基于智能工廠構建的信息化架構淺析

摘 ?要：“中國制造2025”戰略規劃的發布，促使中國企業自發性地加快生產模型的轉型。較多行業學者對于什么是智能工廠、如何構建智能工廠進行廣泛研究。從不同角度和維度去理解智能工廠的特征，發表了一些工廠特征、構建架構、理論。本文從類比人體結構的角度出發，同時結合工業4.0的技術內涵、技術特征，對智能工廠構建包含的元素進行闡述和分析，對構建智能工廠過程中涉及的內容和注意事項提出一些參考建議。

關鍵詞：智能工廠;網絡架構;信息技術

中圖分類號：TP18 ? ? ?文獻標識碼：A 文章編號：2096-4706（2019）16-0172-02

Abstract：With the launch of the “Made-in-China 2025”，building smart factories has become a boom in China’s manufacturing industry. Many scholars have carried out extensive research on what a smart factory is and how to build it. From different perspectives and dimensions，many frameworks and theories for understanding the characteristics of smart factory have been proposed. In this paper，from the perspective of the structure of human body，combined with the connotation and technical characteristics of Industrial 4.0，this paper expounds and analyzes the constitutive element of the smart factory，and puts forward some reference suggestions for the construction of the smart factory

Keywords：intelligent factory;network architecture;information technology

0 ?引 ?言

隨著“中國制造2025”戰略規劃的發布，中國興起智能工廠的構建熱潮，許多企業都希望在這次技術熱潮中進行企業自發性生產轉型和提高市場競爭力，許多制造型企業在構思和嘗試如何打造屬于自己的智能工廠，而現實中很多智能工廠的構建不盡人意。

1 ?內容

無論是信息化工廠、數字化工廠還是智能工廠，對于企業來說，基本目的都是提高產品品質、生產效率以及提升企業形象，而建立一個符合自己企業實際需求的工廠才是理性化智能工廠建設的基本原則。本文分析了為達到提效增質的目標，企業可以從哪些內容或方面來提高工廠智能化水平，以達到提效增質的效果。如從類比人類的結構來構思，如某個工站生產過程可以使用設備或工具取代人工作業，這個設備或工具就具備人在該工站發揮的作用和類似的智能功能。則需要研究按照人類來類比，智能工廠應該具備哪些內容，可以更好地理解智能工廠應該由哪些部分組成，并清楚從哪些環節著手實施以及如何實施。

1.1 ?智能工廠的組成架構

類比人體的運行機制，智能工廠的組成架構可以分為5層：設備層（骨骼）、傳感層（五官）、物流層（血管）、網絡層（神經網絡）、信息層（大腦），各層次從下而上組成結構進行數據傳遞，從上而下進行數據反饋控制。

1.2 ?設備層

從最初的機械設備應用開發，就開始慢慢出現了可以完全代替人工某個作業內容的設備，如凸輪結構的沖壓設備、簡單的鏈條傳輸等傳統的機械設備，這種機械設備可以滿足一些簡單繁重的工作內容，而不具備感知功能，如無法根據產品材質自動調整壓力，或發生故障時無法進行感知和發出異常信息，對于設備機械結構的設計要求更復雜，同時設備兼容性可生產的產品較差，特別是很多設備還需要依靠人工干預才可以完成生產功能，而這些基礎機械部件是構成工廠智能化的關鍵硬件基礎，也是工業1.0的起步。

1.3 ?傳感層

隨著電子技術的發展，逐漸產生了很多類似人類感官的感知硬件，如安裝在氣缸上的磁感、用來感應物品的接近開關、探測加工溫度的溫度傳感器、實施檢測物品形變產生壓力的壓力傳感器、識別物品而進行的圖像采集與識別的視覺設備等，而這些基礎的傳感器可以收集到機械運動過程產線的一些基礎數據，如設備的加工產品的壓力、溫度、重量等特性數據，同時也可以代替人工進行一些簡單的邏輯判定，如顏色傳感器可以代替人工識別物品的顏色，代替人員判斷設備目前生產的產品顏色是否符合要求等，這些傳感器的誕生和應用，使得原本冷冰冰的機械設備初步具備了感知功能，為下一步的智能分析奠定了數據收集的基礎。

1.4 ?物流層

對于一個人來說，血液的流動給身體各機能器官帶來了動力和必要的成分，而血管的性能起到了至關重要的作用。同樣，一個工廠的運作是否流暢，其物流規劃至關重要。如今，如何快速分解物品，將物品以最快的方式進行分解入庫、出庫已經影響到目前快速服務需求呈指數增長的快遞行業。從生產過程來看，應該是包括從銷售部門下訂單，生產部門接受訂單并轉為生產訂單，供應鏈采購、入庫、出庫，配送到現場產線、線邊倉，成品出入出庫、送貨過程。涉及的設備常規包括：倉庫（立庫）、RGV、AGV/叉車、滾筒線傳送、線邊倉、產線內部流轉線等，過程物流信息交互常用的硬件如：RFID、掃碼槍、標識牌等。

1.5 ?網絡層

如何收集大量分散的信號并實現互聯互通的效果，是工廠生產過程中的另一個問題。工廠網絡是信息傳遞的有力途徑，以往依靠人工傳遞信息或書面傳遞信息的過程往往都容易出現信息遺漏或錯誤，同時時效性較差。而隨著網絡發展，目前企業大量的信息在內部網絡進行傳輸，一個建設完備的網絡系統已成為公司正常運行的關鍵基礎設施。工廠的網絡建設需要考慮輸出數據內容和用途、用戶群體、網絡架構、網絡信息安全防護、日常運維內容等。以下是對車間網絡構建的幾個建議：

（1）智能工廠生產過程會產生大量的數據，并要求實時性較高，需要快速的網絡傳輸，建議內部網絡構建需要預留千兆點到點網絡容量;

（2）做好區域劃分，將生產與辦公網絡分開，避免交叉影響;

（3）建立專門的IT運維團隊，負責日常網絡的檢查與維護;

（4）建立足夠的安全措施，如殺毒軟件、防火墻、權限管控、日志審計、應急措施預案等;

（5）建立重要數據的雙機熱備和異地防災備份措施。

1.6 ?信息層

生產過程數據的產生，基本源于各工站點數據。這些數據的匯總和分析所涉及的系統，其基礎數據來源于人工或設備錄入，而這些數據通常是由SCADA（數據采集與監視控制系統）負責收集和基礎處理，再由各個工站點的SCADA上傳到MES（制造執行系統）。

物料和物流管理主要由WMS（倉庫管理系統）負責倉庫管理，包括常規的出入庫管理，WCS（倉庫調度系統）負責物流調度管理，最終成品出貨流轉由TMS（運輸管理系統）負責管理。

從物料層面上，各系統的信息傳遞通常如下：

（1）接收到客戶的訂單后，營銷人員在CRM（客戶關系管理系統）創建銷售訂單并傳遞到ERP（企業資源規劃系統）形成內部生產訂單;

（2）ERP系統分解生產訂單，將設計任務下發到PLM（產品生命周期管理系統），PLM系統進行產品BOM（物料清單）的組建，并將產品BOM下發給到ERP系統;

（3）通過生產訂單和產品BOM清單，ERP系統形成PR訂單需求下發到SRM（供應商管理系統）形成采購訂單PO給供應商;

（4）SRM將采購訂單信息回傳到ERP系統形成入庫信息;

（5）ERP系統將生產訂單下發到MES系統轉為生產任務;

（6）WMS系統根據生產任務下發物料出庫指令;

（7）WMS系統將出庫信息下發到WCS進行物流出庫調度;

（8）物料調度至生產現場的控制，由WCS系統進行集中調度控制;

（9）生產現場生成成品后，將入庫信息上傳到WMS系統;

（10）CRM系統發出出貨請求，ERP系統形成出貨單，并傳遞到TMS系統;

（11）TMS系統負責送貨物流的信息發起和過程信息跟蹤收集，將成品交付客戶，并將結果反饋到CRM系統和ERP系統完成訂單交付。

2 ?結 ?論

智能工廠構建是一個綜合性的工程，不是單單依靠大量的智能設備或信息化系統的對接就可以完成快速導入或構建。工廠的智能化發展需要依據企業的產品范圍和特性進行定制規劃，從企業精益化生產做起，打好企業管理和人員作業思維的基礎，接著引入自動化設備和對應的運維人員，再將各單元的自動化連接起來，形成初步的信息化系統，而這些信息化系統的運作，同樣需要專業的信息化團隊進行運維。最終利用這些基礎的數據進行大數據分析，反饋生產問題，形成成熟的數字化工廠，再根據具體節點進行智能化改造，逐步構建智能工廠。智能工廠的構建目標不是單純地追求智能和達到無人工廠水平，而是提效增質，提升企業的形象。

參考文獻：

[1] 夏茂森.流程工業智能工廠建設技術的研究 [J].信息技術與信息化，2013（6）：46-52.

[2] 黃俊俊.基于流程工業智能工廠建設技術應用 [J].中國信息化，2018（7）：67-68.

[3] 趙路軍，榮岡.流程工業智能工廠建設的再思考 [J].化工進展，2018，37（6）：2053-2059.

[4] 林錦州，于英杰，趙彥春.面向智能工廠建設的汽車制造運行管理系統方案研究 [J].現代工業經濟和信息化，2018，8（2）：79-81.

[5] 張星星，于秀明，劉琴.智能工廠參考架構淺析 [J].中國科技縱橫，2017（13）：15-17.

作者簡介：陳錦忠（1988-），男，漢族，廣東汕頭人，軟件工程師，學士學位，研究方向：工廠智能制造。