摘要：通過分析模具零配件生產(chǎn)行業(yè)的特點(diǎn)，指出當(dāng)前階段由于制造資源得不到共享和協(xié)調(diào)，以及制造模式存在的缺陷使得模具行業(yè)難以有更進(jìn)一步的均衡發(fā)展，針對(duì)這一問題，根據(jù)當(dāng)前協(xié)同制造模式及云制造的發(fā)展，提出了模具行業(yè)云制造協(xié)同服務(wù)模式平臺(tái)，分析了平臺(tái)的體系結(jié)構(gòu)、基本原理和關(guān)鍵技術(shù)，通過案例分析該平臺(tái)能夠促進(jìn)資源的配置更合理、利用率更高，使模具企業(yè)得到專業(yè)的技術(shù)性和生產(chǎn)性服務(wù)，從而提高模具企業(yè)的競(jìng)爭(zhēng)力。
“現(xiàn)代工業(yè)模具先行”，模具對(duì)制造業(yè)的影響至關(guān)重要，首先，模具的質(zhì)量和水平直接影響最終投放市場(chǎng)的產(chǎn)品質(zhì)量。其次，模具的應(yīng)用非常廣泛，在工業(yè)、國(guó)防制造業(yè)、醫(yī)療器械等領(lǐng)域都有所應(yīng)用，模具的發(fā)展從一定程度上體現(xiàn)了制造業(yè)的發(fā)展，也成為衡量技術(shù)發(fā)展、創(chuàng)新能力和開發(fā)能力的標(biāo)志，作為制造業(yè)的支柱產(chǎn)業(yè)，模具工業(yè)被列為重點(diǎn)發(fā)展的產(chǎn)業(yè)[1-3]。
很多城市的工業(yè)園都坐落著不少小型的模具零件加工廠，還有一些大企業(yè)有自己的模具配套車間或模具配套廠，一般規(guī)模小，行業(yè)集中度高，區(qū)域性明顯，這是我國(guó)模具制造企業(yè)當(dāng)前的現(xiàn)狀。技術(shù)創(chuàng)新能力弱，信息化水平低，導(dǎo)致廣大模具制造企業(yè)對(duì)市場(chǎng)的需求不能快速做出響應(yīng)，產(chǎn)品的開發(fā)周期長(zhǎng)，市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力不夠[4]。
1、模具行業(yè)特征分析
針對(duì)當(dāng)前模具企業(yè)在制造能力方面存在的問題以及運(yùn)行模式方面的不足，做了以下分析。
1.1制造能力分析
各行業(yè)和企業(yè)的產(chǎn)品不同，對(duì)模具的要求也不同，從而造成模具產(chǎn)品種類特別多，模具零件更是數(shù)目繁多，而模具企業(yè)的加工設(shè)備和各企業(yè)的制造工藝也不一樣，所以比較難形成模具產(chǎn)業(yè)集群[5]。
由于設(shè)備的投資較大，共享性差，然而利用率并不高，導(dǎo)致模具企業(yè)發(fā)展緩慢。另外，模具制造企業(yè)間競(jìng)爭(zhēng)壓力過大，利潤(rùn)空間縮小，一些企業(yè)不惜以降低模具質(zhì)量和壽命來?yè)Q取市場(chǎng)，這樣既干擾了市場(chǎng)，損害了客戶，也損害了模具行業(yè)，長(zhǎng)此以往，模具制造企業(yè)忙于生存，忽視了企業(yè)技術(shù)水平的提高和信息化的應(yīng)用，也就無所謂創(chuàng)新，更難以構(gòu)筑企業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)的基礎(chǔ)，難以滿足中高檔產(chǎn)品市場(chǎng)需求。
1.2模具制造企業(yè)運(yùn)行模式分析
1.2.1訂單來源
模具零配件加工企業(yè)是典型的面向訂單的生產(chǎn)型企業(yè)。企業(yè)從接到訂單、簽訂合同到交貨，需要完成設(shè)計(jì)、工藝準(zhǔn)備、物料采購(gòu)和制造加工等一系列新產(chǎn)品設(shè)計(jì)制造的全過程;另外每次訂單的重復(fù)幾率特別低，生產(chǎn)幾乎是一次性的，而且每一次生產(chǎn)都帶有試制的性質(zhì)。訂單的偶然性以及交貨期緊迫給模具加工企業(yè)的設(shè)計(jì)、制造帶來很大的壓力。還有一部分訂單是為母體企業(yè)或上游企業(yè)的新產(chǎn)品開發(fā)服務(wù)的，這些是任務(wù)訂單或強(qiáng)制性訂單，這樣模具企業(yè)就要花費(fèi)更多的時(shí)間和成本來開發(fā)新模具，導(dǎo)致企業(yè)對(duì)市場(chǎng)的響應(yīng)不夠及時(shí)和力不從心。
1.2.2信息渠道狹窄
大多數(shù)中小型模具企業(yè)信息的來源渠道很有限，僅僅依靠銷售員對(duì)某一特定行業(yè)模具零配件的需求方進(jìn)行溝通接單，了解市場(chǎng)的渠道太窄導(dǎo)致企業(yè)對(duì)市場(chǎng)的把握不準(zhǔn)確。信息化水平不夠，對(duì)行業(yè)的技術(shù)信息、工藝信息和市場(chǎng)信息的缺乏也會(huì)阻礙模具企業(yè)的發(fā)展。閉門造車，被動(dòng)接受訂單會(huì)使企業(yè)越來越缺乏應(yīng)對(duì)市場(chǎng)的活力。
1.2.3開發(fā)及制造能力不足
根據(jù)調(diào)研情況，由于中小模具零配件加工企業(yè)人員素質(zhì)、軟件及設(shè)備的欠缺，模具的開發(fā)也是一項(xiàng)耗時(shí)的工作，花費(fèi)一兩個(gè)月的時(shí)間才能開發(fā)出一款結(jié)構(gòu)普通的模具，如果是復(fù)雜模具要花費(fèi)半年甚至更長(zhǎng)的時(shí)間，所以模具企業(yè)在開發(fā)能力方面如果不依靠他方幫助而僅僅依靠自身則很難快速準(zhǔn)確的把握住市場(chǎng)機(jī)遇[5]。大部分模具企業(yè)自主研發(fā)能力不足，缺少高精尖加工設(shè)備和測(cè)量設(shè)備，企業(yè)管理能力欠缺等，在互聯(lián)網(wǎng)+思維下，在云制造的技術(shù)支持下，如何在制造過程中利用先進(jìn)制造技術(shù)，整合富余資源，減少資源重復(fù)投資，提高資源利用率，降低能源消耗，減少排放，從而實(shí)現(xiàn)資源共享和協(xié)作管理[6]，已成為我國(guó)制造業(yè)迫切需要解決的關(guān)鍵問題，也就是要探索出一種優(yōu)質(zhì)、高效，低耗的中小模具零配件加工企業(yè)發(fā)展模式。
2、云制造模式的研究及應(yīng)用現(xiàn)狀
2010年1月李伯虎等[7]第一次明確提出了云制造的概念，分析了云制造的運(yùn)營(yíng)模式，將云制造平臺(tái)架構(gòu)分為物理資源層、虛擬資源層、核心服務(wù)層、應(yīng)用接口層和應(yīng)用層，并對(duì)其關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行了相關(guān)研究。張霖等[8，9]提出了云制造系統(tǒng)的層次結(jié)構(gòu)，并將云制造與敏捷制造、網(wǎng)絡(luò)化制造和面向服務(wù)制造等幾種制造模進(jìn)行了比較，總結(jié)了云制造的特點(diǎn);尹勝等[10]等針對(duì)外協(xié)加工資源在云制造環(huán)境的集成模式進(jìn)行研究;臺(tái)德藝等[11]提出了基于階段合作的云制造實(shí)現(xiàn)模式;WANG X V等[12]分析了云制造的服務(wù)過程以及需求模型和云管理器邏輯流，提出了支持互操作的云制造系統(tǒng)架構(gòu)。楊晨等[13]提出了云仿真資源管理的應(yīng)用過程模型;李強(qiáng)、徐巖等[14，15]提出模具行業(yè)使用云制造的模式和技術(shù);但昭學(xué)等[16]針對(duì)模具云制造平臺(tái)的組織架構(gòu)和角色描述及其關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行了深入研究;李波等[17]分析了模具行業(yè)云制造平臺(tái)的資源能力以及平臺(tái)的信用評(píng)估等相關(guān)技術(shù);肖剛等[18]提出了一種面向產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟的云制造（CMIA）應(yīng)用模式。
本文通過分析模具行業(yè)的現(xiàn)狀和云制造平臺(tái)的應(yīng)用研究，依據(jù)應(yīng)用服務(wù)提供商服務(wù)模式[19]的思想，提出一個(gè)基于CMIA的模具零配件加工企業(yè)云制造協(xié)同制造模式的全局服務(wù)方案，如圖1所示。以CMIA為系統(tǒng)開發(fā)的基礎(chǔ)，減少了對(duì)制造服務(wù)粒度的分析，降低了云制造應(yīng)用系統(tǒng)開發(fā)及維護(hù)的難度;使系統(tǒng)能夠更好地滿足復(fù)雜多變的市場(chǎng)環(huán)境，從而也提高了系統(tǒng)的靈活性;能夠?qū)⒊蓡T企業(yè)加入動(dòng)態(tài)聯(lián)盟的相關(guān)服務(wù)資源信息準(zhǔn)確快速的整合成信息網(wǎng)絡(luò)，從而各成員企業(yè)之間的有效服務(wù)資源也就在網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下得到了有效集成，這樣更有利于各種資源的合理配置。云制造協(xié)同服務(wù)模式應(yīng)用系統(tǒng)采用的是策略驅(qū)動(dòng)Agent，根據(jù)不同的云服務(wù)請(qǐng)求，利用相應(yīng)的資源匹配算法分配不同的服務(wù)資源，提高資源利用率和模具企業(yè)的運(yùn)行效率，從而推動(dòng)模具企業(yè)靈活發(fā)展，提升面對(duì)市場(chǎng)的響應(yīng)活力。
3、支持協(xié)同服務(wù)的模具云制造模式
建立基于產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟的云制造的中小模具零配件加工企業(yè)協(xié)同制造服務(wù)平臺(tái)，不僅可以整合各種服務(wù)資源，還可以根據(jù)模具生命周期全過程的需要把資源信息封裝在一起，使模具資源的使用突破地域性的限制，建立模具專用服務(wù)資源數(shù)據(jù)庫(kù)。這樣可以使得不同區(qū)域的模具企業(yè)，無論規(guī)模如何，都可以借助云制造協(xié)同服務(wù)平臺(tái)來共享數(shù)據(jù)庫(kù)中的服務(wù)資源，當(dāng)有新的市場(chǎng)機(jī)遇時(shí)，及時(shí)在平臺(tái)進(jìn)行服務(wù)發(fā)布，這樣就可以最快的速度形成最具優(yōu)勢(shì)的服務(wù)資源集合體，各服務(wù)資源提供者進(jìn)行優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)，強(qiáng)強(qiáng)聯(lián)合，從而積極響應(yīng)市場(chǎng)需求，實(shí)現(xiàn)高效、優(yōu)質(zhì)、低成本服務(wù)市場(chǎng)的目的，也能給各提供服務(wù)資源的模具企業(yè)帶來收益，及促進(jìn)企業(yè)進(jìn)一步發(fā)展的效果[20]。支持協(xié)同服務(wù)的模具云制造模式除了能夠整合模具制造能力資源，提高模具制造效率，縮短模具開發(fā)周期，還可以為模具企業(yè)提供企業(yè)門戶、網(wǎng)絡(luò)化制造及電子商務(wù)等服務(wù)。與網(wǎng)絡(luò)化制造和服務(wù)技術(shù)、云計(jì)算等相互融合，完成封裝、智能化、集中管理各類制造服務(wù)資源，根據(jù)模具制造過程中及后續(xù)再制造過程中的設(shè)計(jì)活動(dòng)、生產(chǎn)活動(dòng)等過程中的需求提供安全可靠、穩(wěn)定有效的服務(wù)。系統(tǒng)中各聯(lián)盟企業(yè)可以完成服務(wù)發(fā)布、服務(wù)獲取、甚至服務(wù)監(jiān)管，既可以有共性服務(wù)的滿足，個(gè)性化的制造服務(wù)也可以在平臺(tái)中被滿足。對(duì)于模具企業(yè)而言，這種基于領(lǐng)域思想規(guī)劃和制造服務(wù)的模式，能夠提升自身的模具開發(fā)制造水平和技術(shù)水平，信息互通得以實(shí)現(xiàn)，也能及時(shí)掌握市場(chǎng)方向，對(duì)正確把握市場(chǎng)，占領(lǐng)市場(chǎng)，獲取收益有積極推動(dòng)作用，也能進(jìn)一步提升模具聯(lián)盟企業(yè)的整體技術(shù)水平[21]。
3.1模具云制造協(xié)同服務(wù)模式體系架構(gòu)
以模具加盟企業(yè)為主導(dǎo)，以云制造協(xié)同服務(wù)平臺(tái)為媒介，以數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)和網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)為系統(tǒng)支撐，以服務(wù)資源云端為基礎(chǔ)構(gòu)建成了模具云制造協(xié)同服務(wù)模式。服務(wù)資源云端即可向平臺(tái)提供優(yōu)質(zhì)的制造服務(wù)資源、現(xiàn)代化的設(shè)計(jì)服務(wù)資源、完備的分析服務(wù)資源、先進(jìn)的技術(shù)服務(wù)資源、現(xiàn)代管理服務(wù)資源和較強(qiáng)的銷售服務(wù)資源;也可以通過平臺(tái)發(fā)布服務(wù)請(qǐng)求，平臺(tái)根據(jù)客戶提交的服務(wù)請(qǐng)求，通過平臺(tái)內(nèi)招標(biāo)或智能選用在聯(lián)盟模具企業(yè)中為客戶端尋找匹配的服務(wù)資源，為服務(wù)請(qǐng)求提供及時(shí)響應(yīng)的按需服務(wù)。模具云制造協(xié)同服務(wù)模式體系架構(gòu)如圖2所示。
這種以模具聯(lián)盟企業(yè)為主導(dǎo)，把模具開發(fā)、研制、生產(chǎn)過程中所需要的所有服務(wù)資源集成為云制造的協(xié)同服務(wù)模式，首先，它與現(xiàn)在相對(duì)已經(jīng)比較成熟的網(wǎng)絡(luò)化制造不太一樣，平臺(tái)內(nèi)已聯(lián)盟的所有模具企業(yè)都可以發(fā)出服務(wù)需求，這個(gè)需求可以是經(jīng)過市場(chǎng)調(diào)研的成熟的市場(chǎng)機(jī)遇，即模具全生命周期內(nèi)的所有活動(dòng)，也可以是一些階段性活動(dòng)，比如模具設(shè)計(jì)、模具試驗(yàn)、模具制造、技術(shù)指導(dǎo)或是模具企業(yè)先進(jìn)管理理念等。不管何種服務(wù)資源需求，平臺(tái)都會(huì)利用自身知識(shí)庫(kù)和數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行智能化的檢索、匹配和推薦服務(wù)，高效、優(yōu)質(zhì)、透明的將匹配服務(wù)資源提供給發(fā)出服務(wù)請(qǐng)求者，能夠滿足整體的或階段性的服務(wù)。
此協(xié)同服務(wù)模式類似于分散資源集中使用，但是又不完全一樣，因?yàn)樗粌H把分散的服務(wù)資源信息集中了，更是明確了在執(zhí)行過程中如何把集中的服務(wù)資源分散化的思想，所以協(xié)同服務(wù)模式也就更靈活了，能夠做到哪里有需求服務(wù)，哪里就有服務(wù)資源提供，“一對(duì)多”“多對(duì)一”和“多對(duì)多”都是協(xié)同服務(wù)模式的服務(wù)形式，這就是全局服務(wù)的思想，首先對(duì)分散的服務(wù)資源進(jìn)行有效集成，再為多個(gè)服務(wù)需求提供服務(wù)資源。
3.2模具企業(yè)云制造協(xié)同服務(wù)模式全局服務(wù)思想基本原理
云制造協(xié)同服務(wù)模式強(qiáng)調(diào)把資源、能力、知識(shí)嵌入到網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中去，致力于構(gòu)建一個(gè)制造企業(yè)、客戶、中間方等可以充分溝通的公用制造環(huán)境。云制造協(xié)同模式下的用戶參與也不僅限于傳統(tǒng)的用戶需求提出和用戶評(píng)價(jià)，而是滲透到產(chǎn)品制造全生命周期的每一個(gè)環(huán)節(jié)。而且用戶的身份不是唯一的，一個(gè)用戶可以即是云制造的服務(wù)資源需求者，又是云制造的服務(wù)資源提供者或開發(fā)者，體現(xiàn)的是一種用戶參與的服務(wù)制造。
用戶描述自身的服務(wù)需求，需求也可以轉(zhuǎn)化成一些定量描述或期望輸出描述，進(jìn)行嚴(yán)謹(jǐn)?shù)男畔⑤斎?協(xié)同服務(wù)平臺(tái)會(huì)對(duì)輸入的需求信息進(jìn)行分析和推理，并梳理出滿足需求的各類服務(wù)資源集合，以及推薦平臺(tái)識(shí)別的最匹配服務(wù)資源信息組，服務(wù)需求用戶可以采用平臺(tái)推薦的匹配資源組，也可以根據(jù)自身的具體需求篩選平臺(tái)提供的服務(wù)資源集合和各維度的資源信息，自主選擇合適的服務(wù)資源并反饋給平臺(tái)，平臺(tái)進(jìn)一步的根據(jù)用戶選擇構(gòu)建資源服務(wù)組合，并適當(dāng)?shù)亟o出智能化建議，如此，推薦、選擇、反饋、組合及建議然后再推薦，如此循環(huán)進(jìn)行，迭代出滿足多方服務(wù)需求的優(yōu)化服務(wù)資源集合就出現(xiàn)了。
由于多樣化和個(gè)性化市場(chǎng)需求的推動(dòng)，各用戶對(duì)不同維度的服務(wù)資源要求的權(quán)重就不一樣，而云制造協(xié)同服務(wù)平臺(tái)中的服務(wù)資源種類又特別多，不同服務(wù)資源各參數(shù)的設(shè)置也不一樣，所以對(duì)于各服務(wù)的優(yōu)先級(jí)、匹配權(quán)重及過濾閾值[22]也都不盡相同，這也給資源組合帶來一定的難題，所以，平臺(tái)就根據(jù)不同的服務(wù)需求制定了不同的參數(shù)優(yōu)化設(shè)置，比如，若是產(chǎn)品設(shè)計(jì)類的服務(wù)需求，平臺(tái)就會(huì)推薦設(shè)計(jì)能力權(quán)重高的參數(shù)配置;若是技術(shù)需求類的服務(wù)需求，就會(huì)推薦技術(shù)先進(jìn)性權(quán)重高的參數(shù)配置;若是加工制造類的服務(wù)需求，就會(huì)推薦制造資源權(quán)重高的參數(shù)配置。當(dāng)然，用戶輸入的需求信息增多，優(yōu)化配置也會(huì)發(fā)生變化，平臺(tái)會(huì)根據(jù)服務(wù)需求及各維度資源的權(quán)重進(jìn)行詳細(xì)的數(shù)據(jù)分析，以完成對(duì)服務(wù)需求的最優(yōu)資源配置并提供給用戶。如圖3所示為云服務(wù)的資源檢索和匹配框架圖。
服務(wù)需求（N）和服務(wù)資源（Sj）的最佳匹配的輸出，需要過濾閾值來進(jìn)行界定，根據(jù)公式（1）來計(jì)算，把匹配度大于過濾閾值的服務(wù)資源輸出，并且按照大小順序排列，由平臺(tái)反饋給服務(wù)需求用戶。
式中N為服務(wù)需求，Sj為服務(wù)資源，P_M（N，Sj）為服務(wù)需求和服務(wù)資源的匹配度排序，wi為不同維度所考慮的權(quán)重，？著i為不同維度的閾值，n為根據(jù)需求服務(wù)設(shè)置的維度數(shù)量。
4、應(yīng)用分析
模具云制造協(xié)同模式使生產(chǎn)和企業(yè)組織方式更加靈活，更能適應(yīng)復(fù)雜多變的市場(chǎng)環(huán)境，特別是對(duì)中小模具企業(yè)，在設(shè)計(jì)或制造方面有欠缺的可以通過調(diào)用或租用云制造系統(tǒng)中的資源、能力、云服務(wù)來完成本企業(yè)的設(shè)計(jì)及生產(chǎn)任務(wù)，從而降低了企業(yè)的設(shè)計(jì)制造難度，為企業(yè)帶來更大收益。下面通過一個(gè)案例來探討云制造協(xié)同服務(wù)模式下，模具開發(fā)設(shè)計(jì)制造的思路及其實(shí)施技術(shù)，如圖4所示，是其協(xié)同服務(wù)模式工作過程圖。
某半導(dǎo)體公司要在現(xiàn)有產(chǎn)品的基礎(chǔ)上創(chuàng)新開發(fā)新產(chǎn)品，需要進(jìn)行相應(yīng)的模具設(shè)計(jì)與制造，通過模具云制造協(xié)同服務(wù)平臺(tái)發(fā)布用戶服務(wù)需求后，經(jīng)過匹配、選擇、優(yōu)化組合以后由以M公司為核心的服務(wù)資源小組接收服務(wù)需求，并簽署合同。再由M公司根據(jù)服務(wù)需求及小組內(nèi)的服務(wù)資源進(jìn)行任務(wù)分解和分配，在云制造協(xié)同服務(wù)平臺(tái)的引導(dǎo)下可由高校的模具技術(shù)中心和小組內(nèi)模具研發(fā)技術(shù)中心共同進(jìn)行半導(dǎo)體模具的改進(jìn)設(shè)計(jì)，并在高校實(shí)驗(yàn)室內(nèi)進(jìn)行材料成型分析及仿真分析，小組內(nèi)的模具制造企業(yè)和高校模具技術(shù)中心會(huì)接到設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)，進(jìn)行模具的工藝零件和結(jié)構(gòu)零件的協(xié)同制造。而模具所需要的標(biāo)準(zhǔn)件則由標(biāo)準(zhǔn)件供應(yīng)商提供，全部模具零件經(jīng)過嚴(yán)格的檢驗(yàn)合格后統(tǒng)一協(xié)調(diào)運(yùn)送到M公司，由M公司進(jìn)行裝配，調(diào)試并試模，全部工作完成后將模具交付給半導(dǎo)體公司，并由云制造協(xié)同服務(wù)平臺(tái)確認(rèn)合同執(zhí)行完畢。
本案例中，模具設(shè)計(jì)與分析服務(wù)資源在M公司模具中心和高校，機(jī)加設(shè)備和特種加工、高速加工制造資源在模具制造企業(yè)和高校。在模具設(shè)計(jì)、制造過程中分散的服務(wù)資源經(jīng)由云制造協(xié)同服務(wù)平臺(tái)得以集中使用，完成同一個(gè)服務(wù)需求，展現(xiàn)了平臺(tái)的“多對(duì)一”的工作模式，本平臺(tái)也可以實(shí)現(xiàn)“一對(duì)多”及“多對(duì)多”的工作模式。
結(jié)語(yǔ)
本文通過模具企業(yè)云制造協(xié)同服務(wù)平臺(tái)進(jìn)行模具的分布式異地協(xié)同設(shè)計(jì)制造，一方面可以使模具行業(yè)已有的制造資源得到充分利用，提高資源的利用率;另一方面能夠縮短模具的制造周期，加快模具開發(fā)制造進(jìn)程，帶來較大收益;第三個(gè)方面，可以增進(jìn)模具企業(yè)間的技術(shù)交流與指導(dǎo)，促進(jìn)模具制造業(yè)進(jìn)一步發(fā)展。系統(tǒng)的運(yùn)行機(jī)制還需要進(jìn)一步研究，全面啟動(dòng)商業(yè)模式還有很長(zhǎng)的路要走。
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