文章來(lái)源：裝備司
編者按：當(dāng)前，以新一代信息通信技術(shù)與制造業(yè)融合發(fā)展為主要特征的產(chǎn)業(yè)變革在世界范圍內(nèi)孕育興起，智能制造已成為制造業(yè)發(fā)展的主要方向。智能制造尚處于不斷發(fā)展過(guò)程中，社會(huì)各界的認(rèn)識(shí)和理解各有不同。機(jī)械工業(yè)儀器儀表綜合技術(shù)經(jīng)濟(jì)研究所長(zhǎng)期跟蹤世界制造技術(shù)發(fā)展，在大量的企業(yè)調(diào)研和國(guó)際交流的基礎(chǔ)上，形成了“對(duì)智能制造的一些認(rèn)識(shí)”一文，與大家分享。
對(duì)智能制造的一些認(rèn)識(shí)
機(jī)械工業(yè)儀器儀表綜合技術(shù)經(jīng)濟(jì)研究所
1、智能制造概念
“智能制造”可以從制造和智能兩方面進(jìn)行解讀。首先，制造是指對(duì)原材料進(jìn)行加工或再加工，以及對(duì)零部件進(jìn)行裝配的過(guò)程。通常，按照生產(chǎn)方式的連續(xù)性不同，制造分為流程制造與離散制造。根據(jù)我國(guó)現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)GB/T4754-2002，我國(guó)制造業(yè)包括31個(gè)行業(yè)，又進(jìn)一步劃分約175個(gè)中類(lèi)、530個(gè)小類(lèi)，涉及了國(guó)民經(jīng)濟(jì)的方方面面。
智能是由“智慧（wisdom）”和“能力”兩個(gè)詞語(yǔ)構(gòu)成。從感覺(jué)到記憶到思維這一過(guò)程，稱(chēng)為“智慧”，智慧的結(jié)果產(chǎn)生了行為和語(yǔ)言，將行為和語(yǔ)言的表達(dá)過(guò)程稱(chēng)為“能力”，兩者合稱(chēng)為“智能（intelligent/smart）”。因此，將感覺(jué)、記憶、回憶、思維、語(yǔ)言、行為的整個(gè)過(guò)程稱(chēng)為智能過(guò)程，它是智慧和能力的表現(xiàn)。
目前，國(guó)際和國(guó)內(nèi)都尚且沒(méi)有關(guān)于智能制造的準(zhǔn)確定義，但剛剛發(fā)布的《智能制造發(fā)展規(guī)劃（2016-2020年）》給出了一個(gè)比較多方面的描述性定義：智能制造是基于新一代信息通信技術(shù)與先進(jìn)制造技術(shù)深度融合，貫穿于設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、管理、服務(wù)等制造活動(dòng)的各個(gè)環(huán)節(jié)，具有自感知、自學(xué)習(xí)、自決策、自執(zhí)行、自適應(yīng)等功能的新型生產(chǎn)方式。推動(dòng)智能制造，能夠有效縮短產(chǎn)品研制周期、提高生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量、降低運(yùn)營(yíng)成本和資源能源消耗，并促進(jìn)基于互聯(lián)網(wǎng)的眾創(chuàng)、眾包等新業(yè)態(tài)、新模式的孕育發(fā)展。智能制造具有以智能工廠(chǎng)為載體，以關(guān)鍵制造環(huán)節(jié)智能化為主，以端到端數(shù)據(jù)流為基礎(chǔ)、以網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)為支撐等特征，這實(shí)際上指出了智能制造的主要技術(shù)、管理要求、主要功能和經(jīng)濟(jì)目標(biāo)，體現(xiàn)了智能制造對(duì)于我國(guó)工業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)和國(guó)民經(jīng)濟(jì)持續(xù)發(fā)展的重要作用。
然而，由于我國(guó)技術(shù)基礎(chǔ)薄弱發(fā)展不平衡，企業(yè)在進(jìn)行智能制造實(shí)施和升級(jí)改造過(guò)程中往往茫然不知從何做起。因此，以下將根據(jù)智能制造的描述性定義，提出關(guān)于智能工廠(chǎng)、制造環(huán)節(jié)智能化、網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)互通，以及端到端數(shù)據(jù)流等四個(gè)方面的初步認(rèn)識(shí)，以期說(shuō)明智能制造的主要內(nèi)容。
2、什么是智能工廠(chǎng)
智能工廠(chǎng)是實(shí)現(xiàn)智能制造的載體。在智能工廠(chǎng)中通過(guò)生產(chǎn)管理系統(tǒng)、計(jì)算機(jī)輔助工具和智能裝備的集成與互操作來(lái)實(shí)現(xiàn)智能化、網(wǎng)絡(luò)化分布式管理，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)企業(yè)業(yè)務(wù)流程與工藝流程的協(xié)同，以及生產(chǎn)資源（材料、能源等）在企業(yè)內(nèi)部及企業(yè)之間的動(dòng)態(tài)配置。
一方面，“工欲善其事必先利其器”，實(shí)現(xiàn)智能制造的利器就是數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化的工具軟件和制造裝備，包括以下類(lèi)型：
1）計(jì)算機(jī)輔助工具，如CAD（計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)）、CAE（計(jì)算機(jī)輔助工程）、CAPP（計(jì)算機(jī)輔助工藝設(shè)計(jì)）、CAM（計(jì)算機(jī)輔助制造）等；
2）計(jì)算機(jī)仿真工具，如物流仿真、工程物理仿真（包括結(jié)構(gòu)分析、聲學(xué)分析、流體分析、熱力學(xué)分析、運(yùn)動(dòng)分析、復(fù)合材料分析等多物理場(chǎng)仿真）、工藝仿真等；
3）工廠(chǎng)/車(chē)間業(yè)務(wù)與生產(chǎn)管理系統(tǒng)，如ERP（企業(yè)資源計(jì)劃）、MES（制造執(zhí)行系統(tǒng)）、PLM（產(chǎn)品全生命周期管理）/PDM（產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理）等；
4）智能裝備，如數(shù)控機(jī)床與機(jī)器人、增材制造裝備（3D打印機(jī)）、智能傳感與控制裝備、智能檢測(cè)與裝配裝備、智能物流與倉(cāng)儲(chǔ)裝備等；
5）新一代信息技術(shù)，如物聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算、大數(shù)據(jù)等。
另一方面，智能制造是一個(gè)覆蓋更寬泛領(lǐng)域和技術(shù)的系統(tǒng)工程，在生產(chǎn)過(guò)程中以產(chǎn)品全生命周期管理為主線(xiàn)，還伴隨著供應(yīng)鏈、訂單、資產(chǎn)等全生命周期管理，如圖1所示。
圖1：智能制造生命周期管理
在智能工廠(chǎng)中，借助于各種生產(chǎn)管理工具/軟件/系統(tǒng)和智能設(shè)備，打通企業(yè)從設(shè)計(jì)、生產(chǎn)到銷(xiāo)售、維護(hù)的各個(gè)環(huán)節(jié)，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品仿真設(shè)計(jì)、生產(chǎn)自動(dòng)排程、信息上傳下達(dá)、生產(chǎn)過(guò)程監(jiān)控、質(zhì)量在線(xiàn)監(jiān)測(cè)、物料自動(dòng)配送等智能化生產(chǎn)。下面介紹了幾個(gè)智能工廠(chǎng)中的“智能”生產(chǎn)場(chǎng)景。
場(chǎng)景1：設(shè)計(jì)/制造一體化。在智能化較好的航空航天制造領(lǐng)域，采用基于模型定義（MBD）技術(shù)實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品開(kāi)發(fā)，用一個(gè)集成的三維實(shí)體模型完整地表達(dá)產(chǎn)品的設(shè)計(jì)信息和制造信息（產(chǎn)品結(jié)構(gòu)、三維尺寸、BOM等），所有的生產(chǎn)過(guò)程包括產(chǎn)品設(shè)計(jì)、工藝設(shè)計(jì)、工裝設(shè)計(jì)、產(chǎn)品制造、檢驗(yàn)檢測(cè)等都基于該模型實(shí)現(xiàn)，這打破了設(shè)計(jì)與制造之間的壁壘，有效解決了產(chǎn)品設(shè)計(jì)與制造一致性問(wèn)題。
場(chǎng)景2：供應(yīng)鏈及庫(kù)存管理。企業(yè)要生產(chǎn)的產(chǎn)品種類(lèi)、數(shù)量等信息通過(guò)訂單確認(rèn)，這使得生產(chǎn)變得精。例如：使用ERP或WMS（倉(cāng)庫(kù)管理系統(tǒng)）進(jìn)行原材料庫(kù)存管理，包括各種原材料及供應(yīng)商信息。當(dāng)客戶(hù)訂單下達(dá)時(shí)，ERP自動(dòng)計(jì)算所需的原材料，并且根據(jù)供應(yīng)商信息及時(shí)計(jì)算原材料的采購(gòu)時(shí)間，以保在滿(mǎn)足交貨時(shí)間的同時(shí)使得庫(kù)存成本很低甚至為零。
場(chǎng)景3：質(zhì)量控制。車(chē)間內(nèi)使用的傳感器、設(shè)備和儀器能夠自動(dòng)在線(xiàn)采集質(zhì)量控制所需的關(guān)鍵數(shù)據(jù)；生產(chǎn)管理系統(tǒng)基于實(shí)時(shí)采集的數(shù)據(jù)，提供質(zhì)量判異和過(guò)程判穩(wěn)等在線(xiàn)質(zhì)量監(jiān)測(cè)和預(yù)警方法，及時(shí)有效發(fā)現(xiàn)產(chǎn)品質(zhì)量問(wèn)題。此外，產(chǎn)品具有標(biāo)準(zhǔn)的標(biāo)識(shí)（條形碼、二維碼、電子標(biāo)簽），可以以文字、圖片和視頻等方式追溯產(chǎn)品質(zhì)量所涉及的數(shù)據(jù)，如用料批次、供應(yīng)商、作業(yè)人員、作業(yè)地點(diǎn)、加工工藝、加工設(shè)備信息、作業(yè)時(shí)間、質(zhì)量檢測(cè)及判定、不良處理過(guò)程等。
場(chǎng)景4：能效優(yōu)化。采集關(guān)鍵制造裝備、生產(chǎn)過(guò)程、能源供給等環(huán)節(jié)的能效相關(guān)數(shù)據(jù)，使用MES系統(tǒng)或EMS（能源管理系統(tǒng)）系統(tǒng)對(duì)能效相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行管理和分析，及時(shí)發(fā)現(xiàn)能效的波動(dòng)和異常，在保障正常生產(chǎn)的前提下，相應(yīng)地對(duì)生產(chǎn)過(guò)程、設(shè)備、能源供給及人員等進(jìn)行調(diào)整，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過(guò)程的能效提高。
總之，智能工廠(chǎng)的建立可大幅改善勞動(dòng)條件，減少生產(chǎn)線(xiàn)人工干預(yù)，提高生產(chǎn)過(guò)程可控性，重要的是借助于信息化技術(shù)打通企業(yè)的各個(gè)流程，實(shí)現(xiàn)從設(shè)計(jì)、生產(chǎn)到銷(xiāo)售各個(gè)環(huán)節(jié)的互聯(lián)互通，并在此基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)資源的整合優(yōu)化和提高，從而進(jìn)一步提高企業(yè)的生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量。
3、如何實(shí)現(xiàn)制造環(huán)節(jié)智能化
互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的普及使得企業(yè)與個(gè)體客戶(hù)間的即時(shí)交流成為現(xiàn)實(shí)，促使制造業(yè)可實(shí)現(xiàn)從需求端到研發(fā)生產(chǎn)端的拉動(dòng)式生產(chǎn)，以及從“生產(chǎn)型”向“服務(wù)型”產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)變。因此，企業(yè)先于競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手完成數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化與智能化的轉(zhuǎn)型升級(jí)，實(shí)現(xiàn)大規(guī)模定制化生產(chǎn)來(lái)滿(mǎn)足個(gè)性化需求并提供智能服務(wù)，方能在瞬息萬(wàn)變的市場(chǎng)上立于不敗之地。
看得見(jiàn)的是個(gè)性化定制和智能服務(wù)，看不見(jiàn)的是生產(chǎn)制造各環(huán)節(jié)的數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化與智能化。實(shí)現(xiàn)智能制造，網(wǎng)絡(luò)化是基礎(chǔ)，數(shù)字化是工具，智能化則是目標(biāo)。
網(wǎng)絡(luò)化是指使用相同或不同的網(wǎng)絡(luò)將工廠(chǎng)/車(chē)間中的各種計(jì)算機(jī)系統(tǒng)、智能裝備，甚至操作人員、物料、半成品和成品等連接起來(lái)，以實(shí)現(xiàn)設(shè)備與設(shè)備、設(shè)備與人、物料與設(shè)備之間的信息互通和良好交互。生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)的智能裝備通過(guò)工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)連接，工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)包括現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)（如PROFIBUS、CC-Link、Modbus等）、工業(yè)以太網(wǎng)（如PROFINET、CC-LinkIE、Ethernet/IP、EtherCAT、POWERLINK、EPA等）、工業(yè)無(wú)線(xiàn)網(wǎng)（如WIA-PA、WIA-FA、WirelessHART、ISA100.11a等）等網(wǎng)絡(luò)技術(shù)。射頻識(shí)別（RFID）技術(shù)在智能工廠(chǎng)中也扮演重要角色，可實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品在整個(gè)制造過(guò)程中的自動(dòng)識(shí)別與跟蹤管理。車(chē)間/工廠(chǎng)的生產(chǎn)管理系統(tǒng)則直接使用以太網(wǎng)連接。此外，工廠(chǎng)網(wǎng)絡(luò)還要求與互聯(lián)網(wǎng)連接，通過(guò)大數(shù)據(jù)應(yīng)用和工業(yè)云服務(wù)實(shí)現(xiàn)價(jià)值鏈企業(yè)協(xié)同制造、產(chǎn)品遠(yuǎn)程診斷和維護(hù)等智能服務(wù)。
數(shù)字化是指借助于各種計(jì)算機(jī)工具，一方面在虛擬環(huán)境中對(duì)產(chǎn)品物體特征、生產(chǎn)工藝甚至工廠(chǎng)布局進(jìn)行輔助設(shè)計(jì)和仿真驗(yàn)證，例如：使用CAD（計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)）進(jìn)行產(chǎn)品二維、三維設(shè)計(jì)并生成數(shù)控程序G代碼，使用CAE（計(jì)算機(jī)輔助工程）對(duì)工程和產(chǎn)品進(jìn)行性能與安全可靠性分析與驗(yàn)證，使用CAPP（計(jì)算機(jī)輔助工藝設(shè)計(jì)）通過(guò)數(shù)值計(jì)算、邏輯判斷和推理等功能來(lái)制定和仿真零部件機(jī)械加工工藝過(guò)程，使用CAM（計(jì)算機(jī)輔助制造）進(jìn)行生產(chǎn)設(shè)備管理控制和操作過(guò)程等；另一方面，對(duì)生產(chǎn)過(guò)程進(jìn)行數(shù)字化管理，例如：使用CDD（通用數(shù)據(jù)字典）建立產(chǎn)品全生命周期數(shù)據(jù)集成和共享平臺(tái)，使用PDM管理產(chǎn)品相關(guān)信息（包括零件、結(jié)構(gòu)、配置、文檔、CAD文件等），使用PLM進(jìn)行產(chǎn)品全生命周期管理（產(chǎn)品全生命周期的信息創(chuàng)建、管理、分發(fā)和應(yīng)用的一系列應(yīng)用解決方案）等。
智能化可分為兩個(gè)階段，當(dāng)前階段是面向定制化設(shè)計(jì)，支持多品種小批量生產(chǎn)模式，通過(guò)使用智能化的生產(chǎn)管理系統(tǒng)與智能裝備，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品全生命周期的智能管理，未來(lái)愿景則是實(shí)現(xiàn)狀態(tài)自感知、實(shí)時(shí)分析、自主決策、自我配置、執(zhí)行的自組織生產(chǎn)。這就要求首先實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)數(shù)據(jù)的透明化管理，各個(gè)制造環(huán)節(jié)產(chǎn)生的數(shù)據(jù)能夠被實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和分析，從而做出智能決策；其次要求生產(chǎn)線(xiàn)具有高度的柔性，能夠進(jìn)行模塊化的組合，以滿(mǎn)足生產(chǎn)不同產(chǎn)品的需求。此外，還應(yīng)提升產(chǎn)品本身的智能化，如提供友好的人機(jī)交互、語(yǔ)言識(shí)別、數(shù)據(jù)分析等智能功能，并且生產(chǎn)過(guò)程中的每個(gè)產(chǎn)品和零部件是可標(biāo)識(shí)、可跟蹤的，甚至產(chǎn)品了解自己被制造的細(xì)節(jié)以及將被如何使用。
數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化是保障智能制造實(shí)現(xiàn)“兩提、三降”經(jīng)濟(jì)目標(biāo)的手段。數(shù)字化以保產(chǎn)品從設(shè)計(jì)到制造的一致性，并且在制樣前對(duì)產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)、功能、性能乃至生產(chǎn)工藝都進(jìn)行仿真驗(yàn)證，節(jié)約開(kāi)發(fā)成本和縮短開(kāi)發(fā)周期。網(wǎng)絡(luò)化通過(guò)信息橫縱向集成實(shí)現(xiàn)研究、設(shè)計(jì)、生產(chǎn)和銷(xiāo)售各種資源的動(dòng)態(tài)配置以及產(chǎn)品全程跟蹤檢測(cè)，實(shí)現(xiàn)個(gè)性化定制與柔性生產(chǎn)同時(shí)提高了產(chǎn)品質(zhì)量。智能化將人工智能融入設(shè)計(jì)、感知、決策、執(zhí)行、服務(wù)等產(chǎn)品全生命周期，提高了生產(chǎn)效率和產(chǎn)品主要競(jìng)爭(zhēng)力。
4、如何實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)互通
智能制造的首要任務(wù)是信息的處理與優(yōu)化，工廠(chǎng)/車(chē)間內(nèi)各種網(wǎng)絡(luò)的互聯(lián)互通則是基礎(chǔ)與前提。沒(méi)有互聯(lián)互通和數(shù)據(jù)采集與交互，工業(yè)云、工業(yè)大數(shù)據(jù)都將成為無(wú)源之水。智能工廠(chǎng)/數(shù)字化車(chē)間中的生產(chǎn)管理系統(tǒng)（IT系統(tǒng)）和智能裝備（自動(dòng)化系統(tǒng)）互聯(lián)互通形成了企業(yè)的綜合網(wǎng)絡(luò)。按照所執(zhí)行功能不同，企業(yè)綜合網(wǎng)絡(luò)劃分為不同的層次，自下而上包括現(xiàn)場(chǎng)層、控制層、執(zhí)行層和計(jì)劃層。圖2給出了符合該層次模型的一個(gè)智能工廠(chǎng)/數(shù)字化車(chē)間互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)的典型結(jié)構(gòu)。隨著技術(shù)的發(fā)展，該結(jié)構(gòu)呈現(xiàn)扁平化發(fā)展趨勢(shì)，以適應(yīng)協(xié)同智能制造需求。
圖2：智能工廠(chǎng)/數(shù)字化車(chē)間典型網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)
智能工廠(chǎng)/數(shù)字化車(chē)間互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)各層次定義的功能以及各種系統(tǒng)、設(shè)備在不同層次上的分配如下。
1）計(jì)劃層：實(shí)現(xiàn)面向企業(yè)的經(jīng)營(yíng)管理，如接收訂單，建立基本生產(chǎn)計(jì)劃（如原料使用、交貨、運(yùn)輸），確定庫(kù)存等級(jí)，以保原料及時(shí)到達(dá)正確的生產(chǎn)地點(diǎn)，以及遠(yuǎn)程運(yùn)維管理等。企業(yè)資源規(guī)劃（ERP）、客戶(hù)關(guān)系管理（CRM）、供應(yīng)鏈關(guān)系管理（SCM）等管理軟件在該層運(yùn)行。
2）執(zhí)行層：實(shí)現(xiàn)面向工廠(chǎng)/車(chē)間的生產(chǎn)管理，如維護(hù)記錄、詳細(xì)排產(chǎn)、可靠性保障等。制造執(zhí)行系統(tǒng)（MES）在該層運(yùn)行。
3）監(jiān)控層：實(shí)現(xiàn)面向生產(chǎn)制造過(guò)程的監(jiān)視和控制。按照不同功能，該層次可進(jìn)一步細(xì)分為：
監(jiān)視層：包括可視化的數(shù)據(jù)采集與監(jiān)控（SCADA）系統(tǒng)、HMI（人機(jī)接口）、實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器等，這些系統(tǒng)統(tǒng)稱(chēng)為監(jiān)視系統(tǒng)；
控制層：包括各種可編程的控制設(shè)備，如PLC、DCS、工業(yè)計(jì)算機(jī)（IPC）、其他專(zhuān)用控制器等，這些設(shè)備統(tǒng)稱(chēng)為控制設(shè)備；
4）現(xiàn)場(chǎng)層：實(shí)現(xiàn)面向生產(chǎn)制造過(guò)程的傳感和執(zhí)行，包括各種傳感器、變送器、執(zhí)行器、RTU（遠(yuǎn)程終端設(shè)備）、條碼、射頻識(shí)別，以及數(shù)控機(jī)床、工業(yè)機(jī)器人、AGV（自動(dòng)引導(dǎo)車(chē)）、智能倉(cāng)儲(chǔ)等制造裝備，這些設(shè)備統(tǒng)稱(chēng)為現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備。
工廠(chǎng)/車(chē)間的網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)互通本質(zhì)上就是實(shí)現(xiàn)信息/數(shù)據(jù)的傳輸與使用，具體包含以下含義：物理上分布于不同層次、不同類(lèi)型的系統(tǒng)和設(shè)備通過(guò)網(wǎng)絡(luò)連接在一起，并且信息/數(shù)據(jù)在不同層次、不同設(shè)備間的傳輸；設(shè)備和系統(tǒng)能夠一致地解析所傳輸信息/數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)類(lèi)型甚至了解其含義。前者即指網(wǎng)絡(luò)化，后者需首先定義統(tǒng)一的設(shè)備行規(guī)或設(shè)備信息模型，并通過(guò)計(jì)算機(jī)可識(shí)別的方法（軟件或可讀文件）來(lái)表達(dá)設(shè)備的具體特征（參數(shù)或?qū)傩裕@一般由設(shè)備制造商提供。如此，當(dāng)生產(chǎn)管理系統(tǒng)（如ERP、MES、PDM）或監(jiān)控系統(tǒng)（如SCADA）接收到現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的數(shù)據(jù)后，就可解析出數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)類(lèi)型及其代表的含義。
5、什么是端到端數(shù)據(jù)流
智能制造要求各層次網(wǎng)絡(luò)集成和互操作打破原有的業(yè)務(wù)流程與過(guò)程控制流程相脫節(jié)的局面，使得分布于各生產(chǎn)制造環(huán)節(jié)的系統(tǒng)不再是“信息孤島”，數(shù)據(jù)/信息交換要求從底層現(xiàn)場(chǎng)層向上貫穿至執(zhí)行層甚至計(jì)劃層網(wǎng)絡(luò)，使得工廠(chǎng)/車(chē)間能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)視現(xiàn)場(chǎng)的生產(chǎn)狀況與設(shè)備信息，并根據(jù)獲取的信息來(lái)優(yōu)化和調(diào)整生產(chǎn)調(diào)度與資源配置。按照?qǐng)D2的智能工廠(chǎng)/數(shù)字化車(chē)間網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，工廠(chǎng)/車(chē)間中可能的端到端數(shù)據(jù)流如圖3所示。
圖3：智能制造端到端數(shù)據(jù)流
具體包括：
1）現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備與控制設(shè)備之間的數(shù)據(jù)流包括：交換輸入、輸出數(shù)據(jù)，如控制設(shè)備向現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備傳送的設(shè)定值（輸出數(shù)據(jù)），以及現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備向控制設(shè)備傳送的測(cè)量值（輸入數(shù)據(jù)）；控制設(shè)備讀寫(xiě)訪(fǎng)問(wèn)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的參數(shù)；現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備向控制設(shè)備發(fā)送診斷信息和報(bào)警信息；
2）現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備與監(jiān)視設(shè)備之間的數(shù)據(jù)流包括：監(jiān)視設(shè)備采集現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的輸入數(shù)據(jù)；監(jiān)視設(shè)備讀寫(xiě)訪(fǎng)問(wèn)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的參數(shù)；現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備向監(jiān)視設(shè)備發(fā)送診斷信息和報(bào)警信息；
3）現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備與MES/ERP系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)流包括：現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備向MES/ERP發(fā)送與生產(chǎn)運(yùn)行相關(guān)的數(shù)據(jù)，如質(zhì)量數(shù)據(jù)、庫(kù)存數(shù)據(jù)、設(shè)備狀態(tài)等；MES/ERP向現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備發(fā)送作業(yè)指令、參數(shù)配置等；
4）控制設(shè)備與監(jiān)視設(shè)備之間的數(shù)據(jù)流包括：監(jiān)視設(shè)備向控制設(shè)備采集可視化所需要的數(shù)據(jù)；監(jiān)視設(shè)備向控制設(shè)備發(fā)送控制和操作指令、參數(shù)設(shè)置等信息；控制設(shè)備向監(jiān)視設(shè)備發(fā)送診斷信息和報(bào)警信息；
5）控制設(shè)備與MES/ERP之間的數(shù)據(jù)流包括：MES/ERP將作業(yè)指令、參數(shù)配置、處方數(shù)據(jù)等發(fā)送給控制設(shè)備；控制設(shè)備向MES/ERP發(fā)送與生產(chǎn)運(yùn)行相關(guān)的數(shù)據(jù)，如質(zhì)量數(shù)據(jù)、庫(kù)存數(shù)據(jù)、設(shè)備狀態(tài)等；控制設(shè)備向MES/ERP發(fā)送診斷信息和報(bào)警信息；
6）監(jiān)視設(shè)備與MES/ERP之間的數(shù)據(jù)流包括：MES/ERP將作業(yè)指令、參數(shù)配置、處方數(shù)據(jù)等發(fā)送給監(jiān)視設(shè)備；監(jiān)視設(shè)備向MES/ERP發(fā)送與生產(chǎn)運(yùn)行相關(guān)的數(shù)據(jù)，如質(zhì)量數(shù)據(jù)、庫(kù)存數(shù)據(jù)、設(shè)備狀態(tài)等；監(jiān)視設(shè)備向MES/ERP發(fā)送診斷信息和報(bào)警信息。
6、我國(guó)制造業(yè)現(xiàn)狀和首要任務(wù)
我國(guó)制造業(yè)現(xiàn)狀是“2.0補(bǔ)課，3.0普及，4.0示范”，其中工業(yè)2.0、3.0、4.0對(duì)應(yīng)的含義如下：
1）2.0實(shí)現(xiàn)“電氣化與自動(dòng)化”生產(chǎn)：使用繼電器、電氣自動(dòng)化來(lái)控制機(jī)械制造裝備，但各生產(chǎn)環(huán)節(jié)和制造裝備都是“信息孤島”，生產(chǎn)管理系統(tǒng)與自動(dòng)化系統(tǒng)信息不貫通，甚至企業(yè)尚未使用ERP或MES系統(tǒng)進(jìn)行生產(chǎn)信息化管理。我國(guó)許多中小企業(yè)都處于此階段；
2）3.0實(shí)現(xiàn)“信息化”生產(chǎn)：廣泛應(yīng)用電子與信息技術(shù)，使得制造過(guò)程的自動(dòng)化控制程度大幅度提高。使用網(wǎng)絡(luò)化的基于PC、PLC或單片機(jī)的生產(chǎn)制造裝備，制造裝備具有智能功能（如標(biāo)識(shí)與維護(hù)、診斷與報(bào)警等），采用ERP和MES系統(tǒng)進(jìn)行生產(chǎn)信息化管理，初步實(shí)現(xiàn)了企業(yè)內(nèi)部的橫向集成與縱向集成；
3）4.0實(shí)現(xiàn)“智能化”生產(chǎn)：利用信息通信技術(shù)將工廠(chǎng)中的所有信息基礎(chǔ)設(shè)施（包括智能制造裝備、操作人員、物料、半成品和成品）高度互聯(lián)互通，借助計(jì)算機(jī)軟件工具實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品數(shù)字仿真設(shè)計(jì)及快速實(shí)體化“虛擬”實(shí)現(xiàn)，借助生產(chǎn)管理軟件實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品全生命周期和全制造流程數(shù)字化管理，利用互聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算、大數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)實(shí)現(xiàn)價(jià)值鏈企業(yè)協(xié)同生產(chǎn)、產(chǎn)品遠(yuǎn)程維護(hù)智能服務(wù)等，形成高度靈活、大規(guī)模個(gè)性化的產(chǎn)品與服務(wù)新生產(chǎn)模式。
我國(guó)實(shí)現(xiàn)智能制造須2.0、3.0、4.0并行發(fā)展，既要在改造傳統(tǒng)制造方面“補(bǔ)課”，又要在綠色制造、智能升級(jí)方面“加課”。對(duì)于制造企業(yè)而言，應(yīng)著手于完成傳統(tǒng)生產(chǎn)裝備網(wǎng)絡(luò)化和智能化的升級(jí)改造，以及生產(chǎn)制造工藝數(shù)字化和生產(chǎn)過(guò)程信息化的升級(jí)改造。對(duì)于裝備供應(yīng)商和系統(tǒng)集成商，應(yīng)加快實(shí)現(xiàn)安全可控的智能裝備與工業(yè)軟件的開(kāi)發(fā)和應(yīng)用，以及提供智能制造頂層設(shè)計(jì)與全系統(tǒng)集成服務(wù)。
7、小結(jié)
須牢記，企業(yè)不是為了“智能制造”而智能制造，應(yīng)以智能、協(xié)同、綠色、安全發(fā)展為突破口，以“兩提升、三降低”為目標(biāo)，本著長(zhǎng)遠(yuǎn)規(guī)劃、逐步實(shí)施、突破原則，對(duì)整個(gè)制造業(yè)進(jìn)行逐步升級(jí)改造。
