(PDM)云制造的集成服务需求分析

(PDM)云制造的集成服务需求分析

1云制造的需求分析
1.1云制造是制造业发展的必然趋势
    随着云计算以及相关技术的广泛应用，制造业生产模式也发生了改变。产品服务成为制造业新的经济增长点，制造业从单一的产品模式，转换到产品与服务相并重，服务对产品带来的附加值越来越高。
 
    同时在大制造环境下，产品活动的过程覆盖整个产品全生命周期，包括产品设计、加工仿真、产品生产、销售以及售后服务等过程，产品制造从单一企业，变成了多企业，甚至是全球范围企业合作，产品制造类型包含离散、流程和混合的。如何在如此的大制造环境下，建立以服务为中心的企业生产模式，成为制造业面临的新挑战。

    图2.1是云制造的应用模式。云制造支持多用户、跨部门、多时段访问，不同用户通过云制造平台可以获取相应的任务，云制造平台通过任务管理、搜索、智能匹配、组合等操作，获取资源管理服务，进行产品设计、加工仿真、车间管理、系统集成等操作。
 
    并且云制造平台能够根据资源使用情况，组合调度最佳的服务方案。并根据资源使用情况，自动对服务进行监控容错，在用户不知晓的情况下，智能的转移制造资源，能够敏捷、智能的为用户提供服务。云制造的诸多优点，为离散制造提供了帮助，解决了地域的对制造业发展的限制。所以，云制造将成为未来制造业信息化发展的方向。
 
    根据云制造在企业中的应用方式不同，云制造可划分为公有云、私有云和混合云。私有云和公有云只是云制造的两种不同的应用模式，无论是关键技术还是解决问题的方式都是一样的。所以，从本质上看二者并无区别。本文主要基于开目公司私有云平台，对私有云平台关键技术进行研究，研究技术同样适用公有云平台。
 
1.2私有云平台优势
    私有云平台主要针对保密性要求高、有实力的大型集团型企业，提供搭建可自由接入的制造业信息化异构私有云服务平台，可集成制造业企业从市场、设计、工艺、制造、质量保证、仓库管理、设备管理、产品追溯的全产业链的应用服务和数据管理服务。
 
    相对传统制造业信息化，云服务平台有显著的优点:
    (1)数据同步性:云制造的数据集中存放在平台总数据库，具有使用权限的单位和用户能够直接从数据库中获取需要数据，所以数据具有高同步性。
 
    (2)数据实时性:云制造平台的能够根据云服务提供者以及产品生产参与者提供的实时数据，更新数据库数据，保证了数据的实时性。
 
    (3)高可靠性:云制造平台的运资源池数据搜索功能，能够根据具体情况进行数据与应用的调度匹配，结合多服务组合调度、容错机制、计算节点同构可互换等等，保证服务高可靠性。
    (4)高可扩展性:利用云计算强大的计算能力，通过实时监控服务使用者使用情况，动态的实现规模伸缩，增加服务器节点，提高云计算服务能力。
 
    (5)按需服务:云制造平台具有强大的数据计算和资源服务能力，对用户来说，云资源池能够满足产品制造的所有需求，用户可以根据自己需求，按时按需的获取服务，使用云制造平台的不同服务，同时通过资源共享，可以实现资源利用的最大化，在使用完毕后，将资源放回资源池，避免资源浪费。
 
1.3私有云平台特点分析
    私有云平台框架基于制造业特点，提供柔性自适配集成技术可异构集成企业现有或未来不同架构B/S和C/S软件；提供语义建模和二次开发环境可重构和部署企业业务信息系统；提供信息迁移、同步、界面协同、接口互联技术实现子云与母云的集群；提供面向车间设备、库房原料、作业人员、移动物品等辨识、驱动、监控技术实现物联网络。
 
    因此，私有云平台能够优化产业结构、降低信息化成本、提高工作效率、促进企业交流、简化信息管理门槛，提升企业信息化水平。平台构架如图2.2所示，私有云平台架构具有以下特点:
 
    (1)可异构:能够根据企业现有资源，整合制造企业异构软件应用的能力，将企业中的B/S和C/S不同架构的软件有机的结合起来，无缝融合企业各项同构及异构的业务，引入企业内部相关应用，实现企业制造资源快速整合。
 
    (2)可重构:企业发展需要会引入新业务和调整老业务，为适应市场和企业发展要求，可以利用云服务平台提供的集成组件和二次开发组件，快速开发并部署新业务应用平台，以及重构当前业务模式，以适应市场及企业的发展要求。开发和重构在不影响当前应用的前提下实现，部署时间对现有应用影响可以忽略不计。
 
    (3)可集群:无需修改企业原有系统程序，将制造企业现行的软件和系统改造成企业私有云和运行支撑平台，实现企业信息管理系统向信息管理云系统平滑过渡。云服务平台支持现行C/S架构和B/S架构软件的异构集成和云端部署，支持在局域网和互联网下同时应用。
 
    提供了自主研制的界面动态构造器，使得用户可根据喜好自由选择主体界面是网页、对话框或是网页中镶嵌对话窗，以便驻外机构、关联企业或者外出人员充分享用网页的环境轻量化，企业内部人员仍可沿用过去对话框的良好交互性，方便对车间等特殊场合发布立体信息，最大限度发挥信息化带动工业化生产力。
 
    (4)接入物联网:车间制造执行系统(Manufacturing Execution System，MES )可以视为物联网(Internet Of Things)应用的一个子系统。物联网的实质是利用射频自动识别((RFID)等技术，通过计算机互联网实现物品(商品)的自动识别和信息的互联、共享。
 
    一个MES的基本内容可以是以生产计划调度管理机构为枢纽，将生产机构及所有数控设备、产品毛坯库、配套库、工具总库、产品周转过程(“中间道”)、核算组、技术组等连网，建立生产管理数据库；形成以计调为中心，并辐射到车间生产相关组的数据网络。可以将自动采集的数据汇总生成各种分析图表，并计划调度任务及设备能力，合理安排各班组和重点设备的生产任务。

2云制造的集成服务需求
2.1面向云制造的三维CAD/CAM集成服务优势
    在云制造的整个架构中，众多平台之间相互独立运行，但是一个产品的生产，又需要协同操作，充分利用云制造平台制造服务，并行设计，计算能力，数据挖掘分析等资源。平台间的协同操作的实现，是以不同平台间的数据交流为基础的。
 
    软制造资源的集成服务主要是针对异构平台间的数据、功能、过程进行集成，通过使用接口适配、数据转换等技术，获取产品全生命周期相关数据和信息，通过PDM等信息化管理软件统一调度，将信息与数据纳入云制造平台。所以实现软制造资源的集成，是支持云制造平台在企业中应用的关键因素。图2.3所示，是软制造资源集成服务包含的主要集成模块，包含产品数据、加工参数、仿真模型、设计模型等数据和信息。
 
    本论文主要面向云制造平台，获取使用三维CAD/CAM设计模型产生的产品设计数据和加工数据。在产品生产过程中，CAD/CAM软件为产品生产提供模型设计、工艺规程规划、加工仿真、产品生命周期管理、模型设计数据、加工参数等支持，所以实现三维CAD/CAM的集成，能够为云制造平台提供信息及数据支持。通过PDM上传至云端数据库，为云制造平台应用提供数据和技术支持。

    相对于传统的CAD/CAM集成，面向云制造的三维CAD/CAM集成具有以下优势:
    (1)更加准确、及时的数据支持:三维CAD/CAM是云制造架构中的重要组成部分，CAD具有模型设计、结构分析、产品分析、模拟仿真等功能；CAM功能包括工艺规划、工装设计、设备管理与调度、数控代码生成、车间加工模拟、柔性制造系统(FMS )等。
 
    随着数控技术、智能制造的普及，CAM是CAD在产品工艺设计和加工制造领域的延伸，CAD/CAM是计算机辅助产品生产过程不可分割的一部分。三维CAD/CAM与PDM的集成，实现设计信息与制造信息交流，二者相辅相成，相互制约，实现产品协同制造。将三维CAD/CAM软件集成到云制造平台，能够提升产品的设计效率，同时通过云平台数据的高效同步性和实时性，将三维CAD/CAM产生的设计数据与信息纳入云平台，成为云端数据，为产品设计提供准确、及时的数据支持。
 
    (2)增强产品设计协同化:产品协同设计是企业信息化的重要目标，实现设计信息的协同化、网络化，增强产品信息的检索能力，是当前三维CAD/CAM软件的研究的方向。目前主流的三维CAD/CAM均提供了相应的二次开发接口，使CAD/CAM能够与PDM/MES/ERP/CAPP等信息化管理软件进行集成，实现信息传递，并面向云制造平台提供集成服务，实现设计数据与信息在异构平台间的通信与传输。用户通过集成在云平台上的信息化管理软件，能够对产品的设计数据与信息进行获取及调用。
 
    (3)强大的资源整合能力:云计算等强大的计算能力，将企业现有的软制造资源、三维CAD/CAM模型信息资源、设备资源、基础设施等整合到云制造平台上，通过资源整合，为产品创新设计研发支持，并向集团下属单位提供技术支持、软件应用和数据服务，提高产品创新能力与速度。
 
2.2面向云制造的三维CAD/CAM集成服务需求分析
    通过云制造平台向用户提供CAD/CAM等软制造资源数据和信息的调用，是云制造平台信息化服务的重要组成部分。同时，实现三维CAD/CAM与PDM的集成服务是产品协同设计、工艺协同设计的重要一环，具体的集成模块需求如下所示:
 
    (1)CAD零部件信息提取:产品通过三维CAD设计完成之后，模型包含许多属性信息，例如产品名称、代号、型号、材料等信息和数据，这些信息存储在CAD软件的一些属性表中。通过对CAD软件进行二次开发，获取模型的设计信息数据，将之存储在通用格式的XML文件中，然后使用PDM的解析，获取模型设计信息和数据，产生设计BOM。最后将数据放到云制造平台的云端数据库，供下游操作使用。
 
    (2)三维CAD模型的上传与下载，及三维工艺文件的智能加载与生成:CAD模型设计完成之后，需要使用CAM对产品工艺进行设计，由于主流三维CAM软件与多数PDM等信息化管理软件并不能实现通信，需要对CAM软件进行二次开发，实现CAD模型在异构平台的下载、检入等操作。并通过PDM打开CAM软件的同时，自动加载三维设计模型，并创建三维工艺设计模型，或者直接下载打开三维机加工艺模型，完成工艺设计。
 
    (3)三维CAM工艺信息提取:由于三维CAD的广泛使用，使用二维工艺设计软件进行工艺设计，需要将三维模型转换成二维模型，步骤繁琐，集成也很麻烦，所以三维设计软件逐步替代传统的二维设计软件。
 
    三维CAM具有三维工艺设计、加工仿真、数控代码生成等功能，同时结合三维CAPP，实现三维工艺的浏览、审核、圈阅等操作。因此，需要对三维CAM进行二次开发，通过读取三维CAM的节点信息，获取机加工艺信息，包括工序、工步、工装设备、加工参数等，将数据存储在XML文件中，上传到云端数据库，完成三维工艺模型数据管理。
 
    (4)三维CAM与CAPP的集成:云制造平台下，产品的协同设计需要对所有软制造资源进行集成，实现制造信息与数据的交流。通过将三维CAM与CAPP集成，可以在完成三维工艺设计之后，使用CAPP的解析XML文件，生成三维工艺卡片，并通过PDM将信息反馈给模型设计部门，实现产品并行设计。
 
    (5)制造信息在移动设备的浏览:云制造允许用户通过互联网或者局域网在任何地域，任何时段，能够通过云制造平台，获取所需要的信息。通过手机或者PC等移动客户端访问云制造平台，获取产品模型设计、工艺设计、产品加工等信息，对工艺信息进行浏览、审核圈阅等操作，能够对产品的整个全生命周期进行实时监控。
 
3本章小结
    本章首先通过对云制造在制造业应用模式的分析可知，制造资源作为云制造的核心，对整个云制造平台以及制造业信息化发展有着至关重要的作用。通过将制造资源整合，并虚拟服务化，融入到云端资源池。不同部门通过云制造平台的智能搜索、匹配、组合等操作，能够获取需要的服务，形成跨时段和跨地域的协同生产，解决了企业离散制造所面临的问题。
 
    其次，通过对云制造模式的分析，云制造模式可划分为私有云、公有云和混合云，本章重点分析了私有云在集团企业中的应用优势，以及私有云平台的特点。通过分析可知，私有云优化产业结构、降低信息化成本、提高工作效率、促进企业交流、简化信息管理门槛方面具有显著优势，以及可异构、可重构、可集群和接入互联网等特点。基于这些优势和特点，云制造完全满足多部门、跨领域、多时段合作生产的需求，是未来制造业发展的趋势。
 
    最后，本章分析了作为云制造资源的核心，制造资源服务化的必要性。集成服务作为制造资源的一部分，对云制造在企业中的应用有至关重要的作用。三维CAD/CAM是企业数字化制造的核心部件，实现三维CAD/CAM与PDM、ERP、MES等信息化管理软件的集成，实现产品设计与工艺等信息、数据在异构平台的读取，是将软制造资源服务化的必要步骤。
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