2.1 集團(tuán)企業(yè)對(duì)云制造模式的需求

2.1.1 資源高效配置的需求

大型集團(tuán)企業(yè)的產(chǎn)品研制具有參與單位多且地域分布廣、學(xué)科專業(yè)多且交互頻繁、研制任務(wù)多且研制周期短等特點(diǎn)，產(chǎn)品研制過(guò)程中的高效配置制造資源、共享研制知識(shí)、增強(qiáng)管控能力、降低信息化成本等特點(diǎn)和要求均向云制造模式提出了迫切需求^[1-2]。如中國(guó)航天科工集團(tuán)第二研究院、中國(guó)北車股份有限公司等大型集團(tuán)企業(yè)均構(gòu)建了面向復(fù)雜產(chǎn)品的集團(tuán)企業(yè)云制造服務(wù)平臺(tái)，為制造全生命周期的各階段提供服務(wù)^[3-4]。

大型集團(tuán)企業(yè)產(chǎn)品研制過(guò)程錯(cuò)綜復(fù)雜，如圖2-1所示，涉及多個(gè)技術(shù)領(lǐng)域和部門，其產(chǎn)品研發(fā)的設(shè)計(jì)、分析、仿真、測(cè)試等高性能計(jì)算軟硬件設(shè)備分散在不同單位，利用率低；設(shè)計(jì)手冊(cè)、經(jīng)驗(yàn)參數(shù)、仿真模型等為集團(tuán)公司的各個(gè)研究院所用，設(shè)計(jì)協(xié)作困難；生產(chǎn)加工的工藝裝備、手冊(cè)、經(jīng)驗(yàn)規(guī)范分布在各個(gè)生產(chǎn)車間，信息難以共享；分析測(cè)試軟件、測(cè)試數(shù)據(jù)和經(jīng)驗(yàn)知識(shí)把控在不同測(cè)試小組內(nèi)，測(cè)試經(jīng)驗(yàn)交互困難；產(chǎn)品知識(shí)、客戶情報(bào)、維護(hù)知識(shí)掌握在主要營(yíng)銷和維護(hù)人員手中，無(wú)法實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品全生命周期不同階段的共享；集團(tuán)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)、分析預(yù)測(cè)數(shù)據(jù)屏蔽在集團(tuán)公司高層管理人員手中，集團(tuán)集中管控困難。因此迫切需要采用云制造模式將分散在集團(tuán)企業(yè)各單位的制造資源進(jìn)行集中管理和按需調(diào)配，以滿足集團(tuán)企業(yè)大規(guī)模研制工程的高效開展，提高資源利用率。

2.1.2 集團(tuán)管控能力增強(qiáng)的需求

大型集團(tuán)企業(yè)業(yè)務(wù)運(yùn)營(yíng)模式復(fù)雜，各個(gè)成員企業(yè)需要根據(jù)集團(tuán)公司總的運(yùn)營(yíng)情況做出個(gè)性化經(jīng)營(yíng)決策。目前大多數(shù)集團(tuán)企業(yè)下屬企業(yè)或部門采用較為粗放的層級(jí)管理，在資源的協(xié)調(diào)分配中部分信息失真，并且隨著集團(tuán)企業(yè)規(guī)模不斷擴(kuò)大，需要管理和協(xié)調(diào)的事務(wù)越來(lái)越多，需要有效管控和配置的資源越來(lái)越復(fù)雜，導(dǎo)致在投資決策和實(shí)施監(jiān)控上，集團(tuán)企業(yè)戰(zhàn)略集中管控能力不強(qiáng)。因此，大型集團(tuán)企業(yè)要通過(guò)企業(yè)的運(yùn)行載體檢驗(yàn)企業(yè)的管控能力，如圖2-2 所示，大型集團(tuán)企業(yè)管控能力一般體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：一是對(duì)集團(tuán)本部的戰(zhàn)略規(guī)劃管控，即企業(yè)集團(tuán)總部署；二是要實(shí)現(xiàn)經(jīng)營(yíng)計(jì)劃管控，即整個(gè)企業(yè)內(nèi)部的組織計(jì)劃；三是資源管控，包括人力資源、財(cái)務(wù)、資產(chǎn)、信息，這是企業(yè)集團(tuán)必須注重和加強(qiáng)的管控形式；四是對(duì)業(yè)務(wù)的管控，對(duì)制造業(yè)來(lái)講，首先要對(duì)產(chǎn)品的研發(fā)和設(shè)計(jì)進(jìn)行有效管控。因此，集團(tuán)企業(yè)涉及戰(zhàn)略規(guī)劃管控、經(jīng)營(yíng)計(jì)劃管控、資源管控和業(yè)務(wù)管控，還涉及對(duì)所屬企業(yè)全面綜合的協(xié)調(diào)，需要在綜合考慮集團(tuán)企業(yè)商業(yè)模式、管控模式和制造模式基礎(chǔ)上，進(jìn)一步加強(qiáng)在集團(tuán)管控一體化、部門功能柔性化組合、企業(yè)模式快速調(diào)整、產(chǎn)品供應(yīng)鏈延伸、企業(yè)活動(dòng)透明且可控制、資源有效利用等方面的管控能力^[5-6]。

未來(lái)的集團(tuán)管控將向著制造資源按需共享，管控形式向高新技術(shù)邁進(jìn)的方向發(fā)展。實(shí)際上，在云制造的服務(wù)環(huán)境中通過(guò)建立統(tǒng)一、高效的數(shù)據(jù)處理中心、軟件服務(wù)中心、資源調(diào)度中心進(jìn)行資源配置和管理是改變我國(guó)制造企業(yè)發(fā)展困局的有效措施，也是實(shí)現(xiàn)各種已知資源、未知資源、廣域資源在更大范圍內(nèi)的資源優(yōu)化配置和按需管控的有效途徑。

2.1.3 集團(tuán)制造裝備集成能力實(shí)現(xiàn)的需求

集團(tuán)企業(yè)智能化制造裝備是在融合現(xiàn)代傳感技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、自動(dòng)化技術(shù)、擬人化智能技術(shù)的基礎(chǔ)上，通過(guò)感知、人機(jī)交互、決策和執(zhí)行技術(shù)，實(shí)現(xiàn)制造過(guò)程高度自動(dòng)化的裝備。自動(dòng)化、智能化制造技術(shù)已在大型裝備制造集團(tuán)企業(yè)取得一定進(jìn)步，但仍有提升空間。如圖2-3所示，大型裝備制造企業(yè)已經(jīng)在對(duì)數(shù)字化制造工藝方面進(jìn)行研究，但尚未形成智能標(biāo)準(zhǔn)體系；在生產(chǎn)管理方面進(jìn)行了有益的嘗試和實(shí)踐，但尚未與其他數(shù)據(jù)庫(kù)集成實(shí)現(xiàn)智能管理；在產(chǎn)品檢測(cè)方面進(jìn)行了局部應(yīng)用，但尚未實(shí)現(xiàn)在線智能檢測(cè)系統(tǒng)應(yīng)用；裝配生產(chǎn)實(shí)際系統(tǒng)集成應(yīng)用水平較低。因此，需要通過(guò)云制造模式完成對(duì)現(xiàn)有生產(chǎn)資源的合理規(guī)劃和整合，將精益化管理模式融入智能的物流輸送與信息管理系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)大型裝備制造企業(yè)低成本、高質(zhì)量和快速響應(yīng)制造，以及產(chǎn)品自動(dòng)化、智能化、信息化、規(guī)范化的生產(chǎn)目標(biāo)，降低與國(guó)外先進(jìn)技術(shù)水平的差距，大幅提高集團(tuán)企業(yè)生產(chǎn)設(shè)備的智能化及生產(chǎn)管理的信息化。

2.1.4 網(wǎng)絡(luò)化協(xié)同制造執(zhí)行能力提升的需求

制造企業(yè)正向著信息化、服務(wù)化和社會(huì)化的方向發(fā)展，企業(yè)與各類資源的云端互聯(lián)、個(gè)性化生產(chǎn)、制造服務(wù)化正成為激發(fā)制造業(yè)活力和價(jià)值增值的催化劑，制造企業(yè)之間已從傳統(tǒng)的商務(wù)、零部件級(jí)的協(xié)作逐漸深入到工藝流程級(jí)的制造過(guò)程協(xié)作，這種基于工藝流程、面向制造過(guò)程的協(xié)作，客觀上要求協(xié)作企業(yè)間實(shí)現(xiàn)制造過(guò)程各環(huán)節(jié)的協(xié)同，以及各種制造資源的共享與集成。物聯(lián)網(wǎng)與云計(jì)算技術(shù)解決了產(chǎn)品全生命周期過(guò)程的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)采集、云存儲(chǔ)、數(shù)據(jù)處理和安全共享等問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)了生產(chǎn)過(guò)程實(shí)時(shí)控制；網(wǎng)絡(luò)化環(huán)境下的服務(wù)計(jì)算技術(shù)促進(jìn)了服務(wù)化制造模式的社區(qū)化組織、配置和運(yùn)行管控新方法的實(shí)現(xiàn)；大數(shù)據(jù)分析技術(shù)為用戶行為分析、市場(chǎng)動(dòng)態(tài)分析等提供了手段，據(jù)此可實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)生產(chǎn)決策和預(yù)測(cè)性制造，并通過(guò)充分利用分散在同一企業(yè)的不同部門或不同單位之間可利用的具有競(jìng)爭(zhēng)力的制造資源，實(shí)現(xiàn)制造資源的快速重組和優(yōu)化配置。如圖2-4所示，在云制造模式下，集團(tuán)企業(yè)需要制定制造服務(wù)標(biāo)準(zhǔn)、運(yùn)行邏輯，完成制造服務(wù)資源的組織與配置、服務(wù)過(guò)程的跟蹤與質(zhì)量管控、制造服務(wù)的分析與改進(jìn)，融合物聯(lián)網(wǎng)、知識(shí)網(wǎng)與制造技術(shù)，構(gòu)建虛擬化制造資源和制造能力池，將人、機(jī)、物抽象成一個(gè)個(gè)服務(wù)節(jié)點(diǎn)，以服務(wù)方式統(tǒng)一于云池中，為大型集團(tuán)企業(yè)提供各種核心服務(wù)，并通過(guò)信息與知識(shí)共享的集群效應(yīng)實(shí)現(xiàn)群體競(jìng)爭(zhēng)力的提升。

2.1.5 產(chǎn)品研制整體效率提升的需求

集團(tuán)企業(yè)產(chǎn)品研制涉及配套單位多且地域分布廣、協(xié)同交互頻繁且關(guān)系復(fù)雜，擁有包括信息化基礎(chǔ)資源、數(shù)字化生產(chǎn)線、設(shè)計(jì)分析平臺(tái)、制造試驗(yàn)?zāi)芰Φ蓉S富的制造軟硬件的資源和能力。然而目前大部分集團(tuán)企業(yè)的制造資源和制造能力分散和封閉在不同的子公司和產(chǎn)品項(xiàng)目組中，研發(fā)協(xié)同工作仍是靠傳統(tǒng)的調(diào)度會(huì)、紙質(zhì)或離線數(shù)據(jù)包的傳遞開展，制造資源和制造能力難以按需組合和靈活協(xié)作，導(dǎo)致產(chǎn)品研制協(xié)同交互周期長(zhǎng)、交互成本高，制造資源和制造能力難以形成時(shí)間同步，研發(fā)數(shù)據(jù)無(wú)法進(jìn)行并發(fā)互操作。按需、動(dòng)態(tài)、高效地組織多專業(yè)和多階段制造資源和制造能力成為集團(tuán)企業(yè)產(chǎn)品研制亟待解決的技術(shù)問(wèn)題^[7-9]。

如圖2-5所示，云制造系統(tǒng)主要通過(guò)整合制造資源、按需推送產(chǎn)品研制知識(shí)實(shí)現(xiàn)制造全生命周期的研制業(yè)務(wù)協(xié)作，解決集團(tuán)企業(yè)龐大的制造資源和制造能力的低效率運(yùn)轉(zhuǎn)、協(xié)同和共享問(wèn)題。