力不足的矛盾，同時也使服務(wù)型制造模式得到了深化應(yīng)用。但現(xiàn)階段對個性化定制云平臺的搭建處于初期階段，今后需進(jìn)一步完善交易結(jié)算模塊、平臺安全性等問題，這對加快推進(jìn)個性化定制生產(chǎn)模式的廣泛實(shí)施具有重要意義。

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