2.1 集团企业对云制造模式的需求

2.1.1 资源高效配置的需求

大型集团企业的产品研制具有参与单位多且地域分布广、学科专业多且交互频繁、研制任务多且研制周期短等特点，产品研制过程中的高效配置制造资源、共享研制知识、增强管控能力、降低信息化成本等特点和要求均向云制造模式提出了迫切需求^[1-2]。如中国航天科工集团第二研究院、中国北车股份有限公司等大型集团企业均构建了面向复杂产品的集团企业云制造服务平台，为制造全生命周期的各阶段提供服务^[3-4]。

大型集团企业产品研制过程错综复杂，如图2-1所示，涉及多个技术领域和部门，其产品研发的设计、分析、仿真、测试等高性能计算软硬件设备分散在不同单位，利用率低；设计手册、经验参数、仿真模型等为集团公司的各个研究院所用，设计协作困难；生产加工的工艺装备、手册、经验规范分布在各个生产车间，信息难以共享；分析测试软件、测试数据和经验知识把控在不同测试小组内，测试经验交互困难；产品知识、客户情报、维护知识掌握在主要营销和维护人员手中，无法实现产品全生命周期不同阶段的共享；集团统计数据、分析预测数据屏蔽在集团公司高层管理人员手中，集团集中管控困难。因此迫切需要采用云制造模式将分散在集团企业各单位的制造资源进行集中管理和按需调配，以满足集团企业大规模研制工程的高效开展，提高资源利用率。

图2-1 大型集团企业产品研制过程的资源分布

2.1.2 集团管控能力增强的需求

大型集团企业业务运营模式复杂，各个成员企业需要根据集团公司总的运营情况做出个性化经营决策。目前大多数集团企业下属企业或部门采用较为粗放的层级管理，在资源的协调分配中部分信息失真，并且随着集团企业规模不断扩大，需要管理和协调的事务越来越多，需要有效管控和配置的资源越来越复杂，导致在投资决策和实施监控上，集团企业战略集中管控能力不强。因此，大型集团企业要通过企业的运行载体检验企业的管控能力，如图2-2 所示，大型集团企业管控能力一般体现在以下几个方面：一是对集团本部的战略规划管控，即企业集团总部署；二是要实现经营计划管控，即整个企业内部的组织计划；三是资源管控，包括人力资源、财务、资产、信息，这是企业集团必须注重和加强的管控形式；四是对业务的管控，对制造业来讲，首先要对产品的研发和设计进行有效管控。因此，集团企业涉及战略规划管控、经营计划管控、资源管控和业务管控，还涉及对所属企业全面综合的协调，需要在综合考虑集团企业商业模式、管控模式和制造模式基础上，进一步加强在集团管控一体化、部门功能柔性化组合、企业模式快速调整、产品供应链延伸、企业活动透明且可控制、资源有效利用等方面的管控能力^[5-6]。

图2-2 大型集团企业管控措施

未来的集团管控将向着制造资源按需共享，管控形式向高新技术迈进的方向发展。实际上，在云制造的服务环境中通过建立统一、高效的数据处理中心、软件服务中心、资源调度中心进行资源配置和管理是改变我国制造企业发展困局的有效措施，也是实现各种已知资源、未知资源、广域资源在更大范围内的资源优化配置和按需管控的有效途径。

2.1.3 集团制造装备集成能力实现的需求

集团企业智能化制造装备是在融合现代传感技术、网络技术、自动化技术、拟人化智能技术的基础上，通过感知、人机交互、决策和执行技术，实现制造过程高度自动化的装备。自动化、智能化制造技术已在大型装备制造集团企业取得一定进步，但仍有提升空间。如图2-3所示，大型装备制造企业已经在对数字化制造工艺方面进行研究，但尚未形成智能标准体系；在生产管理方面进行了有益的尝试和实践，但尚未与其他数据库集成实现智能管理；在产品检测方面进行了局部应用，但尚未实现在线智能检测系统应用；装配生产实际系统集成应用水平较低。因此，需要通过云制造模式完成对现有生产资源的合理规划和整合，将精益化管理模式融入智能的物流输送与信息管理系统，实现大型装备制造企业低成本、高质量和快速响应制造，以及产品自动化、智能化、信息化、规范化的生产目标，降低与国外先进技术水平的差距，大幅提高集团企业生产设备的智能化及生产管理的信息化。

图2-3 知识资源服务于企业制造装备智能化集成过程

2.1.4 网络化协同制造执行能力提升的需求

制造企业正向着信息化、服务化和社会化的方向发展，企业与各类资源的云端互联、个性化生产、制造服务化正成为激发制造业活力和价值增值的催化剂，制造企业之间已从传统的商务、零部件级的协作逐渐深入到工艺流程级的制造过程协作，这种基于工艺流程、面向制造过程的协作，客观上要求协作企业间实现制造过程各环节的协同，以及各种制造资源的共享与集成。物联网与云计算技术解决了产品全生命周期过程的基础数据采集、云存储、数据处理和安全共享等问题，实现了生产过程实时控制；网络化环境下的服务计算技术促进了服务化制造模式的社区化组织、配置和运行管控新方法的实现；大数据分析技术为用户行为分析、市场动态分析等提供了手段，据此可实现动态生产决策和预测性制造，并通过充分利用分散在同一企业的不同部门或不同单位之间可利用的具有竞争力的制造资源，实现制造资源的快速重组和优化配置。如图2-4所示，在云制造模式下，集团企业需要制定制造服务标准、运行逻辑，完成制造服务资源的组织与配置、服务过程的跟踪与质量管控、制造服务的分析与改进，融合物联网、知识网与制造技术，构建虚拟化制造资源和制造能力池，将人、机、物抽象成一个个服务节点，以服务方式统一于云池中，为大型集团企业提供各种核心服务，并通过信息与知识共享的集群效应实现群体竞争力的提升。

图2-4 知识资源服务于协同制造过程

2.1.5 产品研制整体效率提升的需求

集团企业产品研制涉及配套单位多且地域分布广、协同交互频繁且关系复杂，拥有包括信息化基础资源、数字化生产线、设计分析平台、制造试验能力等丰富的制造软硬件的资源和能力。然而目前大部分集团企业的制造资源和制造能力分散和封闭在不同的子公司和产品项目组中，研发协同工作仍是靠传统的调度会、纸质或离线数据包的传递开展，制造资源和制造能力难以按需组合和灵活协作，导致产品研制协同交互周期长、交互成本高，制造资源和制造能力难以形成时间同步，研发数据无法进行并发互操作。按需、动态、高效地组织多专业和多阶段制造资源和制造能力成为集团企业产品研制亟待解决的技术问题^[7-9]。

如图2-5所示，云制造系统主要通过整合制造资源、按需推送产品研制知识实现制造全生命周期的研制业务协作，解决集团企业庞大的制造资源和制造能力的低效率运转、协同和共享问题。

图2-5 云制造产品研制过程中的知识服务体系