基于流程工業智能工廠建設技術應用

黃俊俊

一、智能工廠的概念及體系架構

（一）智能工廠概念

美國的智能制造領導同盟是世界上最早對智能工廠做出描述的組織，它提出智能過程制造（SPM）理念，將人工與智能聯合起來，集中力量為策劃、使用、維護和設備管理服務，通過模型化的方法使工廠的決策與運行方式更加合理可靠，不僅可以擁有一定的預知能力，還可以提高其對特殊事故的反應及處理能力。隨后德國繼美國之后第二個將此概念加入國家戰略，提出“工業4.0”的理念，也就是虛擬網絡-實體物理系統（CPS）。它把物理設備與互聯網連結，使其具備了互聯網的一系列特性，如計算、通信、遠程控制等功能，實現虛擬網絡與現實世界的交匯，即人工智能系統。在汲取優秀經驗后，李克強總理于2015年《政府工作報告》里正式提出 “中國制造2025”的概念，指出要實現中國制造，就必須發展智能化工廠，促進產業快速實現智能化。

（二）整體思路

要建立智能工廠，首先要將理論與實踐相結合。第一，要有一個明確的目標，例如這個企業想要建設什么樣的智能工廠？想要建設到哪一步？獲得怎樣的效益？第二，要根據企業的需要制定出合理的施行策略；第三，根據實際情況及時調整計劃，在不同的建設時期都能找到最適宜的方法。

（三） 系統架構

智能工廠要實現操作智能化、運營智能化、商業智能化。而這三個層次都有著相對應的地方：操作管理智能化與PCS 層相對，生產管理智能化與MES 層相對，而商業智能化與 ERP 層相對。在這樣的理論基礎上，數字化工廠才能繼續發展并不斷創新。我國眾多企業在國家的支持下，積極探索如何進一步提高產業信息化與工廠生產管理。

（四）流程工業和智能工廠的區別

流程工業指的是石油、石化、化工、制藥等工業，是一種連續性的產業。這種工業要實現智能工廠，更多重視的是原料的選配、生產過程的優化、線上網絡控制等。屬于連續生產過程，智能工廠的建設更側重原料的選擇、流程的優化、在線的控制等。而一般的制造業則更多偏重于強化信息管理，保證一整個生產線可以高效合理地運行，降低對人工的依賴。而且由于制造業復雜的生產流程，對智能工廠的要求更高，比如要實現流水線的自動收集、分析、解決事件的功能。

二、智能工廠實施技術探討

（一） 生產操作層智能化

實現生產操作層智能化，即在生產管理層下達指令后，迅速地找出最優方法，并對其進行控制。

它的先進過程控制技術是目前與計算機技術最早連結、應用最為純熟的技術之一。早在20 世紀 70 年代，美國殼牌公司就通過對動態矩陣算法的使用，開始弱非線性對象控制，并針對一系列問題又催生出裝置（或區域裝置群）的在線和閉環實時優化技術，促進了模擬和控制的聯合。

將生產操作從實時優化到全新的系統自動、閉環控制，是目前我國產業的主要發展目標。目前應用了區域裝置群級的例子并不多，但這一技術已經很成熟了，大規模推廣實施也不會遇到障礙。

（二）生產管理層智能化

實現生產管理層智能化主要是為了提高企業生產管理的彈性，可以對單廠或多廠施行智能化管理。它的主要研究對象是在管理層下達生產目標后，工廠根據實際生產能力將目標劃分階段完成的生產計劃，并將該計劃下發至基層。在這個時候，要求智能系統能及時整合反饋上來的生產信息，及時發現并改正問題，對該層面實現閉合控制。

“智能模擬”在收到上層的任務后，進行一系列自主分析，從而設計出短期工作計劃?！罢{度協調優化”在這一工作計劃的基礎上，依靠優化命題和大數據分析出現階段的基本生產力狀況，并在做出短期操作目標后傳送至 “調度令管理”系統。

這一層面的三大中心技術就是“模型可靠性技術”、“模型可實現性技術”和“關聯挖掘分析技術”。這些技術可以充分保證模擬計劃與實體生產的有效匹配，它們可以說是企業實現智能化的核心技術。經過多年的研究實踐，我國已有不少專家學者掌握了這些技術。

（三）經營管理層智能化

企業的經營與市場息息相關。要實現經營管理層智能化，就必須牢牢掌握市場的需求變化、原材料的生產情況、社會生產力和商品單位生產時長等一系列問題，只有這樣，才能確定企業發展的戰略目標，進而制定生產計劃，充分發揮各部門優勢，實現企業的長足發展。由于這一層面所面對的是變化多端的市場經濟，因此其風險性極大，完全實現智能化的難度不言而喻。

迄今為止，對于決策支持系統的研究基本上都是針對這個層面。自20世紀80年代開始，DSS逐漸增加了知識庫和方法庫，形成三庫或四庫系統，并將專家系統與DSS結合起來，形成了智能決策支持系統（IDSS）。90年代后，商業智能技術攬括了這幾種技術，將其并入決策支持系統中，形成全新的綜合決策支持系統（SDSS）。

這一全新體系既發揮了專家理性推理的特點，又囊括了模型計算分析，使得智能系統解決問題的效率和質量有了極大的發展。

雖然理論上這一技術已經十分成熟，但離具體實施還有一定的距離，而市場的不確定性也加劇了其實現的難度。因此，要實現經營管理層智能化，仍有許多阻礙。

造成這一原因的最大現實問題就是計劃難以跟上市場的變化。市場的供給信息、物流狀況以及工廠內部因素等問題都是對已有計劃的挑戰。但工作人員卻沒有合適的應對辦法。無法及時獲得外部信息，管理層很難制定出合理的生產計劃。如何準確的獲得信息就成了目前實現經營管理層智能化的努力方向。

及時獲得信息這一要求其實包括兩部分：一是對原始信息的掌握，二是對已掌握的原始信息進行加工處理。

信息的及時性、準確性和完整性可以通過市場供應鏈來保證。內部信息則是由現有信息系統形成的數據庫和數據倉庫、商業智能技術的大數據分析這兩部分結合起來，通過信息分析和關聯來保證。這些環節環環相扣，每一部分都相當復雜，但就目前我國的技術水平來看，完全是可實現的。

三、結束語

建設智能化工廠，需要眾多學科進行深度交流結合，共同研究進步。而且工廠實現智能化也是社會的必然發展趨勢。如今建設智能工廠最需要考慮的問題就是如何順利改造傳統模式，使其像智能化過度。我們要結合時代需求，積極進行創新，早日實現工廠的智能化。