2.3
分布式协同制造的模式

2.3.1
云制造

云制造被称为全球制造环境中一种新颖而有效的商业模式，其源于云计算、分布式制造、网格制造、面向服务的架构、物联网等概念。云制造通过汇聚分布式制造资源，形成一个共享和协作的制造资源库，将其转化为制造服务，并以集中的方式进行管理，这种集中管理可以同时处理多项任务，而集中管理的关键在于调度任务以实现最佳的系统性能。

云制造作为一种面向服务、高效低耗和基于知识的网络化、敏捷化制造新模式和技术手段，可以有效促进制造业敏捷化、服务化、绿色化和智能化发展。云制造支持用户在有互联网的地方使用上网终端随时获取应用服务，由于云制造平台支持各种容错技术，即使有单点物理故障发生，制造应用也能在用户完全不知情的情况下，转移到其他物理资源上继续运行，因此云制造的适用性比传统的制造模式更高。

图2.10展示了云制造与云计算服务的关系。可以看出，云制造是在云计算提供的基础设施即服务（IaaS）、平台即服务（PaaS）和软件即服务（SaaS）基础上的延伸和发展，其丰富和拓展了云计算的资源共享内容、服务模式和技术。因此总体来讲，云计算所提供的服务包括在云制造所能提供服务的范围之内。云计算共享的资源类型主要为计算资源，云制造共享的资源类型除计算资源外，还包括其他特定的制造资源和制造能力。其中包括硬制造资源，如机床、加工中心、计算设备、仿真设备等各种制造设备；还包括一些软制造资源，如生产模型、数据、软件等。

参与云制造的分布式工厂在接入制造资源后可以获得巨大的竞争优势，具体优势如下：①成本更低：IT基础设施由于技术本身，以及与设施和维护相关的资源、能源、技术人员等方面的投入，耗资巨大，更不用说工作中断和停止带来的一系列问题，而云端作业由于不需要IT基础设施，因此大大减少了硬件和软件成本；②灵活性更高：如果用户需求下降，那么企业就降低对云生产的需求，可根据生产需求而变化，减少不必要的费用支出；③一致性高：只要有网络连接，企业可以在任何地方接入云制造网络；④利于合作：无论企业员工、供应商或用户，都可以从云平台上轻松获取自己想要的制造数据，可以随时随地与各方参与者沟通合作，使生产更加灵活高效。

2.3.2
社会化制造

网络技术、物联技术、CPS技术的进步，使人类生活在一个数据驱动、信息互联的环境中。社会化制造被定义为一种基于互联网和以服务为导向的先进制造模式，涵盖产品生命周期的各个阶段。这种模式能够充分利用外包和众包的机制，完善订单驱动的系统运行逻辑并提供定制化产品服务。同时，社会化制造将社会化制造资源组织在社区中，并进一步在社会化制造网络中进行广播。与云制造相同的是，社会化制造也是一种以服务为导向的模式。服务被定义为以串行或并行连接形式运行的一系列活动，这些活动由服务提供者启动，他们根据服务要求创建服务内容，并将这些内容交付给服务接收者，后者提出服务要求，接收服务内容并在需要时通过服务媒介向服务提供者发送反馈信息。图2.11展示了服务的工作流程。

社会化制造作为一种社群经济的制造模式，其第一个特点是支持离散社会化制造及服务资源通过社会网络媒介实现信息、物理和社交的互联，并通过自组织机制形成各类社群。社群可以看作复杂、动态的自治系统，围绕着个性化产品的生产，社群之间和社群成员之间依托生产性服务和产品服务等建立交互关系，并在产品全生命周期进行动态协同。互联、协同与交互具有分散化、动态性、实时性等特性，为主动的生产决策和市场预测提供支持。社会化制造的第二个特点是社会化制造资源具有自我组织的能力。一般而言，无论是社会化制造资源还是从大型制造企业分解出来的小微制造企业，都会根据其承担工作任务的角色和专业能力，整合到不同的供应链中。在社会化制造模式的背景下，实现这种整合的方法取决于上述社会化制造资源之间基于互联网的商业连接和交流行为。社会化制造的第三个特点是具有在一个制造社区内或在不同的制造社区之间共享社会化制造资源的能力。这样做的目的是尽可能规避商业风险，并在“双赢”模式下获得商业利益。社会化制造的第四个特点是大数据驱动的决策和性能优化。在社会化制造模式的背景下，物联网和扩展CPS的使用，加上商业中基于互联网的连接和沟通行为，将产生大量的数据集，这些数据集通常表现为视频、图像、信号、文本和数字数据，使用这些数据集进行决策和性能优化是一个非常重要的任务。社会化制造模式的第五个特点是制造资源的微观化和最小化。一个大的制造企业在进行有关其产品线、人力、资本、资源等方面的决策时，往往有一个固化的组织结构，这个问题在几十年前就已经存在了，早期的解决方案之一是依靠独立财务检查的“阿米巴模式”。制造资源的微观化和最小化将创造出新的、相对独立的微型和小型制造企业，它们在商业中的联系和沟通行为不仅发生在一个制造企业内部，还发生在不同的企业之间。此外，它们的角色和工作任务与上述运行“阿米巴模式”的制造企业基本相同。

2.3.3
共享制造

共享经济是近年来新兴的一种经济范式，它通过协调对等（P2P）模式帮助人们获得或提供获取物品和服务的途径。它通过在线服务实现双赢的商业解决方案，吸引了几乎所有行业的关注，特别是在交通和酒店行业，像Uber和Airbnb这样的成长型公司已经取得了巨大的成功。以共享汽车公司Uber为例，到2022年底，其估值已达720亿美元，这甚至超过了本田和通用汽车等传统汽车企业的估值。

在“共享经济”趋势的影响下，产生了一种新的社会化制造模式，即共享制造模式，它可以在P2P服务的帮助下扩大资源共享的程度和范围，从而提高制造业的竞争力。目前已经出现了一些初步的工业应用。例如，荷兰公司Floow2为制造商建立了一个在线社区，分享它们的闲置资产（如设备、员工和工作场所）以获得额外的收入。海尔集团建立了一个资源共享的生态系统，在这个系统中，公司供应链所涉及的资源都可以独立地被外部合作伙伴获取。

共享制造具有面向服务、面向定制和分布式制造的特点，由共享制造平台实行制造资源的协同调度和管理。共享制造的关键是要实现“面向服务”的管理，包括通过MaaS（Machine as a Service）连接供需双方，以及通过Saas、PaaS和IaaS等方式向服务供应商提供服务支持，以提高中小型服务供应商的信息化水平，加快服务的响应速度。

共享制造也是以服务为导向的，因此共享制造与云制造有一些相同之处。例如，它们都是建立在面向服务的体系结构之上的。但是，它们之间也有许多不同之处。首先，它们的驱动因素是不同的，云制造模式是以技术驱动的（即云计算），而共享制造模式不仅仅由技术驱动，还有社会和经济的因素（即共享经济）。其次，“共享”的终极目标是不同的，共享制造模式的核心是最大化物品和服务的效用，而云制造模式的主要目的在于提升公司间合作的便利性。因此，云制造公司非常重视提高公司的竞争力，例如，业务灵活性、财务灵活性和持续创新。相比之下，共享制造更关注社会的可持续性，无论参与者是不是企业。最后一个不同点是，它们赋予服务提供者不同程度的自主权。共享制造确保了供应商的自我组织权，而云制造主要以协调和集中的方式来组织供应商。

2.3.4
分布式协同制造模式的局限性与调整

云制造、社会化制造、共享制造本质上都是为了充分利用企业闲置的制造资源，有序地进行任务分工，最大化输出生产效率，为用户与制造商提供优质的生产服务。但是，它们所面对的工业场景各有不同，而且存在一定的缺陷。

云制造是一种利用网络和云制造平台，按用户需求组织网上制造资源，为用户提供按需制造服务的网络化制造模式。云制造面向的对象主要是用户，但在实际的生产过程中，在平台上提出定制化需求的往往是更为专业的群体，他们对产品有着更高的要求。同时，云制造在组织制造资源时，往往在资源管控过程中缺乏柔性，在常有扰动的工业场景中应用时，调整力度不够。

社会化制造的主要特点是支持离散社会化制造及服务资源通过社会网络媒介实现信息、物理和社交的互联，并通过自组织机制形成各类社群。但是，这些社群往往会在集群的过程中产生某种偏向，并且通过社群能够获取大部分订单，不利于市场的发展。社群的重构过程也较为复杂，不利于需要高效率的网络化生产。

共享制造具有面向服务、面向定制和分布式制造的特点，由共享制造平台实行制造资源的协同调度和管理。共享制造对资源的利用率极高，但是，过高的利用率会导致资源使用的良莠不齐，在实际制造过程中，会遇到各种各样的现实资源使用难的问题。

针对上述三种分布式协同制造模式存在的局限性，通过运用“协同”理念构建面向不同群体的制造服务，将订单的任务流协同与生产的制造流进行深度融合，使整体生产过程得到不同于三大主流模式的管控能力，进一步提高生产效率，同时结合用户的生产需求，提供更高质量的产品。 efRhGGK4JApHQZ4shajaExj5CmEuRaBfPYjorLl6Vt/aYsC8POsXSUt5d9Brfl5P