智能制造系統

制造是經濟發展的主導產業之一。制造業是國民經濟發展的基礎和核心。制造業在國民經濟和社會發展中的重要地位和作用越來越被人們所認識。制造業是國民經濟的支柱產業之一，是國民經濟運行的主體。工業是國民經濟的基礎工業，是一個國家綜合實力的重要標志。在當今全球競爭的新形勢下，制造業對國家綜合實力和國際競爭力具有十分重要的意義。在工業領域中對世界經濟發展有著舉足輕重的影響和作用。隨著世界制造業發展趨勢的轉變和國家制造業綜合實力的提升，制造業在國民經濟中地位顯著提高。根據國際信息機構統計數據顯示：制造業占國民經濟份額分別為24.2%,23.7%和20.8%。中國制造業已發展成為世界第一制造業大國。當前我國經濟發展呈現出質量效益提升態勢良好，結構調整加快等良好勢頭。經濟增長向中高端水平邁進和轉變將為制造業提出更高要求，制造業如何發揮更大作用這是人們非常關心的問題，智能制造系統就是其中之一是智能化生產與管理相結合形成對制造業生產和管理帶來巨大變革和發展機會的新型管理模式和技術體系。

智能制造系統是針對制造業生產過程中的信息化管理、智能化生產、網絡化協同、個性化定制及精益生產等方面實現智能化生產管理而開發并實施的軟件系統。基于先進信息技術和制造業集成創新體系建設，提高企業裝備水平，提高企業競爭力。為企業提供信息化支持技術，以提高企業核心競爭力和產品質量，促進企業轉型升級和可持續發展。是實現產品品質改善、提升產品價值、降低企業成本、提高企業競爭力、推動產業結構升級、實現我國由制造大國向制造強國轉變，進而提高產業整體競爭力的必然要求與有效途徑。智能制造不僅實現網絡化協同，而且更加注重柔性化制造、個性化定制及柔性運輸等先進技術與裝備在企業生產方式中的應用。智能制造系統將傳統制造業與現代信息技術以及自動化技術相結合形成智能生產與管理模式。在傳統制造業中將主要應用在設備自動化及生產線自動化等方面。智能化是通過計算機對物理現象或物質狀態等動態變化過程與本質進行深入研究而提出并實現的概念和過程體系。對事物進行評價控制方式從定性轉變為定量、定性判斷和分析判斷有機結合控制方式。它涉

及整個生產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生相互影響和制約等一系列規律而形成系統控制理論和方法，它是科學發展觀重要思想在制造領域中集中反映了科學知識、技術、管理手段與經濟社會發展以及人類意識相互聯系相適應之間相互制約和相互作用的內在規律而形成的新事物。主要是以計算機為代表的信息技術和通信工程為手段所組成和進行優化、組合而成。現代信息時代已成為人類認識世界、改造世界及其本身一系列工程所構成的復雜有機關系的總稱。是計算機科學研究的重要成果之一（簡稱微積分）。現代科學體系包括自然科學體系，而科學體系則包含了由物質和能量組成。因此它具有十分重要的科學意義和實踐價值。智能制造系統就是通過運用信息科學及其相關技術有效解決先進制造型企業在生產經營過程中出現一些新問題產生新價值的途徑及實現途徑，從而實現企業發展目標和提高核心競爭力等一系列問題從而提高我國制造業

智能制造系統由采集層、服務層構成。采集信息、控制處理，傳送給上層決策。網絡層為工業網絡設施，包括傳感器網絡、交換機、信息交換交換機和其它設備。傳輸信息時，按需合理配置連接到互聯網實現連接，實現網絡和工業設備聯網。在智能制造的基礎上建立信息系統架構，實現對智能設備的信息采集、加工、傳輸、控制、監控與維護功能。智能制造系統可通過網絡連接企業現有設備及移動終端設施實現對生產設備、車間、倉庫及廠區周圍設施及其他企業的全面管控。形成智能制造環境，通過信息溝通形成信息共享平臺，實現資源合理配置與高效利用。提供了實時、準確的車間生產狀況信息及制造執行情況。為員工創造更加寬松、公平、競爭和諧、健康的

工作環境及人文環境。實現工作流程透明化運營目標及績效考核體系要求。對每一環節進行監督，加強內部工作協調；各部門之間有效協作；提高工作效率，實現科學決策，實現設備無人化操作等系列措施，為用戶提供高效、穩定、可靠，從而提高企業經濟效益以及社會效益；并創造良好環境，節約能源和人力成本：提高效率與效益為目的，通過提高工作效率而優化資源配置并最大限度提高工作效率實現經濟效益和社會效益.以減少能源消耗、水和廢物排放；提高設備工作效率和可靠性；優化勞動布局；減少不必要的管理開支；提高生產效率，實現經濟效益為目的。智能制造系統通常包括五個組成部分：智能車間、加工中心、生產線、自動化系統、物流中心、控制平臺及信息系統（簡稱“制造平臺”),其中智能制造系統是核心項目之一。智能制造系統是由設備系統、生產管理系統、服務支撐以及相關輔助措施組成，綜合運用云計算、大數據、物聯網三大類核心技術。智能生產系統由智能制造控制網絡通信平臺、信息應用軟件平臺等組成。主要實現信息采集、處理、存儲、交互及控制等功能以及與信息化網絡之間信息交換與共享平臺等功能應用為一體，以生產現場為中心建立智能工廠信息集成平臺提供商網絡通訊

制造業系統在企業生產中是一個復雜的、交互頻繁、不斷變化的系統，因此，傳統的生產管理模式和技術手段已經不能滿足智能制造系統需要。因此，在制造企業信息化體系中，構建以流程為基礎，以數據為核心的智能制造生產管理系統將會產生巨大變化，同時在這樣一個新的環境中建立新的行業標準體系也將會成為智能制造發展不可回避的問題，因此智能制造系統設計將會成為未來十年制造業面臨的一個重大挑戰。而在傳統制造模式中，企業大多缺乏信息化工作環境和信息化管理基礎。因此，有必要對制造業進行改造和升級。而實施智能制造體系建設要滿足智能制造系統應用開發工作應具備的功能要求。

1、智能制造工廠體系中可實施生產制造功能要求：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與工業互聯網相結合的集成系統作用；能夠對工業現場進行質量控制、智能分析、自動決策和控制。包括自動調度、智能化設備、軟件及信息技術平臺等在內的信息系統。

2、車間：包括生產現場設施與設備、工藝流程、管理與決策三大要素。系統之間要實現功能集成、信息交互等基本要求。

3、單元：具有執行設備、加工過程以及單元之間能夠進行數據交換、信息共享等功能。

4、過程管理系統：可以包括：生產管理信息系統、質量管理系統、物流系統（或供應鏈管理系統）、資源管理系統、環境管理系統等業務管理系統和計算機集成系統中多個系統綜合應用系統之間連接信息網絡進行集成信息服務和管控工作為一體一個有效實施信息產業管理服務工作任務和提高工作效率實現信息化工作新發展要求而建立高效運作系統，具有較高穩定性和安全性等特點。

智能制造系統具體有哪些應用？主要包括兩個部分：第一個部分是產品數據采集與控制；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，讓智能制造系統得以順利實現呢？智能制造應用主要分為四類：第一類：是企業自動化部分。如：數控機床、機器人、物流管理、物料管理等。第二類：自動化生產線管控：包括車間在線優化、工廠級智能化改造以及無人車間等項目。其中無人車間指在工廠生產過程中實現機器人代替人工完成生產線上各種機械的自動化操作及產品質量檢驗和出廠過程。其應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。柔性制造就是通過利用大數據等先進信息技術實現對各類機械設備所需參數或者過程信號狀態的識別和實時處理。從而達到提高產品品質的目的及效率等目的。實現自動化和智能化。而自動化則在較大程度上取代手工操作和勞動強度。它可以通過應用一些先進或者成熟的高科技手段，通過數據處理采集系統、生產工藝設備、控制程序等智能設備為用戶提供產品和服務信息及技術支持，并通過各種技術手段控制產品生產過程中需要完成相關任務。如自動化：利用機器來進行生產作業、檢測和故障排除等任務；使其按照預定軌道運行；使所配置工作符合特定要求達到預定狀態；滿足設計要求；以及實現智能生產狀態判斷、設備故障診斷等任務要求。第四類：管理系統(ERP):主要以對訂單和客戶數據為基礎，集成企業各種資源，為企業管理及決策提供支持，幫助實現企業精益生產等模式要求（見圖2);智能化改造項目屬于制造能力建設范疇的一種新模式。

1.智能決策：以需求為導向，基于用戶的設備（計算機、傳感器、機械手臂、 PLC等）或業務系統為核心，通過各種先進通信技術，建立起一套完善的工業網絡體系，并利用系統運行來完成生產活動（加工、裝配等）和質量控制的目標。

2.智能運行：通過網絡實現工廠生產過程和服務過程協同自動化與智能化的集成，將制造過程中產生的數據信息轉變為可以分析、預測、控制和決策的關鍵信息和決策資源。

3.數據采集及分析：從數字化采集、數字化到智能化處理的整個過程中所產生的數據流及相關業務的流程都能夠通過采集和處理得到有效的控制和分析，對工藝過程進行優化并將之反饋到生產中去，從而使產品質量更加穩定。

4.業務協同：實現制造過程管理數據信息在整個生產流程中傳輸及管理。使業務過程更加高效、穩定和安全、可靠的產生、存儲及共享在工業經濟中起著重要指導作用。

5.自動作業：能夠有效避免因操作失誤或由于人為原因造成產品性能下降或質量異常等情況產生后果。因此自動作業是自動流程設計和控制功能之一。

6.生產過程：產品生命周期（質量控制）管理主要包括：過程管理服務、設備管理等環節。重點從數據采集到管理全過程實施管理控制。

7.質量管理與控制：從工藝制定到產品最終檢驗和質量檢測都通過實時集成監控系統實現全過程監控和自動控制，并與產品銷售服務相匹配，從而保證用戶利益獲得保障為目的。

基于網絡的智能制造系統的總體技術架構是基于 IP層的，它包括網絡層、通信服務層、應用系統層和控制管理層三個部分。其功能主要是保證在生產過程中能夠通過各種通信方式與其他業務系統進行實時數據交換，從而有效地保障了生產的順利進行。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器。基于服務的網絡架構也是在此基礎上實現信息與服務共享，保證數據安全有序地傳遞出去。智能制造系統以網絡為主要通信工具，支持從工業設備、工廠生產現場到服務器等各個業務節點之間實時交換數據和通信進行。智能制造系統在不同環節上具有不同的功能，因此需要進行合理的組合和應用。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工序（設備）和不同工種的實時生產與庫存管理所需的先進工藝信息。智能制造系統既可以實現無人化生產也可提供自動化管理手段支持以實現高效、節能、環保的新型制造技術體系。作為智能制造最基本平臺存在著大量企業所需的資源信息。如果信息丟失，將會造成巨大損失甚至無法彌補。因此必須建立一個以數據為中心、面向業務以及網絡協同技術的系統框架體系。這是智能制造企業構建和運行核心技術體系關鍵環節之一。

例如: PLC實現生產過程自動化是必不可少并且相對容易實現，關鍵要看它是否需要一定數量的計算和存儲單元、是否安全可靠等其它一些必要因素。企業一般都采用基于云或分布式部署技術對網絡進行調度管理和數據存儲服務和管理通信業務能力建設問題將會成為影響智能制造系統技術性能及可靠性發展中重點考慮因素之一。此外，生產過程還涉及數據與工藝、設備、系統之間的通信網絡等信息技術架構也需要考慮在內，智能制造系統是一個完整系統，所以需要在整個基礎架構方面有所創新才能滿足企業對智能制造系統各功能所需。具體如下：以圖3為例進行說明：在整體結構上主要包括以下幾個層次：管理系統中實現生產要素和產品信息之間進行信息傳遞；數據庫中包含了各個

根據制造企業自身特點和行業特性，結合制造行業信息化工程實施經驗，有針對性地構建智能制造系統。具體可分為以下幾個方面：1、建立“企業云”：以工業互聯網為核心構建大數據驅動的智能制造平臺，實現制造運行模式扁平化、智能化；

2、智能工廠：實現從設計研發、設備維護到車間管理等全過程在線；

3、基于工業互聯網平臺：實現數據可視化管理、協同化作業、數據化；

4、智能制造設備：實現對設備故障應急處置管理能力；

5、信息安全管理：將制造設備運行狀態監測、故障診斷等信息及時傳遞給其他相關設備；

6、設備運行：實現設備自我診斷與維護；

7、管理決策支持系統：對設備狀態有一個客觀、科學、有效的預測；

8、人機交互：實現人機交互；

9、生產過程跟蹤及優化：生產設備、工藝參數和流程在可視化平臺上實時顯示并由專家做出判斷；

10、現場控制：基于工廠及車間控制平臺可實現現場安全監測、事故報警處理及輔助決策服務；

11、智能化：實現無人車間智能化生產改造；實現生產決策分析和優化；提供設備故障診斷及預測預警等功能。