私有云制造平臺的研究與開發(fā)

摘 要： 分析了地域性企業(yè)集團(tuán)與中小型企業(yè)制造模式，當(dāng)前制造模式不能滿足企業(yè)發(fā)展需求，企業(yè)集團(tuán)與下屬企業(yè)或地域內(nèi)相關(guān)企業(yè)資源分散、合作不通暢等問題制約了地域經(jīng)濟(jì)發(fā)展。闡述了面向企業(yè)集團(tuán)的私有云制造平臺的服務(wù)模式、硬件搭建和平臺布局，對比分析私有云制造平臺與公有云制造平臺的優(yōu)缺點，對私有云制造平臺做了初期規(guī)劃設(shè)計，實現(xiàn)了私有云制造平臺的基礎(chǔ)架構(gòu)搭建，并對應(yīng)用模塊做了簡單設(shè)計。

關(guān)鍵詞： 私有云制造平臺； 服務(wù)平臺； 制造業(yè)信息化； 制造模式

中圖分類號： TN911?34 文獻(xiàn)標(biāo)識碼： A 文章編號： 1004?373X（2016）12?0083?04

Abstract： The manufacturing modes of regional enterprise groups and small?medium enterprises are analyzed. The scattered resources and unclear cooperation between enterprise groups and their affiliated companies or related enterprises in a territory have restricted the development of the regional economy， and the current manufacturing mode can not meet the needs of enterprise development. The service mode， hardware building and platform layout of private cloud manufacturing platform oriented to enterprise groups are described in this paper. The advantages and disadvantages of private cloud manufacturing platform and public cloud manufacturing platform are compared and analyzed. The planning and design in initial stage for private cloud manufacturing platform were made. The infrastructure of the private cloud manufacturing platform was built. The application module was designed briefly.

Keywords： private cloud manufacturing platform； service platform； manufacturing industry information； manufacturing mode

0 引 言

隨著經(jīng)濟(jì)全球化和中國改革開放的不斷深化，中國已經(jīng)成為世界“制造中心”，但我國制造業(yè)仍然大而不強(qiáng)，與制造強(qiáng)國的差距依然明顯，處于產(chǎn)業(yè)鏈低端，缺乏核心技術(shù)支持。新的科技革命和產(chǎn)業(yè)革命與我國的經(jīng)濟(jì)轉(zhuǎn)型形成歷史性交匯，對制造業(yè)形成倒逼之勢，以信息技術(shù)與制造業(yè)深度融合為特征的制造業(yè)信息化正在引領(lǐng)我國制造業(yè)發(fā)展。國內(nèi)制造業(yè)也正面臨著低端產(chǎn)業(yè)“太擠”，高端產(chǎn)業(yè)“夠不上”的發(fā)展困境。但是市場產(chǎn)品的生產(chǎn)周期不斷縮短，產(chǎn)品種類、復(fù)雜性不斷增加，產(chǎn)品也在無限增加，這些都要求制造業(yè)整合分散的社會制造資源，提高企業(yè)的敏捷性、柔性、健壯性，跟上制造業(yè)信息化的發(fā)展節(jié)奏。

1 云制造

制造業(yè)信息化既是制造業(yè)經(jīng)濟(jì)增長點，又是制造業(yè)轉(zhuǎn)型關(guān)鍵點，是我國制造業(yè)走向全球化的重要戰(zhàn)略。云制造是制造業(yè)信息化的一種新模式，即一種面向服務(wù)、高效低耗和基于知識的網(wǎng)絡(luò)化、敏捷化制造模式，它集成了制造業(yè)信息化的數(shù)字化、集成化、協(xié)同化、互聯(lián)化/網(wǎng)絡(luò)化、敏捷化、服務(wù)化、綠色化、智能化等特征，但是云制造是一個新生事物，處于不斷的發(fā)展和完善中，尚未形成統(tǒng)一、易用、功能完備的服務(wù)體系。而云制造理念和技術(shù)的不斷發(fā)展將打破傳統(tǒng)制造業(yè)交易模式，有力支持制造企業(yè)從單一的產(chǎn)品供應(yīng)商向整體解決方案提供商及系統(tǒng)集成商轉(zhuǎn)變，提供在線監(jiān)測，遠(yuǎn)程診斷，維護(hù)和大修等服務(wù)，促進(jìn)制造企業(yè)走向產(chǎn)業(yè)價值鏈高端。云制造平臺作為云制造模式的核心，是云制造模式深入應(yīng)用的基礎(chǔ)。因而，云制造平臺的搭建直接決定了云制造模式的優(yōu)劣。據(jù)此，本文對云制造平臺的搭建技術(shù)進(jìn)行了深入研究。云制造平臺的搭建應(yīng)首先搭建一個面向服務(wù)的、松散的、開放式的云制造服務(wù)平臺基礎(chǔ)體系，然后將平臺的資源匹配、虛擬化技術(shù)、協(xié)同技術(shù)等關(guān)鍵技術(shù)嵌入平臺，最后形成面向服務(wù)、高效低耗、功能完備的云制造服務(wù)平臺。

2 兩種云制造服務(wù)模式分析

目前云制造服務(wù)模式從建設(shè)地點、使用者和運維管理等劃分為私有云制造服務(wù)平臺和公有云制造服務(wù)平臺。公有云制造服務(wù)平臺由云制造服務(wù)提供商為公眾提供服務(wù)的云制造平臺，理論上任何企業(yè)都可以通過授權(quán)接入該平臺；私有云制造平臺則是云制造服務(wù)提供商為企業(yè)在其內(nèi)部建設(shè)的專有云制造平臺。

面向集團(tuán)企業(yè)的云制造應(yīng)用屬于典型的私有云服務(wù)平臺。私有云制造平臺基于企業(yè)網(wǎng)構(gòu)成，由集團(tuán)搭建、運維管理，平臺的使用者是企業(yè)集團(tuán)和相關(guān)企業(yè)、研究單位等，主要是用于企業(yè)集團(tuán)內(nèi)部制造資源和制造能力的整合， 提高企業(yè)集團(tuán)基礎(chǔ)設(shè)施利用率，降低成本，提高競爭力。數(shù)據(jù)安全對于企業(yè)來說是至關(guān)重要的，公有云服務(wù)存在較大的安全隱患，公有云平臺只適合那些非關(guān)鍵性業(yè)務(wù)。企業(yè)，尤其是大型企業(yè)會更多地傾向于選擇私有云計算平臺。面向中小企業(yè)的云制造應(yīng)用屬于公有云服務(wù)平臺，公有云基于互聯(lián)網(wǎng)構(gòu)成，強(qiáng)調(diào)行業(yè)間制造資源和制造能力整合， 其最大優(yōu)勢是規(guī)模經(jīng)濟(jì)效益，提高整個社會制造資源和制造能力的利用率，實現(xiàn)制造資源和制造能力交易。

公有云制造平臺與私有云制造平臺的對比分析如表1所示。

表1 兩種云平臺對比分析

公有云制造平臺由第三方運營公司負(fù)責(zé)開發(fā)平臺，平臺運維和管理也是由其負(fù)責(zé)，主要應(yīng)用對象為中小型企業(yè)，數(shù)據(jù)存儲位于服務(wù)商數(shù)據(jù)中心。對于企業(yè)來說，公有云制造平臺不必機(jī)建，不用組建專業(yè)運維團(tuán)隊，具有明顯成本建設(shè)優(yōu)勢，但是其數(shù)據(jù)安全不能保證，服務(wù)運行可靠性不好也是困擾其發(fā)展的難題。

私有云制造平臺是由大型企業(yè)集團(tuán)量身定制的服務(wù)平臺，企業(yè)集團(tuán)組建專業(yè)團(tuán)隊負(fù)責(zé)平臺運維和管理，主要是針對地域性企業(yè)集團(tuán)，數(shù)據(jù)存儲位于機(jī)房服務(wù)存儲器，企業(yè)集團(tuán)對平臺具有絕對控制權(quán)，數(shù)據(jù)安全度較高，平臺靈活性較好，可提供個性化服務(wù)，當(dāng)然也存在初期投資成本較高、需要專業(yè)型計算機(jī)人才運維等弊端。

目前，地域性制造業(yè)發(fā)展不平衡，普遍是由幾個大型骨干企業(yè)和一批中小型企業(yè)組成。以我區(qū)裝備制造業(yè)為例，全區(qū)裝備制造業(yè)只有一家銷售收入過百億的企業(yè)；在自治區(qū)工業(yè)20強(qiáng)企業(yè)中，僅有2戶裝備制造企業(yè)。這樣的格局存在很多發(fā)展局限性，產(chǎn)業(yè)規(guī)模偏小，骨干企業(yè)帶動力不強(qiáng)；產(chǎn)業(yè)協(xié)作配套不足，中小企業(yè)不專不精；技術(shù)創(chuàng)新能力較弱，產(chǎn)品檔次偏低。私有云制造服務(wù)體系是以企業(yè)集團(tuán)為核心整合地域性中小型企業(yè)，實現(xiàn)企業(yè)集團(tuán)與中小型企業(yè)的良性互動、優(yōu)勢互補(bǔ)。本文針對地區(qū)企業(yè)特征，結(jié)合云制造的服務(wù)模式及思想理念，搭建了私有云制造服務(wù)平臺，并對平臺的內(nèi)容、關(guān)鍵技術(shù)等進(jìn)行研究與應(yīng)用實踐。

3 私有云制造平臺服務(wù)模式

私有云制造平臺是由企業(yè)集團(tuán)搭建，由企業(yè)內(nèi)部組建專業(yè)運維管理團(tuán)隊負(fù)責(zé)平臺運維管理，私有云制造平臺使用者是企業(yè)內(nèi)部人員、地域內(nèi)相關(guān)中小企業(yè)合作方和科研院所等技術(shù)人員。私有云制造平臺繼續(xù)采用李伯虎院士所提出的物理資源層、云制造虛擬資源層、云制造核心服務(wù)層、應(yīng)用接口層、云制造應(yīng)用層5個體系架構(gòu)層次。在此基礎(chǔ)架構(gòu)上做云制造服務(wù)模式搭建，其組建結(jié)構(gòu)如圖1所示。

私有云制造平臺的應(yīng)用主要包括三個方面：平臺的基礎(chǔ)管理、平臺的基本應(yīng)用、平臺的合作模塊。

（1） 平臺的基礎(chǔ)管理：主要是平臺的基本管理功能，如注冊、審核和用戶組管理等。

（2） 平臺的基本應(yīng)用：主要提供一些大型專業(yè)型軟件的使用，如UG，CATIA，SOLIDWORK，Pro/E等。

（3） 平臺內(nèi)合作模塊：主要是提供一些企業(yè)定制類的應(yīng)用功能模塊、協(xié)同設(shè)計、資源接入、個性化定制等，屬于企業(yè)應(yīng)用，靈活性較高。

私有云制造服務(wù)模式主要在于支持一定地域范圍內(nèi)制造企業(yè)間的自由交易。支持大型企業(yè)與中小企業(yè)資源能力需求和供應(yīng)基于合作的自由交易，并實現(xiàn)基于企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的制造資源和能力的自由交易以及多主體間開發(fā)、加工和服務(wù)等業(yè)務(wù)協(xié)同， 實現(xiàn)大型企業(yè)與中小企業(yè)業(yè)務(wù)協(xié)作和產(chǎn)業(yè)集聚協(xié)作。

平臺應(yīng)用主要分為資源層、虛擬化層、核心功能層和平臺門戶層四層結(jié)構(gòu)，如圖2所示是私有云制造企業(yè)服務(wù)平臺的應(yīng)用模式。

（1） 資源層。資源層根據(jù)不同資源的性質(zhì)可將這些資源分為環(huán)境資源、硬件資源、軟件資源和能力資源等，將各類資源數(shù)據(jù)化后接入到網(wǎng)絡(luò)中，轉(zhuǎn)化成虛擬資源。平臺資源可以根據(jù)企業(yè)及區(qū)域需求特點，提供通用或者專用的制造設(shè)備。

（2） 虛擬化層。虛擬層按行業(yè)、區(qū)域、企業(yè)需求等約束條件封存服務(wù)資源，按客戶權(quán)限，需求類別及與服務(wù)資源相對應(yīng)的約束封裝供需資源，以供核心功能層讀取、調(diào)用、篩選、整合并輸出。

（3） 核心服務(wù)層。核心服務(wù)層提供各種虛擬化資源的管理、維護(hù)、加載功能。在接收到平臺門戶層的服務(wù)申請后，根據(jù)用戶的權(quán)限和服務(wù)的輕重緩急對信息進(jìn)行分類篩選、審核。經(jīng)過計算，調(diào)用和申請相對應(yīng)的服務(wù)資源，經(jīng)過和標(biāo)準(zhǔn)化數(shù)據(jù)參數(shù)對照，或通過與人工在線方案資源的對比，分析出最新解決方案。反饋到應(yīng)用接口層進(jìn)行核對，同時接收二次反饋

（4） 平臺門戶層。用戶層提供用戶的人機(jī)交互及用戶間實時交流的工作界面，用戶不需要進(jìn)行任何客戶端軟件的安裝，只要有能夠上網(wǎng)的計算機(jī)，通過瀏覽器就可以使用云制造服務(wù)平臺。同時所有的升級與維護(hù)工作都是在服務(wù)器上進(jìn)行的，可以最大限度地減少系統(tǒng)對用戶端的要求，實現(xiàn)任何地方的任何用戶都盡可能使用云制造服務(wù)平臺。

4 私有云平臺的實現(xiàn)

4.1 平臺構(gòu)建

私有云平臺的搭建主要有兩部分，分別為基礎(chǔ)硬件環(huán)境和軟件布局設(shè)計。云平臺基礎(chǔ)環(huán)境采用全冗余結(jié)構(gòu)設(shè)計，全冗余結(jié)構(gòu)設(shè)計提高設(shè)備運行可靠性，服務(wù)器、資源池、存儲器分別與交換機(jī)冗余連接，當(dāng)數(shù)據(jù)接口連接出現(xiàn)問題時，另一個接口可以替代繼續(xù)正常工作，其硬件架構(gòu)如圖3所示。

私有云環(huán)境包括：管理節(jié)點服務(wù)器2臺、資源池宿主機(jī)16臺、共享存儲1臺。管理節(jié)點服務(wù)器使用DELL R730，管理節(jié)點可滿足局域網(wǎng)或者外網(wǎng)用戶的訪問。存儲使用DELL的MD3800i（4×12 TB） 作為桌面資源池和管理節(jié)點的數(shù)據(jù)存儲；資源池宿主機(jī)使用12臺，可根據(jù)桌面資源需求擴(kuò)大資源池；4刀片服務(wù)器做應(yīng)用服務(wù)器。軟件布局如圖4所示。

管理節(jié)點1上虛擬出3臺服務(wù)器分別是LandCloud、Portal、域控節(jié)點；其中LandCloud為平臺提供云的管理；Portal為平臺提供Web方位頁面等；域控節(jié)點提供虛擬應(yīng)用的域管理。管理節(jié)點2上虛擬出會議服務(wù)器、VC、vam、RD官網(wǎng)；虛擬會議服務(wù)器為平臺提供虛擬會議室；VC為平臺提供虛擬機(jī)的管理接口；vam為平臺數(shù)據(jù)管理；RD官網(wǎng)為平臺提供網(wǎng)關(guān)功能。

4.2 平臺的實現(xiàn)

本平臺的搭建主要應(yīng)用了虛擬應(yīng)用技術(shù)、服務(wù)器負(fù)載均衡技術(shù)、云存儲技術(shù)等相關(guān)技術(shù)。虛擬應(yīng)用技術(shù)主要是將軟件部署在服務(wù)器上，用戶通過網(wǎng)絡(luò)直接應(yīng)用；服務(wù)器負(fù)載均衡技術(shù)主要是將請求任務(wù)合理地分配給服務(wù)器。云存儲技術(shù)主要是網(wǎng)絡(luò)存儲器掛載到對應(yīng)的服務(wù)器，用戶通過云存儲讀取、保存數(shù)據(jù)。如圖5所示為平臺對硬件管理的界面。

云平臺通過虛擬化技術(shù)實現(xiàn)了使用戶在不下載軟件的情況下實用軟件，打開虛擬應(yīng)用的時候，是直接連接到服務(wù)器打開對應(yīng)軟件。實現(xiàn)虛擬應(yīng)用，軟件發(fā)布平臺作為網(wǎng)頁前端，Web服務(wù)器作為后端平臺，將虛擬應(yīng)用系統(tǒng)部署到服務(wù)器上之后，用戶就能通過瀏覽器對虛擬應(yīng)用系統(tǒng)進(jìn)行操作，大部分的運算操作都將會在服務(wù)器端執(zhí)行。圖6為云平臺軟件試應(yīng)用截圖。

為驗證平臺的有效性，本平臺對部分當(dāng)?shù)仄髽I(yè)開放和本校學(xué)生開放，通過為期三個月的測試，本平臺完成了在云桌面、云主機(jī)、云應(yīng)用、云盤和云會議等應(yīng)用的功能，達(dá)到預(yù)想要求，實現(xiàn)平臺初期搭建，為進(jìn)一步完善平臺奠定了良好的基礎(chǔ)。圖7為測試期間云平臺后臺管理界面。

5 結(jié) 語

本文依據(jù)云制造架構(gòu)模式，針對現(xiàn)有地區(qū)制造業(yè)現(xiàn)狀，設(shè)計了面向企業(yè)集團(tuán)的私有云制造服務(wù)模式，實現(xiàn)骨干企業(yè)與中小型企業(yè)優(yōu)勢互補(bǔ)、合作共贏。闡述了以企業(yè)集團(tuán)為核心的云制造服務(wù)平臺，根據(jù)平臺需求對其硬件架構(gòu)做了初步設(shè)計。完成了云制造平臺搭建，在對LandCloud管理基礎(chǔ)上設(shè)計了云桌面、云主機(jī)、云應(yīng)用、云盤等，搭建了私有云制造應(yīng)用平臺驗證了平臺的有效性。開拓性地將大型企業(yè)集團(tuán)與中小型企業(yè)統(tǒng)一于平臺內(nèi)，但是現(xiàn)階段私有云制造平臺的搭建還是初期基礎(chǔ)環(huán)境搭建，在后期將進(jìn)一步完善資源接入、資源匹配、信息物理融合接口管理等問題，這將加快私有云制造平臺在企業(yè)間的推廣，推進(jìn)地域內(nèi)制造產(chǎn)業(yè)合理發(fā)展，為解決企業(yè)集團(tuán)與中小型企業(yè)合作機(jī)制問題提供了研究方向。

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