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來源：未知瀏覽次數(shù)：
制造業(yè)是在全球化中賴以生存的資本和保障?？v觀美歐等發(fā)達國家的強國之路可以看出，具備規(guī)模雄厚、結(jié)構(gòu)優(yōu)化、技術(shù)創(chuàng)新能力強、發(fā)展質(zhì)量好、產(chǎn)業(yè)鏈國際主導地位突出的制造業(yè)是國民經(jīng)濟持續(xù)發(fā)展和繁榮及國家安全的基礎(chǔ)。德國工業(yè)4．0的發(fā)布，引發(fā)了中國制造業(yè)深入的思考，制造業(yè)要適應用戶需求個性化、多樣化、多變化，“更好地滿足客戶個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)模流水線裝配作業(yè)在推動工業(yè)化進步、實現(xiàn)更高生產(chǎn)效率的同時，卻限制了靈活性。在消費者個性化追求的驅(qū)動下，企業(yè)由大規(guī)模標準化制造向大規(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)模個性化定制不僅是可能，而且成為必須。
中國制造業(yè)雖然門類齊全、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、控制成本的自動化初級階段，如何做到效益最佳、損耗最小、污染最少，仍是難題。中國工業(yè)跳躍式發(fā)展了幾十年，更多的是引進、模仿、細微的改變、局部的優(yōu)化，忽略了對制造過程細節(jié)的領(lǐng)悟和自我價值的提升，更缺少對知識積累的重視和作為，亟需對制造過程有更多、更深的認識，而這個過程將是一個漫長、痛苦、放棄與創(chuàng)新同在的過程，是一次以漸進方式發(fā)生的革命，要順勢而為。所謂順勢，就是要順應制造業(yè)轉(zhuǎn)型升級之大勢，順則昌盛、逆則消亡；所謂而為，就是與其被動跟隨，不如主動應對，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)的特點和優(yōu)勢，與工業(yè)深度融合，通過將信息嵌入傳統(tǒng)制造過程而產(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滿足用戶對產(chǎn)品的個性化需求，這是當前中國制造業(yè)實現(xiàn)轉(zhuǎn)型升級、持續(xù)發(fā)展，從而提升全球競爭力的具體舉措。“兩化融合”催生了大量的工業(yè)軟件，推進智慧型制造，其核心是“軟實力”，“軟實力”要通過各種工業(yè)軟件來達成。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)。
在未來工業(yè)4．0時代，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，各類工業(yè)軟件的集成應用將呈現(xiàn)出更高的一體化特征。
1.國內(nèi)工業(yè)軟件的現(xiàn)狀
工業(yè)軟件的特殊性工業(yè)軟件的開發(fā)與其他類型的軟件產(chǎn)品不同，要求與行業(yè)更為貼近，這其實涉及兩個方面：開發(fā)過程的特殊性、人才培養(yǎng)的特殊性。從宏觀著眼，需要開發(fā)者既熟悉行業(yè)知識，又了解軟件開發(fā)，往往需要行業(yè)專家與軟件開發(fā)人員的緊密配合，僅僅依靠軟件工程師是編寫不出工業(yè)軟件的。從微觀著眼，則要求企業(yè)在產(chǎn)品開發(fā)之前進行調(diào)研，了解工業(yè)企業(yè)用戶在應用上關(guān)注的焦點，提高開發(fā)的可靠性，滿足企業(yè)智能制造的要求。為了保證工業(yè)軟件產(chǎn)品的實用性和可靠性，在技術(shù)線路上要特別關(guān)注前期的“應用調(diào)研”和后期的“工程評價”。
國內(nèi)工業(yè)軟件的不足經(jīng)過近十年的發(fā)展，國內(nèi)工業(yè)軟件產(chǎn)業(yè)有了長足的發(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爭力和市場份額外，多數(shù)還處于低端競爭，缺少品牌號召力和質(zhì)量優(yōu)勢；高端的仿真設(shè)計、分析工具、企業(yè)管理和先進控制軟件仍然是巨頭在壟斷市場。國內(nèi)工業(yè)軟件的不足之處如下J：
(1)缺乏自主知識產(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)往往沒有很好地引進消化，制約了企業(yè)的工藝改造、產(chǎn)品創(chuàng)新和結(jié)構(gòu)升級；知名套裝軟件多為國外產(chǎn)品，存在價格貴、行業(yè)適應性不強、二次開發(fā)量大、服務保障能力不足、實施和維護總成本過高等缺點；而國內(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、可擴展性以及實施周期方面也存在問題，這些都嚴重制約了企業(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、個性化訂單與標準化制造計劃的智能匹配組織、先進的排程與仿真、能源環(huán)境指標約束下制造管理，且成本可控、富有競爭力的制造管控系統(tǒng)。現(xiàn)有MES大多只提供了一個替代經(jīng)驗管理方式的系統(tǒng)平臺，沒有建立面向產(chǎn)品設(shè)計與制造一體化的知識庫支撐體系，缺乏通過智能傳感器、虛擬仿真、智能優(yōu)化模型庫等對千變?nèi)f化的制造過程進行優(yōu)化調(diào)控的手段。構(gòu)建實時、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，因此需要探討開發(fā)柔性的人機一體化運作方式以及大規(guī)模定制下的生產(chǎn)模式：
(1)基于數(shù)據(jù)。基于數(shù)據(jù)完成知識的提煉和傳承、優(yōu)化策略的生成、指標體系的重構(gòu)等，通過對制造大數(shù)據(jù)的智能分析，建立工廠和車問數(shù)據(jù)模型，實時進行管控指標體系的重構(gòu)，增加制造組織控制規(guī)則的柔性，以適應制造環(huán)境和制造流程的改變。
(2)基于知識。建立知識管理體系，將成熟的生產(chǎn)管理流程、專家經(jīng)驗、成熟制造技術(shù)訣竅固化在系統(tǒng)中。通過開發(fā)融入專家經(jīng)驗的生產(chǎn)仿真系統(tǒng)，使MES不僅為現(xiàn)場制造提供一個信息處理平臺，而且也提供一個制造知識管理和傳承的平臺。
(3)基于優(yōu)化。融人更多的模擬專家智能活動的功能，通過仿真與建模，建立虛擬制造的環(huán)境，模擬排產(chǎn)計劃、計算作業(yè)負荷、測算交期周期、預測產(chǎn)品質(zhì)量，并具有自組織能力，實現(xiàn)“人一機一體化”的制造過程優(yōu)化。
(4)基于指標。將實績與指標實時比對，及時發(fā)現(xiàn)生產(chǎn)過程中質(zhì)量、工藝、能耗、環(huán)保、工序成本等實績與標準指標間的差異波動，采取措施，最終達到控制成本、質(zhì)量、能耗、排放的目的，在一個更加精確的管控指標一實時信息閉環(huán)系統(tǒng)下，實現(xiàn)精細化的管理。
(5)基于約束。能源效率以及相關(guān)的環(huán)境指標將成為企業(yè)運營的關(guān)鍵約束條件，將能源供給與環(huán)境指標作為強約束條件，制定制造計劃，即在編制制造計劃時，不僅需要合同計劃、物料計劃、設(shè)備產(chǎn)能和定休計劃等，還要加入能源約束條件。
構(gòu)建OMP平臺實現(xiàn)MES與ERP的再集成在持續(xù)優(yōu)化MES的同時，一個迫切要解決的問題是：建立機制，來適應在不同背景下發(fā)展起來的工業(yè)軟件，將這些存量的軟件資產(chǎn)功能整合在同一個OMP上；通過深入集成ERP的計劃和MES實施方式，實現(xiàn)對生產(chǎn)的管理，由計劃下達和生產(chǎn)實績構(gòu)成的實時控制環(huán)路幫助生產(chǎn)企業(yè)實現(xiàn)最高的目標。MES與ERP系統(tǒng)的功能分擔會進一步得到優(yōu)化，淡化MES與ERP系統(tǒng)間的天然界限，功能實現(xiàn)更加靈活，將合同計劃、生產(chǎn)計劃等原來分布在各級獨立執(zhí)行的功能整合，形成一體化的計劃系統(tǒng)，借助智能優(yōu)化和仿真技術(shù)手段，建立先進的計劃排程系統(tǒng)(APS)，提高計劃編制的效率和靈活性；MES制定與實際生產(chǎn)控制和目標最匹配的虛擬生產(chǎn)環(huán)境，不斷更新資源的當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、不同時期投入、不同IT公司提供的獨立開發(fā)的軟件系統(tǒng)，這些軟件都有自己獨特的理念、青睞的供方以及專門的系統(tǒng)；隨著系統(tǒng)規(guī)模的擴大和新需求的不斷出現(xiàn)，更多新的應用程序被引入或開發(fā)出來。為了保持設(shè)備正常運轉(zhuǎn)，企業(yè)需要花費大量時間和精力去處理、傳達和交換信息，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)存在可以優(yōu)化的空間和需求，可以將其歸結(jié)為存量資產(chǎn)的優(yōu)化配置問題。要在虛擬制造環(huán)境中完成產(chǎn)品設(shè)計到制造工藝參數(shù)和流程設(shè)計全過程，并與實體制造環(huán)節(jié)無縫銜接，關(guān)鍵工作是有效優(yōu)化配置軟件資產(chǎn)，使之滿足管理決策人員和高級技術(shù)人員生產(chǎn)管理調(diào)度需求，也為各級管理人員經(jīng)營決策提供參考。
需要優(yōu)化配置的軟件：產(chǎn)主要包括：
(1)產(chǎn)品設(shè)計、開發(fā)、測試、實驗與司工具；
(2)優(yōu)化調(diào)度控制軟件工具；
(3)數(shù)據(jù)分析頇測工具；
(4)工藝知識庫與工藝控制軟件；
(5)各類專家系統(tǒng)和規(guī)則庫、函數(shù)庫；
(6)OMP決策支持軟件。
