智慧工廠不可或缺的智能軟件系統(tǒng)
發(fā)布日期：2020-11-30 11:03:13來(lái)源：未知瀏覽次數(shù)：
制造業(yè)是在全球化中賴(lài)以生存的資本和保障。縱觀美歐等發(fā)達(dá)國(guó)家的強(qiáng)國(guó)之路可以看出，具備規(guī)模雄厚、結(jié)構(gòu)優(yōu)化、技術(shù)創(chuàng)新能力強(qiáng)、發(fā)展質(zhì)量好、產(chǎn)業(yè)鏈國(guó)際主導(dǎo)地位突出的制造業(yè)是國(guó)民經(jīng)濟(jì)持續(xù)發(fā)展和繁榮及國(guó)家安全的基礎(chǔ)。德國(guó)工業(yè)4．0的發(fā)布，引發(fā)了中國(guó)制造業(yè)深入的思考，制造業(yè)要適應(yīng)用戶(hù)需求個(gè)性化、多樣化、多變化，“更好地滿(mǎn)足客戶(hù)個(gè)性化要求和最后一分鐘的要求”…；但是大工業(yè)產(chǎn)生的大規(guī)模流水線(xiàn)裝配作業(yè)在推動(dòng)工業(yè)化進(jìn)步、實(shí)現(xiàn)更高生產(chǎn)效率的同時(shí)，卻限制了靈活性。在消費(fèi)者個(gè)性化追求的驅(qū)動(dòng)下，企業(yè)由大規(guī)模標(biāo)準(zhǔn)化制造向大規(guī)模定制化制造轉(zhuǎn)型，需要借助互聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)等信息技術(shù)，使得大規(guī)模個(gè)性化定制不僅是可能，而且成為必須。
中國(guó)制造業(yè)雖然門(mén)類(lèi)齊全、規(guī)模巨大，但也有自身明顯的不足：多數(shù)企業(yè)還處于提升質(zhì)量、控制成本的自動(dòng)化初級(jí)階段，如何做到效益最佳、損耗最小、污染最少，仍是難題。中國(guó)工業(yè)跳躍式發(fā)展了幾十年，更多的是引進(jìn)、模仿、細(xì)微的改變、局部的優(yōu)化，忽略了對(duì)制造過(guò)程細(xì)節(jié)的領(lǐng)悟和自我價(jià)值的提升，更缺少對(duì)知識(shí)積累的重視和作為，亟需對(duì)制造過(guò)程有更多、更深的認(rèn)識(shí)，而這個(gè)過(guò)程將是一個(gè)漫長(zhǎng)、痛苦、放棄與創(chuàng)新同在的過(guò)程，是一次以漸進(jìn)方式發(fā)生的革命，要順勢(shì)而為。所謂順勢(shì)，就是要順應(yīng)制造業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)之大勢(shì)，順則昌盛、逆則消亡；所謂而為，就是與其被動(dòng)跟隨，不如主動(dòng)應(yīng)對(duì)，在弄潮中有所作為。從本質(zhì)上而言，互聯(lián)網(wǎng)+制造、智能制造、工業(yè)4．0等具有相同或類(lèi)似的本質(zhì)特征和內(nèi)涵，就是充分發(fā)揮互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì)，與工業(yè)深度融合，通過(guò)將信息嵌入傳統(tǒng)制造過(guò)程而產(chǎn)生智能，形成智慧型制造，不僅提高制造的品質(zhì)，而且在成本可控的同時(shí)滿(mǎn)足用戶(hù)對(duì)產(chǎn)品的個(gè)性化需求，這是當(dāng)前中國(guó)制造業(yè)實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)型升級(jí)、持續(xù)發(fā)展，從而提升全球競(jìng)爭(zhēng)力的具體舉措。“兩化融合”催生了大量的工業(yè)軟件，推進(jìn)智慧型制造，其核心是“軟實(shí)力”，“軟實(shí)力”要通過(guò)各種工業(yè)軟件來(lái)達(dá)成。工業(yè)軟件即工業(yè)+軟件，其中工業(yè)是指制造(需求)，軟件是指產(chǎn)品(服務(wù))。
在未來(lái)工業(yè)4．0時(shí)代，工業(yè)軟件的作用將更加突出，且制造技術(shù)與IT技術(shù)的融合將更加深化，各類(lèi)工業(yè)軟件的集成應(yīng)用將呈現(xiàn)出更高的一體化特征。
1.國(guó)內(nèi)工業(yè)軟件的現(xiàn)狀
工業(yè)軟件的特殊性工業(yè)軟件的開(kāi)發(fā)與其他類(lèi)型的軟件產(chǎn)品不同，要求與行業(yè)更為貼近，這其實(shí)涉及兩個(gè)方面：開(kāi)發(fā)過(guò)程的特殊性、人才培養(yǎng)的特殊性。從宏觀著眼，需要開(kāi)發(fā)者既熟悉行業(yè)知識(shí)，又了解軟件開(kāi)發(fā)，往往需要行業(yè)專(zhuān)家與軟件開(kāi)發(fā)人員的緊密配合，僅僅依靠軟件工程師是編寫(xiě)不出工業(yè)軟件的。從微觀著眼，則要求企業(yè)在產(chǎn)品開(kāi)發(fā)之前進(jìn)行調(diào)研，了解工業(yè)企業(yè)用戶(hù)在應(yīng)用上關(guān)注的焦點(diǎn)，提高開(kāi)發(fā)的可靠性，滿(mǎn)足企業(yè)智能制造的要求。為了保證工業(yè)軟件產(chǎn)品的實(shí)用性和可靠性，在技術(shù)線(xiàn)路上要特別關(guān)注前期的“應(yīng)用調(diào)研”和后期的“工程評(píng)價(jià)”。
國(guó)內(nèi)工業(yè)軟件的不足經(jīng)過(guò)近十年的發(fā)展，國(guó)內(nèi)工業(yè)軟件產(chǎn)業(yè)有了長(zhǎng)足的發(fā)展，形成了巨大的規(guī)模，但除了部分行業(yè)的MES軟件具有了一定的競(jìng)爭(zhēng)力和市場(chǎng)份額外，多數(shù)還處于低端競(jìng)爭(zhēng)，缺少品牌號(hào)召力和質(zhì)量?jī)?yōu)勢(shì)；高端的仿真設(shè)計(jì)、分析工具、企業(yè)管理和先進(jìn)控制軟件仍然是巨頭在壟斷市場(chǎng)。國(guó)內(nèi)工業(yè)軟件的不足之處如下J：
(1)缺乏自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)和民族品牌。企業(yè)用于生產(chǎn)優(yōu)化控制、能源管控等與生產(chǎn)工藝緊密結(jié)合的MES軟件系統(tǒng)往往沒(méi)有很好地引進(jìn)消化，制約了企業(yè)的工藝改造、產(chǎn)品創(chuàng)新和結(jié)構(gòu)升級(jí)；知名套裝軟件多為國(guó)外產(chǎn)品，存在價(jià)格貴、行業(yè)適應(yīng)性不強(qiáng)、二次開(kāi)發(fā)量大、服務(wù)保障能力不足、實(shí)施和維護(hù)總成本過(guò)高等缺點(diǎn)；而國(guó)內(nèi)定制化軟件由于產(chǎn)品化程度不夠，在系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性、可擴(kuò)展性以及實(shí)施周期方面也存在問(wèn)題，這些都嚴(yán)重制約了企業(yè)制造智能化水平的提高。
2.智慧工廠需要更加智能的MES
制造過(guò)程中，核心依然是MES，要打造更加敏捷、柔性、富有智慧的MES，需要配置大量的軟件環(huán)境，構(gòu)建全程與全面可視、產(chǎn)品質(zhì)量一貫制體系向前后延伸、個(gè)性化訂單與標(biāo)準(zhǔn)化制造計(jì)劃的智能匹配組織、先進(jìn)的排程與仿真、能源環(huán)境指標(biāo)約束下制造管理，且成本可控、富有競(jìng)爭(zhēng)力的制造管控系統(tǒng)。現(xiàn)有MES大多只提供了一個(gè)替代經(jīng)驗(yàn)管理方式的系統(tǒng)平臺(tái)，沒(méi)有建立面向產(chǎn)品設(shè)計(jì)與制造一體化的知識(shí)庫(kù)支撐體系，缺乏通過(guò)智能傳感器、虛擬仿真、智能優(yōu)化模型庫(kù)等對(duì)千變?nèi)f化的制造過(guò)程進(jìn)行優(yōu)化調(diào)控的手段。構(gòu)建實(shí)時(shí)、敏捷、柔性、智能化的MES，是工業(yè)4．0模塊化制造系統(tǒng)的重要內(nèi)涵，也是打造柔性工廠的必要條件，因此需要探討開(kāi)發(fā)柔性的人機(jī)一體化運(yùn)作方式以及大規(guī)模定制下的生產(chǎn)模式：
(1)基于數(shù)據(jù)?；跀?shù)據(jù)完成知識(shí)的提煉和傳承、優(yōu)化策略的生成、指標(biāo)體系的重構(gòu)等，通過(guò)對(duì)制造大數(shù)據(jù)的智能分析，建立工廠和車(chē)問(wèn)數(shù)據(jù)模型，實(shí)時(shí)進(jìn)行管控指標(biāo)體系的重構(gòu)，增加制造組織控制規(guī)則的柔性，以適應(yīng)制造環(huán)境和制造流程的改變。
(2)基于知識(shí)。建立知識(shí)管理體系，將成熟的生產(chǎn)管理流程、專(zhuān)家經(jīng)驗(yàn)、成熟制造技術(shù)訣竅固化在系統(tǒng)中。通過(guò)開(kāi)發(fā)融入專(zhuān)家經(jīng)驗(yàn)的生產(chǎn)仿真系統(tǒng)，使MES不僅為現(xiàn)場(chǎng)制造提供一個(gè)信息處理平臺(tái)，而且也提供一個(gè)制造知識(shí)管理和傳承的平臺(tái)。
(3)基于優(yōu)化。融人更多的模擬專(zhuān)家智能活動(dòng)的功能，通過(guò)仿真與建模，建立虛擬制造的環(huán)境，模擬排產(chǎn)計(jì)劃、計(jì)算作業(yè)負(fù)荷、測(cè)算交期周期、預(yù)測(cè)產(chǎn)品質(zhì)量，并具有自組織能力，實(shí)現(xiàn)“人一機(jī)一體化”的制造過(guò)程優(yōu)化。
(4)基于指標(biāo)。將實(shí)績(jī)與指標(biāo)實(shí)時(shí)比對(duì)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)生產(chǎn)過(guò)程中質(zhì)量、工藝、能耗、環(huán)保、工序成本等實(shí)績(jī)與標(biāo)準(zhǔn)指標(biāo)間的差異波動(dòng)，采取措施，最終達(dá)到控制成本、質(zhì)量、能耗、排放的目的，在一個(gè)更加精確的管控指標(biāo)一實(shí)時(shí)信息閉環(huán)系統(tǒng)下，實(shí)現(xiàn)精細(xì)化的管理。
(5)基于約束。能源效率以及相關(guān)的環(huán)境指標(biāo)將成為企業(yè)運(yùn)營(yíng)的關(guān)鍵約束條件，將能源供給與環(huán)境指標(biāo)作為強(qiáng)約束條件，制定制造計(jì)劃，即在編制制造計(jì)劃時(shí)，不僅需要合同計(jì)劃、物料計(jì)劃、設(shè)備產(chǎn)能和定休計(jì)劃等，還要加入能源約束條件。
構(gòu)建OMP平臺(tái)實(shí)現(xiàn)MES與ERP的再集成在持續(xù)優(yōu)化MES的同時(shí)，一個(gè)迫切要解決的問(wèn)題是：建立機(jī)制，來(lái)適應(yīng)在不同背景下發(fā)展起來(lái)的工業(yè)軟件，將這些存量的軟件資產(chǎn)功能整合在同一個(gè)OMP上；通過(guò)深入集成ERP的計(jì)劃和MES實(shí)施方式，實(shí)現(xiàn)對(duì)生產(chǎn)的管理，由計(jì)劃下達(dá)和生產(chǎn)實(shí)績(jī)構(gòu)成的實(shí)時(shí)控制環(huán)路幫助生產(chǎn)企業(yè)實(shí)現(xiàn)最高的目標(biāo)。MES與ERP系統(tǒng)的功能分擔(dān)會(huì)進(jìn)一步得到優(yōu)化，淡化MES與ERP系統(tǒng)間的天然界限，功能實(shí)現(xiàn)更加靈活，將合同計(jì)劃、生產(chǎn)計(jì)劃等原來(lái)分布在各級(jí)獨(dú)立執(zhí)行的功能整合，形成一體化的計(jì)劃系統(tǒng)，借助智能優(yōu)化和仿真技術(shù)手段，建立先進(jìn)的計(jì)劃排程系統(tǒng)(APS)，提高計(jì)劃編制的效率和靈活性；MES制定與實(shí)際生產(chǎn)控制和目標(biāo)最匹配的虛擬生產(chǎn)環(huán)境，不斷更新資源的當(dāng)前特征以及訂單變化情況。
建設(shè)虛擬工廠有效配置軟件資產(chǎn)通常，制造企業(yè)都擁有多個(gè)、不同時(shí)期投入、不同IT公司提供的獨(dú)立開(kāi)發(fā)的軟件系統(tǒng)，這些軟件都有自己獨(dú)特的理念、青睞的供方以及專(zhuān)門(mén)的系統(tǒng)；隨著系統(tǒng)規(guī)模的擴(kuò)大和新需求的不斷出現(xiàn)，更多新的應(yīng)用程序被引入或開(kāi)發(fā)出來(lái)。為了保持設(shè)備正常運(yùn)轉(zhuǎn)，企業(yè)需要花費(fèi)大量時(shí)間和精力去處理、傳達(dá)和交換信息，非常低效，而可能出現(xiàn)的信息孤島或系統(tǒng)孤島使事情變得更糟糕。所以，大量的存量軟件資產(chǎn)存在可以?xún)?yōu)化的空間和需求，可以將其歸結(jié)為存量資產(chǎn)的優(yōu)化配置問(wèn)題。要在虛擬制造環(huán)境中完成產(chǎn)品設(shè)計(jì)到制造工藝參數(shù)和流程設(shè)計(jì)全過(guò)程，并與實(shí)體制造環(huán)節(jié)無(wú)縫銜接，關(guān)鍵工作是有效優(yōu)化配置軟件資產(chǎn)，使之滿(mǎn)足管理決策人員和高級(jí)技術(shù)人員生產(chǎn)管理調(diào)度需求，也為各級(jí)管理人員經(jīng)營(yíng)決策提供參考。
需要優(yōu)化配置的軟件：產(chǎn)主要包括：
(1)產(chǎn)品設(shè)計(jì)、開(kāi)發(fā)、測(cè)試、實(shí)驗(yàn)與司工具；
(2)優(yōu)化調(diào)度控制軟件工具；
(3)數(shù)據(jù)分析頇測(cè)工具；
(4)工藝知識(shí)庫(kù)與工藝控制軟件；
(5)各類(lèi)專(zhuān)家系統(tǒng)和規(guī)則庫(kù)、函數(shù)庫(kù)；
(6)OMP決策支持軟件。
