云制造与数控加工论文

1云制造与SOA

1.1云制造

1）制造能力及资源

指产品全生命周期所需的资源的总和，包括制造业企业的设计能力、生产能力和加工设备等。

2）制造云

租用服务提供商的服务器、网络设备、存储设备等硬件设备搭建制造云的硬件平台，通过感知器感知分散的制造能力及资源，将之虚拟接入制造云，最后对虚拟资源进行封装，形成云服务。根据云的部署模式和云的使用范围，可以将制造云分为制造公云和制造私云。

3）用户

包括企业用户和个人用户，用户可以通过网络借助云制造平台按需订购服务。

1.2面向服务的架构——SOA

面向服务的架构（ServiceOrientedArchitecture,SOA）是一种高层的架构模型，它将一个企业的所有业务分为多个服务，将这些服务抽象到一个统一域，在这个统一域中使用这些服务，各个服务之间是独立的，当企业的业务需求改变时，这些服务被重新组合，构成新的解决方案。在基于SOA架构的系统中，应用程序的功能是由一些松耦合的服务组合起来的，SOA为企业架构增添了灵活性，使企业的IT系统能够灵活的通过配置层快速适应新的业务变化，而不是重新开发IT系统。SOA作为一个成熟的体系结构，能够为云制造引入成熟的工作流程。一个基于SOA的系统中，所有的功能都被定义为服务，所有的服务都是独立的，云制造平台利用SOA将企业的制造能力与资源以服务的形式提供给用户，利用SOA架构和虚拟化技术，整合制造能力和资源，借助网络上租用的服务器群强大的处理能力，为用户提供方便快捷的服务，实现企业的有序管理。

2数控加工厂云制造平台体系架构

数控加工厂云制造平台架构如图2所示，云制造平台由数控加工厂、制造云和用户三部分组成。数控加工厂采用面向服务的SOA架构模式，利用制造公云成本低的优势，将对用户开放的应用服务运行在制造公云上，将安全要求高的关键性应用服务运行在制造私云上，实现了企业到制造云的服务延伸。用户可通过终端与制造云进行信息交互，订购自己需要的服务。

2.1数控加工厂SOA架构

数控加工厂SOA架构如图3所示，所有程序和功能封装在一个个服务中，数控厂通过总线的方式将这些服务组合起来，构成需要的系统。数控加工厂的SOA架构主要包括以下八类服务：

1）智能保障类服务

主要指智能保障机床正常运行的服务，包括机床状态监测服务、信号处理服务、机床故障预警服务、机床健康状态评估服务等。智能保障类服务是融合云制造的数控加工厂SOA的核心组成部分。

2）工艺优化类服务

主要指工艺优化过程中涉及的相关服务，包括零件加工工艺分析服务、数控加工仿真服务、工艺决策专家系统服务、快速数控编程服务等。工艺优化类服务是融合云制造的数控加工厂SOA的关键组成部分。

3）生产现场管理类服务

主要指整合现有资源，制定高效合理的生产计划及与生产现场相关的服务，包括智能化生产计划管理及动态调度服务、现场工艺更改服务、产品质量检验服务、加工原材料管理服务、刀具配套管理服务、工装夹具管理服务、设备维修滚动计划及派工服务、机床精度检测及点检服务等。生产现场管理类服务是融合云制造的数控加工厂SOA的重要组成部分。

4）软件开发类服务

主要指与软件开发相关的服务，特别是关键核心算法的软件开发服务，包括丝杠寿命预测算法开发服务、导轨寿命预测算法开发服务、主轴寿命预测算法开发服务、丝杠性能评估算法开发服务、导轨性能评估算法开发服务、主轴性能评估算法开发服务、工艺优化算法开发服务等。

5）企业内部信息管理类服务

主要指企业内部运作管理相关的服务，包括财务管理服务等。

6）企业日常管理类服务

主要指企业日常提供给用户的服务，包括门户网站建设服务、人事招聘服务和企业邮箱服务等。

7）企业制造能力及资源订制类服务

主要指用户可订制企业制造能力及资源类的服务，包括空闲设计能力订制服务、空闲生产能力订制服务和空闲加工设备订制服务等。

8）销售及售后管理类服务

主要指负责产品销售及售后，形成销售业务解决方案类的服务，包括库存服务、订货服务、发货服务、客户信息管理服务、退换货管理服务等。

2.2制造云

数控加工厂的制造云架构如图4所示，主要包括基础架构即服务层、平台即服务层、软件即服务层、服务管理层和用户访问层五个部分。制造云的本质是通过网络向用户提供服务，基础架构即服务层、平台即服务层、软件即服务层是制造云提供的不同层次的服务。根据服务的部署方式和服务的对象范围，还可将制造云分为制造公云和制造私云。

1）基础架构即服务（IaaS）层

指基础架构层面的制造云服务，利用虚拟化技术，隐藏了复杂的物理资源。基础即架构层包括硬件资源、服务器服务、网络服务和存储服务等，硬件资源指支撑制造云服务的各种物理设备，服务器服务提供给用户虚拟的服务器环境，网络服务提供给用户网络处理的能力，存储服务提供给用户存储能力，用户可以利用基础架构层提供的各种服务灵活的搭建自己的应用。基础架构即服务是一种经济有效的模型，集中对硬件资源进行管理，降低了硬件维护费用，提高了系统运行的稳定性和安全性。

2）平台即服务（PaaS）层

平台即服务层通过对基础架构即服务层的服务进行封装来提供更高级的服务，如中间件服务、数据库服务和软件开发等，用户可以利用这些高级服务搭建自己的应用。平台即服务能够灵活的扩展和调配资源，加快软件开发速度，降低软件开发成本。

3）软件即服务（SaaS）层

软件即服务层为用户提供软件应用服务。包括智能保障系统、工艺优化系统、生产现场管理系统、企业内部信息管理系统、企业日常管理系统、销售及售后管理系统和企业制造能力及资源订制系统等。数控厂将应用软件部署在服务器上，免除了数控厂和客户的终端服务器、网络安全等软硬件的升级维护工作，数控厂无需配备专门的IT管理人员和维护人员，客户通过用户终端和互联网即可订购需要的服务。

4）服务管理层

服务管理层提供对制造云服务的管理功能。服务管理主要分为业务层面和IT层面，在业务层，系统需要提供业务正常运作所需的各种功能，在IT层，系统对提供给用户的各种IT服务的生命周期进行统一管理。

5）用户访问层

用户访问层是方便用户使用制造云服务所需的各种支撑服务，包括服务访问、订阅管理和服务目录等。服务访问为各种层次的制造云服务提供访问接口，订阅管理提供对服务的管理功能，服务目录是服务的列表，用户可以根据需要从中选择需要使用的制造云服务。

3云制造平台关键技术研究

随着我国制造业水平的提升，数控机床已成为机械加工领域的重要设备，企业对数控机床的依赖程度也越来越高。下面围绕数控机床，对构建的数控加工厂云制造平台的核心关键技术进行深入阐述，主要包括数控机床智能保障系统、工艺优化系统、现场应用管理系统等。云制造平台关键技术之间的关系如图5所示，智能保障系统、工艺优化系统、现场应用管理系统通过数据库进行数据交换，应用程序独立于数据的逻辑表示与存储，减少了数据的冗余，保证了数据的完整和安全，缩短了用户开发应用程序的时间。

3.1数控机床智能保障系统

企业生产过程中，随着数控机床性能的退化，机床故障率逐渐升高，增加了企业的维护成本，影响企业生产效率。为保证数控机床安全可靠的连续运行，尽量减少故障停机时间并延长机床的工作周期，本文架构的数控加工厂云制造平台引入了数控机床智能保障系统。如图6所示，数控机床智能保障系统由信号处理模块、机床故障预警模块、机床健康状态评估模块和数据库组成。信号处理模块提取的信号敏感特征输入到机床故障预警模块，机床故障预警模块提前预警机床的故障，机床健康状态评估模块实时评估机床状态，为机床的维修维护提供参考。

3.2工艺优化系统

工艺优化系统结构如图7所示，工艺分析结果和仿真结果输入到专家系统，专家系统决策出最优工艺，数控编程模块根据决策出的最优工艺生成相应的加工代码。各个模块的输出结果交由数据库统一管理，同时，数据库为各个模块提供必要的数据支持。

4结束语

云制造体系架构为实现制造业企业的灵活运营运作提供了新的思路和解决方案，基于SOA的云制造平台作为企业服务型制造实施的重要支撑手段，也是当前服务型制造领域需要探索的重要方向。目前主要是从不同的侧面和程度对网络化协作平台进行了概念模型的研究，关于云制造还有很多实际问题亟待解决。本文以数控加工厂为例建立的基于SOA的数控加工厂云制造平台架构，抓住了云制造面向服务这一本质，企业可在整合内部资源的同时将具有不同优势的生产性服务企业和服务性生产企业组织起来，为顾客提供产品服务系统，满足客户日益增长的个性化和多样化需求，是对云制造体系研究的有益探索。

作者:向桢高宏力单位:四川工程职业技术学院西南交通大学机械工程学院