供稿人：汪新航，王富 供稿單位：西安交通大學(xué)機(jī)械制造系統(tǒng)工程國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 發(fā)布日期：2022-03-30
增材制造技術(shù)在工業(yè)4.0中得到了廣泛的關(guān)注。隨著消費(fèi)者對(duì)3D打印服務(wù)需求的不斷增加，消除3D打印資源在地理位置上的需求和供應(yīng)不平衡是一個(gè)巨大的挑戰(zhàn)。通過(guò)將3D打印集成到云環(huán)境中，作為一種面向服務(wù)的新制造范式的云制造為應(yīng)對(duì)這一挑戰(zhàn)提供了一種方法。本文介紹一種基于先進(jìn)的3D打印云模型的3D打印云平臺(tái)系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計(jì)。
圖1 一種先進(jìn)的3D打印云模型
3D打印云平臺(tái)架構(gòu)主要由四層構(gòu)成：消費(fèi)者工具包層、打印服務(wù)管理層、虛擬資源池層以及訪問(wèn)適配器層。其中消費(fèi)者工具包層提供定制的在線工具，供服務(wù)需求者在云平臺(tái)上使用。主要包括通用工具和3D打印相關(guān)工具兩大類(lèi)。3D打印管理層通過(guò)虛擬資源池層管理所有3D打印業(yè)務(wù)。云服務(wù)管理框架作為這一層的基礎(chǔ)，提供了通用功能服務(wù)接口，包括服務(wù)建模模板、服務(wù)注冊(cè)、服務(wù)發(fā)布、服務(wù)搜索、服務(wù)調(diào)用、服務(wù)組合等。
虛擬資源池層是從底層物理資源抽象出來(lái)的邏輯資源的虛擬池。進(jìn)行物理資源信息的集中和管理。例如，3D打印機(jī)將被虛擬成一個(gè)虛擬化模型，機(jī)器參數(shù)采用結(jié)構(gòu)化信息模型描述，功能接口采用軟件虛擬化方法進(jìn)行虛擬化。因此，建立了物理3D打印機(jī)和虛擬3D打印機(jī)之間的虛擬孿生體。隨著連接3D打印機(jī)的數(shù)量越來(lái)越多，就形成了一個(gè)虛擬資源池。同時(shí)，對(duì)于模型優(yōu)化、模型切片等功能，也可以虛擬化為云服務(wù)，并具有一定的服務(wù)規(guī)范。因此，這個(gè)虛擬資源池是云平臺(tái)的核心資產(chǎn)。
接入適配器層用于實(shí)現(xiàn)對(duì)各種3D打印機(jī)的自適應(yīng)訪問(wèn)，并統(tǒng)一I/O接口。在云平臺(tái)中，需要預(yù)先定義一套抽象的3D打印機(jī)數(shù)字I/O接口作為標(biāo)準(zhǔn)接口，以供接入的所有設(shè)備采用。這些標(biāo)準(zhǔn)接口一般包括參數(shù)獲取和設(shè)置、狀態(tài)監(jiān)控、設(shè)備控制、訪問(wèn)控制等功能。
圖2 3D打印云平臺(tái)架構(gòu)
3D打印作為工業(yè)4.0中一種流行的先進(jìn)制造技術(shù)，在利用CPS、物聯(lián)網(wǎng)和云計(jì)算等技術(shù)的網(wǎng)絡(luò)物理集成制造環(huán)境中面臨著新的機(jī)遇和挑戰(zhàn)，云制造作為一種新興的、面向服務(wù)的智能制造模式，為應(yīng)對(duì)這些挑戰(zhàn)提供了有效的方法。