面向3D打印云服务平台的体系架构研究

收稿日期：2017-05-27 基金项目：国家科技支撑计划资助项目（2015BAF04B02） 作者简介：刘永辉（1978 -），男，山东莱阳人，高级工程师，博士，研究方向为3D打印、个性化定制和智能制造等。 第39卷 第6期 2017-06 【145】
打印云服务平台已经出现并且运作良好，但是在相关 理论方面的研究才刚刚起步。本文首先对 3D 打印云服 务平台进行了介绍，分析了 3D 打印云服务平台的基本 功能，在此基础上提出了 3D 打印云服务平台的体系架 构；重点论述了 3D 打印云服务平台涉及的关键技术； 最后设计建设了面向高端家电家居产品个性化定制的 3D 打印云服务平台 — 天马行空网，经实际运行，平台 取得了较好的效果。
面向3D打印云服务平台的体系架构研究
Study on the architectural structure of 3D printing cloud service platform 刘永辉1，尹作重2，黄双喜3，马国军1，刘 华1 LIU Yong-hu1, YIN Zuo-zhong2, HUANG Shuang-xi3, MA Guo-jun1, LIU Hua1
0 引言
随着时代的发展，消费者对商品的需求逐渐趋向 多样化、个性化和碎片化[1]。与提供同质化产品和服务 的大规模制造相比，大规模定制化生产能够提供满足消 费个体需求的产品和服务 [2,3]，因而代表了未来的发展 方向。尽管许多企业正在大力推行大规模定制战略，目 前仍然面临许多困难。首先，定制化的程度受到企业需 求、制造能力、竞争力和技术现状等的限制 ，而依靠 现有的技术能够有效支撑实现大规模定制的产品范围较 小。其次，企业要想通过快速响应来供应定制化产品， 需具备很高的产品交付能力要求，特别是融合需求获 取、加工柔性和物流三者的能力，而现有技术同样难以 有效支撑。因此，人们呼唤出现一种新的具有高度柔性 的生产技术和复杂系统来快速获取和响应用户的个性化 需求[5]。 近年来，随着互联网、电子商务和 3D 打印 [6,7]等技 术的出现，新定制趋势正在出现并且逐渐渗透到人们生 活的各个方面。首先，随着互联网技术的发展，企业通 过网络平台能够快速获取和响应人们的个性化需求，导 致消费用户的个性化产品需求在持续增长。其次，智能 制造[8]的趋势在不断增长。大数据、云计算、3D打印等 新兴技术的出现为提高生产率、优化供应链和降低成本 等提供了更加丰富的有效手段。最后，出现了具有低参 与门槛的社会化制造[9]趋势，人们既是产品和服务的消 费者，又是设计者。生产者和消费者的界限开始变得模 糊，并进行融合” 、 “ 快速成形 ” 等， 是一种通过材料逐层堆积、实现产品无模成形的数字化 制造技术。与传统的制造技术相比， 3D 打印能够直接 制造出几乎任意复杂形状的产品，因而能够大幅度减少 对复杂制造过程的依赖性。经过几十年技术的发展特别 是新材料的研发， 3D 打印技术已经成功应用于航空航 天、医疗、汽车、教育等众多领域[11～13]，为实现产品定 制化提供了一种便捷的技术手段和强大的推动力。 当前，众多 3D 打印设备逐渐应用到社会生活各 个领域，但是大多数应用仍然为制造新产品研发过程 中的原型样机。如果将这些分散、闲置的 3D 打印机特 别是工业级 3D 打印设备配置到供应链系统中，社会化 制造的生产力水平将会快速提高 [14,15] 。近年来，一些 新兴公司以互联网为基础打造了一个 3D 打印设备共享 平台，使人们能够将定制想法快速变成实际产品，例 如 3DHubs 公司。另一个著名的公司是 Shapeways ，它 不仅利用 3D 打印技术为客户定制他们自己设计的各种 产品，还为客户提供了销售其创意产品的网络平台。 其他著名的 3D 打印定制化云服务平台还包括比利时的 i.materialise，新西兰的Ponoko，法国的Sculpteo，中国的 叁迪网、意造网，美国的Cubify Cloud和Kraftwurx等。 3D 打印云服务平台为实现大规模定制提供了技术 支撑。一方面，人们的个性化需求通过网络平台进行表 达和快速响应；另一方面，分散的 3D 打印设备资源被 联网共享、在平台上汇集并且在线调用，形成一个全球 化、快捷的定制化实现环境。尽管目前一些商业的 3D
（1.海尔集团技术研发中心，青岛266103；2.北京机械工业自动化研究所，北京 100120； 3.清华大学 自动化系国家CIMS工程技术研究中心，北京 100084） 摘 要：在分析互联网时代制造业向大规模定制方向发展必然规律的基础上，对面向3D打印云服务平台 的体系架构进行了深入研究。对3D打印云服务平台进行了介绍，分析了3D打印云服务平台的 基本功能，在此基础上提出了3D打印云服务平台的体系架构；论述了3D打印云服务平台研究 中涉及的关键技术。设计建设了面向高端家电家居产品个性化定制的3D打印云服务平台—天 马行空网，并对其功能与架构、技术实现方法和商业模式进行了简要论述。 关键词：3D打印；云服务平台；大规模定制；网络化；社会化制造 中图分类号：TB391；TH166 文献标识码：A 文章编号：1009-0134(2017)06-0145-05
2）云打印服务 云打印服务是 3D 打印云服务平台的核心功能之 一。具体实现功能如下：用户将设计好的 3D 模型上传 到 3D 打印云服务平台，然后选择打印材料、颜色、数 量、后处理等要求后，系统会自动生成订单信息，用户 在线付款后完成下单；平台接收订单后，通过一定的 筛选机制将订单分配给平台上的某个 3D 打印生产服务 商；该 3D 打印生产服务商接收并确认订单信息后开始 加工；加工完成后，给用户发货；用户收到产品，在平 台上对产品和服务质量进行评价反馈，该评价反馈计算 得出该生产服务商最新的累计口碑评价系数；云打印服 务完成。 3）创意需求发布 创意需求发布主要为用户提供在线创意需求发布功 能，帮助他们找到合格的设计师进行产品创意设计。创 意需求经平台审核成功发布之后即对所有设计服务资源 公开。 4）资源注册发布 资源注册发布主要实现 3D 打印设备资源、设计服 务资源和 3D 设计软件资源等各类资源在平台的统一标 准化描述、注册和发布，资源成功发布之后即成为可供