一、行業(yè)背景

　　“工業(yè)4.0”被認(rèn)為是以智能制造為主導(dǎo)的第四次工業(yè)革命或是工業(yè)體系革命性的生產(chǎn)方法，而智能工廠將是構(gòu)成未來工業(yè)體系的一個(gè)關(guān)鍵特征。在智能工廠里，人、機(jī)器和資源如同在一個(gè)社交網(wǎng)絡(luò)里自然地相互溝通協(xié)作，生產(chǎn)出來的智能產(chǎn)品能夠理解自己被制造的細(xì)節(jié)以及將如何使用，能夠回答“哪組參數(shù)被用來處理我”、“我應(yīng)該被傳送到哪里”等問題。同時(shí)，智能輔助系統(tǒng)將從執(zhí)行例行任務(wù)中解放出來，使他們能夠?qū)Ｗ⒂趧?chuàng)新、增值的活動(dòng)；靈活的工作組織能夠幫助工人把生活和工作實(shí)現(xiàn)更好地結(jié)合，個(gè)體顧客的需求將得到滿足。德國工業(yè)4.0、美國GE工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)均是“工業(yè)4.0”的典范，但中國有自己特殊的國情，中國制造企業(yè)打造智能工廠，不能完全照搬國外模式，而是既要緊跟國際先進(jìn)理念，還要符合中國企業(yè)的實(shí)際情況。

二、概念內(nèi)涵

　　美國與德國的工業(yè)發(fā)展戰(zhàn)略核心均為CPS（Cyber- Physical System）系統(tǒng)，是典型的二元戰(zhàn)略。美國是C(Cyber，包括：數(shù)字、信息、網(wǎng)絡(luò)等虛擬世界)+P(Physical，包括機(jī)器、設(shè)備、設(shè)施等實(shí)體世界)，德國是P+C，兩國均是基于高素質(zhì)勞動(dòng)者、國家人力匱乏、企業(yè)高協(xié)同化、高法制化的基礎(chǔ)之上而提出的戰(zhàn)略；而中國裝備水平較美國和德國有一定差距，數(shù)據(jù)采集分析決策能力也有局限，但中國具有人力資源優(yōu)勢，所以應(yīng)該充分挖掘人的作用。因此，中國制造企業(yè)推進(jìn)工業(yè)發(fā)展不能完全照搬發(fā)達(dá)國家的二元戰(zhàn)略，更宜采用CPPS（Cyber-Person-Physical System）人機(jī)網(wǎng)三元戰(zhàn)略，充分體現(xiàn)人的能動(dòng)作用。

圖1 三元戰(zhàn)略

　　所謂“三元戰(zhàn)略”，包括勞動(dòng)者及其技能、素養(yǎng)、精神、組織、管理等，CPPS戰(zhàn)略體現(xiàn)了以人為本，繼續(xù)發(fā)揮與挖掘了中國在人力資源方面的優(yōu)勢，揚(yáng)長補(bǔ)短，實(shí)現(xiàn)人與賽博、物理虛實(shí)兩世界的融合和迭代發(fā)展，構(gòu)建以賽博智能為目的的人機(jī)網(wǎng)三元戰(zhàn)略方案更符合中國國情。

　　所謂“六維智能理論”，就是在設(shè)備聯(lián)網(wǎng)+遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)采集的基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)智能化的生產(chǎn)過程管理與控制，從6個(gè)方面打造適合中國國情的智能工廠，這6個(gè)方面包括：

1、智能計(jì)劃排產(chǎn)，是從計(jì)劃源頭上集成ERP，進(jìn)行APS高級排產(chǎn)

　　首先從計(jì)劃源頭上確保計(jì)劃的科學(xué)化、精準(zhǔn)化。通過集成，從ERP等上游系統(tǒng)讀取主生產(chǎn)計(jì)劃后，利用APS進(jìn)行自動(dòng)排產(chǎn)，按交貨期、精益生產(chǎn)、生產(chǎn)周期、最優(yōu)庫存、同一裝夾優(yōu)先、已投產(chǎn)訂單優(yōu)先等多種高級排產(chǎn)算法，自動(dòng)生成的生產(chǎn)計(jì)劃可準(zhǔn)確到每一道工序、每一臺設(shè)備、每一分鐘，并使交貨期最短、生產(chǎn)效率最高、生產(chǎn)最均衡化。這是對整個(gè)生產(chǎn)過程進(jìn)行科學(xué)的源頭與基礎(chǔ)。

2、智能生產(chǎn)協(xié)同，從生產(chǎn)準(zhǔn)備過程上，實(shí)現(xiàn)物料、刀具、工裝、工藝的并行協(xié)同準(zhǔn)備

　　為避免貴重的生產(chǎn)設(shè)備因操作工忙于找刀、找料、檢驗(yàn)等輔助工作而造成設(shè)備有效利用率低的情況，企業(yè)要從生產(chǎn)準(zhǔn)備過程上，實(shí)現(xiàn)物料、刀具、工裝、工藝等的并行協(xié)同準(zhǔn)備，實(shí)現(xiàn)車間級的協(xié)同制造，可明顯提升機(jī)床的有效利用率。 

　　還比如，隨著3D模型的普及，在生產(chǎn)過程中實(shí)現(xiàn)以3D模型為載體的信息共享，將CATIA、PRO/E、NX等多種數(shù)據(jù)格式的3D圖形、工藝直接下發(fā)到現(xiàn)場，做到生產(chǎn)過程的無紙化，也可明顯減少圖紙轉(zhuǎn)化與看圖的時(shí)間，提升工人的勞動(dòng)效率。

3、智能的設(shè)備互聯(lián)互通，是CPS信息物理系統(tǒng)的典型體現(xiàn)，實(shí)現(xiàn)數(shù)字化生產(chǎn)設(shè)備的分布式網(wǎng)絡(luò)化通訊、程序集中管理、設(shè)備狀態(tài)的實(shí)時(shí)監(jiān)控等 　　無論是工業(yè)4.0、工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)、還是中國制造2025，其實(shí)質(zhì)都是以CPS賽博物理系統(tǒng)為核心，通過信息化與生產(chǎn)設(shè)備等物理實(shí)體的深度融合，實(shí)現(xiàn)智能制造的生產(chǎn)模式。對企業(yè)來講，將那些貴重的數(shù)控設(shè)備、機(jī)器人、自動(dòng)化生產(chǎn)線等數(shù)字化設(shè)備，通過DNC/MDC的機(jī)床聯(lián)網(wǎng)、數(shù)據(jù)采集、大數(shù)據(jù)分析、可視化展現(xiàn)、智能決策等功能，實(shí)現(xiàn)數(shù)字化生產(chǎn)設(shè)備的分布式網(wǎng)絡(luò)化通訊、程序集中管理、設(shè)備狀態(tài)的實(shí)時(shí)監(jiān)控等，就是CPS賽博物理系統(tǒng)在制造企業(yè)中最典型的體現(xiàn)。

　　DNC是Distributed Numerical Control的簡稱，意為分布式數(shù)字控制，國內(nèi)一般統(tǒng)稱為機(jī)床聯(lián)網(wǎng)。DNC系統(tǒng)通過一臺服務(wù)器可實(shí)現(xiàn)對所有數(shù)控設(shè)備的雙向并發(fā)通訊，支持Fanuc、Siemens、Heidenhain等上百種控制系統(tǒng)，兼容RS232、422、485、TCP/IP、無線等各類通訊方式，具有遠(yuǎn)程通訊、強(qiáng)制上傳等常見功能，將數(shù)控設(shè)備納入整個(gè)IT系統(tǒng)進(jìn)行集群化管理。

　　管理學(xué)大師彼得•德魯克曾經(jīng)說過“你如果無法度量它，就無法管理它”，我們不僅需要通過DNC解決互聯(lián)的問題，更需要通過MDC(Manufacturing Data Collection，直譯為制造數(shù)據(jù)采集，俗稱為機(jī)床監(jiān)控)解決數(shù)據(jù)自動(dòng)采集、透明化、量化管理的問題。

　　MDC通過一臺計(jì)算機(jī)可以同時(shí)自動(dòng)采集4096臺數(shù)控設(shè)備，兼容數(shù)控機(jī)床、熱處理設(shè)備（如熔煉、壓鑄、熱處理、涂裝等設(shè)備）、機(jī)器人、自動(dòng)化生產(chǎn)線等各類數(shù)字化設(shè)備，兼容西門子等所有機(jī)床控制系統(tǒng)，以及三菱、歐姆龍等各類PLC的設(shè)備。

　　對高端帶網(wǎng)卡的機(jī)床，可直接采集到機(jī)床的實(shí)時(shí)狀態(tài)、程序信息、加工件數(shù)、轉(zhuǎn)速和進(jìn)給、報(bào)警信息等豐富的信息。并以形象直觀的圖形化界面進(jìn)行顯示，比如，綠色表示機(jī)床正在運(yùn)行，黃色表示機(jī)床開機(jī)沒干活，灰色表示沒開機(jī)，紅色表示故障，鼠標(biāo)在機(jī)床圖形上一點(diǎn)，相關(guān)的機(jī)床詳細(xì)信息就全部實(shí)時(shí)地顯示出來，實(shí)現(xiàn)對生產(chǎn)過程的透明化、量化管理。

　　如果要實(shí)現(xiàn)更逼真的顯示效果，可通過3D虛擬技術(shù)以立體的形式展現(xiàn)車間、設(shè)備、人體模型等，可以實(shí)現(xiàn)人體的行走、機(jī)床的放大縮小、設(shè)備信息的實(shí)時(shí)顯示等各種操作，給用戶一個(gè)更直觀、形象的展現(xiàn)。

4、智能資源管理，包括對物料、設(shè)備、刀具、量具、夾具等生產(chǎn)資源進(jìn)行精益化管理、庫存智能預(yù)警等 　　通過對生產(chǎn)資源（物料、刀具、量具、夾具等）進(jìn)行出入庫、查詢、盤點(diǎn)、報(bào)損、并行準(zhǔn)備、切削專家?guī)臁⒔y(tǒng)計(jì)分析等功能，有效地避免因生產(chǎn)資源的積壓與短缺，實(shí)現(xiàn)庫存的精益化管理，可最大程度地減少因生產(chǎn)資源不足帶來的生產(chǎn)延誤，也可避免因生產(chǎn)資源的積壓造成生產(chǎn)輔助成本的居高不下。

5、智能質(zhì)量過程管控，是對影響產(chǎn)品質(zhì)量的生產(chǎn)工藝參數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)采集、控制，確保產(chǎn)品質(zhì)量

　　除了對生產(chǎn)過程中的質(zhì)量問題進(jìn)行及時(shí)的處理，分析出規(guī)律，減少質(zhì)量問題的再次發(fā)生等技術(shù)手段以外，在生產(chǎn)過程中對生產(chǎn)設(shè)備的制造過程參數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)的采集、及時(shí)的干預(yù)，也是確保產(chǎn)品質(zhì)量的一個(gè)重要手段。

　　通過工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的形式對熔煉、壓鑄、熱處理、涂裝等數(shù)字化設(shè)備進(jìn)行采集與管理，如采集設(shè)備基本狀態(tài)，對各類工藝過程數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測、動(dòng)態(tài)預(yù)警、過程記錄分析等功能，可實(shí)現(xiàn)對加工過程實(shí)時(shí)的、動(dòng)態(tài)的、嚴(yán)格的工藝控制，確保產(chǎn)品生產(chǎn)過程完全受控。

　　當(dāng)生產(chǎn)一段時(shí)間，質(zhì)量出現(xiàn)一定的規(guī)律時(shí)，我們可以通過對工序過程的主要工藝參數(shù)與產(chǎn)品質(zhì)量進(jìn)行綜合分析，為技術(shù)人員與管理人員進(jìn)行工藝改進(jìn)提供科學(xué)、量化的參考數(shù)據(jù)，在以后的生產(chǎn)過程中，減少不好的參數(shù)，確保最優(yōu)的生產(chǎn)參數(shù)，從而保證產(chǎn)品的一致性與穩(wěn)定性。

6、智能決策支持，是基于大數(shù)據(jù)分析的決策支持，形成管理的閉環(huán)，以實(shí)現(xiàn)數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化的高效生產(chǎn)模式 　　在整個(gè)生產(chǎn)過程中，系統(tǒng)運(yùn)行著大量的生產(chǎn)數(shù)據(jù)以及設(shè)備的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，在蘭光創(chuàng)新的很多用戶里，企業(yè)一個(gè)車間一年的數(shù)據(jù)量就高10億條以上，這是一種真正的工業(yè)大數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)都是企業(yè)寶貴的財(cái)富。對這些數(shù)據(jù)進(jìn)行深入的挖掘與分析，系統(tǒng)自動(dòng)生成各種直觀的統(tǒng)計(jì)、分析報(bào)表，如計(jì)劃制訂情況、計(jì)劃執(zhí)行情況、質(zhì)量情況、庫存情況、設(shè)備情況等，可為相關(guān)人員決策提供幫助。這種基于大數(shù)據(jù)分析的決策支持，可以很好地幫助企業(yè)實(shí)現(xiàn)數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化的高效生產(chǎn)模式。

　　總之，通過以上6個(gè)方面智能的打造，可極大提升企業(yè)的計(jì)劃科學(xué)化、生產(chǎn)過程協(xié)同化、生產(chǎn)設(shè)備與信息化的深度融合，并通過基于大數(shù)據(jù)分析的決策支持對企業(yè)進(jìn)行透明化、量化的管理，可明顯提升企業(yè)的生產(chǎn)效率與產(chǎn)品質(zhì)量，是一種很好的數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化的智能生產(chǎn)模式。

圖2 六維智能

 三、應(yīng)用前景

　　“六維智能”分別從計(jì)劃源頭、過程協(xié)同、設(shè)備底層、資源優(yōu)化、質(zhì)量控制、決策支持等6個(gè)方面著手實(shí)現(xiàn)智能工廠，這6個(gè)方面涵蓋了工業(yè)生產(chǎn)的6個(gè)重要環(huán)節(jié)，可實(shí)現(xiàn)全面的精細(xì)化、精準(zhǔn)化、自動(dòng)化、信息化智能化管理與控制，通過底層設(shè)備的互聯(lián)互通、基于大數(shù)據(jù)分析的決策支持、可視化展現(xiàn)等技術(shù)手段，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)準(zhǔn)備過程中的透明化協(xié)同管理、數(shù)控設(shè)備智能化的互聯(lián)互通、智能化的生產(chǎn)資源管理、智能化的決策支持，從而全方位達(dá)到智能化的生產(chǎn)過程管理與控制。 

　　從“六維智能”解決方案在青島海爾模具有限公司的實(shí)際應(yīng)用效果來看，較好地達(dá)到了智能化生產(chǎn)過程管理與控制的目的。該系統(tǒng)是專門為海爾模具定制的，是海爾模具生態(tài)圈的主要組成部分，系統(tǒng)以生產(chǎn)設(shè)備為核心，從設(shè)備底層層面實(shí)現(xiàn)了機(jī)床、對刀儀等設(shè)備的互聯(lián)互通與大數(shù)據(jù)分析，從生產(chǎn)管理層面實(shí)現(xiàn)了協(xié)同準(zhǔn)備并行作業(yè)，從展現(xiàn)層面實(shí)現(xiàn)了生產(chǎn)信息的可視化。實(shí)施本系統(tǒng)后，操作工的作業(yè)效率從原來1個(gè)人管理3臺設(shè)備提升到7～8臺設(shè)備，設(shè)備利用率提升25%以上，使生產(chǎn)管理更加透明、科學(xué)、高效，應(yīng)用效果比較明顯，在海爾模具的數(shù)字化制造與管理中發(fā)揮了重要的作用。

來源：e-works　作者:朱鐸先