智能制造系統(tǒng)

制造是經(jīng)濟(jì)發(fā)展的主導(dǎo)產(chǎn)業(yè)之一。制造業(yè)是國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展的基礎(chǔ)和核心。制造業(yè)在國民經(jīng)濟(jì)和社會發(fā)展中的重要地位和作用越來越被人們所認(rèn)識。制造業(yè)是國民經(jīng)濟(jì)的支柱產(chǎn)業(yè)之一，是國民經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的主體。工業(yè)是國民經(jīng)濟(jì)的基礎(chǔ)工業(yè)，是一個國家綜合實(shí)力的重要標(biāo)志。在當(dāng)今全球競爭的新形勢下，制造業(yè)對國家綜合實(shí)力和國際競爭力具有十分重要的意義。在工業(yè)領(lǐng)域中對世界經(jīng)濟(jì)發(fā)展有著舉足輕重的影響和作用。隨著世界制造業(yè)發(fā)展趨勢的轉(zhuǎn)變和國家制造業(yè)綜合實(shí)力的提升，制造業(yè)在國民經(jīng)濟(jì)中地位顯著提高。根據(jù)國際信息機(jī)構(gòu)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)顯示：制造業(yè)占國民經(jīng)濟(jì)份額分別為24.2%,23.7%和20.8%。中國制造業(yè)已發(fā)展成為世界第一制造業(yè)大國。當(dāng)前我國經(jīng)濟(jì)發(fā)展呈現(xiàn)出質(zhì)量效益提升態(tài)勢良好，結(jié)構(gòu)調(diào)整加快等良好勢頭。經(jīng)濟(jì)增長向中高端水平邁進(jìn)和轉(zhuǎn)變將為制造業(yè)提出更高要求，制造業(yè)如何發(fā)揮更大作用這是人們非常關(guān)心的問題，智能制造系統(tǒng)就是其中之一是智能化生產(chǎn)與管理相結(jié)合形成對制造業(yè)生產(chǎn)和管理帶來巨大變革和發(fā)展機(jī)會的新型管理模式和技術(shù)體系。

智能制造系統(tǒng)是針對制造業(yè)生產(chǎn)過程中的信息化管理、智能化生產(chǎn)、網(wǎng)絡(luò)化協(xié)同、個性化定制及精益生產(chǎn)等方面實(shí)現(xiàn)智能化生產(chǎn)管理而開發(fā)并實(shí)施的軟件系統(tǒng)?；谙冗M(jìn)信息技術(shù)和制造業(yè)集成創(chuàng)新體系建設(shè)，提高企業(yè)裝備水平，提高企業(yè)競爭力。為企業(yè)提供信息化支持技術(shù)，以提高企業(yè)核心競爭力和產(chǎn)品質(zhì)量，促進(jìn)企業(yè)轉(zhuǎn)型升級和可持續(xù)發(fā)展。是實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品品質(zhì)改善、提升產(chǎn)品價值、降低企業(yè)成本、提高企業(yè)競爭力、推動產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)升級、實(shí)現(xiàn)我國由制造大國向制造強(qiáng)國轉(zhuǎn)變，進(jìn)而提高產(chǎn)業(yè)整體競爭力的必然要求與有效途徑。智能制造不僅實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)化協(xié)同，而且更加注重柔性化制造、個性化定制及柔性運(yùn)輸?shù)认冗M(jìn)技術(shù)與裝備在企業(yè)生產(chǎn)方式中的應(yīng)用。智能制造系統(tǒng)將傳統(tǒng)制造業(yè)與現(xiàn)代信息技術(shù)以及自動化技術(shù)相結(jié)合形成智能生產(chǎn)與管理模式。在傳統(tǒng)制造業(yè)中將主要應(yīng)用在設(shè)備自動化及生產(chǎn)線自動化等方面。智能化是通過計(jì)算機(jī)對物理現(xiàn)象或物質(zhì)狀態(tài)等動態(tài)變化過程與本質(zhì)進(jìn)行深入研究而提出并實(shí)現(xiàn)的概念和過程體系。對事物進(jìn)行評價控制方式從定性轉(zhuǎn)變?yōu)槎俊⒍ㄐ耘袛嗪头治雠袛嘤袡C(jī)結(jié)合控制方式。它涉

及整個生產(chǎn)過程及其全過程管理和控制中心等多種手段和方法及其相互間產(chǎn)生相互影響和制約等一系列規(guī)律而形成系統(tǒng)控制理論和方法，它是科學(xué)發(fā)展觀重要思想在制造領(lǐng)域中集中反映了科學(xué)知識、技術(shù)、管理手段與經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展以及人類意識相互聯(lián)系相適應(yīng)之間相互制約和相互作用的內(nèi)在規(guī)律而形成的新事物。主要是以計(jì)算機(jī)為代表的信息技術(shù)和通信工程為手段所組成和進(jìn)行優(yōu)化、組合而成。現(xiàn)代信息時代已成為人類認(rèn)識世界、改造世界及其本身一系列工程所構(gòu)成的復(fù)雜有機(jī)關(guān)系的總稱。是計(jì)算機(jī)科學(xué)研究的重要成果之一（簡稱微積分）。現(xiàn)代科學(xué)體系包括自然科學(xué)體系，而科學(xué)體系則包含了由物質(zhì)和能量組成。因此它具有十分重要的科學(xué)意義和實(shí)踐價值。智能制造系統(tǒng)就是通過運(yùn)用信息科學(xué)及其相關(guān)技術(shù)有效解決先進(jìn)制造型企業(yè)在生產(chǎn)經(jīng)營過程中出現(xiàn)一些新問題產(chǎn)生新價值的途徑及實(shí)現(xiàn)途徑，從而實(shí)現(xiàn)企業(yè)發(fā)展目標(biāo)和提高核心競爭力等一系列問題從而提高我國制造業(yè)

智能制造系統(tǒng)由采集層、服務(wù)層構(gòu)成。采集信息、控制處理，傳送給上層決策。網(wǎng)絡(luò)層為工業(yè)網(wǎng)絡(luò)設(shè)施，包括傳感器網(wǎng)絡(luò)、交換機(jī)、信息交換交換機(jī)和其它設(shè)備。傳輸信息時，按需合理配置連接到互聯(lián)網(wǎng)實(shí)現(xiàn)連接，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)和工業(yè)設(shè)備聯(lián)網(wǎng)。在智能制造的基礎(chǔ)上建立信息系統(tǒng)架構(gòu)，實(shí)現(xiàn)對智能設(shè)備的信息采集、加工、傳輸、控制、監(jiān)控與維護(hù)功能。智能制造系統(tǒng)可通過網(wǎng)絡(luò)連接企業(yè)現(xiàn)有設(shè)備及移動終端設(shè)施實(shí)現(xiàn)對生產(chǎn)設(shè)備、車間、倉庫及廠區(qū)周圍設(shè)施及其他企業(yè)的全面管控。形成智能制造環(huán)境，通過信息溝通形成信息共享平臺，實(shí)現(xiàn)資源合理配置與高效利用。提供了實(shí)時、準(zhǔn)確的車間生產(chǎn)狀況信息及制造執(zhí)行情況。為員工創(chuàng)造更加寬松、公平、競爭和諧、健康的

工作環(huán)境及人文環(huán)境。實(shí)現(xiàn)工作流程透明化運(yùn)營目標(biāo)及績效考核體系要求。對每一環(huán)節(jié)進(jìn)行監(jiān)督，加強(qiáng)內(nèi)部工作協(xié)調(diào)；各部門之間有效協(xié)作；提高工作效率，實(shí)現(xiàn)科學(xué)決策，實(shí)現(xiàn)設(shè)備無人化操作等系列措施，為用戶提供高效、穩(wěn)定、可靠，從而提高企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益以及社會效益；并創(chuàng)造良好環(huán)境，節(jié)約能源和人力成本：提高效率與效益為目的，通過提高工作效率而優(yōu)化資源配置并最大限度提高工作效率實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)效益和社會效益.以減少能源消耗、水和廢物排放；提高設(shè)備工作效率和可靠性；優(yōu)化勞動布局；減少不必要的管理開支；提高生產(chǎn)效率，實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)效益為目的。智能制造系統(tǒng)通常包括五個組成部分：智能車間、加工中心、生產(chǎn)線、自動化系統(tǒng)、物流中心、控制平臺及信息系統(tǒng)（簡稱“制造平臺”),其中智能制造系統(tǒng)是核心項(xiàng)目之一。智能制造系統(tǒng)是由設(shè)備系統(tǒng)、生產(chǎn)管理系統(tǒng)、服務(wù)支撐以及相關(guān)輔助措施組成，綜合運(yùn)用云計(jì)算、大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)三大類核心技術(shù)。智能生產(chǎn)系統(tǒng)由智能制造控制網(wǎng)絡(luò)通信平臺、信息應(yīng)用軟件平臺等組成。主要實(shí)現(xiàn)信息采集、處理、存儲、交互及控制等功能以及與信息化網(wǎng)絡(luò)之間信息交換與共享平臺等功能應(yīng)用為一體，以生產(chǎn)現(xiàn)場為中心建立智能工廠信息集成平臺提供商網(wǎng)絡(luò)通訊

制造業(yè)系統(tǒng)在企業(yè)生產(chǎn)中是一個復(fù)雜的、交互頻繁、不斷變化的系統(tǒng)，因此，傳統(tǒng)的生產(chǎn)管理模式和技術(shù)手段已經(jīng)不能滿足智能制造系統(tǒng)需要。因此，在制造企業(yè)信息化體系中，構(gòu)建以流程為基礎(chǔ)，以數(shù)據(jù)為核心的智能制造生產(chǎn)管理系統(tǒng)將會產(chǎn)生巨大變化，同時在這樣一個新的環(huán)境中建立新的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)體系也將會成為智能制造發(fā)展不可回避的問題，因此智能制造系統(tǒng)設(shè)計(jì)將會成為未來十年制造業(yè)面臨的一個重大挑戰(zhàn)。而在傳統(tǒng)制造模式中，企業(yè)大多缺乏信息化工作環(huán)境和信息化管理基礎(chǔ)。因此，有必要對制造業(yè)進(jìn)行改造和升級。而實(shí)施智能制造體系建設(shè)要滿足智能制造系統(tǒng)應(yīng)用開發(fā)工作應(yīng)具備的功能要求。

1、智能制造工廠體系中可實(shí)施生產(chǎn)制造功能要求：面向智能制造的工廠將具備信息采集和感知、控制與處理信息技術(shù)與工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)相結(jié)合的集成系統(tǒng)作用；能夠?qū)I(yè)現(xiàn)場進(jìn)行質(zhì)量控制、智能分析、自動決策和控制。包括自動調(diào)度、智能化設(shè)備、軟件及信息技術(shù)平臺等在內(nèi)的信息系統(tǒng)。

2、車間：包括生產(chǎn)現(xiàn)場設(shè)施與設(shè)備、工藝流程、管理與決策三大要素。系統(tǒng)之間要實(shí)現(xiàn)功能集成、信息交互等基本要求。

3、單元：具有執(zhí)行設(shè)備、加工過程以及單元之間能夠進(jìn)行數(shù)據(jù)交換、信息共享等功能。

4、過程管理系統(tǒng)：可以包括：生產(chǎn)管理信息系統(tǒng)、質(zhì)量管理系統(tǒng)、物流系統(tǒng)（或供應(yīng)鏈管理系統(tǒng)）、資源管理系統(tǒng)、環(huán)境管理系統(tǒng)等業(yè)務(wù)管理系統(tǒng)和計(jì)算機(jī)集成系統(tǒng)中多個系統(tǒng)綜合應(yīng)用系統(tǒng)之間連接信息網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行集成信息服務(wù)和管控工作為一體一個有效實(shí)施信息產(chǎn)業(yè)管理服務(wù)工作任務(wù)和提高工作效率實(shí)現(xiàn)信息化工作新發(fā)展要求而建立高效運(yùn)作系統(tǒng)，具有較高穩(wěn)定性和安全性等特點(diǎn)。

智能制造系統(tǒng)具體有哪些應(yīng)用？主要包括兩個部分：第一個部分是產(chǎn)品數(shù)據(jù)采集與控制；第二個部分是智能制造管理。這兩個部分是智能制造的核心，如何解決以上兩個問題，讓智能制造系統(tǒng)得以順利實(shí)現(xiàn)呢？智能制造應(yīng)用主要分為四類：第一類：是企業(yè)自動化部分。如：數(shù)控機(jī)床、機(jī)器人、物流管理、物料管理等。第二類：自動化生產(chǎn)線管控：包括車間在線優(yōu)化、工廠級智能化改造以及無人車間等項(xiàng)目。其中無人車間指在工廠生產(chǎn)過程中實(shí)現(xiàn)機(jī)器人代替人工完成生產(chǎn)線上各種機(jī)械的自動化操作及產(chǎn)品質(zhì)量檢驗(yàn)和出廠過程。其應(yīng)用可以減少人力資源投入及物料消耗成本等。第三類：柔性制造技術(shù)。柔性制造就是通過利用大數(shù)據(jù)等先進(jìn)信息技術(shù)實(shí)現(xiàn)對各類機(jī)械設(shè)備所需參數(shù)或者過程信號狀態(tài)的識別和實(shí)時處理。從而達(dá)到提高產(chǎn)品品質(zhì)的目的及效率等目的。實(shí)現(xiàn)自動化和智能化。而自動化則在較大程度上取代手工操作和勞動強(qiáng)度。它可以通過應(yīng)用一些先進(jìn)或者成熟的高科技手段，通過數(shù)據(jù)處理采集系統(tǒng)、生產(chǎn)工藝設(shè)備、控制程序等智能設(shè)備為用戶提供產(chǎn)品和服務(wù)信息及技術(shù)支持，并通過各種技術(shù)手段控制產(chǎn)品生產(chǎn)過程中需要完成相關(guān)任務(wù)。如自動化：利用機(jī)器來進(jìn)行生產(chǎn)作業(yè)、檢測和故障排除等任務(wù)；使其按照預(yù)定軌道運(yùn)行；使所配置工作符合特定要求達(dá)到預(yù)定狀態(tài)；滿足設(shè)計(jì)要求；以及實(shí)現(xiàn)智能生產(chǎn)狀態(tài)判斷、設(shè)備故障診斷等任務(wù)要求。第四類：管理系統(tǒng)(ERP):主要以對訂單和客戶數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，集成企業(yè)各種資源，為企業(yè)管理及決策提供支持，幫助實(shí)現(xiàn)企業(yè)精益生產(chǎn)等模式要求（見圖2);智能化改造項(xiàng)目屬于制造能力建設(shè)范疇的一種新模式。

1.智能決策：以需求為導(dǎo)向，基于用戶的設(shè)備（計(jì)算機(jī)、傳感器、機(jī)械手臂、 PLC等）或業(yè)務(wù)系統(tǒng)為核心，通過各種先進(jìn)通信技術(shù)，建立起一套完善的工業(yè)網(wǎng)絡(luò)體系，并利用系統(tǒng)運(yùn)行來完成生產(chǎn)活動（加工、裝配等）和質(zhì)量控制的目標(biāo)。

2.智能運(yùn)行：通過網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)工廠生產(chǎn)過程和服務(wù)過程協(xié)同自動化與智能化的集成，將制造過程中產(chǎn)生的數(shù)據(jù)信息轉(zhuǎn)變?yōu)榭梢苑治?、預(yù)測、控制和決策的關(guān)鍵信息和決策資源。

3.數(shù)據(jù)采集及分析：從數(shù)字化采集、數(shù)字化到智能化處理的整個過程中所產(chǎn)生的數(shù)據(jù)流及相關(guān)業(yè)務(wù)的流程都能夠通過采集和處理得到有效的控制和分析，對工藝過程進(jìn)行優(yōu)化并將之反饋到生產(chǎn)中去，從而使產(chǎn)品質(zhì)量更加穩(wěn)定。

4.業(yè)務(wù)協(xié)同：實(shí)現(xiàn)制造過程管理數(shù)據(jù)信息在整個生產(chǎn)流程中傳輸及管理。使業(yè)務(wù)過程更加高效、穩(wěn)定和安全、可靠的產(chǎn)生、存儲及共享在工業(yè)經(jīng)濟(jì)中起著重要指導(dǎo)作用。

5.自動作業(yè)：能夠有效避免因操作失誤或由于人為原因造成產(chǎn)品性能下降或質(zhì)量異常等情況產(chǎn)生后果。因此自動作業(yè)是自動流程設(shè)計(jì)和控制功能之一。

6.生產(chǎn)過程：產(chǎn)品生命周期（質(zhì)量控制）管理主要包括：過程管理服務(wù)、設(shè)備管理等環(huán)節(jié)。重點(diǎn)從數(shù)據(jù)采集到管理全過程實(shí)施管理控制。

7.質(zhì)量管理與控制：從工藝制定到產(chǎn)品最終檢驗(yàn)和質(zhì)量檢測都通過實(shí)時集成監(jiān)控系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)全過程監(jiān)控和自動控制，并與產(chǎn)品銷售服務(wù)相匹配，從而保證用戶利益獲得保障為目的。

基于網(wǎng)絡(luò)的智能制造系統(tǒng)的總體技術(shù)架構(gòu)是基于 IP層的，它包括網(wǎng)絡(luò)層、通信服務(wù)層、應(yīng)用系統(tǒng)層和控制管理層三個部分。其功能主要是保證在生產(chǎn)過程中能夠通過各種通信方式與其他業(yè)務(wù)系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)時數(shù)據(jù)交換，從而有效地保障了生產(chǎn)的順利進(jìn)行。因此，各層之間沒有直接的通信和交互，因此不需要通過服務(wù)器?；诜?wù)的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)也是在此基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)信息與服務(wù)共享，保證數(shù)據(jù)安全有序地傳遞出去。智能制造系統(tǒng)以網(wǎng)絡(luò)為主要通信工具，支持從工業(yè)設(shè)備、工廠生產(chǎn)現(xiàn)場到服務(wù)器等各個業(yè)務(wù)節(jié)點(diǎn)之間實(shí)時交換數(shù)據(jù)和通信進(jìn)行。智能制造系統(tǒng)在不同環(huán)節(jié)上具有不同的功能，因此需要進(jìn)行合理的組合和應(yīng)用。具體而言，一是基于特定條件下形成了多條工藝過程中自動完成生產(chǎn)工序（設(shè)備）和不同工種的實(shí)時生產(chǎn)與庫存管理所需的先進(jìn)工藝信息。智能制造系統(tǒng)既可以實(shí)現(xiàn)無人化生產(chǎn)也可提供自動化管理手段支持以實(shí)現(xiàn)高效、節(jié)能、環(huán)保的新型制造技術(shù)體系。作為智能制造最基本平臺存在著大量企業(yè)所需的資源信息。如果信息丟失，將會造成巨大損失甚至無法彌補(bǔ)。因此必須建立一個以數(shù)據(jù)為中心、面向業(yè)務(wù)以及網(wǎng)絡(luò)協(xié)同技術(shù)的系統(tǒng)框架體系。這是智能制造企業(yè)構(gòu)建和運(yùn)行核心技術(shù)體系關(guān)鍵環(huán)節(jié)之一。

例如: PLC實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過程自動化是必不可少并且相對容易實(shí)現(xiàn)，關(guān)鍵要看它是否需要一定數(shù)量的計(jì)算和存儲單元、是否安全可靠等其它一些必要因素。企業(yè)一般都采用基于云或分布式部署技術(shù)對網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行調(diào)度管理和數(shù)據(jù)存儲服務(wù)和管理通信業(yè)務(wù)能力建設(shè)問題將會成為影響智能制造系統(tǒng)技術(shù)性能及可靠性發(fā)展中重點(diǎn)考慮因素之一。此外，生產(chǎn)過程還涉及數(shù)據(jù)與工藝、設(shè)備、系統(tǒng)之間的通信網(wǎng)絡(luò)等信息技術(shù)架構(gòu)也需要考慮在內(nèi)，智能制造系統(tǒng)是一個完整系統(tǒng)，所以需要在整個基礎(chǔ)架構(gòu)方面有所創(chuàng)新才能滿足企業(yè)對智能制造系統(tǒng)各功能所需。具體如下：以圖3為例進(jìn)行說明：在整體結(jié)構(gòu)上主要包括以下幾個層次：管理系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)要素和產(chǎn)品信息之間進(jìn)行信息傳遞；數(shù)據(jù)庫中包含了各個

根據(jù)制造企業(yè)自身特點(diǎn)和行業(yè)特性，結(jié)合制造行業(yè)信息化工程實(shí)施經(jīng)驗(yàn)，有針對性地構(gòu)建智能制造系統(tǒng)。具體可分為以下幾個方面：1、建立“企業(yè)云”：以工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)為核心構(gòu)建大數(shù)據(jù)驅(qū)動的智能制造平臺，實(shí)現(xiàn)制造運(yùn)行模式扁平化、智能化；

2、智能工廠：實(shí)現(xiàn)從設(shè)計(jì)研發(fā)、設(shè)備維護(hù)到車間管理等全過程在線；

3、基于工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺：實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)可視化管理、協(xié)同化作業(yè)、數(shù)據(jù)化；

4、智能制造設(shè)備：實(shí)現(xiàn)對設(shè)備故障應(yīng)急處置管理能力；

5、信息安全管理：將制造設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)測、故障診斷等信息及時傳遞給其他相關(guān)設(shè)備；

6、設(shè)備運(yùn)行：實(shí)現(xiàn)設(shè)備自我診斷與維護(hù)；

7、管理決策支持系統(tǒng)：對設(shè)備狀態(tài)有一個客觀、科學(xué)、有效的預(yù)測；

8、人機(jī)交互：實(shí)現(xiàn)人機(jī)交互；

9、生產(chǎn)過程跟蹤及優(yōu)化：生產(chǎn)設(shè)備、工藝參數(shù)和流程在可視化平臺上實(shí)時顯示并由專家做出判斷；

10、現(xiàn)場控制：基于工廠及車間控制平臺可實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場安全監(jiān)測、事故報警處理及輔助決策服務(wù)；

11、智能化：實(shí)現(xiàn)無人車間智能化生產(chǎn)改造；實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)決策分析和優(yōu)化；提供設(shè)備故障診斷及預(yù)測預(yù)警等功能。