初論云設計

第30卷第1期計算機仿真2013年1月文章編號:1006-9348(2013)01-0005 -04初論云設計陸繼翔',陸長(cháng)德',王平2(1.西北工業(yè)大學(xué)機電工程學(xué)院,陜西西安710072;2.西安電子科技大學(xué)通信工程學(xué)院.陜西西安710071)摘要初論云設計,揭示了云設計的概念和原理,云設計就是蘊含了云計算等先進(jìn)技術(shù)的設計文化,一種新式設計觀(guān)與方法論,是現代工業(yè)設計的升華;闡述了云設計的科學(xué)技術(shù)基礎.包含有設計學(xué)、云制造、物聯(lián)網(wǎng)、云計算、計算機輔助工業(yè)設計(CAID)、工程學(xué)、美學(xué)、心理學(xué)、人類(lèi)工效學(xué)、本體論和哲學(xué)等;云設計服務(wù)系統結構,分為服務(wù)、運行平臺和資源等三層;關(guān)鍵技術(shù),主要包括資源云化技術(shù)服務(wù)管理技術(shù)、資源提供者和使用者管理技術(shù)、安全與可信保障技術(shù)等;并給出了云設計應用的簡(jiǎn)要程序和初步結論,為后續研究及應用指明了方向。關(guān)鍵詞:設計學(xué);工業(yè)設計;云設計;云制造;云計算;可視化仿真中圖分類(lèi)號:TCI56文獻標識碼:AIntroduction to Cloud DesignLU Ji-xiang' ,LU Chang- de' , WANG Ping2(1. College of Mechanical and Electrical Engineering, Northwestem Polytechnical University, Xi' an Shanxi 710072, China;2. School of Telecommnication Engineering, Xidian University, Xi' an Shanxi 710071, China)ABSTRACT :An introduction to cloud design announces the concept and theory of cloud design, which is defined asdesign culture of advanced technology containing cloud computing. Cloud design is a kind of modern design conceptand methodology, and is sublimation of modern industrial design. The paper stated the science and technology funda-tion of cloud design, including design, cloud manufacturing, intemet of things , cloud computing, computer aided in-dustrial design ( CAID), engincering, aesthetics, psychology, ergonomics, ontology and philosophy. The servicesystem structures of cloud design were divided into service , working platform and resource. The key technology main-ly includes the resource of cloud technology , service management technology, resource providers and users manage-ment technology, and safety and reliable security technology. The paper also deliverd the brief program and prelimi-nary conclusion of cloud design application, which gives direction and lays foundation for the fllow-up research anddevelopment.KEYWORDS:Design;Industry design ;Cloud design;Cloud manufacturing;Cloud computing; Visual simulation1引言致使本質(zhì)在于創(chuàng )新的工業(yè)設計無(wú)用武之地,難于進(jìn)人決策三十年來(lái)隨著(zhù)中國經(jīng)濟的鱺起，以工業(yè)設計為代表的現層。這種環(huán)境不利于培養設計人才,而沒(méi)有新的設計人才就代設計發(fā)展迅速,聲勢越來(lái)越大。已經(jīng)進(jìn)入國家戰略視野,無(wú)法創(chuàng )造出自主知識產(chǎn)權的新技術(shù),形成惡性循環(huán)。但嚴峻2010年被列為要大力發(fā)展面向生產(chǎn)的服務(wù)業(yè),并要促進(jìn)服務(wù)的形勢要求經(jīng)濟必須轉型升級，必須創(chuàng )新設計,以盡快提升業(yè)與現代制造業(yè)的有機融合。2011 年國家又將工業(yè)設計等國家核心競爭力。做集成，正式設立了藝術(shù)類(lèi)-級學(xué)科-設計學(xué)。 標志著(zhù)中國工業(yè)制造業(yè)的轉型方向之一就是先進(jìn)的云制造。所謂設計已經(jīng)進(jìn)入了發(fā)展的新階段。但中國工業(yè)設計仍面臨著(zhù)云制造是在“制造即服務(wù)’理念的基礎上,借鑒了云計算思想許多問(wèn)題,認識淺,水平低,人才缺,創(chuàng )新少,根基不穩,方向發(fā)展起來(lái)的一個(gè)新概念。云制造是先進(jìn)的信息技術(shù)、制造技不明,競爭乏力。究其原因是中國市場(chǎng)經(jīng)濟發(fā)展不完善,工術(shù)以及新興物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)等交叉融合的產(chǎn)物。云制造是希望業(yè)制造業(yè)仍處在仿造的桎梏中,大而不強,核心技術(shù)空心化。采取包括云計算在內的當代信息技術(shù)前沿理念,支持制造業(yè)在廣泛的網(wǎng)路資源環(huán)境下,為產(chǎn)品提供高附加值、低成本和基金項目:關(guān)中高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)帶網(wǎng)絡(luò )化制造- -CAID子項目全球化制造的售廠(chǎng)I中國煤化T:向服務(wù)業(yè)轉換的(2001AA411310) ;國家自然科學(xué)基金(502751222)一種有效途徑二計提出了挑戰,要收稿日期:2012-08-26求設計與其同HCNMHG2的新型設計稱(chēng)作“云設計”?；?、多方共贏(yíng)、普適化和高效的共享和協(xié)同,通過(guò)網(wǎng)絡(luò )為制造愛(ài)因斯坦說(shuō)過(guò),提出了一個(gè)問(wèn)題往往比解決-一個(gè)問(wèn)題更全生命周期過(guò)程提供可隨時(shí)獲取的按需使用、安全可靠、優(yōu)重要,因為解決- -個(gè)問(wèn)題也許僅是一個(gè) 數學(xué)或實(shí)驗上的技能質(zhì)廉價(jià)的服務(wù)。制造全生命周期過(guò)程,包括制造前階段(如而已。所以,應當不失時(shí)機地建立云設計與云制造并行發(fā)論證、設計、加工、銷(xiāo)售等)、制造中階段(如使用管理、維護展,用“中國設計"加速“中國制造”向“中國創(chuàng )造”轉型升級,等)和制造后階段(如拆解.報廢、回收等)。這是云制造新提升國家核心競爭能力,此其時(shí)也。論文討論了云設計的概概念首倡者李伯虎院士給云制造下的定義川。念,給出了應用模型及體系架構,分析了關(guān)鍵技術(shù),描述了整3.2 物聯(lián)網(wǎng)體輪廓,作出了探索性的結論。物聯(lián)網(wǎng)從字面上看就是物與物相連成網(wǎng)。它實(shí)際上是指通過(guò)射頻識別( RFID)紅外感應器、全球定位系統、激光掃2云設計基本概念描器等信息傳感設備按約定的協(xié)議,把任何物品與互聯(lián)網(wǎng)連2.1云設計的定義接起來(lái)進(jìn)行信息交換和通信，以實(shí)現智能化識別、定位、跟所謂云設計應當是面向云制造,融合現代設計、信息化蹤、監控和管理的一種網(wǎng)絡(luò )。物聯(lián)網(wǎng)最早是由麻省理工學(xué)院制造、云計算、物聯(lián)網(wǎng)智能化、綠色化和情感化等技術(shù)于--AUTO- -ID實(shí)驗室在1999年提出的,最初是為了提高基于互體的產(chǎn)品服務(wù)設計4。云設計是現代設計的一種新模式。聯(lián)網(wǎng)流動(dòng)領(lǐng)域信息化水平而設計的'1。物聯(lián)網(wǎng)是云計算的也是筆者早年首創(chuàng )的“大設計”[5)的升華,標志著(zhù)設計的不一種應用,有了云計算,才建立了業(yè)務(wù)管理調度平臺,有了平晰進(jìn)化。云設計的研發(fā)將加速中國工業(yè)設計信息化向網(wǎng)絡(luò )臺,物聯(lián)網(wǎng)才有了根基。在物聯(lián)網(wǎng)中,用戶(hù)可以隨意獲取或化智能化和服務(wù)化方向發(fā)展,提高設計信息化的水平。輸出信息,甚至將電腦與人腦結合,形成“腦腦互通"。能控2.2 云設計運行原理制動(dòng)物造出“生物機器人”,如給鷹裝上攝像機就可以變成最云設計運行主要包括一個(gè)“知識”核心支持,輸人和輸出好的偵察機了。當然物聯(lián)網(wǎng)也是一~把雙刃劍,在創(chuàng )造奇跡的兩個(gè)轉化過(guò)程,設計資源提供者、設計云運營(yíng)者和設計資源同事,也會(huì )威脅到人的隱私安全,這些都是需要在前進(jìn)中逐使用者三個(gè)用戶(hù),如圖1所示。步加以解決的問(wèn)題。物聯(lián)網(wǎng)的功能及特征,恰是設計創(chuàng )新所回追求的“人-機-環(huán)境- -體化"“天人合一”為“人”服務(wù)的良[公設計運營(yíng)者]好目標。不過(guò)同樣需要進(jìn)行審美藝術(shù)設計改造,才會(huì )真正錦上添花,出神人化。設計云，3.3云計算[ 設計資源.能力設計服務(wù)_云計算[3]是一- 種基于互聯(lián)網(wǎng)的計算方式，通過(guò)這種方式,共享的軟硬件資源和信息可以按需提供給計算機和其它四設備。整個(gè)運行方式很像電網(wǎng)。云其實(shí)是網(wǎng)絡(luò )、互聯(lián)網(wǎng)的一識種比喻。2006年8月9日,Google首席執行官埃里克.施密特( Eric Schmidt)在搜索引擎大會(huì )( SESSan Jose2006) 首次提圖1云設計運行原理出“云計算”( Cloud Computing)的概念。Google" 云計算”源首先要經(jīng)各種設計資源和能力封裝為云服務(wù),作為輸于Google工程師克里斯托弗.比西莉亞所做的“Google101”人。云服務(wù)根據不同的設計需求積聚構成服務(wù)載體-設計項目。云計算服務(wù)具有--系列特征:①基于虛擬化技術(shù)快速云。而向設計資源使用者提供服務(wù)的過(guò)程則稱(chēng)為輸出。知部署資源或獲得服務(wù);②能動(dòng)態(tài)可伸縮的擴展;③按需求提識在整個(gè)云設計體系運轉中起核心支撐作用，它支持各個(gè)環(huán)供資源按使用量付費;④通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)提供、面向海量信息處節的智能轉化工作?？梢?jiàn)云設計體系確實(shí)是- -種“實(shí)現”基理;⑤用戶(hù)可方便地參與;⑥形態(tài)靈活,聚散自如;⑦減少用.于知識的“設計即服務(wù)”的網(wǎng)絡(luò )化智能設計新模式。戶(hù)終端的處理負擔;⑧降低了用戶(hù)對于IT專(zhuān)業(yè)知識的依賴(lài)。云計算揭起IT業(yè)新革命,云計算是中國未來(lái)的IT戰略,3云設計的技術(shù)基礎是物聯(lián)網(wǎng)、云制造以及云設計的核心技術(shù),個(gè)人電腦計算將云設計的技術(shù)基礎主要包括云制造、物聯(lián)網(wǎng)和云計算讓位于云計算和普適計算。不到百人的公司就能創(chuàng )造上億美元的收入,服務(wù)數以萬(wàn)記的用戶(hù)。云計算能把IT能力提.3.1 云制造供給所有使用者,無(wú)論個(gè)人或公司。將給中小企業(yè)提供難得云制造是一一種面向服務(wù)、高效低耗和基于知識網(wǎng)絡(luò )化智的發(fā)展契機,新-輪產(chǎn)業(yè)變革已經(jīng)開(kāi)始了。能制造的新模式。它融合了現有的信息制造、云計算、物聯(lián)網(wǎng)、語(yǔ)義web.高性能計算等技術(shù),通過(guò)現有網(wǎng)絡(luò )化制造與服4理論基中國煤化工!論基礎涉及諸多方務(wù)技術(shù)進(jìn)行延伸和變革,經(jīng)各類(lèi)制造資源和制造能力虛擬面,包括設計士陽(yáng)心+上十出小于云設計T.HCNMH G化,服務(wù)化,進(jìn)行統-.集中的智能化管理和經(jīng)營(yíng),實(shí)現智能網(wǎng)絡(luò )化、智能化、倫.理學(xué)、本體論、文化學(xué)和哲學(xué)等等。4.1設計學(xué)服務(wù)層 [設計服務(wù)就造服務(wù)[港調服務(wù)[昏詢(xún)服務(wù)--新產(chǎn)品開(kāi)發(fā)服務(wù)迄今為止學(xué)術(shù)界尚未對“設計"及“設計學(xué)”達成共識,而是眾說(shuō)紛紜，莫衷- - 是,更不用說(shuō)是規范的標準定義了。責源云化管理[云服務(wù)調度與1服務(wù)送行與1[資源提供|資源使用_ 組合管理監控管理L。者管理者管理廣義的設計是指為目的的預先謀劃(策劃)、表現及其結果。建報化云標準化道德評價(jià)云接口 ... 云發(fā)布從文化的角度來(lái)簡(jiǎn)單說(shuō),設計就是創(chuàng )造文化的文化。而設計學(xué)則是關(guān)于設計現象發(fā)生、發(fā)展及其變化規律的科學(xué)。同科費置層硬件[軟件解法知諷庫肋{萬(wàn)法|培調-專(zhuān)利庫 ]學(xué)地言說(shuō)任何事物-樣,只有科學(xué)地定義了,起碼是釋義了“設計”及“設計學(xué)”之后,即設定了“設計學(xué)"的內涵及外延圖2云設計體系架構之后,才有可能闡述清楚設計學(xué)自身及相關(guān)問(wèn)題。狹義的設計就是“在正式做某項工作之前,根據- - 定的3)人力、方法及技術(shù)資源;目的的要求,預先制定方法、圖樣等?！?)知識庫和專(zhuān)利庫資源。1.2 CAID有些大公司已經(jīng)建成自己的云能力。由資源多樣,復雜計算機輔助工業(yè)設計( Computer Aided Industrial Design,需要有資源服務(wù)化描述手段,使各種設計資源以服務(wù)的形式CAID),即是在計算機及其相應的計算機輔助工業(yè)設計系統注冊、輸人到云設計平臺上;還需要有適合的資源服務(wù)搜索的支持下,進(jìn)行工業(yè)設計領(lǐng)域創(chuàng )造性活動(dòng)的前沿學(xué)科。而工和組合技術(shù),能按用戶(hù)需求組合服務(wù)。業(yè)設計則是面向制造及服務(wù)業(yè)的科技與美學(xué)藝術(shù)相結合的5.2 云設計運行平臺層以產(chǎn)品設計為主的新興交叉應用學(xué)科。有別于技術(shù)或藝術(shù)1)資源云化技術(shù),包括資源服務(wù)化描述封裝、注冊與發(fā)設計,是- -種獨特的設計觀(guān)與方法論。從文化論的角度簡(jiǎn)單布等;來(lái)說(shuō),工業(yè)設計就是創(chuàng )造文化的文化。至今CAD技術(shù)主要2)云服務(wù)調度優(yōu)化與組合管理;輔助計算及產(chǎn)品的工程設計,而不是輔助產(chǎn)品的工業(yè)設計。3)云服務(wù)運行、監控管理,以可視化方式監控服務(wù)運行只有新型CAID技術(shù)才是真正信息化的工業(yè)設計,CAID就是質(zhì)量。明天的工業(yè)設計。.5.3 服務(wù)層4.3 網(wǎng)絡(luò )化是指利用通信技術(shù)和計算機技術(shù),把分布在不同地點(diǎn)的服務(wù)層面向云服務(wù)使用者,提供各種設計服務(wù)。如設計計算機及各類(lèi)電子終端設備互聯(lián)起來(lái),按照一定的網(wǎng)絡(luò )協(xié)議服務(wù)、制造服務(wù)、咨詢(xún)服務(wù)和營(yíng)銷(xiāo)服務(wù)等。相互通信,以達到所有用戶(hù)都可以共享軟件、硬件和數據資6云設計關(guān)鍵技術(shù)源的目的。在云設計架構中關(guān)鍵技術(shù)(2]主要有如下各種。如圖34.4 本體泛指對客觀(guān)世界的本體描述,是客觀(guān)現實(shí)的本質(zhì)抽象,所示。是關(guān)于實(shí)體存在性和實(shí)體存在本質(zhì)等方面的通用理論。7云設計 應用Ahmeds首先將本體引入工程設計領(lǐng)域。4.5 文化學(xué)云設計應用模式如圖4所示。相關(guān)行業(yè)用戶(hù)通過(guò)云設文化可分為自然文化、民族文化和科學(xué)文化三種或分為計平臺提出具體使用請求。云設計平臺對用戶(hù)請求進(jìn)行分.物質(zhì)文化精神文化、制度與行為文化和信息文化等四種。析、分解,在設計云里尋找最佳匹配的云服務(wù),通過(guò)調度、組關(guān)于文化現象及其規律的學(xué)說(shuō),就叫做文化學(xué)。文化學(xué)有教合、優(yōu)化等一系列操作,向用戶(hù)返回解決方案。用戶(hù)無(wú)需過(guò)育文化學(xué)旅游文化學(xué)種種,同理也就有了設計文化學(xué)。問(wèn)這一系列過(guò)程 中的具體運作各種事務(wù),能像使用水、電、煤4.6 產(chǎn)品服務(wù)氣一樣使用設計資源和能力。指代產(chǎn)品服務(wù)系統( Product-to- service)又叫功能經(jīng)濟(Functional Economy) ,作為-個(gè)固定的組合詞組加以定義。8結論迄今國內外尚未見(jiàn)有關(guān)于云設計極其關(guān)鍵技術(shù)研究的5云設計體 系架構相關(guān)報道,所以說(shuō),對于云設計的研究及應用完全是- -種創(chuàng )云設計體系架構包括資源層、運行平臺層和服務(wù)層三個(gè)新活動(dòng)。云設計為工業(yè)設計信息化提供了- -種嶄新的理念層次。如圖2所示。和模式,具有廣闊發(fā)展空間,它會(huì )加速設計信息化向網(wǎng)絡(luò )化、5.1 資源層智能化、情感化和服務(wù)化縱深方向發(fā)展。當然云設計的發(fā)展1)硬件資源,如電腦等電器設備;需要政府、中國煤化工界的共同努力。云2)軟件資源,設計及仿真專(zhuān)業(yè)軟件等;設計要求設|YHCNMHG礎,并且實(shí)現了企業(yè)用戶(hù)⑨回回花還務(wù)營(yíng)理)一一 (任務(wù)管物任務(wù)費桑|很索服務(wù)軍設計國池加工服務(wù)]重報仿真服務(wù) 經(jīng)黃管源服務(wù) ]團4云設計應用模式暴|[4] 陸繼翔,王平,陸長(cháng)德. Research on the deinition method of the式innovathinking In Computer Aid Industry desigm[C]. 2011IEEE 12th Intemational Conference on Computer- aided IndustialDesign & Conceptual Design, 2011-11.圖3 云設計關(guān)鍵技術(shù)5]宋寶華,陸長(cháng)德. - -體化創(chuàng )新設計原理與方法研究[C].制造內部信息集成。對業(yè)界來(lái)說(shuō),發(fā)展云設計,這既是設計創(chuàng )新業(yè)自動(dòng)化(增刊) :第二屆全國設計/過(guò)程技術(shù)集成學(xué)術(shù)研討會(huì )，199-8-的大好機遇,也是嚴峻的挑戰,還有許多問(wèn)題需要解決。云設計同任何新生事物-樣,必將在艱難曲折中前進(jìn),逐漸成[作者簡(jiǎn)介]為設計的主流,引領(lǐng)設計時(shí)代新潮流。陸繼翔( 1976-)男(漢族) ,陜西西安人,博士生,主要從事計算機輔助工業(yè)設計,云計算，云終端，新參考文獻:型人機交互模式,信號處理及移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)絡(luò )研究;[1] 李伯虎,張霖,柴旭東.云制造概論[J]. 中興通訊技術(shù)，2010,陸長(cháng)德( 1950-),男(漢族) ,陜西西安人,教授,博16. (4):5-8.導,主要從事工業(yè)設計,計算機輔助工業(yè)設計,設計[2] 李偉平,林慧蘋(píng),莫同,諸偉杰云制造中的關(guān)鍵技術(shù)分析管理,設計理論,人機工程學(xué)等研究;[C].全國先進(jìn)制造技術(shù)高層論壇及第九屆制造業(yè)自動(dòng)化及王平(1978-),女(漢族) ,陜西西安人,博士,講師, 主要從事高速信息化技術(shù)研討會(huì )，2010-10.無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )通信,偵查通信,盲分離,盲識別，盲檢測及OFDM研究。[3]王鵬,黃華鋒,曹珂,主編. 云計算-中國未來(lái)的IT戰略[M].北京:人民郵電出版社, 2010-6.熱烈祝賀第五屆全國計算機仿真大獎賽決賽及頒獎典禮圓滿(mǎn)成功!中國煤化工fYHCNMH G- 8-