移動(dòng)終端智能工廠建設(shè)框架構(gòu)想

趙宏軍，王 嘯，盛志宇

（1.北京機(jī)械工業(yè)自動(dòng)化研究所，北京 100120；2.中國信息安全研究院有限公司，北京 102200）

移動(dòng)終端智能工廠建設(shè)框架構(gòu)想

趙宏軍1，王 嘯2，盛志宇2

（1.北京機(jī)械工業(yè)自動(dòng)化研究所，北京 100120；2.中國信息安全研究院有限公司，北京 102200）

近年來，移動(dòng)終端行業(yè)如雨后春筍發(fā)展得如火如荼。國內(nèi)的移動(dòng)終端產(chǎn)值大幅提升，但是國內(nèi)移動(dòng)終端制造業(yè)在產(chǎn)品設(shè)計(jì)、工藝技術(shù)、質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)、制造能力方面還存在很多不足。從智能決策、智能設(shè)計(jì)、智能經(jīng)營、智能生產(chǎn)、智能服務(wù)和系統(tǒng)集成六個(gè)方面構(gòu)建移動(dòng)終端業(yè)智能工廠，希望全方位、深層次的提升我國移動(dòng)終端制造業(yè)的設(shè)計(jì)、生產(chǎn)和服務(wù)水平。

移動(dòng)終端；智能工廠；架構(gòu)

1 智能工廠建設(shè)背景

1.1 智能工廠建設(shè)的必要性

近幾年全球移動(dòng)終端行業(yè)產(chǎn)量約19億部/年，隨著移動(dòng)終端行業(yè)快速發(fā)展，用戶的多樣化、個(gè)性化需求不斷涌現(xiàn)，導(dǎo)致產(chǎn)品更新?lián)Q代加速；我國每年的移動(dòng)終端產(chǎn)量約16億部，占世界總產(chǎn)量的85%，市場份額具有絕對優(yōu)勢，但與國際先進(jìn)廠商相比，我國制造在產(chǎn)品設(shè)計(jì)、工藝技術(shù)、質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)、制造能力方面還存在一定差距，急需在設(shè)計(jì)、工藝、制造、品質(zhì)、物流、服務(wù)方面進(jìn)行改造，不斷提升我國移動(dòng)終端行業(yè)在國際市場上的核心競爭力。

1.2 智能工廠建設(shè)的可行性

2015年5月8日，國務(wù)院正式印發(fā)《中國制造2025》。《中國制造2025》作為對制造業(yè)的中長期規(guī)劃，對“十三五”期間的制造業(yè)促進(jìn)政策作出了布局——以智能制造為主導(dǎo)，通過其他政策進(jìn)一步優(yōu)化整體環(huán)境，為制造業(yè)全面升級創(chuàng)造有利條件。

先進(jìn)制造技術(shù)的加速融合使得制造業(yè)的設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、管理和服務(wù)各個(gè)環(huán)節(jié)日趨智能化，主要體現(xiàn)在以下四個(gè)方面：一是建模與仿真使產(chǎn)品設(shè)計(jì)日趨智能化；二是以工業(yè)機(jī)器人為代表的智能制造裝備在生產(chǎn)過程中應(yīng)用日趨廣泛；三是在信息技術(shù)的支撐下，企業(yè)管理模式創(chuàng)新加速；四是智能服務(wù)業(yè)模式加速形成。

2 智能工廠建設(shè)構(gòu)想

2.1 整體架構(gòu)

智能工廠是利用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)和信息技術(shù)，集初步智能手段和智能系統(tǒng)等新興技術(shù)于一體，構(gòu)建高效、節(jié)能、綠色、環(huán)保、舒適的人性化工廠。智能工廠的建設(shè)包括智能決策、智能設(shè)計(jì)、智能經(jīng)營、智能生產(chǎn)、智能服務(wù)、系統(tǒng)集成六大方面。整體架構(gòu)如圖1所示。

2.2 智能決策

決策是企業(yè)經(jīng)營的重要活動(dòng)，決策的不斷優(yōu)化離不開企業(yè)經(jīng)營數(shù)據(jù)的支撐，隨著企業(yè)信息化建設(shè)的不斷完善，企業(yè)內(nèi)部信息系統(tǒng)不斷增加，為信息和數(shù)據(jù)的獲取提供了有力手段。

圖1 智能工廠整體架構(gòu)圖

BI（Business Intelligence，商業(yè)智能）系統(tǒng)，可以匯聚企業(yè)所有信息系統(tǒng)的數(shù)據(jù)，為管理層和決策層了解企業(yè)經(jīng)營情況、分析企業(yè)經(jīng)營問題、輔助做出決策提供支持。BI系統(tǒng)工作時(shí)需從各個(gè)信息業(yè)務(wù)系統(tǒng)（數(shù)據(jù)源）提取數(shù)據(jù)，經(jīng)過ETL（數(shù)據(jù)的抽取、轉(zhuǎn)換、裝載）將數(shù)據(jù)裝載到數(shù)據(jù)倉庫中，之后根據(jù)需要構(gòu)建的不同分析主題，最后在展現(xiàn)層得以展示。BI架構(gòu)如圖2所示。

圖2 BI系統(tǒng)架構(gòu)

結(jié)合企業(yè)的經(jīng)營實(shí)際，企業(yè)BI可以應(yīng)用的領(lǐng)域如圖3所示。

圖3 企業(yè)BI應(yīng)用領(lǐng)域

2.3 智能設(shè)計(jì)

目前移動(dòng)終端行業(yè)已經(jīng)開始實(shí)行三維設(shè)計(jì)，但是三維設(shè)計(jì)大多局限于產(chǎn)品設(shè)計(jì)過程，在工藝設(shè)計(jì)階段大部分企業(yè)仍采用二維設(shè)計(jì)的方式，影響設(shè)計(jì)的效率。

移動(dòng)終端行業(yè)智能設(shè)計(jì)應(yīng)包括CAD、CAT、CAPP、CAM、PLM等設(shè)計(jì)過程中應(yīng)用到的系統(tǒng)，以PLM為平臺集成其他各設(shè)計(jì)系統(tǒng)，將設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)和信息進(jìn)行統(tǒng)一管理，智能設(shè)計(jì)總體架構(gòu)如圖4所示。

圖4 智能設(shè)計(jì)總體架構(gòu)圖

1）基于模型的設(shè)計(jì)（MBD）

MBD（基于模型的設(shè)計(jì)，Model Based Definition）是目前產(chǎn)品設(shè)計(jì)的主要方向，目前使用較多的三維設(shè)計(jì)軟件有SolidWorks、Pro/E、UG等。三維設(shè)計(jì)用集成的三維模型完整地表達(dá)產(chǎn)品定義信息，將設(shè)計(jì)信息和制造信息共同定義到產(chǎn)品的三維數(shù)字化模型中，改變目前三維模型和兩維工程圖共存的局面，更好地保證產(chǎn)品定義數(shù)據(jù)的唯一性。MBD模型數(shù)據(jù)集如圖5所示。

圖5 MBD模型數(shù)據(jù)集

MBD的意義在于：

提高產(chǎn)品的可制造性；

大大減少物理樣機(jī)的制造；

縮短產(chǎn)品開發(fā)周期。

MBD的設(shè)計(jì)為工藝設(shè)計(jì)、工裝設(shè)計(jì)、制造、檢驗(yàn)、服務(wù)提供方便、準(zhǔn)確、唯一的數(shù)據(jù)源，有效串聯(lián)產(chǎn)品設(shè)計(jì)、工藝設(shè)計(jì)、產(chǎn)品仿真、裝配仿真等過程。

2）知識庫和專家系統(tǒng)

知識庫和專家系統(tǒng)的建設(shè)和使用是智能設(shè)計(jì)的重要體現(xiàn)。知識庫是問題求解所需要的領(lǐng)域知識的集合，是專家系統(tǒng)的核心組成部分。

設(shè)計(jì)知識庫包括：標(biāo)準(zhǔn)與規(guī)范，即產(chǎn)品研發(fā)中需要遵循的約定和要求，如國家標(biāo)準(zhǔn)、行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)、企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。基于模型的設(shè)計(jì)，國家頒布了GB/T24734.（1—11）-2009《數(shù)字化產(chǎn)品定義數(shù)據(jù)通則》，一共9個(gè)部分：術(shù)語和定義、數(shù)據(jù)集識別與控制、數(shù)據(jù)集要求、設(shè)計(jì)模型要求、產(chǎn)品定義數(shù)據(jù)通用要求、幾何模型特征規(guī)范、注釋要求、模型數(shù)值與尺寸要求、基準(zhǔn)的應(yīng)用、幾何公差的應(yīng)用和模型幾何細(xì)節(jié)層次。在企業(yè)產(chǎn)品系列化、模塊化、標(biāo)準(zhǔn)化基礎(chǔ)上，構(gòu)建產(chǎn)品設(shè)計(jì)模板庫，外購配套件庫等可重用庫，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品零部件的快速重用，以最少的零部件滿足眾多客戶個(gè)性化的需求。

專家系統(tǒng)是一類具有行業(yè)設(shè)計(jì)知識和經(jīng)驗(yàn)的計(jì)算機(jī)智能程序系統(tǒng)，通過對人類專家的問題求解能力的建模，采用人工智能中的知識表示和知識推理技術(shù)來模擬通常由專家才能解決的復(fù)雜問題，達(dá)到具有與專家同等解決問題能力的水平，即：專家系統(tǒng) = 知識庫 + 推理機(jī)。

產(chǎn)品配置的專家系統(tǒng)就是一個(gè)典型的應(yīng)用。產(chǎn)品配置管理（Product Configuration Management）是在設(shè)計(jì)工作中最有效、常用的工具，是基于專家系統(tǒng)設(shè)計(jì)的重要組成部分，通過配置控制系統(tǒng)可快速生成客戶定制化的物料請單。

2.4 智能經(jīng)營

圖6 智能經(jīng)營架構(gòu)圖

智能經(jīng)營管理在傳統(tǒng)的管理理論及事務(wù)之上，不僅包含了傳統(tǒng)的管理內(nèi)容，更強(qiáng)調(diào)了經(jīng)營管理的智能化、集成化及快速響應(yīng)。從傳統(tǒng)的經(jīng)營管理向智能經(jīng)營轉(zhuǎn)變，首先需要深化ERP、SRM、CRM等運(yùn)營系統(tǒng)的應(yīng)用，通過組織優(yōu)化，計(jì)劃模式調(diào)整等手段，提升業(yè)務(wù)信息化管理水平；需要通過ERP、SRM、CRM、HR、PLM、企業(yè)信息門戶等運(yùn)營系統(tǒng)的集成，實(shí)現(xiàn)各業(yè)間的協(xié)同，信息的及時(shí)共享，當(dāng)業(yè)務(wù)有變化時(shí)，在整個(gè)企業(yè)價(jià)值鏈各個(gè)節(jié)點(diǎn)能快速做出響應(yīng)。整體架構(gòu)如圖6所示。

2.5 智能生產(chǎn)

智能生產(chǎn)需要利用智能裝備和信息化手段進(jìn)一步提升智能生產(chǎn)水平，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)的可視化、柔性化和精益化。

使用MES系統(tǒng)進(jìn)行智能排程、實(shí)行物料精準(zhǔn)配送，降低生產(chǎn)等待和浪費(fèi)；實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)進(jìn)度、人員效率、物料消耗、設(shè)備動(dòng)態(tài)、質(zhì)量等生產(chǎn)過程數(shù)據(jù)采集；通過生產(chǎn)預(yù)警、目視化工具等手段實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過程可視化管理。

實(shí)現(xiàn)SMT、檢測等一體化的生產(chǎn)線，實(shí)現(xiàn)插件、后焊、裝配、測試、包裝自動(dòng)化；生產(chǎn)線要滿足多種型號產(chǎn)品生產(chǎn)的需要，進(jìn)一步提高生產(chǎn)線柔性；自動(dòng)化立體倉庫和以AGV為主體的自動(dòng)配送體系可以有效提高物料分揀和配送的效率。智能生產(chǎn)架構(gòu)如圖7所示。

2.6 智能服務(wù)

圖7 智能生產(chǎn)架構(gòu)圖

利用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，將移動(dòng)終端與后臺聯(lián)網(wǎng)，實(shí)時(shí)采集移動(dòng)終端數(shù)據(jù)，整合服務(wù)熱線、在線顧問，形成售后服務(wù)平臺；接收到報(bào)修信息后，進(jìn)行故障分析與確認(rèn)，平臺進(jìn)行就近派工和備件調(diào)度，維修人員進(jìn)行現(xiàn)場維修并匯報(bào)完工情況；通過數(shù)據(jù)采集和知識庫的應(yīng)用，進(jìn)行預(yù)測分析，當(dāng)發(fā)現(xiàn)設(shè)備故障時(shí)及時(shí)提醒用戶，并給出維修方案，將以前的“故障-修復(fù)”的服務(wù)方法改變?yōu)椤邦A(yù)測和預(yù)防”的服務(wù)方法，不斷改善產(chǎn)品體驗(yàn)。具體流程如圖8所示。

圖8 智能服務(wù)架構(gòu)圖

2.7 系統(tǒng)集成

移動(dòng)終端智能制造系統(tǒng)包括設(shè)計(jì)管理系統(tǒng)（如PLM、CAPP、EDA、CAT、CAM等）、經(jīng)營管理與物流管理系統(tǒng)（如ERP、CRM、SRM、OA等）、車間制造執(zhí)行系統(tǒng)（MES）、自動(dòng)化控制管理系統(tǒng)（如DNC、FMS、PLC、自動(dòng)化立體庫等）。自動(dòng)化控制管理系統(tǒng)使用現(xiàn)場總線技術(shù)通過環(huán)形工業(yè)以太網(wǎng)將感知層物理屬性轉(zhuǎn)化后的信息集成到互聯(lián)網(wǎng)上；設(shè)計(jì)管理系統(tǒng)、經(jīng)營管理與物流管理系統(tǒng)、車間制造執(zhí)行系統(tǒng)通過對感知層反饋信息的分析與計(jì)算，形成決策信息后，再通過自動(dòng)

【】【】化控制管理系統(tǒng)發(fā)布控制指令，從而實(shí)現(xiàn)對底層物理設(shè)備“感”、“聯(lián)”、“知”、“控”的閉環(huán)管理。智能制造各信息系統(tǒng)的集成如圖9所示。

圖9 系統(tǒng)集成圖

3 結(jié)論

相較于發(fā)達(dá)國家的制造工藝，我國移動(dòng)終端行業(yè)還有很長的路要走。移動(dòng)終端企業(yè)應(yīng)借助國家大力推行的兩化深度融合的政策，利用物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)等先進(jìn)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)企業(yè)轉(zhuǎn)型升級，提高企業(yè)的核心競爭能力。

[1] 喬荻.智能工廠設(shè)備點(diǎn)檢系統(tǒng)中輔助移動(dòng)視頻監(jiān)控的設(shè)計(jì)[D].安徽大學(xué),2016.

[2] 王保民,張淑敏.離散型制造業(yè)智能工廠建設(shè)思路與關(guān)鍵要素分析[J].國防制造技術(shù),2016,(01):26-29.

[3] 繆學(xué)勤.智能工廠與裝備制造業(yè)轉(zhuǎn)型升級[J].自動(dòng)化儀表,2014,(03):1-6.

[4] 張川,蔡其星.基于智能移動(dòng)終端的工廠監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].工業(yè)控制計(jì)算機(jī),2014,(01):5-6,12.

Design of mobile terminal intelligent factory construction framework

ZHAO Hong-jun1, WANG Xiao2, SHENG Zhi-yu2

TP29

：A

1009-0134(2017)06-0016-03

2017-04-14

趙宏軍（1976 -），男，河南人，本科，主要從事企業(yè)管理咨詢、兩化融合咨詢、企業(yè)信息化項(xiàng)目管理、智能制造方案咨詢以及智能制造相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的研究。