供稿人：汪新航，王富 供稿单位：西安交通大学机械制造系统工程国家重点实验室 发布日期：2022-03-30
增材制造技术在工业4.0中得到了广泛的关注。随着消费者对3D打印服务需求的不断增加，消除3D打印资源在地理位置上的需求和供应不平衡是一个巨大的挑战。通过将3D打印集成到云环境中，作为一种面向服务的新制造范式的云制造为应对这一挑战提供了一种方法。本文介绍一种基于先进的3D打印云模型的3D打印云平台系统架构设计。
图1 一种先进的3D打印云模型
3D打印云平台架构主要由四层构成：消费者工具包层、打印服务管理层、虚拟资源池层以及访问适配器层。其中消费者工具包层提供定制的在线工具，供服务需求者在云平台上使用。主要包括通用工具和3D打印相关工具两大类。3D打印管理层通过虚拟资源池层管理所有3D打印业务。云服务管理框架作为这一层的基础，提供了通用功能服务接口，包括服务建模模板、服务注册、服务发布、服务搜索、服务调用、服务组合等。
虚拟资源池层是从底层物理资源抽象出来的逻辑资源的虚拟池。进行物理资源信息的集中和管理。例如，3D打印机将被虚拟成一个虚拟化模型，机器参数采用结构化信息模型描述，功能接口采用软件虚拟化方法进行虚拟化。因此，建立了物理3D打印机和虚拟3D打印机之间的虚拟孪生体。随着连接3D打印机的数量越来越多，就形成了一个虚拟资源池。同时，对于模型优化、模型切片等功能，也可以虚拟化为云服务，并具有一定的服务规范。因此，这个虚拟资源池是云平台的核心资产。
接入适配器层用于实现对各种3D打印机的自适应访问，并统一I/O接口。在云平台中，需要预先定义一套抽象的3D打印机数字I/O接口作为标准接口，以供接入的所有设备采用。这些标准接口一般包括参数获取和设置、状态监控、设备控制、访问控制等功能。
图2 3D打印云平台架构
3D打印作为工业4.0中一种流行的先进制造技术，在利用CPS、物联网和云计算等技术的网络物理集成制造环境中面临着新的机遇和挑战，云制造作为一种新兴的、面向服务的智能制造模式，为应对这些挑战提供了有效的方法。