現代智能工廠的關鍵信息技術及系統應用的研究

陳家才　邵博　汪文武

摘 要：智能工廠是現代制造企業機械化、自動化、信息化發展的高級階段，建設智能工廠就是利用最新的傳感技術、控制技術、網絡技術等，對生產全周期的設備、材料、成本等進行實時監控和自動控制，幫助管理者合理地制訂生產計劃并控制生產進度，集綠色環保規劃和新興技術于一體，打造高效節能、綠色環保、環境舒適的現代化工廠。智能工廠的核心基礎是各項信息技術。本文對建設智能工廠所需要的主要信息化技術和模型進行研究分析，并結合主流的應用系統進行介紹。

關鍵詞：智能工廠；信息技術；系統

1 智能工廠的體現

1.1 制造管控可視化

將產品數據、生產材料管理、生產流程管控等信息通過生產專用網絡實時傳遞至生產管理部門和企業管理者，使其可以全盤掌控制造過程，并可以在控管生產過程的同時，減少因系統故障造成的偏差。

1.2 系統監控全方位化

通過覆蓋全生產環節的探測設備，系統可進行識別、分析、推理、決策以及控制功能，這類監控裝置是制造自動化技術、信息技術和人工智能的深度結合。

1.3 制造綠色化

整個供應鏈中、上、下游廠商間從設計、采購、生產、制造、廢棄物回收到再利用處理過程，生命周期的循環使產品形成綠色標準體系，更可以通過綠色

ICT執行標準的加值應用，延伸至全部供應鏈標準中的協同管理、綠色制程管理與智能環境監控等，使制造過程在符合綠色體系中最終在上、下游廠商與客戶之間共同創造符合環保的綠色產品。

2 智能工廠的主要信息技術

2.1 智能識別、感知

儀器儀表的智能化是工廠智能化的基礎，在各種設備的微處理芯片和控制單元里大量應用，運用進化計算、遺傳演算法等技術，實現儀器儀表的自動化、智能化，如專家控制系統（expert control system，簡稱ECS）、模塊控制器（FC-Fuzzy Controller）也稱模塊邏輯控制器（FLC-Fuzzy Logic Controller）。

2.2 控制系統網絡化

目前，現代化工廠的控制設備、系統之間廣泛采用嵌入式產品和網絡化單元來實現信息實時傳遞，從而達到智能化、云端運算及存儲的效果，并通過網絡提供更完整的系統和服務。

2.3 工業無線技術

工業無線技術作為傳統有線技術的延伸，其面向現場應用、短程、低速率的信息交互等特點，滿足在全方位的工業生產流程中的廣泛應用，多數儀表以及自動化產品會嵌入無線傳輸的功能。

3 智能工廠搭建模型

智能工廠的建設應充分考慮制造與信息流、價值鏈、產品全生命周期等過程因素的關系。其模型搭建思路應分為物理（控制）模型，信息模型，能量（能源）模型。

4 智能工廠的系統解決方案

在分析了智能工廠的技術和模型之后，承接的應用系統解決方案就比較清晰了，主要體現在信息采集過程、控制過程、智能防錯等方面。

4.1 SCADA數據采集與監控系統

SCADA系統以傳感器、監測探頭、工控機為基礎，對制造過程進行自動化控制與調度。系統可以對工廠的生產、物流、倉儲設備數據進行收集，結合各應用系統的規則，反饋至設備進行控制，并實現配置變更、信號報警等各項功能。

4.2 AVI自動識別系統

AVI自動識別系統能夠通過非接觸的方式將生產中的產品信息自動寫入電子標簽中，并自動與主要的生產、制造系統進行實時同步，通過數據同步可以發布命令，以控制相關自動化設備完成相應的生產工序。

4.3 ANDON安卓系統

ANDON安卓系統作為一個生產過程中的故障呼叫系統，在各種離散式、連續式生產企業中應用非常廣泛，包括上位監控、視頻監控、生產數據采集分析和展示呼叫系統、生產線聯動控制等。ANDON安卓系統的高度化集成，可以及時和準確采集整個車間的數據，同時數據的圖像化可以使管理者在中控室了解所有的生產狀況，通過數據的實時采集和存儲，實現生產信息的完全透明化，從而迅速找到生產中的漏洞和不足，從而改進生產水平。

4.4 EMS能源管理系統

EMS能源管理系統的目標是通過建立數據通信網絡，實現對能耗信息的自動監測，進而完成能源的實時管控，達到能源的穩定、安全、清潔使用，并逐步降低能源消耗值，進而降低生產成本。能源管理包括數據采集、數據發布和數據分析管理，實現公司能耗數據的實時采集，并在企業范圍內實現數據的發布。

5 智能工廠的完成特征

智能工廠是智能工業的發展方向，完成一個智能工廠的建設主要體現在制造過程中的以下特征：

（1）系統具有自我學習能力。可采集與理解外界及自身的資訊，并以之分析判斷及反饋到自身行為。

（2）整體可視技術的實踐。結合訊號采集、預測判斷、現實模擬及多媒體技術，將實際展示現實生活中的設計與制造過程。

（3）協調、重組及擴充特性。系統可依據工作任務內容重新組合現有功能形成最優組合，自行構成新的系統結構及加入功能模塊重新組合。

（4）自我學習及維護能力。透過系統自我認知功能，在制造過程中充實已有的資料庫，對不斷變化的情景自動執行故障診斷，并具備對故障排除與維護，或通知對的系統執行的能力。

（5）人機共存的系統。人機之間具備互相協調的合作關系，在不同層次之間進行知識交流。

對現代化智能工廠的關鍵信息技術進行研究、應用，可以使企業盡快完成從傳統制造到數字化、互聯化、智能化制造的轉變，實現實施創新驅動、戰略創造價值的自身要求。

參考文獻

[1]韓權利，趙萬華.未來制造業模式——智能制造[J].機械工程師，2002，（1）：26-28.

[2]劉建萍，葉邦彥.智能制造的研究動態及其應用綜述[J].上海大學學報（英文版），2004，8（z1）：129-133.

（作者單位：奇瑞汽車河南有限公司）