你所理解的智能制造是什么样子？

    如何实现网络互联互通

    智能制造的首要任务是信息的处理与优化，工厂／车间内各种网络的互联互通则是基础与前提。没有互联互通和数据采集与交互，工业云、工业大数据都将成为无源之水。智能工厂／数字化车间中的生产管理系统（IT系统）和智能装备（自动化系统）互联互通形成了企业的综合网络。按照所执行功能不同，企业综合网络划分为不同的层次，自下而上包括现场层、控制层、执行层和计划层。图2给出了符合该层次模型的一个智能工厂／数字化车间互联网络的典型结构。随着技术的发展，该结构呈现扁平化发展趋势，以适应协同高效的智能制造需求。

    图2：智能工厂／数字化车间典型网络结构

    智能工厂／数字化车间互联网络各层次定义的功能以及各种系统、设备在不同层次上的分配如下。

    1）计划层：实现面向企业的经营管理，如接收订单，建立基本生产计划（如原料使用、交货、运输），确定库存等级，保证原料及时到达正确的生产地点，以及远程运维管理等。企业资源规划（ERP）、客户关系管理（CRM）、供应链关系管理（SCM）等管理软件在该层运行。

    2）执行层：实现面向工厂／车间的生产管理，如维护记录、详细排产、可靠性保障等。制造执行系统（MES）在该层运行。

    3）监控层：实现面向生产制造过程的监视和控制。按照不同功能，该层次可进一步细分为：

    监视层：包括可视化的数据采集与监控（SCADA）系统、HMI（人机接口）、实时数据库服务器等，这些系统统称为监视系统；

    控制层：包括各种可编程的控制设备，如PLC、DCS、工业计算机（IPC）、其他专用控制器等，这些设备统称为控制设备；

    4）现场层：实现面向生产制造过程的传感和执行，包括各种传感器、变送器、执行器、RTU（远程终端设备）、条码、射频识别，以及数控机床、工业机器人、AGV（自动引导车）、智能仓储等制造装备，这些设备统称为现场设备。

    工厂／车间的网络互联互通本质上就是实现信息／数据的传输与使用，具体包含以下含义：物理上分布于不同层次、不同类型的系统和设备通过网络连接在一起，并且信息／数据在不同层次、不同设备间的传输；设备和系统能够一致地解析所传输信息／数据的数据类型甚至了解其含义。前者即指网络化，后者需首先定义统一的设备行规或设备信息模型，并通过计算机可识别的方法（软件或可读文件）来表达设备的具体特征（参数或属性），这一般由设备制造商提供。如此，当生产管理系统（如ERP、MES、PDM）或监控系统（如SCADA）接收到现场设备的数据后，就可解析出数据的数据类型及其代表的含义。

    什么是端到端数据流

    智能制造要求各层次网络集成和互操作打破原有的业务流程与过程控制流程相脱节的局面，使得分布于各生产制造环节的系统不再是“信息孤岛”，数据／信息交换要求从底层现场层向上贯穿至执行层甚至计划层网络，使得工厂／车间能够实时监视现场的生产状况与设备信息，并根据获取的信息来优化和调整生产调度与资源配置。按照图2的智能工厂／数字化车间网络结构，工厂／车间中可能的端到端数据流如图3所示。

    图3：智能制造端到端数据流

    具体包括：

    1）现场设备与控制设备之间的数据流包括：交换输入、输出数据，如控制设备向现场设备传送的设定值（输出数据），以及现场设备向控制设备传送的测量值（输入数据）；控制设备读写访问现场设备的参数；现场设备向控制设备发送诊断信息和报警信息；

    2）现场设备与监视设备之间的数据流包括：监视设备采集现场设备的输入数据；监视设备读写访问现场设备的参数；现场设备向监视设备发送诊断信息和报警信息；

    3）现场设备与MES／ERP系统之间的数据流包括：现场设备向MES／ERP发送与生产运行相关的数据，如质量数据、库存数据、设备状态等；MES／ERP向现场设备发送作业指令、参数配置等；

    4）控制设备与监视设备之间的数据流包括：监视设备向控制设备采集可视化所需要的数据；监视设备向控制设备发送控制和操作指令、参数设置等信息；控制设备向监视设备发送诊断信息和报警信息；

    5）控制设备与MES／ERP之间的数据流包括：MES／ERP将作业指令、参数配置、处方数据等发送给控制设备；控制设备向MES／ERP发送与生产运行相关的数据，如质量数据、库存数据、设备状态等；控制设备向MES／ERP发送诊断信息和报警信息；

    6）监视设备与MES／ERP之间的数据流包括：MES／ERP将作业指令、参数配置、处方数据等发送给监视设备；监视设备向MES／ERP发送与生产运行相关的数据，如质量数据、库存数据、设备状态等；监视设备向MES／ERP发送诊断信息和报警信息。

    我国制造业现状和首要任务

    我国制造业现状是“2．0补课，3．0普及，4．0示范”，其中工业2．0、3．0、4．0对应的含义如下：

    1）2．0实现“电气化与自动化”生产：使用继电器、电气自动化来控制机械制造装备，但各生产环节和制造装备都是“信息孤岛”，生产管理系统与自动化系统信息不贯通，甚至企业尚未使用ERP或MES系统进行生产信息化管理。我国许多中小企业都处于此阶段；

    2）3．0实现“信息化”生产：广泛应用电子与信息技术，使得制造过程的自动化控制程度大幅度提高。使用网络化的基于PC、PLC或单片机的生产制造装备，制造装备具有一定智能功能（如标识与维护、诊断与报警等），采用ERP和MES系统进行生产信息化管理，初步实现了企业内部的横向集成与纵向集成；

    3）4．0实现“智能化”生产：利用信息通信技术将工厂中的所有信息基础设施（包括智能制造装备、操作人员、物料、半成品和成品）高度互联互通，借助计算机软件工具实现产品数字仿真设计及快速实体化“虚拟”实现，借助生产管理软件实现产品全生命周期和全制造流程数字化管理，利用互联网、云计算、大数据实现实现价值链企业协同生产、产品远程维护智能服务等，形成高度灵活、大规模个性化的产品与服务新生产模式。

    我国实现智能制造必须2．0、3．0、4．0并行发展，既要在改造传统制造方面“补课”，又要在绿色制造、智能升级方面“加课”。对于制造企业而言，应着手于完成传统生产装备网络化和智能化的升级改造，以及生产制造工艺数字化和生产过程信息化的升级改造。对于装备供应商和系统集成商，应加快实现安全可控的智能装备与工业软件的开发和应用，以及提供智能制造顶层设计与全系统集成服务。

    小结

    必须牢记，企业不是为了“智能制造”而智能制造，应以智能、协同、绿色、安全发展为突破口，以“两提升、三降低”为目标，本着长远规划、逐步实施、重点突破原则，对整个制造业进行逐步升级改造。