基于流程工業(yè)智能工廠建設(shè)技術(shù)應(yīng)用

黃俊俊

一、智能工廠的概念及體系架構(gòu)

（一）智能工廠概念

美國的智能制造領(lǐng)導(dǎo)同盟是世界上最早對(duì)智能工廠做出描述的組織，它提出智能過程制造（SPM）理念，將人工與智能聯(lián)合起來，集中力量為策劃、使用、維護(hù)和設(shè)備管理服務(wù)，通過模型化的方法使工廠的決策與運(yùn)行方式更加合理可靠，不僅可以擁有一定的預(yù)知能力，還可以提高其對(duì)特殊事故的反應(yīng)及處理能力。隨后德國繼美國之后第二個(gè)將此概念加入國家戰(zhàn)略，提出“工業(yè)4.0”的理念，也就是虛擬網(wǎng)絡(luò)-實(shí)體物理系統(tǒng)（CPS）。它把物理設(shè)備與互聯(lián)網(wǎng)連結(jié)，使其具備了互聯(lián)網(wǎng)的一系列特性，如計(jì)算、通信、遠(yuǎn)程控制等功能，實(shí)現(xiàn)虛擬網(wǎng)絡(luò)與現(xiàn)實(shí)世界的交匯，即人工智能系統(tǒng)。在汲取優(yōu)秀經(jīng)驗(yàn)后，李克強(qiáng)總理于2015年《政府工作報(bào)告》里正式提出 “中國制造2025”的概念，指出要實(shí)現(xiàn)中國制造，就必須發(fā)展智能化工廠，促進(jìn)產(chǎn)業(yè)快速實(shí)現(xiàn)智能化。

（二）整體思路

要建立智能工廠，首先要將理論與實(shí)踐相結(jié)合。第一，要有一個(gè)明確的目標(biāo)，例如這個(gè)企業(yè)想要建設(shè)什么樣的智能工廠？想要建設(shè)到哪一步？獲得怎樣的效益？第二，要根據(jù)企業(yè)的需要制定出合理的施行策略；第三，根據(jù)實(shí)際情況及時(shí)調(diào)整計(jì)劃，在不同的建設(shè)時(shí)期都能找到最適宜的方法。

（三） 系統(tǒng)架構(gòu)

智能工廠要實(shí)現(xiàn)操作智能化、運(yùn)營智能化、商業(yè)智能化。而這三個(gè)層次都有著相對(duì)應(yīng)的地方：操作管理智能化與PCS 層相對(duì)，生產(chǎn)管理智能化與MES 層相對(duì)，而商業(yè)智能化與 ERP 層相對(duì)。在這樣的理論基礎(chǔ)上，數(shù)字化工廠才能繼續(xù)發(fā)展并不斷創(chuàng)新。我國眾多企業(yè)在國家的支持下，積極探索如何進(jìn)一步提高產(chǎn)業(yè)信息化與工廠生產(chǎn)管理。

（四）流程工業(yè)和智能工廠的區(qū)別

流程工業(yè)指的是石油、石化、化工、制藥等工業(yè)，是一種連續(xù)性的產(chǎn)業(yè)。這種工業(yè)要實(shí)現(xiàn)智能工廠，更多重視的是原料的選配、生產(chǎn)過程的優(yōu)化、線上網(wǎng)絡(luò)控制等。屬于連續(xù)生產(chǎn)過程，智能工廠的建設(shè)更側(cè)重原料的選擇、流程的優(yōu)化、在線的控制等。而一般的制造業(yè)則更多偏重于強(qiáng)化信息管理，保證一整個(gè)生產(chǎn)線可以高效合理地運(yùn)行，降低對(duì)人工的依賴。而且由于制造業(yè)復(fù)雜的生產(chǎn)流程，對(duì)智能工廠的要求更高，比如要實(shí)現(xiàn)流水線的自動(dòng)收集、分析、解決事件的功能。

二、智能工廠實(shí)施技術(shù)探討

（一） 生產(chǎn)操作層智能化

實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)操作層智能化，即在生產(chǎn)管理層下達(dá)指令后，迅速地找出最優(yōu)方法，并對(duì)其進(jìn)行控制。

它的先進(jìn)過程控制技術(shù)是目前與計(jì)算機(jī)技術(shù)最早連結(jié)、應(yīng)用最為純熟的技術(shù)之一。早在20 世紀(jì) 70 年代，美國殼牌公司就通過對(duì)動(dòng)態(tài)矩陣算法的使用，開始弱非線性對(duì)象控制，并針對(duì)一系列問題又催生出裝置（或區(qū)域裝置群）的在線和閉環(huán)實(shí)時(shí)優(yōu)化技術(shù)，促進(jìn)了模擬和控制的聯(lián)合。

將生產(chǎn)操作從實(shí)時(shí)優(yōu)化到全新的系統(tǒng)自動(dòng)、閉環(huán)控制，是目前我國產(chǎn)業(yè)的主要發(fā)展目標(biāo)。目前應(yīng)用了區(qū)域裝置群級(jí)的例子并不多，但這一技術(shù)已經(jīng)很成熟了，大規(guī)模推廣實(shí)施也不會(huì)遇到障礙。

（二）生產(chǎn)管理層智能化

實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)管理層智能化主要是為了提高企業(yè)生產(chǎn)管理的彈性，可以對(duì)單廠或多廠施行智能化管理。它的主要研究對(duì)象是在管理層下達(dá)生產(chǎn)目標(biāo)后，工廠根據(jù)實(shí)際生產(chǎn)能力將目標(biāo)劃分階段完成的生產(chǎn)計(jì)劃，并將該計(jì)劃下發(fā)至基層。在這個(gè)時(shí)候，要求智能系統(tǒng)能及時(shí)整合反饋上來的生產(chǎn)信息，及時(shí)發(fā)現(xiàn)并改正問題，對(duì)該層面實(shí)現(xiàn)閉合控制。

“智能模擬”在收到上層的任務(wù)后，進(jìn)行一系列自主分析，從而設(shè)計(jì)出短期工作計(jì)劃?！罢{(diào)度協(xié)調(diào)優(yōu)化”在這一工作計(jì)劃的基礎(chǔ)上，依靠優(yōu)化命題和大數(shù)據(jù)分析出現(xiàn)階段的基本生產(chǎn)力狀況，并在做出短期操作目標(biāo)后傳送至 “調(diào)度令管理”系統(tǒng)。

這一層面的三大中心技術(shù)就是“模型可靠性技術(shù)”、“模型可實(shí)現(xiàn)性技術(shù)”和“關(guān)聯(lián)挖掘分析技術(shù)”。這些技術(shù)可以充分保證模擬計(jì)劃與實(shí)體生產(chǎn)的有效匹配，它們可以說是企業(yè)實(shí)現(xiàn)智能化的核心技術(shù)。經(jīng)過多年的研究實(shí)踐，我國已有不少專家學(xué)者掌握了這些技術(shù)。

（三）經(jīng)營管理層智能化

企業(yè)的經(jīng)營與市場息息相關(guān)。要實(shí)現(xiàn)經(jīng)營管理層智能化，就必須牢牢掌握市場的需求變化、原材料的生產(chǎn)情況、社會(huì)生產(chǎn)力和商品單位生產(chǎn)時(shí)長等一系列問題，只有這樣，才能確定企業(yè)發(fā)展的戰(zhàn)略目標(biāo)，進(jìn)而制定生產(chǎn)計(jì)劃，充分發(fā)揮各部門優(yōu)勢(shì)，實(shí)現(xiàn)企業(yè)的長足發(fā)展。由于這一層面所面對(duì)的是變化多端的市場經(jīng)濟(jì)，因此其風(fēng)險(xiǎn)性極大，完全實(shí)現(xiàn)智能化的難度不言而喻。

迄今為止，對(duì)于決策支持系統(tǒng)的研究基本上都是針對(duì)這個(gè)層面。自20世紀(jì)80年代開始，DSS逐漸增加了知識(shí)庫和方法庫，形成三庫或四庫系統(tǒng)，并將專家系統(tǒng)與DSS結(jié)合起來，形成了智能決策支持系統(tǒng)（IDSS）。90年代后，商業(yè)智能技術(shù)攬括了這幾種技術(shù)，將其并入決策支持系統(tǒng)中，形成全新的綜合決策支持系統(tǒng)（SDSS）。

這一全新體系既發(fā)揮了專家理性推理的特點(diǎn)，又囊括了模型計(jì)算分析，使得智能系統(tǒng)解決問題的效率和質(zhì)量有了極大的發(fā)展。

雖然理論上這一技術(shù)已經(jīng)十分成熟，但離具體實(shí)施還有一定的距離，而市場的不確定性也加劇了其實(shí)現(xiàn)的難度。因此，要實(shí)現(xiàn)經(jīng)營管理層智能化，仍有許多阻礙。

造成這一原因的最大現(xiàn)實(shí)問題就是計(jì)劃難以跟上市場的變化。市場的供給信息、物流狀況以及工廠內(nèi)部因素等問題都是對(duì)已有計(jì)劃的挑戰(zhàn)。但工作人員卻沒有合適的應(yīng)對(duì)辦法。無法及時(shí)獲得外部信息，管理層很難制定出合理的生產(chǎn)計(jì)劃。如何準(zhǔn)確的獲得信息就成了目前實(shí)現(xiàn)經(jīng)營管理層智能化的努力方向。

及時(shí)獲得信息這一要求其實(shí)包括兩部分：一是對(duì)原始信息的掌握，二是對(duì)已掌握的原始信息進(jìn)行加工處理。

信息的及時(shí)性、準(zhǔn)確性和完整性可以通過市場供應(yīng)鏈來保證。內(nèi)部信息則是由現(xiàn)有信息系統(tǒng)形成的數(shù)據(jù)庫和數(shù)據(jù)倉庫、商業(yè)智能技術(shù)的大數(shù)據(jù)分析這兩部分結(jié)合起來，通過信息分析和關(guān)聯(lián)來保證。這些環(huán)節(jié)環(huán)環(huán)相扣，每一部分都相當(dāng)復(fù)雜，但就目前我國的技術(shù)水平來看，完全是可實(shí)現(xiàn)的。

三、結(jié)束語

建設(shè)智能化工廠，需要眾多學(xué)科進(jìn)行深度交流結(jié)合，共同研究進(jìn)步。而且工廠實(shí)現(xiàn)智能化也是社會(huì)的必然發(fā)展趨勢(shì)。如今建設(shè)智能工廠最需要考慮的問題就是如何順利改造傳統(tǒng)模式，使其像智能化過度。我們要結(jié)合時(shí)代需求，積極進(jìn)行創(chuàng)新，早日實(shí)現(xiàn)工廠的智能化。