云制造的起源与特征

（一）云制造平台的起源

目前网络技术流行的制造网格体系结构有三种，分别是五层沙漏结构（Five-Level Sandglass Architecture,FLSA）、开放网格服务体系结构（Open Grid Service Architecture,OGSA）、Web服务资源框架（Web Service Resource Framework,WSRF）。

1.五层沙漏结构

五层沙漏结构是由伊安·福斯特等人提出的学术界公认的、具有代表性的网格基本体系结构，影响深远。它侧重于定性的描述，容易从整体上把握。其基本思想是：以协议为中心，重视为应用程序接口（API）和软件开发工具包（SDK）提供的服务。根据各组成部分与共享资源的距离的差异，五层沙漏结构将对共享资源进行操作、管理和使用的功能分散在沙漏形状的五个不同层次上。

图6-1 五层沙漏结构

如上图所示，五个层次由下向上分别是构造层、连接层、资源层、汇聚层和应用层。从下往上看，第一层是构造层，主要负责控制各种逻辑资源和本地各种实体的物理设备资源，并且为上层访问资源提供接口；第二层是连接层，其基本功能是实现对本地资源的安全访问；第三层是资源层，负责把所获资源封装成各种制造服务单元；第四层是汇聚层，通过聚合各种制造服务单元，使之能够独立完成某项制造服务；最上层是应用层，为用户提供调用各种服务功能的接口。

2.开放网络服务体系结构

开放网格服务体系结构是以五层沙漏模型为基础提出的有着全球网格论坛的重要建议标准地位的新型网格体系结构，其基本思想是以服务为中心。开放网络服务体系结构（Open Grid Services Architecture,OGSA）集成分散于各个异构环境中的服务资源，包括存储资源、计算资源、程序、数据库、各类软件等，并实现资源的共享和协同，将一切资源抽象成服务。开放网络服务体系结构可以分为资源层、Web服务层、OGSA服务层和应用层四个层次。

图6-2 开放网络服务体系结构

由上图可知，资源层OGSA所在的最底层，包括服务器、存储器和网络等基础设施，以及建立在此基础上的数据库、文件系统、消息管理系统等逻辑资源；Web服务层把资源层中的各类资源抽象成服务资源并进行虚拟化封装，形成开放网格基础设施供上层调用；OGSA服务层负责OGSA服务的访问、通信、调用和管理；应用层为网格用户提供提供各类应用软件和接口，方便用户使用各类网格服务资源。

3.Web服务资源框架

随着开放网络服务基础架构（Open Grid Services Infrastructure,OGSA）的提出和应用，掀起了关于”Web服务没有状态和实例”的争议，这促使了服务资源框架的出现。Web服务资源框架（Web Service Resource Framework,WSRF）提供了一种利用网络服务建模和访问有状态资源的通用开放框架。WSRF认为“资源是有状态的，服务是无状态的”，通过使用WSDL定义OGSI的各项功能，实现与现有的网络服务高度兼容，原始的网格服务也被划分为Web服务和资源文档两部分。

（二）云制造平台的特征与优势

传统的制造系统通常是一个以既定方式为用户提供制造服务的单一的固定的制造系统，且制造资源的数量在一定时间范围内保持不变。而云制造是一个融合了虚拟化技术、物联网技术等现代化技术的智能的、开放的、动态的协调制造网络平台，是一个以网络为基础的庞大资源池，它是“分散资源集中使用”与“集中资源分散服务”两种思想相融合的产物。随着云计算理论在制造业的实践和发展，制造资源的共享不再局限于制造软资源，制造硬资源也能实现行业共享。因此，融合了云计算技术的云制造较其他制造模式优势明显，主要表现在制造资源的服务化、制造资源动态分配和制造资源高度共享等方面。

（1）资源共享性高和虚拟化程度高。云制造是一个资源利用率高、可靠、敏捷、安全的网络化制造环境。制造资源可以利用该环境下的信息物理系统、物联网、计算机系统虚拟化等技术，实现资源的高度共享，控制物理制造资源的感知、互联及反馈，把物理制造资源转变成逻辑制造资源，实现物理制造资源与实际生产应用的松耦合关系。云制造环境下的虚拟制造资源具有高度共享、按需透明使用、低能耗、高敏捷性、高可靠性与安全性、高可用性和跨平台型等特点。

（2）制造服务资源的多样性、复杂性、分布性和动态性。云制造应用于生产制造及服务业的各个领域，并且贯穿产品生产周期的每一个环节。因此，云制造平台容纳了各个环节的生产制造资源，资源种类繁多，来源广泛，涵盖不同国家、不同地区、不同厂商。由于这些制造资源运行平台不同，产品的性能也存在着差异，随着生产过程的推进，各类制造资源的状态和能力也在不断地变化。同时，也要求云制造资源能够快速响应下达的制造任务，并在实际的生产过程中云制造平台能够跟踪资源状态的动态变化，做出相应的生产规划调整。

（3）云制造服务的粗粒度性和可组合性。云制造环境的主要参与者是生产资源的提供者和使用者。使用者希望产品的生产过程简单易懂，他们不在乎生产过程的各个细节，只关注关键部分和最后成品，就比如说用户购买一辆汽车，只需要知道发动机、底盘、轮胎等大部件的供应商，不需要了解螺丝、汽车灯具等小零件的生产商。因此，在使用者看来，云服务是有细粒度之分的。并且，云服务的实现需要多家厂家的参与，如汽车各类配件不可能是一家厂家单独供应，因此云制造服务有着动态可组合性。

（4）用户参与度高。云制造环境下的制造资源十分庞大，其生产过程也可以理解为从巨大的云资源池中选出恰当的制造资源和服务资源，使之形成用户所需的产品及服务，这整个过程用户都可以参与。云资源的选取可以参考用户自身对资源的使用体验，即云制造平台会优先选择用户使用次数较多且满意度较高的资源，当然其他用户的使用体验也具有一定的参考性。用户使用产品后所做的反馈可以通过云制造平台传送到云端资源提供者，帮助他们不断改进和优化产品，节约产品的调研时间，提高产品效益。