科技自動化聯盟在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的智能系統——信息物理系統CPS。從自動化技術的觀點看，CPS是一種過程系統，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，是嵌入式計算機和網絡監測和控制物理過程，通常系統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
整個的物聯網和服務網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，包括整個生產線相關的控制系統，以及產品制造的技術等。當前，在典型的工廠控制系統和管理系統信息集成的三層架構的基礎上，充分利用正在迅速發展的物聯網技術和服務網技術。
處在最上層的是與生產計劃、物流、能源和經營相關的ERP、SCR、CRM等，以及產品設計、技術相關的PLM，與服務網緊緊相連；而與制造生產設備和生產線控制、調度、排產等相關的PCS、MES功能通過CPS物理信息系統實現，這一層與工業物聯網緊緊相連。從制成品形成和產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，以及智慧產品的售后服務這些環節構成實時互聯互通的信息交換；而具有智慧的原材料供應和智慧產品的售后服務，具有充分利用服務網和物聯網的功能。
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，一直到數字化車間和數字化企業，是數字化工廠的基石。
目前，我國政府只能夠對高端的制造業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），也就是若干個智慧枝節和裝備，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。
在如今所處的現實世界，數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、生產制造和供應鏈的數字化，現實還沒有發展到十分成熟的程度，更不善廣泛的推廣應用。因此，立足現實，首先應把智能制造做好。數字化工廠是在生產制造的維度發展基于制造智能的自動化生產線或成套裝置。在這樣堅實的生產基礎設施的基礎上，將它們納入企業業務運營系統（ERP）和制造執行系統（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，然后延伸到產品售后的技術支持和服務。
生產自動化中的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（deployment time configuration）。所謂自主控制就是設備在某個環境下，可由自己控制，是自制的。組態分三個階段。現在用的所有都是離線組態，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。
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，一些節點在不同的地方，遇到不同的環境，可能要通過這種多套的、自組織的網絡來完成。
第三個方面是能感知環境關系的自動化。這就是部件的工作運行與所在的位置沒有關系。可能依據環境、天氣的影響，過程參數和過程結構能進行動態自適應，能夠自己解決這個問題，然后和其他部件一起，在整條生產線中部件能實現其任務，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調、指導、管理的作用。
智慧工廠需要集成和發展的主要技術
智慧工廠是從現有的各種工業自動化技術的基礎上吸收IT技術逐漸發展的。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場總線將傳感器、變送器和執行器鏈接、空間分布對象的數據采集、集中式的PLC轉向算法和數據處理。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管理層的軟件和自動化設備之間建立數據連接，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通到ERP上，這一點是可行的技術，可以有開發平臺。
語義互操作是指計算機系統傳輸明確的共享數據能力，它是對信息系統之間能夠進行可用機器計算的邏輯、推理、知識發展和數據聯合的要求。一個計算機系統和另外一個計算機系統進行數據交換時，不僅僅交換數據，而是交換定義非常明確而且可以共享的數據，這樣在任意一個系統里，不會發生歧義，這是將來要實現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。
物理信息生產系統CPPS引導邁向智慧工廠
把物理信息系統CPS的概念運用于生產制造，構成CPPS，即信息物理生產系統。以CPPS為模型構建智慧工廠是一條實現可行的發展路徑。在發展路徑的時候，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。
智慧工廠是工業自動化技術和IT技術深度融合的產物，工業物聯網和工業服務網是智慧工廠的信息技術基礎。工業自動化中的ERP—MES—PCS三層級架構、以PLM為中心的工廠產品設計和售后服務，以SCR、CRM等為中心的原材料供應物流和制成品的銷售物流，在智慧工廠中繼續發揮作用，但又面臨許多新的發展要求。
在德國，已經由物理信息生產系統CPPS引導邁向智慧工廠，將觸發德國政府倡導的Industrial Revooltin4.0。
工業自動化技術是這場第四次工業革命的主力技術，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、工業通信技術等）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走向“數字智造”的先鋒。
轉載請注明出處：拓步ERP資訊網http://www.guhuozai8.cn/
本文標題：智慧工廠：從電氣化到智慧化
本文網址：http://www.guhuozai8.cn/html/consultation/10825912899.html
相關文章
