打造生產(chǎn)智能化工廠的系統(tǒng)建設(shè)

馬曉東

摘要：智能工廠主要是充分運(yùn)用先進(jìn)技術(shù)，使工廠的辦公、管理和生產(chǎn)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化、數(shù)字化，提升企業(yè)的管理水平，提高工作效率，進(jìn)行安全生產(chǎn)。成功的智能工廠將整個(gè)組織的底層技術(shù)與戰(zhàn)略合作伙伴聯(lián)系起來(lái)，以提高效率和生產(chǎn)力。本文對(duì)打造智能化工廠的有效方式進(jìn)行了詳細(xì)的分析。

關(guān)鍵詞：智能化工廠;打造;策略

引言

在當(dāng)前的智能生產(chǎn)系統(tǒng)中，智能機(jī)器可以參與人的腦力勞動(dòng)，在智能生產(chǎn)過(guò)程中，智能系統(tǒng)可以執(zhí)行狀態(tài)判斷、數(shù)據(jù)分析、資源管理、調(diào)度和決策等功能。智能工廠是在傳統(tǒng)的工廠生產(chǎn)過(guò)程中，增加了自動(dòng)化、數(shù)字化改造，并利用物聯(lián)網(wǎng)來(lái)實(shí)現(xiàn)各種工業(yè)元素之間的通信能力。智能工廠通過(guò)跨級(jí)數(shù)據(jù)通道收集底層工業(yè)數(shù)據(jù)并傳遞信息，實(shí)現(xiàn)對(duì)生產(chǎn)狀況的自我分析和判斷能力。

1 構(gòu)建智能工廠框架體系

智能工廠是智能制造的重點(diǎn)體現(xiàn)，主要由企業(yè)層、管理層和集成自動(dòng)化系統(tǒng)三部分組成。第一，在企業(yè)層，通過(guò)PLM和ERP系統(tǒng)的集成，實(shí)現(xiàn)覆蓋產(chǎn)品研發(fā)生命周期和整個(gè)生產(chǎn)生命周期過(guò)程的生產(chǎn)研發(fā)和制造準(zhǔn)備環(huán)節(jié)的集成管理，對(duì)生產(chǎn)進(jìn)行整體透明的管理。設(shè)計(jì)和生產(chǎn)的整個(gè)過(guò)程可以高度數(shù)字化，通過(guò)垂直循環(huán)傳遞企業(yè)級(jí)數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)各級(jí)管控目標(biāo)。

第二，在管理層，具體的制造和生產(chǎn)部門按計(jì)劃工作，平均分配執(zhí)行任務(wù)，協(xié)調(diào)和管理車間信息。通過(guò)ERP和MES系統(tǒng)幫助管理層實(shí)現(xiàn)與工廠基礎(chǔ)要素的信息溝通，協(xié)調(diào)操作者的工作計(jì)劃，記錄設(shè)備、材料、客戶等資源信息，獲取實(shí)時(shí)生產(chǎn)記錄等反饋信息。

第三，綜合自動(dòng)化系統(tǒng)，包括操作層、控制層和現(xiàn)場(chǎng)層，基礎(chǔ)工業(yè)生產(chǎn)網(wǎng)絡(luò)通過(guò)CPS技術(shù)實(shí)現(xiàn)。在崗位層面，員工可以實(shí)現(xiàn)對(duì)工業(yè)網(wǎng)絡(luò)的實(shí)時(shí)監(jiān)控?？刂茖油ㄟ^(guò)DCS/PLC和工業(yè)控制軟件對(duì)生產(chǎn)設(shè)備進(jìn)行統(tǒng)一管理。智能工廠按照企業(yè)層級(jí)、管理和集成自動(dòng)化系統(tǒng)三個(gè)維度構(gòu)建，可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化、數(shù)字化、柔性化生產(chǎn)，幫助制造企業(yè)實(shí)現(xiàn)大規(guī)模定制，實(shí)時(shí)快速響應(yīng)市場(chǎng)需求。

2 智能工廠技術(shù)要素

2.1 產(chǎn)品全生命周期管理

產(chǎn)品生命周期管理（PLM）通過(guò)整合產(chǎn)品生產(chǎn)過(guò)程中的人員、流程、應(yīng)用系統(tǒng)等信息，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品生命周期中信息的創(chuàng)建、管理、分發(fā)和應(yīng)用。PLM在企業(yè)的ERP、CRM等系統(tǒng)中對(duì)數(shù)據(jù)信息進(jìn)行收集，打造包括產(chǎn)品概念設(shè)計(jì)、流程設(shè)計(jì)、產(chǎn)品生產(chǎn)和產(chǎn)品維護(hù)的一站式解決方案。PLM在產(chǎn)品生命周期的每個(gè)階段都包含一個(gè)數(shù)字化協(xié)作平臺(tái)，與其他系統(tǒng)協(xié)同工作，對(duì)產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)、制造、銷售和售后進(jìn)行協(xié)調(diào)管理，縮短產(chǎn)品開(kāi)發(fā)周期，促進(jìn)柔性制造和改進(jìn)產(chǎn)品市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。PLM系統(tǒng)將產(chǎn)品概念、評(píng)估、生產(chǎn)、管理和服務(wù)的數(shù)字化元素貫穿全過(guò)程，將多個(gè)信息孤島整合成一個(gè)信息記錄系統(tǒng)。PLM不僅限于制造企業(yè)的內(nèi)部活動(dòng)，也可能包括產(chǎn)業(yè)鏈上下游的企業(yè)和客戶。PLM將客戶需求、研發(fā)設(shè)計(jì)、原材料準(zhǔn)備與運(yùn)輸、產(chǎn)品生產(chǎn)、產(chǎn)品運(yùn)輸與維護(hù)緊密聯(lián)系在一起。制造公司可以使用PLM來(lái)改進(jìn)他們的產(chǎn)品。在產(chǎn)品設(shè)計(jì)階段，定制需求（C2B/C2M）增加了用戶對(duì)產(chǎn)品的忠誠(chéng)度。在生產(chǎn)過(guò)程中，讓生產(chǎn)計(jì)劃和產(chǎn)業(yè)鏈上下游信息更加的透明，有效地減少產(chǎn)品開(kāi)發(fā)生產(chǎn)周期，減少庫(kù)存。

2.2 企業(yè)資源計(jì)劃 ERP

主要是指制造系統(tǒng)和資源規(guī)劃軟件，對(duì)工廠的制造、財(cái)務(wù)、銷售和采購(gòu)等生產(chǎn)資源進(jìn)行有效地規(guī)劃，可以提供相關(guān)的、準(zhǔn)確的、實(shí)時(shí)的數(shù)據(jù)，幫助管理人員做出決策。ERP系統(tǒng)包含了企業(yè)的供應(yīng)鏈信息，包括供應(yīng)鏈的領(lǐng)導(dǎo)和支持能力，融合了個(gè)體制造和流程制造的特點(diǎn)，使企業(yè)能夠改進(jìn)業(yè)務(wù)流程，提升核心競(jìng)爭(zhēng)力。ERP能夠讓工廠的物流、資金流、信息流進(jìn)行有效地整合。ERP通過(guò)工業(yè)云平臺(tái)構(gòu)建外部觸點(diǎn)，組織跨企業(yè)協(xié)同設(shè)計(jì)生產(chǎn)，為用戶提供個(gè)性化定制，打造智能化產(chǎn)品服務(wù)。ERP整合制造企業(yè)的生產(chǎn)能力、供應(yīng)商的資源供應(yīng)和客戶的需求，覆蓋整個(gè)上下游供應(yīng)鏈，幫助企業(yè)實(shí)現(xiàn)精益生產(chǎn)、敏捷制造等先進(jìn)模式。ERP集成化、系統(tǒng)化、靈活性和實(shí)時(shí)性的優(yōu)勢(shì)幫助企業(yè)在數(shù)字經(jīng)濟(jì)時(shí)代改進(jìn)供應(yīng)鏈管理模式。

3 生產(chǎn)制造執(zhí)行系統(tǒng)MES

主要是針對(duì)企業(yè)層和集成自動(dòng)化系統(tǒng)的生產(chǎn)線的生產(chǎn)過(guò)程進(jìn)行管理。MES的管理內(nèi)容主要有生產(chǎn)數(shù)據(jù)管理、生產(chǎn)調(diào)度、庫(kù)存管理、質(zhì)量管理、設(shè)備管理、采購(gòu)管理、項(xiàng)目標(biāo)識(shí)管理、生產(chǎn)過(guò)程管理、底層數(shù)據(jù)分析等。高層數(shù)據(jù)分解等管理模塊，為員工提供詳細(xì)的計(jì)劃執(zhí)行狀態(tài)和所有資源的跟蹤狀態(tài)。MES可以幫助制造企業(yè)完成從訂單到生產(chǎn)完成的一系列優(yōu)化控制。MES實(shí)時(shí)準(zhǔn)確反映生產(chǎn)線的具體情況，利用數(shù)據(jù)和信息管理生產(chǎn)活動(dòng)，提高生產(chǎn)效率，優(yōu)化原材料流通效率，及時(shí)向企業(yè)供應(yīng)鏈提供生產(chǎn)作業(yè)信息。因此，MES不僅在生產(chǎn)過(guò)程中采集海量工業(yè)數(shù)據(jù)，及時(shí)分析處理，還與上層建立雙向信息傳遞機(jī)制，起到承上啟下的作用。

4 垂直集成系統(tǒng)

垂直一體化系統(tǒng)是智能工廠的關(guān)鍵部分，滿足智能工廠柔性生產(chǎn)、物流自動(dòng)化、敏捷制造的需求。垂直集成系統(tǒng)可以收集和分析生產(chǎn)過(guò)程的數(shù)據(jù)，確保生產(chǎn)過(guò)程和設(shè)備的正常運(yùn)行，包括生產(chǎn)管理系統(tǒng)、人機(jī)控制、自動(dòng)化軟件設(shè)備、數(shù)控裝置等工業(yè)元素。實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過(guò)程數(shù)字化的智能化。垂直一體化系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了智能工廠的企業(yè)層、管理層和綜合自動(dòng)化系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了PLM、ERP、MES與綜合自動(dòng)化系統(tǒng)的對(duì)接，實(shí)現(xiàn)了制造生產(chǎn)的垂直數(shù)字化驅(qū)動(dòng)。

結(jié)語(yǔ)

隨著科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步，生產(chǎn)工廠也要隨之改變，通過(guò)應(yīng)用先進(jìn)的科學(xué)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)企業(yè)生產(chǎn)全過(guò)程的智能化，構(gòu)建智能工廠，促進(jìn)生產(chǎn)企業(yè)的健康發(fā)展。

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