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智能制造系統的靈魂——智能“神經系統”

2019-04-29338

智能制造是通過新一代信息技術、自動化技術、工業軟件及現代管理思想在制造企業全領域、全流程的系統應用而產生的一種全新的生產方式。搭建智能制造系統即是將這種生產方式應用至制造業企業的生產經營中,使企業在研發、生產、管理、服務等方面變得更加“聰明”,實現制造智能化的過程。

智能制造系統=智能“神經系統”+自動化設備

我們可以把搭建智能制造系統理解為企業在引入數控機床、工業機器人等生產設備并實現生產自動化的基礎上,再配備一套精密的智能“神經系統”。所謂的智能“神經系統”,是以實現數據縱向集成的ERP(企業資源計劃系統)、MES(生產過程執行系統)等管理軟件組成中樞神經,以傳感器、嵌入式芯片、RFID標簽、條碼等組件為神經元,以PLC(可編程邏輯控制器)為鏈接控制神經元的突觸,以現場總線、工業以太網、NB-IoT等通信技術為神經纖維的一整套完整的數據采集、流轉、分析系統。企業能夠借助智能“神經系統”感知環境、獲取信息、傳遞指令,以此實現科學決策、智能設計、合理排產,提升設備使用率,監控設備狀態,指導設備運行,讓自動化生產設備如臂使指。

智能“神經系統”之中樞神經——ERP+MES

如以人類神經系統與智能“神經系統”進行類比,我們可把ERP看做腦部、MES則作為脊髓,兩者共同組成智能制造系統的中樞神經。

ERP是企業最頂端的資源管理系統,強調對企業管理的事前控制能力,它的核心功能是管理企業現有資源并對其合理調配和準確利用,為企業提供決策支持;MES是面向車間層的管理信息系統,主要負責生產管理和調度執行,能夠解決工廠生產過程的“黑匣子”問題,實現生產過程的可視化和可控化。ERP與MES兩大系統在制造業企業信息系統中處于絕對核心的“C位”,但兩者也都存在著比較明顯的局限性。ERP長于計劃調度,但它并不能起到定位生產瓶頸、改進產品質量等作用;MES側重于生產執行,而財務、銷售等業務不在其監控范疇。

企業要搭建一套健康的智能“神經系統”,ERP與MES就如同“任督二脈”一般,必須要將兩者打通,構成計劃、控制、反饋、調整的完整系統,通過統一接口進行計劃、命令的傳遞和實績的接收,使生產計劃、控制指令、實時信息在整個ERP系統、MES系統、過程控制系統、自動化體系中透明、及時、順暢地交互傳遞并逐步實現生產全過程數字化。

智能“神經系統”之神經突觸——PLC

PLC即可編程邏輯控制器,主要由CPU、存儲器、輸入/輸出單元、外設I/O接口、通信接口及電源共同組成,根據實際控制對象的需要配備編程器、打印機等外部設備,具備邏輯控制、順序控制、定時、計數等功能,能夠完成對各類機械電子裝置的控制任務。

在智能制造系統中,PLC不僅是機械裝備和生產線的控制器,還是制造信息的采集器和轉發器,類似于神經系統中的“突觸”,一方面收集、讀取設備狀態數據并反饋給上位機(SCADA/DCS系統或MES系統),另一方面接收并執行上位機發出的指令,直接控制現場層的生產設備。

智能“神經系統”之神經元——傳感器與RFID標簽

神經元是神經系統的基本組成單位,在智能“神經系統”中,擔任此角色的就是與物料、在制品、生產設備、現場環境等物理界面直接相連的傳感器、RFID標簽、條碼等組件。傳感器與RFID標簽組成了智能制造系統感知物理世界的最前端數據源。

傳感器能感受到被測量的信息,并能將感受到的信息變換成為電信號或其他所需形式的信息輸出,傳感器使智能制造系統有了觸覺、味覺、嗅覺等感官。

RFID標簽具有讀取快捷、批量識別、實時通信、重復使用、標簽可動態更改等優秀品質,與智能制造的需求極為契合。通過射頻識別技術,企業可以將物料、刀具、在制品、成品等一切附有RFID標簽的物理實體納入監測范圍,幫助企業實現減少短貨現象、快速準確獲得物流信息等目標。

智能“神經系統”之神經纖維——工業通信網絡

企業在日常經營過程中,研發、計劃、生產、工藝、物流、倉儲、檢測等各個環節都會產生大量數據,要讓海量數據在智能“神經系統”內順暢流轉,就要綜合利用現場總線、工業以太網、工業光纖網絡、TSN、NB-IoT等各類工業通信網絡建立一套健全的神經纖維網絡。工業通信網絡總體上可以分為有線通信網絡和無線通信網絡。

有線通信網絡主要包括現場總線、工業以太網、工業光纖網絡、TSN(時間敏感網絡)等,現階段工業現場設備數據采集主要采用有線通信網絡技術,以保證信息實時采集和上傳,對生產過程實時監控的需求。

無線通信網絡技術正逐步向工業數據采集領域滲透,是有線網絡的重要補充,主要包括短距離通信技術(RFID、Zigbee、WIFI等),用于車間或工廠內的傳感數據讀取、物品及資產管理、AGV等無線設備的網絡連接;專用工業無線通信技術(WIA-PA/FA、WirelessHART、ISA100.11a等);以及蜂窩無線通信技術(4G/5G、NB-IoT)等,用于工廠外智能產品、大型遠距離移動設備、手持終端等的網絡連接。

智能“神經系統”是智能制造系統架構最為重要的中軸線

完整的智能“神經系統”在智能制造中發揮著極為重要的作用,制造業企業的布置工作計劃→發布工作指令→執行生產任務→監測生產設備→上傳現場數據→預處理現場數據并繼續上報→反饋總體生產情況→調整工作計劃等一系列生產流程均由智能“神經系統”負責發布指令、收集信息、處理數據、傳輸數據。智能“神經系統”是智能制造系統的中軸線,是智能制造系統運轉的核心,也是智能制造系統的靈魂所在。

文章來源:信息化和軟件服務網


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