云制造环境下装备军民融合发展模式研究

杜人淮，　汪　琳

(1. 南京政治学院 马克思主义理论系， 江苏 南京 210003；　2. 中国电子科技集团公司 第14研究所， 江苏 南京 210039)



云制造环境下装备军民融合发展模式研究

杜人淮1，汪琳2

(1. 南京政治学院 马克思主义理论系， 江苏 南京 210003；2. 中国电子科技集团公司 第14研究所， 江苏 南京 210039)

摘要针对云制造和装备军民融合发展的特点和要求，在大数据、“互联网+”背景下，研究了云制造环境下的装备军民融合发展模式，揭示了云制造在推动装备军民融合深度发展过程中的运用前景及其重要价值，构建了装备军民融合云制造体系。从装备制造云池和平台的构建，装备总体云制造任务与分解，装备分系统、配套件等云制造，以及装备总体云制造集成等方面探讨了装备军民融合云制造系统的运营。

关键词装备；国防工业；云制造；军民融合；模式

云制造是融合云计算、物联网、信息物理融合系统等现代信息技术，面向服务的开放式、网络化、智能化制造新模式。利用云制造模式为装备提供高附加值、低成本和社会化制造服务，对推动我国装备军民融合深入发展具有广阔运用前景，有助于提高装备发展效率和效益。

1云制造及其在装备军民融合发展中的运用

1.1云制造的提出和进展

云制造是近年来在制造领域出现的一种新的先进制造模式。2009年李伯虎院士首次提出云制造理念，2010年国家科技部提出了云制造设想，国家“十二五”规划把云制造作为提升我国制造业创新能力和竞争能力的新举措，国家“863计划”专设了“云制造服务平台关键技术研究”重大研究项目。国内外许多高校和研究机构开展了相关研究，业界展开了云制造技术和平台研究与开发[1]。Siddigui等[2]探讨了运用云计算思想研究云制造模式的必要性；Wang等[3]提出了可互操作的云制造系统；Ren等[4]提出了基于虚拟化技术的高性能仿真平台下复杂产品设计方法。

云制造尚无标准定义。李伯虎院士等人认为，“云制造是一种利用网络和制造服务平台，按用户需求组织网上制造资源(制造云)，为用户提供各类按需制造服务的一种网络化制造新模式”[5]。杨海成认为，“云制造是先进的信息技术、制造技术以及新兴物联网技术等交叉融合的产品，是制造即服务理念的体现”[6]；王正成等认为，“云制造是借鉴云计算思想，把云计算提供的‘基础设施即服务’‘平台即服务’和‘软件即服务’等服务内容与模式拓展到制造领域，形成更为丰富的‘制造即服务模式’”[7]。

本文认为，云制造是基于云计算、语义Web、高性能计算机、嵌入式系统技术和互联网、物联网、视联网、无线网等多网交叉融合技术，利用网络和制造服务平台，按用户需求组织网上制造资源，为制造用户提供泛在的、便捷的、按需付费的制造服务的网络化制造模式。云制造模式具有制造资源和制造能力的虚拟化、物联化、服务化、智能化、协同化等特征，通过对社会各种制造资源与能力集中、统一管理和经营，可提高社会制造资源和制造能力利用效率，通过制造资源和能力的共享、集成、协同，可全面凝聚和提升制造能力，提高制造用户的制造效率，满足顾客个性化需求，提高加盟制造商的利润。

国内外对云制造模式的开发研究和运用已取得一定进展。 “云制造服务平台关键技术研究”，明确了攻克互联网环境下制造资源和制造能力的共享协同模式、体系架构、标准规范，开发面向复杂产品的集团企业云制造服务平台，支持产业集群协作和企业业务协作云制造服务平台等方面的关键技术问题。北京恩维协同科技有限公司展开了云管理(Enterprise Resource Planning，ERP)服务。美国Salesforce公司开发了云服务平台(Salesforce CRM、Sales Cloud)，致力于网络环境下为企业提供便捷的制造服务；欧盟第七框架启动了制造云项目(ManuCloud：Project-ID：260142)，致力在“软件即服务”支持下为用户提供可配置制造能力服务；韩国POSTECH机构研究人员开发了泛在产品生命周期支持系统，利用泛在技术获取的产品整个生命周期信息进行设计和制造[8]。

目前，国内外云制造模式的研究和开发还处在探索阶段，且局限于民用制造领域，尚未针对武器装备制造特点和规律展开相关研究与开发，本文旨在对装备军民融合云制造模式进行探索性研究。

1.2云制造的基本原理

云制造是先进信息技术、制造技术和物联网技术等交叉融合的产物，旨在为制造全生命周期提供可随时获取、按需使用、安全可靠和优质廉价的各类制造活动服务。

云制造系统主要涉及制造资源提供者、制造云运营者、制造资源使用者3个角色，各自借助网络和服务平台发生联系[9]，其原理如图1所示。

图1　云制造运行原理图

资源提供者将各自的制造资源、制造能力进行虚拟化、服务化封装，通过网络接入云制造服务平台，统一放入制造云池，使之成为资源使用者的候选资源和制造过程所需服务；资源使用者借助网络和云制造服务平台提出服务请求，并通过云制造平台提供的云制造客户端或相关工具从制造云池中获取所需的制造云服务；制造云运营者则通过云制造平台对制造云池资源进行管理，根据用户提交的任务请求，在云端化技术、云服务综合管理技术、云制造安全技术和云制造业务管理模式等的支持下，为资源使用者按需提供即时、便利、泛在、可靠、优质廉价和高效互动的制造云服务。其服务涵盖论证、设计、开发、仿真、检测、加工、制造、协同、集成、交易、物流、管理等制造全生命周期。

1.3云制造在装备军民融合发展中的应用

目前，我国装备发展仍面临较突出的军民分离问题，军、民科研生产相互分离格局尚未彻底打破，军工不同行业之间自成体系的分割局面依然存在。通过云制造将装备制造纳入国家整个制造体系，能较好解决军民分割和自成体系等问题，对推动装备军民融合深度发展具有极为重要的运用价值。

军民融合背景下，装备制造涉及众多军民关联企业。为提高装备发展效率效益，既要充分发挥各关联军工企事业单位和拥有装备科研生产准入资质“民参军”企事业单位(以下统称“军口单位”)资源优势，也要充分发挥各关联非“参军”民用企事业单位(以下统称“民口单位”)资源优势。云制造环境下，利用高性能计算机、云计算、物联网、云安全等先进信息技术，将装备制造关联军口和民口单位制造资源、计算资源、数据资源等封装成制造云。通过云制造服务平台，为装备制造相关联的军口和民口单位提供硬件支持、软件应用和数据服务等，完成多学科优化、性能分析、虚拟验证等产品研制活动，能显著提高军口和民口单位制造资源利用效率，增强装备创新设计、生产加工等能力，提升装备发展质量和水平，缩短装备制造周期和降低装备制造费用。

2装备军民融合云制造体系

云制造环境下的装备制造，就是采用虚拟化封装技术将装备制造资源进行虚拟化、服务化封装后发布到云端，通过公共服务平台对制造云池中的虚拟资源进行统一、集中管理，面向装备制造关联企业提供开放性、多对多、动态协同服务，高效、准确地匹配资源和满足用户个性化制造需求，以实现装备制造资源高度整合、共享、协同和优化配置。装备军民融合云制造体系通常包括以下3部分内容。

2.1装备云制造资源

按资源存在形式的不同，云制造资源主要可分为以下2个方面：(1) 制造资源，指以物理存在的、有形的，具有静态传输介质的资源，即狭义的制造资源；(2) 制造能力，指企业具备的无形的、动态的完成制造任务能力。装备军民融合云制造环境下的制造资源，还需具体区分为军事专用云制造资源(以下统称“军用制造资源”)和民用或军民通用云制造资源(以下统称“民用制造资源”)，如图2所示。

图2　装备云制造资源系统构成框架

云制造环境下的民用制造资源面向全社会开放，资源的提供者和使用者为全社会相关企业；军用制造资源只能局域开放，资源的提供者和使用者通常为军口单位。无论是民用制造资源，还是军用制造资源，均包括制造资源(狭义)和制造能力，其中军、民制造资源均包括硬资源、软资源。云制造环境下的军、民制造资源都需通过嵌入式云终端、物联网等技术接入各自制造云池，并为装备云制造的虚拟资源封装、云制造资源的按需调用等提供相应接口支持。

2.2装备云制造服务平台

装备云制造需依靠资源感知、接入和资源能力虚拟化、服务化技术及虚拟化云制造服务环境运行等技术，借助关联企业服务器、计算、存储、网络等设备，为关联企业按需提供开放、即时和便利的制造服务，因而离不开相关服务平台。由于装备军民融合云制造资源包括民用制造资源和军用制造资源两类，加上军用制造资源具有安全保密、执行特定军用标准和军事专用等特点，因而需要分别建立民用和军用云制造服务平台，并分别由民用和军用制造云运营者管理和运营，如图3所示。

无论是民用云制造服务平台，还是军用云制造服务平台，其功能均包括任务管理、服务管理、交易管理和平台管理等模块，各模块又分别包括不同的具体内容。充分发挥各功能模块作用，可实现军、民装备制造资源的充分利用和优化配置，可共享装备制造信息、降低交易成本和实现多方共赢。

图3　装备云制造服务平台功能结构

2.3装备云制造服务

云制造资源运营者提供的云制造服务主要通过网络和云制造服务平台来实现。装备军民融合发展背景下，军、民云制造资源运营者都需要通过各自云制造服务平台和网络系统面向关联企业按需提供各种个性化制造服务，各自提供的服务均涵盖装备制造全生命周期，如图4所示。装备制造关联企业(用户)只需通过完全开放或局域开放等相关门户网站，以及移动终端、PC终端、专用终端等各种用户界面等，就可访问和使用云制造系统各类云服务。

图4　面向全生命周期的装备云制造服务系统

3装备军民融合云制造系统的运营

云制造环境下，军方需建立面向全社会的军民融合采购平台，并借助互联网等网络系统将全社会相关军、民制造厂商纳入军民融合采购平台，同时通过互联网等网络系统把军民融合采购平台同装备制造关联企业和云制造服务平台等进行对接。这样，不仅可全面了解和详细比较全社会军、民装备制造资源和制造能力状况，而且可依托军民融合采购平台发挥市场竞争机制作用，选择最优装备制造厂商。装备军民融合云制造系统能有效集聚与优化配置装备制造资源，有效解决装备军民分离和行业分割等带来的低效问题，其运营模式如图5所示。

图5　军民融合云制造系统运营模式

3.1装备制造云池和平台的构建

装备制造云池和平台的构建，是装备军民融合云制造系统有效运营首要环节。为了有效整合装备全生态产业链，提高装备制造效率效益，需将分散的军、民制造资源分别进行虚拟封装统一放入各自制造云池，并分别通过军、民制造服务平台进行管理和运营。其中，民用云制造服务平台和制造云池既可依托现存的地方服务平台和云池，也可根据装备制造要求专门设立。军用制造资源难以同民用制造资源混合集成供整个制造行业共享，需构建专门的军用云制造服务平台，由专门的军用制造云运营者集中管理和运营，以满足军口单位的制造服务需求。

军民融合发展背景下，军口单位为军民结合型企业，其业务包括军品和民品，其制造资源包括军用资源和民用资源。这样民口、军口单位都可成为民用制造云池资源的提供者和使用者，但军用制造云池资源的提供者和使用者只能是军口单位。构建装备军、民制造云池和服务平台，可为军用、民用制造资源的充分共享和优化配置提供技术支撑。

3.2 装备总体云制造任务与分解

装备总体由不同分系统和配套件等构成，高水准装备总体系统需要高水平的分系统和配套件。随着社会分工协作水平的不断提高，装备总体承制单位难以高质量、高效益地独立完成所有分系统和配套件制造任务，因而有必要把装备总体制造任务进行分解，将部分装备分系统和配套件等交由制造资源和制造能力最强的关联企业承制。现代科技条件下，装备分系统及其配套件等并不都需采用军用标准，也并不都有安全保密要求。因而装备总体承制单位有必要将装备总体制造任务进行分解，外协给制造资源最优的军口、民口单位。

为了找到制造分系统、配套件的最优制造资源和相关企业，装备总体承制单位需借助军、民云制造服务平台，通过军、民制造云运营者提供的相应服务，搜索与分系统、配套件等相匹配的最优军、民制造资源和企业，并通过对比相关企业制造资源及科研生产资质和条件，同拥有最优制造资源的军口、民口关联单位签约和达成交易。

3.3装备分系统、配套件等云制造

为了获得最优的制造资源来生产制造分系统、配套件等，就需要通过云端随时随地按需获取相关制造资源等服务。通过云制造服务平台运营者提供的相关服务，不仅可为装备分系统、配套件等制造单位订购或租用最优实验、加工、试验等设备、设施、器材、物料等外部资源，帮助其提高设计能力、制造能力，降低成本，而且可把分系统、配套件中的部分零部件制造任务进一步外协给设计、实验、加工等能力较强的相关单位。

需要强调的是，对于承担分系统、配套件等制造任务的军口单位来讲，虽然其生产的分系统、配套件等需要采用专门的军用标准或有特殊的安全保密要求，但生产这些产品所需的制造资源并不都是军事专用的，其分系统和配套件中的具体构件也并不都是军事专用的。为了提高分系统、配套件等生产效率和效益，有的可由军用云制造服务平台为其提供特殊的军用云制造服务，有的则可由民用云制造服务平台为其提供民用云制造服务。

3.4装备总体云制造集成

装备总体由不同分系统和配套件等构成，该系统的任何一个构成要素和装配环节都将不同程度影响装备综合效能[10]。通过装备系统军民融合云制造任务的分解，虽可充分发挥军、民制造资源优势，最大限度获得最优分系统、配套件，但要使装备总体达到系统最优和效能最佳，还有赖于云制造环境下装备总体的优化集成。

装备总体的优化集成，离不开总体集成所需的高质量和高水平设备、设施、软件等制造资源。为了实现装备总体优化集成，确保装备总体达到系统最优和效能最佳，就需要获取装备总体集成所需的最优设备、设施、软件等资源。借助军、民云制造服务平台和相关云制造服务，有助于装备总体集成商获取装备总体集成所需的最优设备、设施、软件等资源，为装备总体优化集成提供必要的技术条件和手段。另外，装备总体集成商通常还独立承担部分分系统、配套件等制造任务，为了制造出最优分系统、配套件等，也需要通过相关云制造服务为其提供生产分系统、配套件等所需的最优设备、设施、软件等资源。

4结 束 语

云制造是云计算技术、物联网技术等现代信息技术在制造领域的发展与应用，是提升我国制造业创新能力和竞争力的先进制造模式，是推动我国装备生产制造转型发展的重要趋势，也是加快推动装备军民融合深度发展的内在要求，在推动我国装备军民融合深度发展方面前景广阔。研究云制造环境下的装备军民融合模式，有助于推动未来装备军民融合发展的具体实施，对提升装备发展效率和效益有一定的启发与借鉴意义。

参考文献(References)

[1]李伯虎，张霖，任磊，等．云制造典型特征、关键技术与应用[J]．计算机集成制造系统，2012， 28(7)：345-1356．

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[3]WANG X V, XU X W. An interoperable solution for cloud manufacturing[J].Robotics and Computer Integrated Manufacturing,2013(294):45-52.

[4]REN L,ZHANG L,TAO F,et al.A methodology towards virtualization -based high performance simulation platform supporting multidisciplinary design of complex products [J].Enterprise Information Systems,2012(63):78-96.

[5]李伯虎，张霖，王时龙，等．云制造：面向服务的网络化制造新模式[J]．计算机集成制造系统，2010，16(1)：1-16．

[6]杨海成．云制造是一种制造服务[J]．中国制造业信息化，2010，39(6)：22-23．

[7]王正成，黄洋．面向服务链构建的云制造资源集成共享技术研究[J]．中国机械工程，2012，23(11)：1324-1331．

[8]SUH S H,SHIN S J,YOON J S,et al.UbiDM:a new paradigm for product design and manufacturing via ubiquitous computing technology[J].International Journal of Computer Integrated Manufacturing,2008,21(5):540-549.

[9]李伯虎，张霖，柴旭东．云制造概论[J]．中兴通讯技术，2010，16(4)：5-8．

[10]杜人淮．基于模块化组织的装备军民融合式发展研究[J]．装备学院学报，2013，24(2)：12-16．

(编辑：田丽韫)

Equipment Development Mode of Civil-military Integration in the Cloud Manufacturing Environment

DU Renhuai1, WANG Lin2

(1. Marxist Theory Department, Nanjing Institute of Politics， Nanjing Jiangsu 210003, China;2. The 14th Research Institute, CETC, Nanjing Jiangsu 210039, China)

AbstractAiming at the features and requirements of cloud manufacturing and civil-military integration (CMI) equipment development, with the background of big data and “internet +”, the paper studies the equipment development mode of CMI in cloud manufacturing environment, reveals the perspectives and value of cloud manufacturing in facilitating the in-depth development of CMI equipment development, structures a system of CMI equipment development. Then the paper discusses the operation of this system in the respects like construction of clouds and platforms, tasks and decomposition of overall equipment clouds and cloud manufacturing for equipment sub-system, auxiliary parts and other parts as well as the integration of overall cloud manufacturing of equipment.

Keywordsequipment； national defense industry； cloud manufacturing； civil-military integration (CMI)； mode

文献标志码A DOI10.3783/j.issn.2095-3828.2016.02.002

文章编号2095-3828(2016)02-0007-06

中图分类号E257

作者简介杜人淮(1964-)，男，教授，博士生导师，主要研究方向为国防经济理论与实践。rhdu96@126.com

基金项目国家社科基金资助项目(12BJY077)

收稿日期2015-05-11