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第1篇

 

1 引言

 

所謂的工業(yè)4.0，是指利用物聯(lián)信息系統(tǒng)將生產(chǎn)中的供應(yīng)，制造，銷售信息數(shù)據(jù)化、智慧化，最后達(dá)到快速，有效，個(gè)人化的產(chǎn)品供應(yīng)。而在如今制造業(yè)開始逐步應(yīng)用智能化技術(shù)的背景下，工業(yè)4.0的出現(xiàn)，則能更好的推動制造業(yè)智能化技術(shù)的發(fā)展。基于此，本文就工業(yè)4.0推動制造業(yè)智能化技術(shù)的發(fā)展進(jìn)行了探討，相信對有關(guān)方面的需要能有一定的幫助。

 

2 智能技術(shù)系統(tǒng)

 

2.1 三大技術(shù)發(fā)展加速催生新一代技術(shù)系統(tǒng)

 

進(jìn)入21世紀(jì)以來，信息與通信技術(shù)取得了突破性進(jìn)展，出現(xiàn)了如下3個(gè)重要的技術(shù)發(fā)展趨勢。

 

(1)電子部件的微小型化。

 

隨著超大規(guī)模集成電路技術(shù)的突破、電子設(shè)計(jì)自動化的廣泛應(yīng)用以及半導(dǎo)體工藝的迅速發(fā)展，新型微控制器和8核、16核等多核微處理器研發(fā)速度明顯加快，新產(chǎn)品不斷問世。這些新型電子部件具有集成度高、可靠性與性能價(jià)格比高、抗干擾能力強(qiáng)以及功耗低等優(yōu)點(diǎn);平行計(jì)算功能極大地提高了信息處理能力，為智能技術(shù)系統(tǒng)的研發(fā)創(chuàng)造了優(yōu)越的硬件條件。

 

(2)軟件成為創(chuàng)新的驅(qū)動力。

 

由于功能的增加、產(chǎn)品用戶特定需求的增加、交付要求不斷變化、不同技術(shù)學(xué)科和組織日益融合以及不同的公司間合作形式迅速變化等原因，工業(yè)產(chǎn)品及其相關(guān)的制造系統(tǒng)變得越來越復(fù)雜。特別是具有嵌入式軟件的系統(tǒng)，其復(fù)雜性還在快速地增加，管理這樣復(fù)雜的系統(tǒng)，其難度越來越大。

 

(3)工業(yè)生產(chǎn)系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)化。

 

過去二十年，互聯(lián)網(wǎng)很好地解決了人與人之間的互聯(lián)互通，并顛覆了與人密切相關(guān)的一些傳統(tǒng)行業(yè)。今后，隨著技術(shù)的不斷發(fā)展，互聯(lián)網(wǎng)將要實(shí)現(xiàn)物與物的互聯(lián)互通，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)信息世界與物理世界的融合，于是產(chǎn)生了物聯(lián)網(wǎng)。工廠生產(chǎn)系統(tǒng)需要完成控制功能，為了將控制技術(shù)融入互聯(lián)網(wǎng)，在將物理設(shè)備聯(lián)網(wǎng)的同時(shí)，也要將計(jì)算與通信嵌入實(shí)物過程，并使其與實(shí)物過程密切互動，從而出現(xiàn)了信息物理融合系統(tǒng)，又稱工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)，它將互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展推向了新高度。

 

2.2 智能技術(shù)系統(tǒng)的定義與特征

 

以上3個(gè)技術(shù)發(fā)展趨勢加速了機(jī)電一體化系統(tǒng)的升級。新一代技術(shù)系統(tǒng)將以機(jī)械學(xué)、電氣/電子學(xué)、控制工程、軟件技術(shù)和新材料的緊密相互作用為基礎(chǔ)，通過“嵌入式智能”產(chǎn)生一種超越機(jī)電一體化的新系統(tǒng)。在這里，信息技術(shù)將與諸如認(rèn)知科學(xué)、神經(jīng)生物學(xué)和語言學(xué)等非技術(shù)學(xué)科相融合，跨學(xué)科融合不斷研發(fā)出過去只是在生物系統(tǒng)中才使用的新的集成方法、技術(shù)和規(guī)范，使用這些方法、技術(shù)和規(guī)程可以將感知、認(rèn)知和執(zhí)行功能集成融入技術(shù)系統(tǒng)，這樣的技術(shù)系統(tǒng)稱作智能技術(shù)系統(tǒng)。

 

智能技術(shù)系統(tǒng)具有自動適配功能，適應(yīng)力強(qiáng)，并且使用方便。同時(shí)，系統(tǒng)還具有節(jié)約資源、可進(jìn)行直觀操作以及可靠性高等特點(diǎn)。

 

通常，智能技術(shù)系統(tǒng)都具有如下主要特征。

 

適應(yīng)性，即智能技術(shù)系統(tǒng)能夠與所處的環(huán)境相互交互，并能自治地適應(yīng)它們的運(yùn)行模式。按照這種方式，在設(shè)計(jì)人員設(shè)定的框架內(nèi)，智能技術(shù)系統(tǒng)能夠在運(yùn)行期間逐步完善，從而確保它們能夠長期保持最佳使用狀態(tài)。

 

堅(jiān)固性，即智能技術(shù)系統(tǒng)能夠在動態(tài)環(huán)境中靈活和自治地運(yùn)行，甚至能夠在開發(fā)設(shè)計(jì)者不希望或未曾預(yù)見到的環(huán)境中運(yùn)行。系統(tǒng)能夠處理不確定或者不足的信息，確保至少達(dá)到某種使用等級，滿足各種要求。

 

可預(yù)期性，即以經(jīng)驗(yàn)積累的知識為基礎(chǔ)，智能技術(shù)系統(tǒng)能夠預(yù)測未來的效果和可能的情況。按照這種方式，系統(tǒng)能夠早期識別出風(fēng)險(xiǎn)，并能及時(shí)選擇和執(zhí)行適合的策略，迅速解決問題。這樣一來，系統(tǒng)就能夠更有效地實(shí)現(xiàn)目標(biāo)。

 

用戶友好性，即智能技術(shù)系統(tǒng)能夠適應(yīng)用戶指定的特性，能與用戶進(jìn)行合理的交互。對用戶而言，系統(tǒng)具有一定的理解能力。

 

3 認(rèn)知信息處理參考模型及其模塊的研制

 

3.1 非認(rèn)知系統(tǒng)與認(rèn)知系統(tǒng)

 

信息處理方法是推動機(jī)電一體化向智能技術(shù)系統(tǒng)升級的主要推動力。機(jī)電一體化系統(tǒng)與智能技術(shù)系統(tǒng)的信息處理方法是不同的。機(jī)電一體化系統(tǒng)在傳感器和執(zhí)行機(jī)構(gòu)之間提供一種反應(yīng)式和固定的耦合。而智能技術(shù)系統(tǒng)則類似于具有認(rèn)知的生物，能夠變更這些耦合。認(rèn)知處理不會取代直接的和反應(yīng)式耦合，它會與后者共存。認(rèn)知系統(tǒng)和非認(rèn)知系統(tǒng)的比較如圖1所示。

 

3.2 認(rèn)知信息處理參考模型

 

如上所述，認(rèn)知科學(xué)完全參照認(rèn)知生物的行為，以此為基礎(chǔ)創(chuàng)建了智能信息處理技術(shù)。因此，評價(jià)一個(gè)系統(tǒng)是否具有“智能“，應(yīng)該看該技術(shù)系統(tǒng)是否具備如下3個(gè)特殊的特征：

 

(1)主動嵌入到環(huán)境中，并能夠與所處的生產(chǎn)場景環(huán)境交換信息;

 

(2)借助周圍環(huán)境與系統(tǒng)相關(guān)信息的內(nèi)部表達(dá)，產(chǎn)生靈活的、與環(huán)境相適應(yīng)的控制動作;

 

(3)具有學(xué)習(xí)和參與綜合信息處理的能力。

 

3.3 操作器-控制器智能模塊的研制。

 

為了實(shí)現(xiàn)STRUBE認(rèn)知信息處理3層模型，德國帕德博恩大學(xué)Jugen Gausemeier教授領(lǐng)導(dǎo)的研發(fā)人員開發(fā)了用于自尋最優(yōu)系統(tǒng)的操作器-控制器模塊。在這里，信息處理分成3級，即控制器、條件反射操作器和認(rèn)知操作器。

 

控制器的主要任務(wù)是按照更優(yōu)的方式控制基本系統(tǒng)的動態(tài)性能。其控制回路是獲取測量信號和確定調(diào)節(jié)信號十分有效的鏈路，因此稱它為“原動”回路。該級軟件在硬實(shí)時(shí)條件下運(yùn)行。大量控制器配置能夠由控制器本身完成。

 

條件反射操作器的操作能夠監(jiān)視和指揮控制器。它不能直接訪問系統(tǒng)的執(zhí)行機(jī)構(gòu);但是它能夠通過改變參數(shù)和結(jié)構(gòu)，完成對控制器的修改。條件反射操作器本質(zhì)上是面向事件的，它與控制器緊密相連，其按硬實(shí)時(shí)方式處理事件。作為認(rèn)知操作器的連接部件，條件反射操作器可以當(dāng)作控制器和那些軟實(shí)時(shí)或不能實(shí)時(shí)工作的部件之間的接口。它將進(jìn)入的信號過濾，并將其送給下一級。條件反射操作器負(fù)責(zé)若干OCM之間的實(shí)時(shí)通信，這些OCM一起構(gòu)成一個(gè)自尋最優(yōu)控制系統(tǒng)。

 

認(rèn)知操作器位于OCM的最高一級，系統(tǒng)能夠采用各種方法(諸如學(xué)習(xí)方法、基于模型的最佳化方法或基于系統(tǒng)的知識的系統(tǒng)方法)，去使用它本身和其周圍環(huán)境的信息，以提升它自身的性能。在這里，特別要強(qiáng)調(diào)能夠?qū)崿F(xiàn)自尋最優(yōu)的認(rèn)知能力。

 

4 智能子系統(tǒng)與智能網(wǎng)絡(luò)化系統(tǒng)

 

智能技術(shù)系統(tǒng)具有兩種結(jié)構(gòu)形式，一種是子系統(tǒng)基本結(jié)構(gòu)形式，即智能子系統(tǒng);另一種是組群結(jié)構(gòu)形式，稱作智能網(wǎng)絡(luò)化系統(tǒng)。

 

對于大型機(jī)械裝備或生產(chǎn)流水線，為了完成各種各樣的功能，通常都由幾個(gè)子系統(tǒng)構(gòu)成，它們被看成是一個(gè)相互作用的組合體。這些智能子系統(tǒng)在地理位置上是分散的，通常采用分布式結(jié)構(gòu)，它們彼此之間需要進(jìn)行通信和協(xié)調(diào)，從而形成了網(wǎng)絡(luò)化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。但是，由此產(chǎn)生的網(wǎng)絡(luò)化系統(tǒng)的功能作用僅能通過單個(gè)系統(tǒng)間的交互作用呈現(xiàn)出來。無論是網(wǎng)絡(luò)還是單個(gè)系統(tǒng)的角色都是靜態(tài)的，而要完成整體功能作用，就需要借助于通過動態(tài)改變來實(shí)現(xiàn)。在過去，這完全是分開考慮的問題，諸如一方面是云計(jì)算，另一方面是嵌入式系統(tǒng)?，F(xiàn)在，我們可以采用最新的信息物理融合系統(tǒng)(CPS)的途徑進(jìn)行集成。

 

5 智能技術(shù)系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)

 

從2007年開始，德國科技創(chuàng)新主要依靠分布在全國各地的15個(gè)前沿技術(shù)創(chuàng)新集群，每個(gè)集群都主攻一個(gè)專業(yè)方向?！癷t’s OWL”北威州創(chuàng)新集群專注于智能技術(shù)系統(tǒng)產(chǎn)品與系統(tǒng)的研發(fā)，它是歐洲具有最強(qiáng)產(chǎn)品開發(fā)能力的地區(qū)之一，其愿景是成為全球智能技術(shù)系統(tǒng)市場和技術(shù)的領(lǐng)導(dǎo)者。該集群共有174個(gè)成員，包括25個(gè)工程和顧問咨詢公司、25個(gè)核心公司和78個(gè)基本公司、6個(gè)高等院校以及10個(gè)競爭力中心。2012年2月，某教研部投入1億歐元，支持45個(gè)產(chǎn)品和生產(chǎn)的研發(fā)項(xiàng)目，計(jì)劃用5年時(shí)間完成。這些項(xiàng)目分為平臺、創(chuàng)新及可持續(xù)項(xiàng)目3種類型。

 

平臺項(xiàng)目，即為推動集群內(nèi)各家公司在今后幾年內(nèi)進(jìn)入智能技術(shù)系統(tǒng)業(yè)務(wù)領(lǐng)域，以及實(shí)現(xiàn)技術(shù)成果向大量中小型企業(yè)轉(zhuǎn)移，創(chuàng)建自尋最優(yōu)控制系統(tǒng)、人機(jī)交互、智能網(wǎng)絡(luò)、能源效率以及系統(tǒng)工程等5個(gè)最基本的技術(shù)平臺。

 

創(chuàng)新項(xiàng)目，即系統(tǒng)集群內(nèi)的核心公司為實(shí)現(xiàn)戰(zhàn)略目標(biāo)，基于上述技術(shù)平臺，開發(fā)子系統(tǒng)、系統(tǒng)以及網(wǎng)絡(luò)化系統(tǒng)等具體產(chǎn)品和解決方案。

 

可持續(xù)項(xiàng)目，即這些項(xiàng)目研究采取7種有效措施，在政府計(jì)劃支持的時(shí)間結(jié)束后，仍然能保持長期的可持續(xù)性。特別是在這些項(xiàng)目內(nèi)，中小型企業(yè)在今后幾年仍然能夠自身實(shí)現(xiàn)智能技術(shù)系統(tǒng)的開發(fā)工作。

 

6 工業(yè)4.0智能自適應(yīng)生產(chǎn)系統(tǒng)產(chǎn)品與應(yīng)用

 

某公司為了實(shí)現(xiàn)工業(yè)4.0“智能生產(chǎn)”戰(zhàn)略目標(biāo)，按照智能技術(shù)系統(tǒng)的技術(shù)概念，研發(fā)了自適應(yīng)生產(chǎn)系統(tǒng)。該系統(tǒng)采用分散式模塊化結(jié)構(gòu)，并使用公司最新研制的即插即生產(chǎn)智能化網(wǎng)絡(luò)技術(shù)。分散式模塊化結(jié)構(gòu)意味著整個(gè)生產(chǎn)過程所使用的機(jī)械、控制和通信系統(tǒng)全部采用模塊化設(shè)計(jì)，這就使得生產(chǎn)制造系統(tǒng)能夠按照工藝和生產(chǎn)的要求任意組合，系統(tǒng)的適應(yīng)性可以通過插入或移除其中的模塊來實(shí)現(xiàn)。

 

即插即生產(chǎn)技術(shù)具有自尋最優(yōu)特性和即插即生產(chǎn)網(wǎng)絡(luò)自配置功能。自配置功能是建立在實(shí)時(shí)通信系統(tǒng)的自配置方法和生產(chǎn)系統(tǒng)、模塊和部件語義自描述能力的基礎(chǔ)上，無須使用任何工程工具。生產(chǎn)制造系統(tǒng)通過分析與理解外界及自身的信息，對系統(tǒng)中各組成部分進(jìn)行自動協(xié)調(diào)、重組與擴(kuò)充，實(shí)現(xiàn)對產(chǎn)品的數(shù)量、種類、性能和質(zhì)量的自動適應(yīng)，從而最佳地完成不斷變化的工作任務(wù)。該自適應(yīng)生產(chǎn)系統(tǒng)已成功用于公司的I/O裝置生產(chǎn)線，取得了滿意的效果。按照計(jì)劃，自適應(yīng)生產(chǎn)技術(shù)與系統(tǒng)產(chǎn)品即將推向市場。與此同時(shí)，“it’s OWL”創(chuàng)新集群的各成員公司也將分批各種類型的智能技術(shù)系統(tǒng)的產(chǎn)品和系統(tǒng)，并在傳統(tǒng)的機(jī)電一體化系統(tǒng)用戶領(lǐng)域推廣應(yīng)用。這些創(chuàng)新的技術(shù)與產(chǎn)品，將為制造企業(yè)，特別是中小型制造企業(yè)的轉(zhuǎn)型升級創(chuàng)造理想的條件，也為工業(yè)4.0的實(shí)現(xiàn)提供了具體路徑和解決方案。

 

7 結(jié)束語

 

綜上所述，工業(yè)4.0的出現(xiàn)，對于機(jī)械制造和電氣工程等領(lǐng)域來說有著重要的意義。而隨著我國制造業(yè)逐漸邁向智能化，針對工業(yè)4.0的戰(zhàn)略目標(biāo)，我們需要采取更為有效的技術(shù)措施，進(jìn)一步推動制造業(yè)的智能化技術(shù)發(fā)展，從而提高我國制造業(yè)的科技水平。

第2篇

航空發(fā)動機(jī)享有“工業(yè)之花”的美譽(yù)，是體現(xiàn)國家工業(yè)科技水平的重要標(biāo)志。作為“互聯(lián)網(wǎng)+”智能制造的重點(diǎn)領(lǐng)域，網(wǎng)絡(luò)化智能制造能為我國航空工業(yè)帶來哪些變化？我國航空工業(yè)的轉(zhuǎn)型升級應(yīng)走何種發(fā)展路徑？這些問題值得我們深入研究。

2015年，工業(yè)領(lǐng)域進(jìn)入了新的分水嶺，互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)從方方面面影響著工業(yè)制造。2015年7月4日，國務(wù)院正式《“互聯(lián)網(wǎng)+”行動指導(dǎo)意見》，明確提出推動互聯(lián)網(wǎng)與制造業(yè)融合，提升制造業(yè)數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化水平，加強(qiáng)產(chǎn)業(yè)鏈協(xié)作，在重點(diǎn)領(lǐng)域推進(jìn)智能制造、大規(guī)模個(gè)性化定制、網(wǎng)絡(luò)化智能制造和服務(wù)型制造，發(fā)展基于互聯(lián)網(wǎng)的智能制造新模式。

航空發(fā)動機(jī)被稱為“工業(yè)之花”，而航空工業(yè)是指以飛機(jī)的研制和制造為龍頭的主機(jī)和輔機(jī)等相關(guān)配套廠所而組成的工業(yè)體系，它體現(xiàn)了一個(gè)國家的航空生產(chǎn)能力與工業(yè)化水平。在“互聯(lián)網(wǎng)+”智能制造的發(fā)展進(jìn)程中，航空工業(yè)利用互聯(lián)網(wǎng)平臺和信息技術(shù)將互聯(lián)網(wǎng)與傳統(tǒng)模式結(jié)合起來，從而提升效率與品質(zhì)，將衍生出一種新的行業(yè)生態(tài)。

航空工業(yè)是典型的軍民結(jié)合型工業(yè)，在軍事和經(jīng)濟(jì)上具有重要地位。作為其產(chǎn)品，航空裝備較其他行業(yè)亦有典型特點(diǎn)，主要表現(xiàn)為：

第一，批量性。不論是以前的少品種大批量，還是現(xiàn)在的多品種小批量，飛機(jī)制造都呈現(xiàn)出批量性生產(chǎn)的特點(diǎn)，少則幾十架、多則幾百架。

第二，可重復(fù)使用。不論是在戰(zhàn)爭、訓(xùn)練演習(xí)中，還是在民用航空中，飛機(jī)都可多次重復(fù)使用。

第三，備件需求量大。業(yè)內(nèi)有句名言叫做“飛機(jī)飛的就是備件”。備件是飛機(jī)綜合保障工作的首要物質(zhì)基礎(chǔ)，是飛機(jī)提升良好率的關(guān)鍵和瓶頸。根據(jù)國外統(tǒng)計(jì)，一架飛機(jī)需要保持其售價(jià)10%的款項(xiàng)來配備航材備件。

第四，覆蓋面廣。這其中有四層含義，一是指所用原材料覆蓋面廣，二是指所用技術(shù)覆蓋面廣，三是所涉及行業(yè)和廠家覆蓋面廣，四是所涉及人員覆蓋面廣。

航空工業(yè)的智能制造，是由“智能機(jī)器+網(wǎng)絡(luò)+工業(yè)云平臺”構(gòu)成的“端管云”架構(gòu)，它能夠?qū)崿F(xiàn)機(jī)器與機(jī)器、機(jī)器與人、人與人之間的全面連接交互。這種互聯(lián)不是數(shù)據(jù)信息流的簡單傳遞，而是融合了智能硬件、大數(shù)據(jù)、機(jī)器學(xué)習(xí)(ML)與知識發(fā)現(xiàn)(KDD)等技術(shù)，使單一機(jī)器、部分關(guān)鍵環(huán)節(jié)的智能控制延伸至飛機(jī)及配件生產(chǎn)的全過程。它促進(jìn)了無人工干預(yù)條件下的機(jī)器自組織、自決策、自適應(yīng)生產(chǎn)，為智能制造的實(shí)現(xiàn)奠定了互聯(lián)基礎(chǔ)。

互聯(lián)網(wǎng)使得飛機(jī)及其配件的生產(chǎn)可定義。傳統(tǒng)飛機(jī)及其配件的生產(chǎn)極大地依賴固定模具和固定生產(chǎn)線，原材料、機(jī)器、設(shè)備組和其他生產(chǎn)設(shè)施，均按照最大生產(chǎn)需求配置，在閑置生產(chǎn)時(shí)段容易造成極大的浪費(fèi)，生產(chǎn)過程也無法靈活調(diào)整分配。而在互聯(lián)網(wǎng)條件下，機(jī)器、開源硬件的智能控制由軟件來完成，并通過互聯(lián)將智能控制鏈條延伸至生產(chǎn)的各個(gè)環(huán)節(jié)，推動生產(chǎn)流程向利用軟件定義、管理和執(zhí)行的智能化方向轉(zhuǎn)變。舉例來說，軟件既可以計(jì)算生產(chǎn)需求，靈活調(diào)整原材料庫存，也可以升級機(jī)器功能，加大其生產(chǎn)能力和適用范圍，還能夠?qū)崿F(xiàn)設(shè)備智能調(diào)配，按需配置其生產(chǎn)任務(wù)和工作負(fù)載，最終實(shí)現(xiàn)智能生產(chǎn)。

工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)使得飛機(jī)及配件生產(chǎn)動態(tài)可調(diào)整。傳統(tǒng)工業(yè)企業(yè)的生產(chǎn)過程協(xié)同只能在企業(yè)內(nèi)部各個(gè)部門之間、不同車間之間實(shí)現(xiàn)小范圍協(xié)同。而工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)突破了時(shí)空界限，它集成了供應(yīng)鏈系統(tǒng)、客戶關(guān)系系統(tǒng)、制造執(zhí)行系統(tǒng)(Manufacturing ExecutionSystem，MES)、產(chǎn)品流程控制(ShopFloor Control，SFC)、企業(yè)資源系統(tǒng)等。它為整個(gè)供應(yīng)鏈上的企業(yè)和合作伙伴搭建了信息共享平臺，將生產(chǎn)過程協(xié)同擴(kuò)大到了全供應(yīng)鏈條甚至是跨供應(yīng)鏈條上，實(shí)現(xiàn)了全生產(chǎn)過程優(yōu)勢資源、優(yōu)勢企業(yè)的網(wǎng)絡(luò)化配置，實(shí)現(xiàn)了真正的社會化大協(xié)同生產(chǎn)。

中國航空工業(yè)如何實(shí)現(xiàn)智能制造

結(jié)合風(fēng)起云涌的“互聯(lián)網(wǎng)+”浪潮，以及航空工業(yè)自身的轉(zhuǎn)型升級規(guī)律，我們提出了中國航空工業(yè)的“互聯(lián)網(wǎng)+”智能制造五步路線圖。

構(gòu)建智能的人和組織

“智”強(qiáng)調(diào)的是認(rèn)知與知道， “能”強(qiáng)調(diào)的是技能和習(xí)慣。航空制造企業(yè)員工知識和技能的培養(yǎng)，既包括工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的相關(guān)技術(shù)，也包括心理素質(zhì)的訓(xùn)練。而智能的組織則是在原先的金字塔、矩陣式等組織結(jié)構(gòu)形式上，根據(jù)企業(yè)的情況、客戶的需求構(gòu)建更有效率與效益的組織架構(gòu)模式。相關(guān)的架構(gòu)模式有很多，比如“不為我有，但為我用”，“一專多能”，根據(jù)作業(yè)點(diǎn)的技能復(fù)合人才培養(yǎng)等。

加快推廣制造執(zhí)行系統(tǒng)（MES）

過去十年，是孕育工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的十年，也是摸索理論發(fā)展和實(shí)踐的十年。技術(shù)和應(yīng)用系統(tǒng)供應(yīng)商不斷融合創(chuàng)新，他們提供更集成、更智能的系統(tǒng)，同時(shí)打通企業(yè)運(yùn)營和生產(chǎn)管理的各個(gè)環(huán)節(jié)。企業(yè)自身也在不斷利用新的技術(shù)和應(yīng)用，打通內(nèi)部管理和系統(tǒng)壁壘，實(shí)現(xiàn)靈活生產(chǎn)，滿足需求的變化。對機(jī)及配件制造企業(yè)而言，應(yīng)對市場變化，滿足客戶個(gè)性化需求，最終必須能夠快速實(shí)時(shí)地響應(yīng)，并調(diào)整生產(chǎn)過程。因此，管理和控制一線生產(chǎn)的制造執(zhí)行系統(tǒng)(MES)是至關(guān)重要的。

目前，在飛機(jī)及配件生產(chǎn)車間廣泛存在下列問題。

第一，大多數(shù)情況下，車間計(jì)劃人員會根據(jù)車間以往的生產(chǎn)能力及自身經(jīng)驗(yàn)，對生產(chǎn)計(jì)劃進(jìn)行分解排產(chǎn)。這樣的計(jì)劃可執(zhí)行性差，在執(zhí)行過程中可調(diào)整性不強(qiáng)。

第二，車間計(jì)劃人員對設(shè)備能力估計(jì)不足，造成設(shè)備、人員閑忙不均。另外，車間缺乏較好的跟蹤機(jī)制，物料在加工傳遞過程中容易出現(xiàn)丟失、錯(cuò)誤現(xiàn)象，影響生產(chǎn)的正常進(jìn)行。

第三，生產(chǎn)部門、車間主管領(lǐng)導(dǎo)無法對生產(chǎn)情況總體把握，難以對飛機(jī)及配件的關(guān)鍵件、關(guān)鍵設(shè)備、產(chǎn)品質(zhì)量進(jìn)行重點(diǎn)監(jiān)督。

蓋勒普在多家著名航空及配件制造企業(yè)中應(yīng)用了MES制造執(zhí)行系統(tǒng)，提升了自動化、智能化水平。它上接企業(yè)資源計(jì)劃(erp)系統(tǒng)，下接硬件設(shè)備的中樞。在中國，蓋勒普MES落地實(shí)施已經(jīng)過了15年的時(shí)間，它對飛機(jī)及配件生產(chǎn)車間的設(shè)備、人員、執(zhí)行、工具、工藝、物料、生產(chǎn)計(jì)劃排產(chǎn)、質(zhì)量等進(jìn)行統(tǒng)籌管理，有效地從執(zhí)行層面提升了企業(yè)的制造實(shí)力，實(shí)現(xiàn)了對資源的優(yōu)化。

車間智能化升級改造

“工業(yè)4．O”的實(shí)施主體針對各類高水平的制造業(yè)企業(yè)，航空工業(yè)的“互聯(lián)網(wǎng)+”智能制造對應(yīng)的最重要的實(shí)施主體便是車間。MES可通過相關(guān)采集技術(shù)獲取各種數(shù)據(jù)，可從全生命周期、全流程的角度來分析研究飛機(jī)及配件的生產(chǎn)執(zhí)行情況，從中發(fā)現(xiàn)車間的短板，并進(jìn)行升級、優(yōu)化、改進(jìn)，從而提升車間的總體能力。而各個(gè)車間在配備MES、又經(jīng)過自動化和智能化改造后，其生產(chǎn)率將大幅提升。

自動化、智能化的處理不僅包括物理層面（如原料、半成品的處理，運(yùn)輸、能源管理），車間中數(shù)據(jù)的自動化、智能化處理也是蓋勒普MES管理的重點(diǎn)領(lǐng)域。在該管理模式下，飛機(jī)及配件制造過程的數(shù)據(jù)、信息的記錄、傳遞、存儲，分析、應(yīng)用，以及產(chǎn)品、零部件的質(zhì)量、互換性將進(jìn)行統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)化管理。在航空工業(yè)中，制造的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)將直接影響市場的競爭，成為市場利益，形成技術(shù)壁壘。

在過程控制方面，MES管理飛機(jī)及配件生產(chǎn)訂單的整個(gè)生產(chǎn)流程，通過對產(chǎn)品生產(chǎn)過程所有突發(fā)事件實(shí)時(shí)監(jiān)控，自動糾正飛機(jī)及配件生產(chǎn)過程中的錯(cuò)誤，或者為生產(chǎn)過程提供決策支持，以實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)調(diào)度要求；在出現(xiàn)異常或與生產(chǎn)計(jì)劃偏離太多時(shí)，及時(shí)地反饋至相關(guān)人員，使其采取相應(yīng)措施。

在任務(wù)派工方面，MES在飛機(jī)及配件生產(chǎn)計(jì)劃完成之后，自動生成任務(wù)派工單，根據(jù)生產(chǎn)設(shè)備實(shí)際加工能力的變化，制定并優(yōu)化生產(chǎn)的具體過程及各設(shè)備的詳細(xì)操作順序；為了提高生產(chǎn)柔性，生產(chǎn)任務(wù)會根據(jù)生產(chǎn)執(zhí)行具體情況及設(shè)備情況，結(jié)合資源配置進(jìn)行現(xiàn)場動態(tài)分配。

在資源配置方面，MES通過詳細(xì)的數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)和分析，為企業(yè)提供各種生產(chǎn)現(xiàn)場資源的實(shí)時(shí)狀態(tài)，與飛機(jī)及配件生產(chǎn)任務(wù)分配緊密協(xié)調(diào)，為各生產(chǎn)工序配置相應(yīng)的工具、設(shè)備、物料、文檔等資源，保證各操作按調(diào)度要求準(zhǔn)備和執(zhí)行。

在能力平衡分析方面，MES分析對比工作中心／設(shè)備任務(wù)負(fù)荷、部門／班組任務(wù)負(fù)荷、工種任務(wù)負(fù)荷等并做出相應(yīng)的評估，協(xié)助計(jì)劃和調(diào)度人員進(jìn)行飛機(jī)及配件生產(chǎn)任務(wù)的外協(xié)加工，以實(shí)現(xiàn)最優(yōu)的生產(chǎn)計(jì)劃排程。

在質(zhì)量管理方面，MES跟蹤飛機(jī)及配件原材料進(jìn)廠到成品入庫的整個(gè)生產(chǎn)流程，對產(chǎn)品原料、生產(chǎn)設(shè)備、操作人員、工序批次等數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)采集，為飛機(jī)及配件的使用、改進(jìn)設(shè)計(jì)及質(zhì)量控制提供依據(jù)。與此同時(shí)，MES根據(jù)檢測結(jié)果確定產(chǎn)品問題、提供相應(yīng)的決策支持。

在文檔管理方面，MES基于數(shù)據(jù)庫的解決方案，擁有海量數(shù)據(jù)的存儲和管理能力，自定義文檔管理結(jié)構(gòu)樹和版本追蹤，可有效地管理飛機(jī)及配件的設(shè)計(jì)、操作流程、工藝說明等，MES可根據(jù)加工任務(wù)進(jìn)行分配，為生產(chǎn)工序提供相應(yīng)的加工程序和生產(chǎn)信息等。

在數(shù)據(jù)采集方面，MES根據(jù)不同的數(shù)據(jù)、應(yīng)用場景、人員能力、設(shè)備投入等，采取不同的數(shù)據(jù)采集方式，實(shí)時(shí)獲取飛機(jī)及配件生產(chǎn)各工序、設(shè)備、物料、產(chǎn)品等數(shù)據(jù)，并統(tǒng)計(jì)、分析成其它系統(tǒng)、管理者所需要的信息。

在人力資源管理方面，MES提供人員的狀態(tài)和相關(guān)的信息，跟蹤個(gè)人的工作執(zhí)行情況，為飛機(jī)及配件制造企業(yè)實(shí)現(xiàn)精細(xì)考勤管理、控制人力成本、簡化績效考核、減少員工流失、優(yōu)化人員調(diào)度等方面提供決策支持。

在維護(hù)管理方面，MES記錄飛機(jī)及配件生產(chǎn)的每臺設(shè)備、每把工具的維護(hù)時(shí)間、維護(hù)內(nèi)容、故障原因等，從而計(jì)算出最常見的設(shè)備／工具維護(hù)工作并進(jìn)行經(jīng)驗(yàn)積累，管理和指導(dǎo)生產(chǎn)設(shè)備、工具的維護(hù)活動，并生成相應(yīng)的維護(hù)經(jīng)驗(yàn)文檔，以供瀏覽、查詢。

構(gòu)建車間生產(chǎn)底層網(wǎng)絡(luò)體系

車間底層是工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)識別物體、采集信息的終端環(huán)節(jié)，既包括機(jī)器、設(shè)備組、生產(chǎn)線等各類生產(chǎn)所需的智能終端信息采集技術(shù)，也包括射頻識別(RFID)標(biāo)簽、傳感器、攝像頭、二維條碼、遙測遙感等感知終端信息采集技術(shù)。蓋勒普SFC生產(chǎn)車間集中控制管理系統(tǒng)已經(jīng)在承擔(dān)了中國C919等大飛機(jī)研制工作的中國商用飛機(jī)有限責(zé)任公司（簡稱“中國商飛”）、中航工業(yè)西安飛機(jī)（集團(tuán)）有限責(zé)任公司（簡稱“西飛集團(tuán)”）、中航工業(yè)沈陽黎明航空發(fā)動機(jī)（集團(tuán)）有限責(zé)任公司（簡稱“黎明航空”）等國內(nèi)知名航空制造企業(yè)得到了廣泛的實(shí)踐應(yīng)用。通過構(gòu)建車間底層網(wǎng)絡(luò)體系，SFC不僅能夠?qū)崿F(xiàn)物理上的信息傳遞，而且實(shí)現(xiàn)了包括信息安全、數(shù)據(jù)協(xié)議、業(yè)務(wù)協(xié)議等內(nèi)容的網(wǎng)絡(luò)體系。利用這樣的網(wǎng)絡(luò)體系組建車間、工廠互聯(lián)網(wǎng)，可實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的采集、傳遞、存儲、分析、應(yīng)用，以及設(shè)備級的連通，如M2M (Machineto Machine)的交互、遠(yuǎn)程操控等。通過蓋勒普SFC系統(tǒng)，企業(yè)可構(gòu)建生產(chǎn)過程中各個(gè)環(huán)節(jié)的標(biāo)準(zhǔn)化機(jī)制，確定哪些信息可被用來交換，哪些屬于標(biāo)準(zhǔn)構(gòu)件，哪些機(jī)器適用等等。SFC系統(tǒng)將先進(jìn)的信息模式、生產(chǎn)模式形成標(biāo)準(zhǔn)，從而促進(jìn)技術(shù)創(chuàng)新和模式創(chuàng)新。此外，系統(tǒng)還利用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、設(shè)備監(jiān)控技術(shù)加強(qiáng)信息管理，提升飛機(jī)及配件的生產(chǎn)效率，同時(shí)它還能夠利用互聯(lián)網(wǎng)進(jìn)行遠(yuǎn)程定制。

中國商用飛機(jī)有限責(zé)任公司（簡稱“中國商飛”）是經(jīng)國務(wù)院批準(zhǔn)成立，由國務(wù)院國有資產(chǎn)監(jiān)督管理委員會、中國航空工業(yè)集團(tuán)公司、上海寶鋼集團(tuán)等共同出資組建，由國家控股的有限責(zé)任公司。

從2011年開始，蓋勒普SFC系統(tǒng)（包括設(shè)備聯(lián)網(wǎng)、數(shù)據(jù)采集、設(shè)備監(jiān)控、數(shù)控程序管理、工單管理、加工仿真、可視化、無紙化、自動化、系統(tǒng)集成），就在中國商飛進(jìn)行大規(guī)模的使用，至今，已實(shí)施了大量設(shè)備的聯(lián)網(wǎng)通訊、數(shù)控程序集中管理、生產(chǎn)數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)采集和設(shè)備監(jiān)控，將現(xiàn)場PC、PLCs、密封測試器、平衡設(shè)備等納入SFC網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，進(jìn)行通訊、數(shù)據(jù)采集和管理。

對于互聯(lián)工廠的總體部署，蓋勒普SFC通過可配置、模塊化的工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，結(jié)合先進(jìn)的數(shù)字化數(shù)據(jù)錄入或讀出技術(shù)（如條碼技術(shù)、RFID射頻技術(shù)、觸屏技術(shù)等），為中國商飛搭建“互聯(lián)網(wǎng)+”智能制造平臺，各生產(chǎn)單元數(shù)據(jù)在系統(tǒng)內(nèi)實(shí)現(xiàn)無縫連接、快速調(diào)用，成為驅(qū)動協(xié)同生產(chǎn)、支持轉(zhuǎn)型升級的堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。生產(chǎn)現(xiàn)場通過設(shè)備和工位、人員統(tǒng)一聯(lián)網(wǎng)管理，在每個(gè)生產(chǎn)工序環(huán)節(jié)進(jìn)行智能化數(shù)據(jù)采集和反饋，并在云技術(shù)支持下做實(shí)時(shí)統(tǒng)計(jì)和分析，超過25000多種可自定義的圖報(bào)表在各個(gè)生產(chǎn)工段、部門進(jìn)行實(shí)時(shí)展示。同時(shí)，結(jié)合大數(shù)據(jù)分析結(jié)果，系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)時(shí)決策，以降低制造過程成本，提高產(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn)效率。而且，各類生產(chǎn)信息通過“無紙化”方式傳遞到工位、設(shè)備，以及生產(chǎn)中央控制室，為智能化排產(chǎn)提供數(shù)據(jù)支持。通過可視化電子看板，所有數(shù)據(jù)和信息均可以動態(tài)地傳輸?shù)礁鲝S區(qū)的各生產(chǎn)部門的數(shù)據(jù)終端。

“互聯(lián)網(wǎng)+”智能制造模式將中國商飛生產(chǎn)現(xiàn)場地理分散的人員、信息黏結(jié)在一起，實(shí)現(xiàn)了由單機(jī)“作戰(zhàn)”向網(wǎng)絡(luò)協(xié)同的轉(zhuǎn)變。它將大飛機(jī)及配件設(shè)計(jì)、制造、檢驗(yàn)等相關(guān)工程師、管理人員和生產(chǎn)工人緊密地聯(lián)系起來，實(shí)現(xiàn)了參與各方的高效協(xié)作。同時(shí)，工廠互聯(lián)網(wǎng)和信息網(wǎng)絡(luò)形成的集成對接和數(shù)據(jù)交換，使得設(shè)備與設(shè)備、設(shè)備與人均實(shí)現(xiàn)了互聯(lián)互通，將現(xiàn)場生產(chǎn)與用戶遠(yuǎn)端的使用管理緊密相連，從而實(shí)現(xiàn)了“中國商飛生產(chǎn)線”智能化實(shí)時(shí)管理和產(chǎn)品的遠(yuǎn)程維護(hù)跟蹤管理。

建設(shè)企業(yè)大數(shù)據(jù)、云計(jì)算中心

在傳統(tǒng)方面，航空工業(yè)企業(yè)的數(shù)據(jù)相對而言結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)較多，而在技術(shù)領(lǐng)域，數(shù)據(jù)本身的復(fù)雜性又非常高，因此企業(yè)需要構(gòu)建工業(yè)數(shù)據(jù)圖譜，規(guī)范企業(yè)的術(shù)語，構(gòu)建數(shù)據(jù)模型，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)與數(shù)據(jù)之間的集成，這就需要企業(yè)建立大數(shù)據(jù)中心、跨地域的云計(jì)算中心，建立“輕客戶端，重服務(wù)端”的應(yīng)用模式，實(shí)現(xiàn)高效、正確、精益。同時(shí)，企業(yè)內(nèi)部的信息平臺與社會化的各種平臺建立起廣泛而深入的集成聯(lián)系。

“互聯(lián)網(wǎng)+”成就行業(yè)發(fā)展機(jī)遇

實(shí)施航空工業(yè)的“互聯(lián)網(wǎng)+”智能制造模式，必須突破傳統(tǒng)的思維慣性，實(shí)現(xiàn)多主體、多形式、多內(nèi)容的合作。這種合作以互聯(lián)網(wǎng)為載體，以大數(shù)據(jù)為內(nèi)容；以分析應(yīng)用為工具，以產(chǎn)品創(chuàng)新為結(jié)果，從而形成覆蓋全流程、全生命周期的生態(tài)鏈，并在生態(tài)鏈中實(shí)現(xiàn)各種集成。例如基于供應(yīng)鏈的縱向集成（突破工業(yè)4．O的企業(yè)內(nèi)部縱向集成）、細(xì)化到工序級的MES-SFC橫向集成。

第3篇

    關(guān)鍵詞:工業(yè);自動化;智能制造;技術(shù)

    中圖分類號:TH164 文獻(xiàn)標(biāo)識碼:A 文章編號:1006-8937(2011)22-0102-01

    自動化生產(chǎn)是新時(shí)期工業(yè)經(jīng)濟(jì)的先進(jìn)理念,機(jī)電一體化、機(jī)械制造自動化等均是工業(yè)自動化的具體表現(xiàn)。積極推廣智能制造技術(shù)是未來企業(yè)發(fā)展的必經(jīng)之路。

    1 傳統(tǒng)制造模式的缺陷

    不可否認(rèn),傳統(tǒng)手工制作對當(dāng)時(shí)的工業(yè)進(jìn)步起到了推動作用,但在倡導(dǎo)科技創(chuàng)新的今天,傳統(tǒng)制造技術(shù)卻顯現(xiàn)了多方面的缺陷。

    ①生產(chǎn)質(zhì)量低。我國工業(yè)包括重工業(yè)、輕工業(yè)等兩大類別,重工業(yè)指的是采掘業(yè)、原材料加工等,輕工業(yè)則指化工等行業(yè)。傳統(tǒng)的工業(yè)制造生產(chǎn)依賴于手工操作,許多產(chǎn)品的質(zhì)量無法保證,如:機(jī)械制造行業(yè)靠手工打造金屬物件,產(chǎn)品的尺寸、形狀等指標(biāo)很難達(dá)到高水平。

    ②生產(chǎn)時(shí)間長。傳統(tǒng)工業(yè)制造因缺乏先進(jìn)的工藝流程,制造人員幾乎憑借個(gè)人經(jīng)驗(yàn)制造產(chǎn)品。對于一些先進(jìn)的制造工藝未能及時(shí)采用,如:采煤行業(yè)中煤礦開采工藝落后,造成礦工每天的煤礦開采量量少,且礦工需持續(xù)工作12 h以上才能保證足夠的產(chǎn)量,作業(yè)時(shí)間超出預(yù)期范圍。

    ③生產(chǎn)效益少。企業(yè)投入了大量的成本投入工業(yè)制造,但由于生產(chǎn)產(chǎn)品質(zhì)量不達(dá)標(biāo),成批產(chǎn)品無法走向市場銷售,這造成企業(yè)出現(xiàn)貨物囤積現(xiàn)象。此外,由于質(zhì)量問題引起的各種補(bǔ)償問題均給企業(yè)經(jīng)營造成很大的阻礙。早期我國工業(yè)呈現(xiàn)出生產(chǎn)投資大,回收效益少的狀況。

    ④生產(chǎn)設(shè)備缺。根據(jù)我國工業(yè)發(fā)展歷程可知,早期工業(yè)產(chǎn)品的制造生產(chǎn)70%以上均依賴于手工操作。這不僅是國內(nèi)工業(yè)技術(shù)落后的表現(xiàn),也是工業(yè)生產(chǎn)設(shè)備不足的象征。由于缺乏機(jī)械設(shè)備從事相關(guān)生產(chǎn),手工制造才會一直占據(jù)工業(yè)產(chǎn)品加工的主流,制約了工業(yè)自動化進(jìn)程的加快。

    2 智能制造技術(shù)的工業(yè)運(yùn)用

    改革開放之后,國家對工業(yè)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展給予了高度關(guān)注,全國各地開始積極開展工業(yè)技術(shù)創(chuàng)新活動。經(jīng)過近30年的技術(shù)改革,我國的工業(yè)制造生產(chǎn)已經(jīng)掌握了自動化、一體化、智能化等多項(xiàng)技術(shù)。有了先進(jìn)技術(shù)為支撐,我國的工業(yè)經(jīng)濟(jì)效益開始翻倍增長,智能制造技術(shù)在工業(yè)中的運(yùn)用更加普遍。工業(yè)生產(chǎn)自動化中引進(jìn)智能制造技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)如下:

    ①人機(jī)操作。智能制造技術(shù)的最大特點(diǎn)是實(shí)現(xiàn)了“人機(jī)操作”,企業(yè)在制造高精度、高要求、高質(zhì)量的產(chǎn)品時(shí),必須要使用智能化操控系統(tǒng)保證自動化生產(chǎn)的質(zhì)量。如:機(jī)械制造行業(yè)中,對于金屬產(chǎn)品的精度要求十分嚴(yán)格,若依舊安排人工制造加工時(shí)無法達(dá)到精度指標(biāo)的。企業(yè)可利用計(jì)算機(jī)與數(shù)控設(shè)備建立連接,用計(jì)算機(jī)編程后輸入程序指令,機(jī)械自動化生產(chǎn)可保證產(chǎn)品精度符合要求。

    ②自動設(shè)計(jì)。智能機(jī)器具有強(qiáng)大的推理、預(yù)測、判斷等功能,制造設(shè)備可參照接收到的數(shù)字信號或程序代碼設(shè)計(jì)工業(yè)產(chǎn)品。產(chǎn)品研發(fā)人員把某個(gè)產(chǎn)品的重點(diǎn)參數(shù)及程序代碼輸入智能機(jī)器中,則可通過自動設(shè)計(jì)將產(chǎn)品模型顯示在計(jì)算機(jī)上,讓企業(yè)根據(jù)產(chǎn)品的實(shí)際情況選擇最佳方案投入生產(chǎn)。如:許多企業(yè)采用CAD、proE UG等自動化設(shè)計(jì)軟件,獲得的產(chǎn)品模型更加精準(zhǔn)。

    ③虛擬生產(chǎn)。虛擬技術(shù)依舊以計(jì)算機(jī)為核心控制,并結(jié)合信號處理、動畫技術(shù)、智能推理、數(shù)據(jù)預(yù)測、模擬仿真等功能,對工業(yè)產(chǎn)品的生產(chǎn)流程進(jìn)行模擬。虛擬化模擬生產(chǎn)可及時(shí)發(fā)現(xiàn)設(shè)計(jì)產(chǎn)品存在的問題,對生產(chǎn)制造工藝做進(jìn)一步改學(xué)原料比例調(diào)整提供依據(jù)。

    3 結(jié) 語

    總之,隨著工業(yè)經(jīng)濟(jì)效益持續(xù)增長,企業(yè)致力于擴(kuò)大生產(chǎn)規(guī)模,制造產(chǎn)品的數(shù)量相比之前更多。面對這種狀況若依舊采用傳統(tǒng)的生產(chǎn)制造模式,則難以滿足生產(chǎn)效率指標(biāo)的要求。

    參考文獻(xiàn):

    [1] 孟俊煥,孫汝軍,姚俊紅,張秀英.智能制造系統(tǒng)的現(xiàn)狀與展望[J].機(jī)械工程與自動化,2005,(4).