智慧工廠不可或缺的智能軟件系統

發布日期：2020-11-30 11:03:13來源：未知瀏覽次數：

制造業是在全球化中賴以生存的資本和保障。縱觀美歐等發達國家的強國之路可以看出，具備規模雄厚、結構優化、技術創新能力強、發展質量好、產業鏈國際主導地位突出的制造業是國民經濟持續發展和繁榮及國家安全的基礎。德國工業4．0的發布，引發了中國制造業深入的思考，制造業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”…；但是大工業產生的大規模流水線裝配作業在推動工業化進步、實現更高生產效率的同時，卻限制了靈活性。在消費者個性化追求的驅動下，企業由大規模標準化制造向大規模定制化制造轉型，需要借助互聯網、大數據等信息技術，使得大規模個性化定制不僅是可能，而且成為必須。
中國制造業雖然門類齊全、規模巨大，但也有自身明顯的不足：多數企業還處于提升質量、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。中國工業跳躍式發展了幾十年，更多的是引進、模仿、細微的改變、局部的優化，忽略了對制造過程細節的領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、放棄與創新同在的過程，是一次以漸進方式發生的革命，要順勢而為。所謂順勢，就是要順應制造業轉型升級之大勢，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。從本質上而言，互聯網+制造、智能制造、工業4．0等具有相同或類似的本質特征和內涵，就是充分發揮互聯網技術的特點和優勢，與工業深度融合，通過將信息嵌入傳統制造過程而產生智能，形成智慧型制造，不僅提高制造的品質，而且在成本可控的同時滿足用戶對產品的個性化需求，這是當前中國制造業實現轉型升級、持續發展，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”要通過各種工業軟件來達成。工業軟件即工業+軟件，其中工業是指制造(需求)，軟件是指產品(服務)。
在未來工業4．0時代，工業軟件的作用將更加突出，且制造技術與IT技術的融合將更加深化，各類工業軟件的集成應用將呈現出更高的一體化特征。

1.國內工業軟件的現狀
工業軟件的特殊性工業軟件的開發與其他類型的軟件產品不同，要求與行業更為貼近，這其實涉及兩個方面：開發過程的特殊性、人才培養的特殊性。從宏觀著眼，需要開發者既熟悉行業知識，又了解軟件開發，往往需要行業專家與軟件開發人員的緊密配合，僅僅依靠軟件工程師是編寫不出工業軟件的。從微觀著眼，則要求企業在產品開發之前進行調研，了解工業企業用戶在應用上關注的焦點，提高開發的可靠性，滿足企業智能制造的要求。為了保證工業軟件產品的實用性和可靠性，在技術線路上要特別關注前期的“應用調研”和后期的“工程評價”。
國內工業軟件的不足經過近十年的發展，國內工業軟件產業有了長足的發展，形成了巨大的規模，但除了部分行業的MES軟件具有了一定的競爭力和市場份額外，多數還處于低端競爭，缺少品牌號召力和質量優勢；高端的仿真設計、分析工具、企業管理和先進控制軟件仍然是巨頭在壟斷市場。國內工業軟件的不足之處如下J：
(1)缺乏自主知識產權和民族品牌。企業用于生產優化控制、能源管控等與生產工藝緊密結合的MES軟件系統往往沒有很好地引進消化，制約了企業的工藝改造、產品創新和結構升級；知名套裝軟件多為國外產品，存在價格貴、行業適應性不強、二次開發量大、服務保障能力不足、實施和維護總成本過高等缺點；而國內定制化軟件由于產品化程度不夠，在系統結構的穩定性、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境，構建全程與全面可視、產品質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。現有MES大多只提供了一個替代經驗管理方式的系統平臺，沒有建立面向產品設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、智能優化模型庫等對千變萬化的制造過程進行優化調控的手段。構建實時、敏捷、柔性、智能化的MES，是工業4．0模塊化制造系統的重要內涵，也是打造柔性工廠的必要條件，因此需要探討開發柔性的人機一體化運作方式以及大規模定制下的生產模式：
(1)基于數據。基于數據完成知識的提煉和傳承、優化策略的生成、指標體系的重構等，通過對制造大數據的智能分析，建立工廠和車問數據模型，實時進行管控指標體系的重構，增加制造組織控制規則的柔性，以適應制造環境和制造流程的改變。
(2)基于知識。建立知識管理體系，將成熟的生產管理流程、專家經驗、成熟制造技術訣竅固化在系統中。通過開發融入專家經驗的生產仿真系統，使MES不僅為現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，建立虛擬制造的環境，模擬排產計劃、計算作業負荷、測算交期周期、預測產品質量，并具有自組織能力，實現“人一機一體化”的制造過程優化。
(4)基于指標。將實績與指標實時比對，及時發現生產過程中質量、工藝、能耗、環保、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系統下，實現精細化的管理。
(5)基于約束。能源效率以及相關的環境指標將成為企業運營的關鍵約束條件，將能源供給與環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、設備產能和定休計劃等，還要加入能源約束條件。
構建OMP平臺實現MES與ERP的再集成在持續優化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展起來的工業軟件，將這些存量的軟件資產功能整合在同一個OMP上；通過深入集成ERP的計劃和MES實施方式，實現對生產的管理，由計劃下達和生產實績構成的實時控制環路幫助生產企業實現最高的目標。MES與ERP系統的功能分擔會進一步得到優化，淡化MES與ERP系統間的天然界限，功能實現更加靈活，將合同計劃、生產計劃等原來分布在各級獨立執行的功能整合，形成一體化的計劃系統，借助智能優化和仿真技術手段，建立先進的計劃排程系統(APS)，提高計劃編制的效率和靈活性；MES制定與實際生產控制和目標最匹配的虛擬生產環境，不斷更新資源的當前特征以及訂單變化情況。
建設虛擬工廠有效配置軟件資產通常，制造企業都擁有多個、不同時期投入、不同IT公司提供的獨立開發的軟件系統，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；隨著系統規模的擴大和新需求的不斷出現，更多新的應用程序被引入或開發出來。為了保持設備正常運轉，企業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，而可能出現的信息孤島或系統孤島使事情變得更糟糕。所以，大量的存量軟件資產存在可以優化的空間和需求，可以將其歸結為存量資產的優化配置問題。要在虛擬制造環境中完成產品設計到制造工藝參數和流程設計全過程，并與實體制造環節無縫銜接，關鍵工作是有效優化配置軟件資產，使之滿足管理決策人員和高級技術人員生產管理調度需求，也為各級管理人員經營決策提供參考。
需要優化配置的軟件：產主要包括：
(1)產品設計、開發、測試、實驗與司工具；
(2)優化調度控制軟件工具；
(3)數據分析頇測工具；
(4)工藝知識庫與工藝控制軟件；
(5)各類專家系統和規則庫、函數庫；
(6)OMP決策支持軟件。

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智慧工廠不可或缺的智能軟件系統

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