制造的服務(wù)化、基于知識的創(chuàng)新能力，以及對各類制造資源的聚合與協(xié)同能力、對環(huán)境的友好性已成為當(dāng)前企業(yè)競爭力的關(guān)鍵要素和制造業(yè)信息化發(fā)展的趨勢。我國制造業(yè)正處于從生產(chǎn)型向服務(wù)型、從價值鏈的低端向中高端，從制造大國向制造強(qiáng)國、從中國制造向中國創(chuàng)造轉(zhuǎn)變的關(guān)鍵歷史時期。如何培育新型制造服務(wù)模式，滿足制造企業(yè)最短的上市速度（Time）、最好的質(zhì)量（Quality）、最低的成本（Cost）、最優(yōu)的服務(wù)（Service）、最清潔的環(huán)境（Environment）和基于知識（Knowledge）的創(chuàng)新即TQCSEK的需求，支撐綠色和低碳制造，實(shí)現(xiàn)中國創(chuàng)造，進(jìn)而推動經(jīng)濟(jì)增長方式的轉(zhuǎn)變，是未來5-10年我國制造業(yè)發(fā)展需要解決的重大問題。

　　從“八五”到“十一五”，我國科技部及相關(guān)部門支持了以計(jì)算機(jī)集成制造、并行工程、敏捷制造、虛擬制造、網(wǎng)絡(luò)化制造、制造網(wǎng)格、敏捷制造等為代表的相關(guān)制造業(yè)信息化課題，已取得了一系列成果，并在制造業(yè)各個領(lǐng)域發(fā)揮了重要作用，對推進(jìn)我國制造業(yè)信息化進(jìn)程做出了巨大貢獻(xiàn)。然而，如何在制造過程中整合社會化存量資源，提高資源利用率，降低能源消耗，減少排放，從而實(shí)現(xiàn)服務(wù)型制造，已成為我國制造業(yè)迫切需要解決的瓶頸問題。解決這些問題，需要探索新的制造業(yè)發(fā)展模式。

　　與此同時，以云計(jì)算、物聯(lián)網(wǎng)、虛擬物理融合系統(tǒng)CPS（Cyber-Physical Systems）、虛擬化技術(shù)、面向服務(wù)技術(shù)（如知識服務(wù)、服務(wù)技術(shù)等）、高性能計(jì)算等代表的先進(jìn)技術(shù)正迅猛發(fā)展，并在各個行業(yè)得到應(yīng)用。

　?。?）物理資源層（P-Layer）：P-Layer為物理制造資源層，該物理層資源通過嵌入式云終端技術(shù)、RFID技術(shù)、物聯(lián)網(wǎng)等，從而使得各類物理資源能接入到網(wǎng)絡(luò)中，實(shí)現(xiàn)物理資源的全面互聯(lián)，從而形成云制造虛擬資源，進(jìn)而為云制造虛擬資源封裝和云制造資源調(diào)用提供接口支持。

　?。?）資源層（R-Layer）：R-Layer為云制造虛擬資源層，該層主要是將接入到網(wǎng)絡(luò)中的各類制造資源匯聚成虛擬制造資源，并通過云制造服務(wù)定義工具、虛擬化工具等，將虛擬制造資源封裝成云服務(wù)，從而發(fā)布到云層中的云制造服務(wù)中心。該層提供的主要功能包括：云端接入技術(shù)、云端服務(wù)定義、虛擬化、云端服務(wù)發(fā)布管理、資源質(zhì)量管理、資源提供商定價與結(jié)算管理、資源分割管理等。

　?。?）云制造服務(wù)層（C-Layer）：C-Layer為云制造服務(wù)中心層，該層主要匯集資源層發(fā)布的各類資源服務(wù)，從而形成各類云制造服務(wù)數(shù)據(jù)中心。

　?。?）核心服務(wù)層（S-Layer）：S-Layer為云制造核心服務(wù)層，該層主要面向云制造三類用戶（CSP、CSD、云服務(wù)運(yùn)行商）對制造云服務(wù)的綜合管理提供各種核心服務(wù)和功能，包括：面向CSP提供云服務(wù)標(biāo)準(zhǔn)化與測試管理、接口管理等服務(wù)；面向云服務(wù)運(yùn)行商提供用戶管理、系統(tǒng)管理、云服務(wù)管理、數(shù)據(jù)管理、云服務(wù)發(fā)布管理服務(wù)；面向CSD提供云任務(wù)管理、高性能搜索與調(diào)度管理服務(wù)等。

　?。?）應(yīng)用接口層（P-Layer）：P-Layer為云制造應(yīng)用接口層，該層主要是面向特定制造應(yīng)用領(lǐng)域，提供不同的專業(yè)應(yīng)用接口以及用戶注冊、驗(yàn)證等通用管理接口。

　?。?）用戶層（U-Layer）：U-Layer為云制造應(yīng)用層，該層面向制造業(yè)的各個領(lǐng)域和行業(yè)。不同行業(yè)用戶只需要通云服務(wù)門戶網(wǎng)站、各種用戶界面（包括移動終端、PC終端、專用終端等）就可以使用云制造服務(wù)中心的云服務(wù)。

　　從上圖可以看出，云制造系統(tǒng)中的用戶角色主要有三種，即：資源提供者、制造云運(yùn)營者、資源使用者。資源提供者通過對產(chǎn)品全生命周期過程中的制造資源和制造能力進(jìn)行感知、虛擬化接入，以服務(wù)的形式提供給第三方運(yùn)營平臺（制造云運(yùn)營者）；制造云運(yùn)營者主要實(shí)現(xiàn)對云服務(wù)的高效管理、運(yùn)營等，可根據(jù)資源使用者的應(yīng)用請求，動態(tài)、靈活的為資源使用者提供服務(wù)；資源使用者能夠在制造云運(yùn)營平臺的支持下，動態(tài)按需地使用各類應(yīng)用服務(wù)（接出），并能實(shí)現(xiàn)多主體的協(xié)同交互。在制造云運(yùn)行過程中，知識起著核心支撐作用，知識不僅能夠?yàn)橹圃熨Y源和制造能力的虛擬化接入和服務(wù)化封裝提供支持，還能為實(shí)現(xiàn)基于云服務(wù)的高效管理和智能查找等功能提供支持。

　?。?）面向服務(wù)和需求的制造 云制造一改制造長期以來面向設(shè)備、面向資源、面向訂單、面向生產(chǎn)等的形態(tài)，從而轉(zhuǎn)而真正面向服務(wù)、面向需求。在云制造中，一切能封裝和虛擬化的都作為制造云服務(wù)（包括制造資源作為服務(wù)、制造能力作為服務(wù)、制造知識作為服務(wù)等）這種大轉(zhuǎn)變是作為實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)型企業(yè)向服務(wù)型企業(yè)轉(zhuǎn)變、實(shí)現(xiàn)制造即服務(wù)（Manufacturing-as-a-Service, MFGaaS）的基礎(chǔ)。

　　（2）不確定性制造 云制造中，云服務(wù)對制造需求的滿足不存在唯一的最佳解，而是到目前為止用現(xiàn)有技術(shù)和方法能得到的滿意解或非劣解，這既是云制造的不確定性制造能力，包括云制造任務(wù)的描述、任務(wù)與云服務(wù)的映射匹配、云服務(wù)選取與綁定、云服務(wù)組合選取、制造結(jié)果評價等環(huán)節(jié)中的不確定性。

　?。?）用戶參與的制造 云制造強(qiáng)調(diào)把計(jì)算資源、能力、知識嵌入到網(wǎng)絡(luò)、環(huán)境中去，使得制造企業(yè)關(guān)注的中心轉(zhuǎn)移或回歸到用戶需求本身。云制造致力于構(gòu)建一個制造企業(yè)、客戶、中間方等可以充分溝通的公用制造環(huán)境。在云制造模式下，用戶參與度不僅限于傳統(tǒng)的用戶需求提出和用戶評價，而是滲透到制造全生命周期的每一個環(huán)節(jié)。云制造模式下，客戶或用戶的身份不具備唯一性，即一個用戶即是云服務(wù)的消費(fèi)者，也是云服務(wù)的提供者或開發(fā)者，體現(xiàn)的是一種用戶參與的制造，包括人機(jī)交互、機(jī)人交互、機(jī)機(jī)交互、以及人人交互等。

　?。?）透明和集成的制造 云制造把所有制造資源、能力、知識等盡可能高度抽象和虛擬化為用戶可見和容易調(diào)用的“電源接線板”，即制造云服務(wù)，而其它東西對用戶透明。用戶在使用云服務(wù)開展各類制造活動時，這些服務(wù)的調(diào)用是透明的，即所有制造實(shí)現(xiàn)操作細(xì)節(jié)可以向用戶“隱藏”起來，使用戶將云制造系統(tǒng)看成是一個完成無縫的集成系統(tǒng)。云制造的透明性可以體現(xiàn)在位置透明性、注冊透明性和使用透明性等方面。

　?。?）主動制造? 現(xiàn)有制造模式中，如果企業(yè)沒有生產(chǎn)訂單或自己的設(shè)備等資源閑置時，則無法開展制造或享受資源收益，即體現(xiàn)的是一種被動的制造模式。而在云制造中，制造活動和云服務(wù)具有主動性，即用戶根據(jù)第三方構(gòu)建的云制造服務(wù)平臺，在知識、語義、數(shù)據(jù)挖掘、機(jī)器學(xué)習(xí)、統(tǒng)計(jì)推理等技術(shù)的支持下，訂單可以主動尋找制造方，而云服務(wù)可以主動智能尋租，從而體現(xiàn)一種智能化的主動制造模式。

　?。?）支持多用戶的制造 傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)化制造模式（如ASP、制造網(wǎng)格等）研究重點(diǎn)是如何使分散的制造資源能夠通過網(wǎng)絡(luò)連接起來，從而形成虛擬的集中資源，并將一個復(fù)雜制造任務(wù)分解成若干簡單任務(wù)，通過調(diào)度機(jī)制使得這些簡單任務(wù)并行運(yùn)行在不同制造資源節(jié)點(diǎn)上，最后匯集執(zhí)行結(jié)果，體現(xiàn)的是一種“分散資源集中使用”的思想。而云制造不僅體現(xiàn)“分散資源集中使用”的思想，還有效實(shí)現(xiàn)“集中資源分散服務(wù)”的思想，即將分散在不同地理位置的制造資源通過大型服務(wù)器集中起來，形成物理上的服務(wù)中心，進(jìn)而為分布在不同地理位置的多用戶提供服務(wù)調(diào)用、資源租賃等。

　?。?）支持按需使用和付費(fèi)的制造 云制造是一種需求驅(qū)動、按需付費(fèi)的面向服務(wù)的制造新模式。云制造模式下用戶采用一種需求驅(qū)動、用戶主導(dǎo)、按需付費(fèi)的方式來利用制造云服務(wù)中心的云服務(wù)。用戶根據(jù)自身的需要來調(diào)用或組合調(diào)用已有的云服務(wù)并支付相應(yīng)的費(fèi)用，而且戶不需要過多關(guān)注制造資源服務(wù)提供者的自身信息，用戶和制造資源提供者是一種即用即組合、即用即付、用完即解散的關(guān)系。

　?。?）低門檻、眾包式制造 傳統(tǒng)制造企業(yè)必須擁有自己的廠房、設(shè)備、物料、信息化設(shè)施、技術(shù)人員等全套制造條件，同時必須具備相應(yīng)的設(shè)計(jì)、制造、管理、銷售等能力。而云制造模式下，企業(yè)不需要擁有所有這些條件和能力，對企業(yè)沒有的制造資源或能力可以通過“外包”的形式來達(dá)到，即通過調(diào)用或租用云制造系統(tǒng)中的資源、能力、云服務(wù)來完成本企業(yè)的生產(chǎn)任務(wù)。從而降低了企業(yè)的入門門檻，使生產(chǎn)和企業(yè)組織方式更加靈活、多元化。

　?。?）敏捷化制造 云制造模式下，企業(yè)只需要重點(diǎn)關(guān)注本企業(yè)的核心服務(wù)，而其它相關(guān)業(yè)務(wù)或服務(wù)則可以通過調(diào)用云制造中的云服務(wù)來完成，其生產(chǎn)方式非常靈活，體現(xiàn)了一種敏捷化的制造思想。

　?。?0）專業(yè)化制造 云制造通過第三方構(gòu)建的平臺，將所有制造資源、能力、知識虛擬化成云滴（即制造云服務(wù)），最后聚合形成不同類型的專業(yè)制造云（如設(shè)計(jì)云、仿真云、管理云、實(shí)驗(yàn)云等），體現(xiàn)了規(guī)?；?、集約化、專業(yè)化的特點(diǎn)。

　?。?1）基于能力共享與交易的制造 與傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)化制造相比，云制造共享的不僅僅是制造資源，還有制造能力。在相應(yīng)知識庫、數(shù)據(jù)庫、模型庫等的支持下，實(shí)現(xiàn)基于知識的制造資源和能力虛擬化封裝、描述、發(fā)布與調(diào)用，從而真正實(shí)現(xiàn)制造資源和能力的全面共享與交易，提高利用率。

　?。?2）基于知識的制造 在云制造全生命周期過程中，都離不開知識的應(yīng)用，包括基于知識的（1）制造資源和能力虛擬化封裝和接入；（2）云服務(wù)描述與制造云構(gòu)建；（3）云服務(wù)搜索、匹配、聚合、組合；（4）高效智能云服務(wù)調(diào)度與優(yōu)化配置；（5）容錯管理、任務(wù)遷移；（6）云制造企業(yè)業(yè)務(wù)流程管理等。

　?。?3）基于群體創(chuàng)新的制造 云制造模式下，任何個人、任何單位或企業(yè)都可以向云制造平臺貢獻(xiàn)他們的制造資源、能力和知識。而與此同時，任何企業(yè)都可以基于這些資源、能力、知識來開展本企業(yè)的制造活動，云制造體現(xiàn)的是一種維基百科式的基于群體創(chuàng)新的制造模式。

　?。?4）綠色低碳制造 云制造的目標(biāo)之一是圍繞TQCSEFK目標(biāo)，實(shí)現(xiàn)制造資源、能力、知識的全面共享和協(xié)同，提高制造資源利用率，實(shí)現(xiàn)資源增效。實(shí)現(xiàn)了云制造，實(shí)際上就是在一定程度上實(shí)現(xiàn)了綠色和低碳制造。

　　有了這個體系結(jié)構(gòu)以后，云制造需要五大類關(guān)鍵技術(shù)——模式、體系架構(gòu)、相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范；云端化技術(shù)；云服務(wù)的綜合管理技術(shù)；云制造安全技術(shù)；云制造業(yè)務(wù)管理模式與技術(shù)。

　　1、云制造模式、體系架構(gòu)、相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)及規(guī)范，主要是從系統(tǒng)的角度出發(fā)，研究云制造系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、組織與運(yùn)行模式等方面的技術(shù)，同時研究支持實(shí)施云制造的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范，其包括支持多用戶的、商業(yè)運(yùn)行的、面向服務(wù)的云制造體系架構(gòu)；云制造模式下制造資源的交易、共享、互操作模式；云制造相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)、協(xié)議、規(guī)范等，如云服務(wù)接入標(biāo)準(zhǔn)、云服務(wù)描述規(guī)范、云服務(wù)訪問協(xié)議等。

　　2、云端化技術(shù)，主要研究云制造服務(wù)提供端各類制造資源的嵌入式云終端封裝、接人、調(diào)用等技術(shù)，并研究云制造服務(wù)請求端接入云制造平臺、訪問和調(diào)用云制造平臺中服務(wù)的技術(shù)，包括支持參與云制造的底層終端物理設(shè)備智能嵌入式接入技術(shù)、云計(jì)算互接入技術(shù)等；云終端資源服務(wù)定義封裝、發(fā)布、虛擬化技術(shù)及相應(yīng)工具的開發(fā)；云請求端接入和訪問云制造平臺技術(shù)，以及支持平臺用戶使用云制造服務(wù)的技術(shù)；物聯(lián)網(wǎng)實(shí)現(xiàn)技術(shù)等。

　　3、云服務(wù)綜合管理技術(shù)，主要研究和支持云服務(wù)運(yùn)營商對云端服務(wù)進(jìn)行接入、發(fā)布、組織與聚合、管理與調(diào)度等綜合管理操作，包括云提供端資源和服務(wù)的接入管理，如統(tǒng)一接口定義與管理、認(rèn)證管理等；高效、動態(tài)的云服務(wù)組建、聚合、存儲方法；高效能、智能化云制造服務(wù)搜索與動態(tài)匹配技術(shù)；云制造任務(wù)動態(tài)構(gòu)建與部署、分解、資源服務(wù)協(xié)同調(diào)度優(yōu)化配置方法；云制造服務(wù)提供模式及推廣，云用戶（包括云提供端和云請求端）管理、授權(quán)機(jī)制等。

　　4、云制造安全技術(shù)，主要研究和支持如何實(shí)施安全、可靠的云制造技術(shù)，包括云制造終端嵌入式可信硬件；云制造終端可信接入、發(fā)布技術(shù)；云制造可信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)；云制造可信運(yùn)營技術(shù)等；系統(tǒng)和服務(wù)可靠性技術(shù)等。

　　5、云制造業(yè)務(wù)管理模式與技術(shù)，主要研究云制造模式下企業(yè)業(yè)務(wù)和流程管理的相關(guān)技術(shù)，包括云制造模式下企業(yè)業(yè)務(wù)流程的動態(tài)構(gòu)造、管理與執(zhí)行技術(shù)；云服務(wù)的成本構(gòu)成、定價、議價和運(yùn)營策略以及相應(yīng)的電子支付技術(shù)等；云制造模式各方（云提供端、云請求端、運(yùn)營商）的信用管理機(jī)制與實(shí)現(xiàn)技術(shù)等。

　　首先是針對大型集團(tuán)企業(yè)的研發(fā)設(shè)計(jì)能力服務(wù)平臺。針對大型集團(tuán)企業(yè)，利用網(wǎng)格技術(shù)等先進(jìn)信息技術(shù)，整合集團(tuán)企業(yè)內(nèi)部現(xiàn)有的計(jì)算資源、軟件資源和數(shù)據(jù)資源，建立面向復(fù)雜產(chǎn)品研發(fā)設(shè)計(jì)能力服務(wù)平臺，為集團(tuán)內(nèi)部各下屬企業(yè)提供技術(shù)能力、軟件應(yīng)用和數(shù)據(jù)服務(wù)，支持多學(xué)科優(yōu)化、性能分析、虛擬驗(yàn)證等產(chǎn)品研制活動，極大促進(jìn)產(chǎn)品創(chuàng)新設(shè)計(jì)能力。這類服務(wù)平臺主要是面向集團(tuán)內(nèi)部下屬企業(yè)的。

　　第二個重要方向是區(qū)域性加工資源共享服務(wù)平臺。我國已經(jīng)成為當(dāng)今世界上擁有制造加工資源最豐富的國家。針對制造資源分散和利用率不高的問題，利用信息技術(shù)，虛擬化技術(shù)、物聯(lián)網(wǎng)以及RFID等先進(jìn)技術(shù)，建立面向區(qū)域的加工資源共享與服務(wù)平臺，實(shí)現(xiàn)區(qū)域內(nèi)加工制造資源的高效共享與優(yōu)化配置，促進(jìn)區(qū)域制造業(yè)發(fā)展。

　　另外，制造服務(wù)化支持平臺也是將來云制造可以重點(diǎn)發(fā)展的方向之一。針對服務(wù)成為制造企業(yè)價值主要來源的發(fā)展趨勢，我們可以建立制造服務(wù)化支持平臺，支持制造企業(yè)從單一的產(chǎn)品供應(yīng)商向整體解決方案提供商及系統(tǒng)集成商轉(zhuǎn)變，提供在線監(jiān)測，遠(yuǎn)程診斷，維護(hù)和大修等服務(wù)，促進(jìn)制造企業(yè)走向產(chǎn)業(yè)價值鏈高端。這類平臺主要針對大型設(shè)備使用企業(yè)。

　　除了針對大型企業(yè)的服務(wù)平臺，云制造更可以服務(wù)于量大面廣的中小企業(yè)，因此針對中小企業(yè)信息化建設(shè)資金，人才缺乏的現(xiàn)狀，我們還可以建立面向中小企業(yè)的公共服務(wù)平臺，為其提供產(chǎn)品設(shè)計(jì)、工藝、制造、采購和營銷業(yè)務(wù)服務(wù)，提供信息化知識、產(chǎn)品、解決方案、應(yīng)用案例等資源，促進(jìn)中小企業(yè)發(fā)展。

　　此外，我國物流業(yè)社會化、專業(yè)化、集成化、協(xié)同化、標(biāo)準(zhǔn)化水平低，物流技術(shù)基礎(chǔ)差，服務(wù)能力弱等問題，嚴(yán)重制約物流業(yè)與制造業(yè)的聯(lián)動發(fā)展。因此，針對我國制造業(yè)物流成本高等現(xiàn)狀，利用RFID、網(wǎng)絡(luò)、物流優(yōu)化等技術(shù)，研究整機(jī)制造企業(yè)，零部件制造企業(yè)和物流企業(yè)的多方協(xié)作模式和第三方服務(wù)模式，建立物流拉動的現(xiàn)代制造服務(wù)平臺，為制造業(yè)整機(jī)制造企業(yè)，零部件制造企業(yè)和物流企業(yè)協(xié)作提供服務(wù)，促進(jìn)制造業(yè)發(fā)展。