科技自動化聯(lián)盟在2012年8月定義了“智慧工廠1.0”的理念框架。所謂的智慧工廠是由工程技術、生產(chǎn)制造和供應鏈這三個維度來清晰描述工廠的全部活動。說起智慧工廠，不得不提起一種與它密切關聯(lián)的智能系統(tǒng)——信息物理系統(tǒng)CPS。從自動化技術的觀點看，CPS是一種過程系統(tǒng)，是計算和物理過程的整合集成，也有人稱為信息物理融合系統(tǒng)，是嵌入式計算機和網(wǎng)絡監(jiān)測和控制物理過程，通常系統(tǒng)具有物理過程影響計算，計算也影響物理過程的反饋通路。
智慧工廠的基本架構
整個的物聯(lián)網(wǎng)和服務網(wǎng)是未來智慧工廠的一個基本架構，是信息技術的基礎。包括軟件、管理的技術，包括整個生產(chǎn)線相關的控制系統(tǒng)，以及產(chǎn)品制造的技術等。當前，在典型的工廠控制系統(tǒng)和管理系統(tǒng)信息集成的三層架構的基礎上，充分利用正在迅速發(fā)展的物聯(lián)網(wǎng)技術和服務網(wǎng)技術。
處在最上層的是與生產(chǎn)計劃、物流、能源和經(jīng)營相關的ERP、SCR、CRM等，以及產(chǎn)品設計、技術相關的PLM，與服務網(wǎng)緊緊相連；而與制造生產(chǎn)設備和生產(chǎn)線控制、調度、排產(chǎn)等相關的PCS、MES功能通過CPS物理信息系統(tǒng)實現(xiàn)，這一層與工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)緊緊相連。從制成品形成和產(chǎn)品生命周期服務的維度，智慧工廠還需要和具有智慧的原材料供應，以及智慧產(chǎn)品的售后服務這些環(huán)節(jié)構成實時互聯(lián)互通的信息交換；而具有智慧的原材料供應和智慧產(chǎn)品的售后服務，具有充分利用服務網(wǎng)和物聯(lián)網(wǎng)的功能。
從CPS走向智慧工廠的圖像
智能制造裝備是由許多智能部件和其它相關基本部件構成，是由各種智能部件、裝置到智能系統(tǒng)，一直到數(shù)字化車間和數(shù)字化企業(yè)，是數(shù)字化工廠的基石。
目前，我國政府只能夠對高端的制造業(yè)和一些關系國際名稱的最基本的智能部件來做。除此之外，日常需要還有很大的市場，比如家電，各種生活制品。因此，應讓市場去發(fā)展，瞄準市場急需，來惠澤智慧工廠。
一個智慧工廠是由許多智能制造裝備構成（包括控制和信息系統(tǒng)），也就是若干個智慧枝節(jié)和裝備，若干個智慧裝備是由各種智能的部件構成，智能的聚合力越往上越高，這就是從CPS走向智慧工廠的一種描述。
在如今所處的現(xiàn)實世界，數(shù)字化智慧工廠實際上正在分別沿著上述的三個維度獨立的開展，因為工程技術、生產(chǎn)制造和供應鏈的數(shù)字化，現(xiàn)實還沒有發(fā)展到十分成熟的程度，更不善廣泛的推廣應用。因此，立足現(xiàn)實，首先應把智能制造做好。數(shù)字化工廠是在生產(chǎn)制造的維度發(fā)展基于制造智能的自動化生產(chǎn)線或成套裝置。在這樣堅實的生產(chǎn)基礎設施的基礎上，將它們納入企業(yè)業(yè)務運營系統(tǒng)（ERP）和制造執(zhí)行系統(tǒng)（MES）的管轄之下；同時，在工程技術的維度上，建立和完善CAD、CAPP、CAM基礎上的PDM核PLM，然后延伸到產(chǎn)品售后的技術支持和服務。
生產(chǎn)自動化中的CPS需要關注的三大主題
一個是自適應和自主控制。包括基于部件的自動化（component —based automation）和軟件安裝階段組態(tài)（deployment time configuration）。所謂自主控制就是設備在某個環(huán)境下，可由自己控制，是自制的。組態(tài)分三個階段。現(xiàn)在用的所有都是離線組態(tài)，將來的CPS所要解決的問題是測試部件在不同的地方，在提前未知的情況下，把不同物理位置的東西在安裝的過程中間，進行組態(tài)。
第二是通信和分散的功能性。這其實就涉及到水平的集成和垂直的集成。而所謂分散的控制，不是分層的控制，對分層通信結構沒有強烈依賴。通信也會隨著分散越來越扁平化，不是一層一層的通信。它應該有一個基于無線和有線（有界的）的一種adhoc通信，可以自由組織，一些節(jié)點在不同的地方，遇到不同的環(huán)境，可能要通過這種多套的、自組織的網(wǎng)絡來完成。
第三個方面是能感知環(huán)境關系的自動化。這就是部件的工作運行與所在的位置沒有關系。可能依據(jù)環(huán)境、天氣的影響，過程參數(shù)和過程結構能進行動態(tài)自適應，能夠自己解決這個問題，然后和其他部件一起，在整條生產(chǎn)線中部件能實現(xiàn)其任務，完成一個總的功能性要求。另外，關于人員因素的集成是要以人為中心的制造，增強操作人員的能力。因為人在整個智慧工廠里起到協(xié)調、指導、管理的作用。
智慧工廠需要集成和發(fā)展的主要技術
智慧工廠是從現(xiàn)有的各種工業(yè)自動化技術的基礎上吸收IT技術逐漸發(fā)展的。完成這些需要注意分布式自動化、開放的通信和語義可互操作性三個方面。
分布式自動化是用現(xiàn)場總線將傳感器、變送器和執(zhí)行器鏈接、空間分布對象的數(shù)據(jù)采集、集中式的PLC轉向算法和數(shù)據(jù)處理。它的特性是在基本服務中對機電一體化功能進行功能性封裝、清晰定義的服務接口（如WSDL）、標準化的通信接口（如SOAP、DPWS），為自動化部件提供可互操作性、便于集成，花最少時間完成集成、過程控制的程序，易于控制，也便于修改。將來不是所有的功能都在一個集中的系統(tǒng)完成，而可能是有許多的功能，通過智慧體完成各種各樣的協(xié)調，是一個很好的方法，這對于CPS 智慧工廠非常重要。
開放式通信架構， 不管是運動控制、工廠自動化或者是過程自動化，將來都要追求一種界面，在通信的時候對硬件沒有依賴，所有不同通信的規(guī)約，甚至在一種總線下運行。這樣才是一個開放性程序，能把各種技術融合起來，這種理念對將來真正實現(xiàn)智慧工廠有很好的作用。
關于垂直集成和水平集成的互操作問題。垂直集成意味著在企業(yè)管理層的軟件和自動化設備之間建立數(shù)據(jù)連接，要使信號能提升為具有顯性含義。垂直集成是要讓在工廠生產(chǎn)的所有信息都能隨機存取的集成，可以用OPC、UA，有了OPC可以從基礎的嵌入式系統(tǒng)通到ERP上，這一點是可行的技術，可以有開發(fā)平臺。
語義互操作是指計算機系統(tǒng)傳輸明確的共享數(shù)據(jù)能力，它是對信息系統(tǒng)之間能夠進行可用機器計算的邏輯、推理、知識發(fā)展和數(shù)據(jù)聯(lián)合的要求。一個計算機系統(tǒng)和另外一個計算機系統(tǒng)進行數(shù)據(jù)交換時，不僅僅交換數(shù)據(jù)，而是交換定義非常明確而且可以共享的數(shù)據(jù)，這樣在任意一個系統(tǒng)里，不會發(fā)生歧義，這是將來要實現(xiàn)智慧工廠的重要方法。
面向服務的架構SOA是一種不受限與具體技術的體系結構，在SOA中，迫切要求服務提供者與服務需求者之間進行有效的通信，而無需考慮信息結構、與業(yè)務相關的人為因素和其它文件的異構（即非同一性），這種要求稱為語義的可互操作性。通常認為技術方法是服務的要求者與提供者之間進行有效協(xié)調和集成的最大障礙，實際上語義的互操作性才是根源性的問題。
物理信息生產(chǎn)系統(tǒng)CPPS引導邁向智慧工廠
把物理信息系統(tǒng)CPS的概念運用于生產(chǎn)制造，構成CPPS，即信息物理生產(chǎn)系統(tǒng)。以CPPS為模型構建智慧工廠是一條實現(xiàn)可行的發(fā)展路徑。在發(fā)展路徑的時候，所有都是建立在自動化的技術基礎之上，包括軟硬件技術。這個技術并不是一個孤立的技術。
智慧工廠是工業(yè)自動化技術和IT技術深度融合的產(chǎn)物，工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)和工業(yè)服務網(wǎng)是智慧工廠的信息技術基礎。工業(yè)自動化中的ERP—MES—PCS三層級架構、以PLM為中心的工廠產(chǎn)品設計和售后服務，以SCR、CRM等為中心的原材料供應物流和制成品的銷售物流，在智慧工廠中繼續(xù)發(fā)揮作用，但又面臨許多新的發(fā)展要求。
在德國，已經(jīng)由物理信息生產(chǎn)系統(tǒng)CPPS引導邁向智慧工廠，將觸發(fā)德國政府倡導的Industrial Revooltin4.0。
工業(yè)自動化技術是這場第四次工業(yè)革命的主力技術，不過它必須遁溯IT技術所要求的那樣，進一步加快開放的步伐。工業(yè)自動化技術應該將其研究的重點，從在各個分割的研究領域（例如分布式系統(tǒng)、工業(yè)通信技術等）進行局部的和遞增式的改進，改變到按構建智慧工廠所要求的科學技術和工程技術，積極推動中國制造業(yè)走向“數(shù)字智造”的先鋒。
轉載請注明出處：拓步ERP資訊網(wǎng)http://www.hanmeixuan.com/
本文標題：智慧工廠：從電氣化到智慧化
本文網(wǎng)址：http://www.hanmeixuan.com/html/consultation/10825912899.html
相關文章
