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从云计算到云制造

摘要：云计算正在改变整个行业和企业做生意的方式，互联网上的服务由动态可扩展和虚拟化资源提供，这种模式为企业创造了一个全新的机会。在本文中，简要讨论了关于云计算的一些基本特征。云计算正在成为制造业的主要推动因素之一。它可以转变传统制造业的商业模式，帮助其将产品创新与业务战略保持一致，并创建鼓励有效协作的智能工厂网络。制造业采用两种类型的云计算：直接采用云计算技术和云制造 - 云计算的制造版本。云计算一直是制造业的关键领域，例如IT，即付即用型商业模式，生产按需扩大和缩小以及部署灵活性分布式资源被封装到云服务中，并以集中的方式进行管理。客户可以根据自己的需求使用云服务。云用户可以请求从产品设计，制造，测试，管理和所有其他阶段的产品生命周期。

1引言

合作，物联网和云已被确定为重塑全球企业的关键业务技术趋势。制造业正在经历由IT和相关智能技术而带来的重大转型。云计算便是这样的技术之一。云计算的主要推动力是在分布式环境中提供具有高可靠性，可扩展性和可用性的按需计算服务。国家标准研究所和NIST将云计算定义为“用于实现无处不在，方便，按需的网络访问共享池，提供和发布可配置计算资源（例如，网络，服务器，存储，应用程序和服务），具有管理工作量服务提供者交互的模型”。

在云计算中，一切都被视为服务（即XaaS）。SaaS（软件即服务），PaaS（平台即服务）服务）和IaaS（基础设施即服务）。这些服务定义云计算的分层系统结构（图1）。 在基础设施层，处理，存储，网络等基础计算资源被定义为网络上的标准化服务。云提供商的客户端可以部署和运行操作系统和软件的底层基础设施。中间层，即PaaS，为开发，测试，部署，托管和维护集成开发环境中的应用程序提供抽象和服务。应用层提供了一套完整的SaaS应用程序集。顶层的用户界面层可以实现与所有底层XaaS层的无缝交互。

有时候，云计算被视为一个多学科的研究领域，这是由于诸如互联网传送，“付费即用/使用”效用计算，弹性，虚拟化，分布式计算等几种计算趋势的演进和融合。事实上，云计算可以被认为是网格计算面向业务的演进。实施云计算意味着业务和IT基础设施的范式转变，其中计算能力，数据存储和服务外包给第三方，并作为商品提供给企业和客户。

越来越多的企业正在利用云计算，其中之一是NEC。其面向云的服务平台解决方案在转变企业系统方面发挥重要作用，有助于降低成本，灵活部署服务，扩大灵活性和提高生产力。云计算也被用于其他商业和科学扇区。例如在线商务，会议发起和生物医学信息共享。制造企业拥有云计算和“借用”云计算概念以产生“云制造”（即云计算的制造版本）也是有理由的。这种横向思维被认为是符合逻辑和自然的，因为新千年的制造业企业越来越依赖IT，全球化，分布式和敏捷要求。

在本页的第一半，云计算系统的基本要求只是简要讨论。这些考虑对于软件架构师和开发人员来设计基于云的应用程序是有用的。下面将介绍本文的主要焦点，即云制造，这是本文的后半部分。本文的其余部分安排如下：第2节描述云计算系统的关键要求。第3节讨论制造业务背景下的云计算。特别是，第3.1节讨论了云计算在制造业中的应用，第3.2节介绍云计算云制造的“制造版”。第4节总结了本文。

2云计算系统

本节提供了云计算一般架构要求的简化版本，如下所示。Rimal等人对云提供商，使用云的企业和云用户进行了架构要求分类。

2.1供应商要求

从服务提供商的角度来看，高效的服务架构以支持基础设施和服务命令提供虚拟化和动态服务。本节解释了提供商服务交付模型的要求和其他关键要求。

2.1.1服务交付模型

软件即服务，平台即服务和基础设施即服务是三种常见类型的服务交付模型。这些服务通常通过行业标准提供接口，如Web服务，面向服务的架构（SOA）或RE表示状态转移（REST）服务。

软件即服务有时称为应用程序作为服务（AaaS）。它提供了一个多租户平台公共资源和单个实例的目标代码。一个应用程序和底层数据库用于同时支持多个客户。为此，SaaS也称为应用程序服务提供程序（ASP）模型。关键提供商的示例是Salesforce客户关系管理（CRM）系统，NetSuite和Google办公应用有效地整合应用的水平，重要性，可扩展性，性能，租赁，可配置性和容错性。

平台即服务，顾名思义为开发人员提供了一个平台，包括所有系统和环境。包括开发，测试，部署和托管一个基于云平台提供服务的复杂Web应用程序的生命周期。 PaaS通常包括Facebook F8，Salesforge App Exchange，Google App Engine，Bunzee连接和Amazon EC2。PaaS可能会提供一些随时可用的服务，这意味着PaaS可以在同一平台上支持多个应用程序。基础设施即服务有时被称为硬件服务（HaaS）。IaaS促进了基于使用的支付计划，这意味着客户仅在使用时付款。 这项服务是对企业用户非常有用，因为它消除了建立和管理自己的IT系统的投资需要。另一方面，能够访问或使用最新技术。 按需，自我维持或自愈，多租户，客户隔离是IaaS的关键要求。GoGrid，Mosso / Rackspace，MSP On-Demand和masterIT是IaaS的一些先驱提供商。

2.1.2其他基本要求

其他基本要求是以服务为中心的问题，服务质量，互操作性，容错，负载平衡和虚拟化管理。

（1）以服务为中心的问题

云架构需要具有统一的以服务为中心的方法。云服务应该有适应动态变化能力。服务需要自我描述，以便通知客户端知晓如何调用和返回数据。

（2）服务质量（QoS）

像许多服务一样，QoS保证了性能，可用性，安全性，可靠性。QoS要求与服务提供商和最终用户相关联。服务水平协议（SLA）用于确保服务提供商之间的QoS。QoS可能需要对资源，存储，网络，虚拟机，服务迁移和容错等进行系统监控。在云服务提供商的背景下，QoS应强调虚拟化和监控工具的性能。

（3）互操作性

互操作性是提供商间基于，工作/本体，开放数据格式或开放协议/ API实现应用程序和数据的轻松迁移和集成不同云服务而创建的商定框架。对服务提供商和企业来说,这是一个必不可少的要求。具有互操作性的服务应允许云之间移植应用程序，或使用多个云基础设施业务的应用程序可从云交付。

（4）容错

容错表示系统在其一些组件发生故障的情况下继续操作的能力。特定于应用程序，自我修复和自我诊断机制。例如：为云提供商启用工具检测故障。一旦检测到，故障进入被隔离和修订模式。

（5）负载平衡

负载平衡代表云实体内的工作负载（例如服务器，驱动器，网络和IT资源）自调节机制。 通常使用负载平衡以实现服务组件所在的故障转移并且当一个变得不响应时，负载均衡器停止发送流量，取消供应并提供新的服务组件。 负载均衡器是构建动态和稳定云的另一个关键要求组件。

（6）虚拟化

虚拟化指的是逻辑资源的抽象。其潜在的物理特性是为了改善灵活性，提高灵活性和降低成本。虚拟化在云服务中可能涉及服务器，客户端/桌面/应用程序，存储（例如，存储区域网络），网络和服务/应用程序基础设施。虚拟化的质量决定了云基础设施的健壮性。良好的虚拟化可以有效地协助云设施的共享，管理复杂系统和数据。

2.2 企业要求

有关服务企业被不断提醒。如服务质量，服务水平，隐私问题，合规性，数据所有权和数据移动性。本节介绍了企业的一些云部署要求。

2.2.1企业的云部署

云部署模式有四种：公共，私有，社区和混合云。 这些云服务作为单一访问点无处不在。 不同类型的部署模式适合不同的情况。 公共云实现了在多租户环境中共享由场外，第三方服务提供商提供的服务和基础设施的关键概念。私有云需要在单一租户环境中共享，由组织或其指定的服务提供商提供的服务和基础设施。 企业的关键任务和核心业务应用程序通常保存在私有云中。社区云由几个组织共享，并得到一个具有共同兴趣和关注的特定社区的支持。混合云由多个内部（私有）或外部（公共）云构成。确定如何在私有云和公有云中分配应用程序的复杂性可能具有挑战性。显然，企业需要战略性地利用所有四种云部署模式。

2.2.2 安全

将数据委托给远程服务器“在云中”的外部实体管理的信息系统的概念导致不同程度的焦虑。这是因为企业信息通常包含客户，消费者和员工的数据，业务知识和知识产权。波波维奇和霍肯斯基详细讨论了安全问题和挑战。上述讨论的服务模式（即SaaS，PaaS和IasS）在云环境中提供了不同级别的安全性要求。 IaaS是所有云服务的基础，PaaS建立在其上，而SaaS又建立在PaaS之上。正如能力继承一样，信息安全问题和风险也是如此。

2.2.3业务流程管理（BPM）

通常，业务流程管理系统在业务流程，用户，组织和领域之间提供业务结构，安全性和一致的规则。BPM应用的一些例子包括客户关系管理（CRM），员工绩效管理（WPM），企业资源计划（ERP）和电子商务门户。基于云的BPM（例如将SaaS与BPM应用程序相结合）增强了复杂企业应用程序的灵活性，部署能力和可负担性。

2.3用户要求

用户的要求是企业中愿意和成功采用任何云系统的第三个关键因素。 对于用户来说，信任往往是一个主要的问题。因此，基于信任的云是必不可少的必备功能。本节介绍基于用户消费的计费和计费要求，用户中心隐私要求，服务级别协议和用户体验要求。

2.3.1基于用户消费的计费和计量

在云系统中，针对个人最终用户和基于消费的计费和计费要求，可以以消耗量测量和消耗单位为基础，计算水、气或电力的消耗量来绘制类比。成本管理对于制定规划和控制决策很重要。成本细目分析，追踪利用活动，适应成本管理，消费透明度和账单也是重要考虑因素。

2.3.2以用户为中心的隐私

在云计算中，一些用户的数据（被认为是他/她的个人知识产权）存储在位于网络空间的兆数据中心。在这样的环境下，隐私成为一个主要问题。企业在云端存储任何敏感数据的企业存在强烈的抵制和不情愿。幸运的是，有各种技术可以增强云中的数据完整性，保密性和安全性，例如 在存储级别的数据压缩和加密，虚拟LAN和网络中间盒（例如，防火墙和数据包过滤器）。

2.3.3服务级别协议（SLA）

服务级别协议是供应商和用户之间的相互合同，用于保证云提供商提供所商定的服务。目前，许多云提供商提供SLA，但对于停电的用户补偿来说，它们相当薄弱。一些重要的架构问题是提供服务的测量，监控性能的方法以及SLA随时间的修改。

2.3.4用户体验（UX）

UX的概念是提供对最终用户的需求和行为的洞察，以便最大限度地提高应用程序的可用性，可取性和生产力。UX驱动的设计和部署是云计算演进的下一个合乎逻辑的步骤。基于云的应用/系统应该易于使用，能够提供更快速可靠的服务，易于扩展和可定制，以达到本地化和标准化的目标。人机交互，人体工程学和可用性工程是可用于设计基于UX的云应用程序的一些关键技术。

3云计算的制造背景

近年来，“哪有设计，哪就有制造业（DAMA）”的理念已经出现。 DAMA方法需要跨多个站点交换设计和制造数据的能力。DAMA还有助于建立制造资源规划，企业资源规划，工程资源规划和客户关系管理之间的联系。相信云计算可能在实现DAMA中发挥关键作用。一般来说，制造业有两种采用云计算的方式，直接采用一些云计算技术和云制造-云计算的制造版本。

3.1云计算智能制造

云计算正在迅速从早期采用者转移到主流组织。在战略业务考虑方面，它已经成为许多CIO的首要任务之一。一些制造业从今天开始获得云采用的好处，通过新的敏捷，可扩展和有效的业务实践进入智能制造时代，取代了传统的制造业务模式。

在制造业的云计算方面，关键领域是云计算可以轻松支持的IT和新业务模式，例如即付即用，按需增加和减少的便利性，以及灵活配置和定制解决方案。 通常采用BPM应用程序，如HR，CRM和ERP功能，Salesforce和Model Metrics是两个受欢迎的PaaS提供商（参见第2.2.3节）。

在典型制造企业中采用云的成本效益可以是多重的。从消除传统信息技术必不可少的一些功能中获得的节省可能是显着的。使用基于云的解决方案，公司在IT流程层面需要的一些应用程序定制和调整可能会被公司的IT部门以及一些智能云计算技术所处理。当启动执行流程的不同方法时，IT人员可以在更短的时间内无缝地进行更改。Elkay制造公司是不锈钢水槽，水冷却器和厨柜的世界领先企业，是云计算技术成功应用和受益的制造公司之一。

在支持智能业务流程方面，云计算可以有效地为企业之间的商业交易（例如制造商和批发商之间）或批发商和零售商之间的商业交易提供解决方案。基于云的解决方案可实现更好的集成和更有效的流程。

云计算也可用于通过将传统流程转移到云来提高制造业的许多其他方面来提高运营效率。例如，云计算可以帮助开发客户登机过程的应用程序，这比公司登船客户的传统流程更有效。公司对车载客户的程序可能涉及到销售人员访问潜在客户，客户填写表格，公司信用检查等。基于云的客户登机过程可以通过云资源自动执行所有这些。

根据麦肯锡，使用云技术进行规模协调是一个新兴的业务趋势。采用云技术，企业协作可以在更广泛的范围内发生。在组织内部，需求规划和供应链组织可以与云计算系统结合在一起，使组织的不同部门能够窥探其销售团队的工作机会。在一个更传统的环境中，这将会涉及到几次座谈会，几次面对面讨论或电话交谈。在这种情况下，云提供了一个协作环境，可以通过更有效的协作来提高人们的敏捷性，更高的透明度和增强能力。

通常，制造企业的一些部分可以快速轻松地采用基于云的解决方案，而其他领域则更好地保持传统。因

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