从融合的角度理解智能制造

发布时间：2017-02-25 来源：控制工程网

　　智能制造越来越受欢迎，尽管它仍然是一个“令人困惑”的概念。对某些人来说，智能制造业正将智能手机、智能住宅和智能汽车技术应用到制造设备。对于其他人，则是将信息技术应用到供应链、产品开发或智能产品开发上。智能制造不是单一事物，而是多个领域能力的融合，因此它有很多定义。随着传统制造向智能制造的转变，这种融合在提升生产力方面，具有很大的潜力。
　　制造业是许多不同业务生命周期的中心。比如产品开发、过程设备（资产）、订单管理、供应链管理、安全管理等的生命周期。
　　供应链管理生命周期
　　供应链生命周期有多个定义，但常用的定义是美国供应链委员会给出的供应链管理参考模型（SCOR）。在SCOR模型中，中心活动是围绕着 “生产制造”展开的，这是将产品转换为成品状态来满足计划或实际需求的过程。SCOR模型并不试图描述每一个业务过程或活动，而仅仅是那些参与获取原材料、将这些原材料转换成成品、交付给客户、并跟踪所有的原材料和最终材料的过程或活动（见图1）。

图1：利用供应链协会（SCOR）模型的一个例子。本文所有图片来源： BR&L咨询公司

　　资产生命周期管理
　　资产生命周期管理定义那些与获取生产设备、操作设备、和退役设备相关的活动。资产生命周期管理模型有很多，但它们通常都遵循图2中的一般架构。

图2：资产生命周期管理模型的基本架构。

　　产品生命周期管理
　　产品生命周期管理（PLM）涉及管理所有有关产品的信息的过程，包括概念、设计、生产、和处置。在过去的25年中，PLM已被用来改进产品开发、生产和维护，最新的改进是智能产品生命周期管理，重点放在智能产品上（见图3）。

图3：产品生命周期管理的基本架构。

　　订单到现金生命周期管理
　　订单到现金（OTC）生命周期开始于客户订单、调度产品生产、发货、给客户开发票、结束于客户付款。OTC过程涉及多个关键业务绩效领域：销售订单管理、订单履行、账单、信用管理和现金收款（见图4）

图4：订单现金（OTC）生命周期管理的架构。

　　IACS的安全管理
　　随着智能设备和联网设备的增多，以及自动化程度的提高，新出现了工业自动化控制系统（IACS）的安全管理生命周期。像企业中许多其它生命周期一样，安全管理生命周期是一个持续的过程，要随时响应新设备、新软件和新威胁（见图5）。

图5：工业自动化控制系统安全管理生命周期模型的架构。

　　智能制造的新诠释
　　上述所有生命周期，都是相对独立的活动集，最后的着力点都是智能制造的“生产制造”、“运行”和“维护”活动。智能制造是下述活动的融合：
　　智能供应链管理：在整个供应链，包括生产过程中对物料的跟踪。智能制造涉及收集和维护信息，以便跟踪所有原材料、成品、使用的设备、以及在“生产制造”活动中的参与人员。这种身份识别信息是供应链优化所必须的，可以处理回报相关的问题。供应链优化意味着产品开始与材料运输协调；生产完工与材料装运协调 。
　　智能制造系统可以提供对制造资源的完整追踪信息包括移动、测试、生产过程中每一步的追踪信息，以及为公司或扩展供应链提供的产品信息。
　　智能资产管理：制造资产（生产、质量、库存和运输设备）的设计使用场景是为下一阶段提供定制、并可用软件来实现重新配置的能力。这包括使用同一生产设备生产不同产品的能力，例如：
　　●在第三代包装和灌装线上，通过与软件耦合的设备，可以迅速实现重新配置。
　　●使用工业装配、取放、码垛机器人，可在线配置以应对产品的变化而无需停止生产线。
　　●在过程工业中，通过配方来控制制造设备，利用相同的生产线生产不同的产品。
　　智能制造系统由智能制造资产构成，这些资产可以用软件重新配置，由配方/流程控制。在智能制造环境下，设备不再专注于生产单一产品，非常像ISA 88标准中定义的配方/设备集成，这样就为生产带来了很大的灵活性。
　　智能产品生命周期管理：这是如何使产品不直接绑定到特定的生产设备的定义。智能产品生命周期管理提供迅速将生产转移到不同设施的能力，这些设施可能具有不同的设备布局和功能。这需要将需要做什么和按什么顺序来生产产品的定义，从具体设备如何使用的定义中剥离出来。
　　智能制造系统，提供将物理、化学、生物学、材料定义，转换成运行生产设备所需的具体说明的能力。智能制造系统将使用配方或工作流程，来协调和控制不同生产阶段物料的转移，允许产品的快速变化、灵活的生产计划，以及后期的定制。
　　智能订单到现金管理：在制造中所用资源的所有定量信息被识别并被赋予新的商业价值。这包括资产利用率信息、作业成本信息、直接和间接的成本信息、完美的订单矩阵。智能订单到现金管理使公司能够确定单个产品和设施的盈利能力，从而可以将企业资源集中到高利润项目上。
　　智能制造系统收集、维护和提供与执行智能OTC管理所需的特定生产订单相关的制造资源定量信息。这涉及到提供实时或接近实时的信息，比如材料消耗、材料生产和资产使用情况。
　　智能IACS安全管理：个人生产资产具有内置的安全性、受控的网络访问、应用权限管理和补丁管理。
　　智能制造系统具有安全设备和网络，一旦出现新的威胁出现，可以很容易的打修补和更新，是系统保持稳定可靠。智能设备可以自动下载经批准的补丁，将其应用到离线（虚拟机）环境中，测试操作来确保不会破坏任何东西，在经批准后，将其应用到生产环境。智能制造系统有能力管理数以万计的智能设备升级，同时将人工干预降低到最小（见图6）

图6：智能制造是智能业务流程的融合。

　　智能制造将所有上述功能集成在一起，提供了一个灵活的、自适应的生产制造环境，包括所有业务活动相关的生产、质量、物理库存管理和维护等。（作者：Dennis Brandl）