智能制造系统

制造是经济发展的主导产业之一。制造业是国民经济发展的基础和核心。制造业在国民经济和社会发展中的重要地位和作用越来越被人们所认识。制造业是国民经济的支柱产业之一，是国民经济运行的主体。工业是国民经济的基础工业，是一个国家综合实力的重要标志。在当今全球竞争的新形势下，制造业对国家综合实力和国际竞争力具有十分重要的意义。在工业领域中对世界经济发展有着举足轻重的影响和作用。随着世界制造业发展趋势的转变和国家制造业综合实力的提升，制造业在国民经济中地位显著提高。根据国际信息机构统计数据显示：制造业占国民经济份额分别为24.2%,23.7%和20.8%。中国制造业已发展成为世界第一制造业大国。当前我国经济发展呈现出质量效益提升态势良好，结构调整加快等良好势头。经济增长向中高端水平迈进和转变将为制造业提出更高要求，制造业如何发挥更大作用这是人们非常关心的问题，智能制造系统就是其中之一是智能化生产与管理相结合形成对制造业生产和管理带来巨大变革和发展机会的新型管理模式和技术体系。

智能制造系统是针对制造业生产过程中的信息化管理、智能化生产、网络化协同、个性化定制及精益生产等方面实现智能化生产管理而开发并实施的软件系统。基于先进信息技术和制造业集成创新体系建设，提高企业装备水平，提高企业竞争力。为企业提供信息化支持技术，以提高企业核心竞争力和产品质量，促进企业转型升级和可持续发展。是实现产品品质改善、提升产品价值、降低企业成本、提高企业竞争力、推动产业结构升级、实现我国由制造大国向制造强国转变，进而提高产业整体竞争力的必然要求与有效途径。智能制造不仅实现网络化协同，而且更加注重柔性化制造、个性化定制及柔性运输等先进技术与装备在企业生产方式中的应用。智能制造系统将传统制造业与现代信息技术以及自动化技术相结合形成智能生产与管理模式。在传统制造业中将主要应用在设备自动化及生产线自动化等方面。智能化是通过计算机对物理现象或物质状态等动态变化过程与本质进行深入研究而提出并实现的概念和过程体系。对事物进行评价控制方式从定性转变为定量、定性判断和分析判断有机结合控制方式。它涉

及整个生产过程及其全过程管理和控制中心等多种手段和方法及其相互间产生相互影响和制约等一系列规律而形成系统控制理论和方法，它是科学发展观重要思想在制造领域中集中反映了科学知识、技术、管理手段与经济社会发展以及人类意识相互联系相适应之间相互制约和相互作用的内在规律而形成的新事物。主要是以计算机为代表的信息技术和通信工程为手段所组成和进行优化、组合而成。现代信息时代已成为人类认识世界、改造世界及其本身一系列工程所构成的复杂有机关系的总称。是计算机科学研究的重要成果之一（简称微积分）。现代科学体系包括自然科学体系，而科学体系则包含了由物质和能量组成。因此它具有十分重要的科学意义和实践价值。智能制造系统就是通过运用信息科学及其相关技术有效解决先进制造型企业在生产经营过程中出现一些新问题产生新价值的途径及实现途径，从而实现企业发展目标和提高核心竞争力等一系列问题从而提高我国制造业

智能制造系统由采集层、服务层构成。采集信息、控制处理，传送给上层决策。网络层为工业网络设施，包括传感器网络、交换机、信息交换交换机和其它设备。传输信息时，按需合理配置连接到互联网实现连接，实现网络和工业设备联网。在智能制造的基础上建立信息系统架构，实现对智能设备的信息采集、加工、传输、控制、监控与维护功能。智能制造系统可通过网络连接企业现有设备及移动终端设施实现对生产设备、车间、仓库及厂区周围设施及其他企业的全面管控。形成智能制造环境，通过信息沟通形成信息共享平台，实现资源合理配置与高效利用。提供了实时、准确的车间生产状况信息及制造执行情况。为员工创造更加宽松、公平、竞争和谐、健康的

工作环境及人文环境。实现工作流程透明化运营目标及绩效考核体系要求。对每一环节进行监督，加强内部工作协调；各部门之间有效协作；提高工作效率，实现科学决策，实现设备无人化操作等系列措施，为用户提供高效、稳定、可靠，从而提高企业经济效益以及社会效益；并创造良好环境，节约能源和人力成本：提高效率与效益为目的，通过提高工作效率而优化资源配置并最大限度提高工作效率实现经济效益和社会效益.以减少能源消耗、水和废物排放；提高设备工作效率和可靠性；优化劳动布局；减少不必要的管理开支；提高生产效率，实现经济效益为目的。智能制造系统通常包括五个组成部分：智能车间、加工中心、生产线、自动化系统、物流中心、控制平台及信息系统（简称“制造平台”),其中智能制造系统是核心项目之一。智能制造系统是由设备系统、生产管理系统、服务支撑以及相关辅助措施组成，综合运用云计算、大数据、物联网三大类核心技术。智能生产系统由智能制造控制网络通信平台、信息应用软件平台等组成。主要实现信息采集、处理、存储、交互及控制等功能以及与信息化网络之间信息交换与共享平台等功能应用为一体，以生产现场为中心建立智能工厂信息集成平台提供商网络通讯

制造业系统在企业生产中是一个复杂的、交互频繁、不断变化的系统，因此，传统的生产管理模式和技术手段已经不能满足智能制造系统需要。因此，在制造企业信息化体系中，构建以流程为基础，以数据为核心的智能制造生产管理系统将会产生巨大变化，同时在这样一个新的环境中建立新的行业标准体系也将会成为智能制造发展不可回避的问题，因此智能制造系统设计将会成为未来十年制造业面临的一个重大挑战。而在传统制造模式中，企业大多缺乏信息化工作环境和信息化管理基础。因此，有必要对制造业进行改造和升级。而实施智能制造体系建设要满足智能制造系统应用开发工作应具备的功能要求。

1、智能制造工厂体系中可实施生产制造功能要求：面向智能制造的工厂将具备信息采集和感知、控制与处理信息技术与工业互联网相结合的集成系统作用；能够对工业现场进行质量控制、智能分析、自动决策和控制。包括自动调度、智能化设备、软件及信息技术平台等在内的信息系统。

2、车间：包括生产现场设施与设备、工艺流程、管理与决策三大要素。系统之间要实现功能集成、信息交互等基本要求。

3、单元：具有执行设备、加工过程以及单元之间能够进行数据交换、信息共享等功能。

4、过程管理系统：可以包括：生产管理信息系统、质量管理系统、物流系统（或供应链管理系统）、资源管理系统、环境管理系统等业务管理系统和计算机集成系统中多个系统综合应用系统之间连接信息网络进行集成信息服务和管控工作为一体一个有效实施信息产业管理服务工作任务和提高工作效率实现信息化工作新发展要求而建立高效运作系统，具有较高稳定性和安全性等特点。

智能制造系统具体有哪些应用？主要包括两个部分：第一个部分是产品数据采集与控制；第二个部分是智能制造管理。这两个部分是智能制造的核心，如何解决以上两个问题，让智能制造系统得以顺利实现呢？智能制造应用主要分为四类：第一类：是企业自动化部分。如：数控机床、机器人、物流管理、物料管理等。第二类：自动化生产线管控：包括车间在线优化、工厂级智能化改造以及无人车间等项目。其中无人车间指在工厂生产过程中实现机器人代替人工完成生产线上各种机械的自动化操作及产品质量检验和出厂过程。其应用可以减少人力资源投入及物料消耗成本等。第三类：柔性制造技术。柔性制造就是通过利用大数据等先进信息技术实现对各类机械设备所需参数或者过程信号状态的识别和实时处理。从而达到提高产品品质的目的及效率等目的。实现自动化和智能化。而自动化则在较大程度上取代手工操作和劳动强度。它可以通过应用一些先进或者成熟的高科技手段，通过数据处理采集系统、生产工艺设备、控制程序等智能设备为用户提供产品和服务信息及技术支持，并通过各种技术手段控制产品生产过程中需要完成相关任务。如自动化：利用机器来进行生产作业、检测和故障排除等任务；使其按照预定轨道运行；使所配置工作符合特定要求达到预定状态；满足设计要求；以及实现智能生产状态判断、设备故障诊断等任务要求。第四类：管理系统(ERP):主要以对订单和客户数据为基础，集成企业各种资源，为企业管理及决策提供支持，帮助实现企业精益生产等模式要求（见图2);智能化改造项目属于制造能力建设范畴的一种新模式。

1.智能决策：以需求为导向，基于用户的设备（计算机、传感器、机械手臂、 PLC等）或业务系统为核心，通过各种先进通信技术，建立起一套完善的工业网络体系，并利用系统运行来完成生产活动（加工、装配等）和质量控制的目标。

2.智能运行：通过网络实现工厂生产过程和服务过程协同自动化与智能化的集成，将制造过程中产生的数据信息转变为可以分析、预测、控制和决策的关键信息和决策资源。

3.数据采集及分析：从数字化采集、数字化到智能化处理的整个过程中所产生的数据流及相关业务的流程都能够通过采集和处理得到有效的控制和分析，对工艺过程进行优化并将之反馈到生产中去，从而使产品质量更加稳定。

4.业务协同：实现制造过程管理数据信息在整个生产流程中传输及管理。使业务过程更加高效、稳定和安全、可靠的产生、存储及共享在工业经济中起着重要指导作用。

5.自动作业：能够有效避免因操作失误或由于人为原因造成产品性能下降或质量异常等情况产生后果。因此自动作业是自动流程设计和控制功能之一。

6.生产过程：产品生命周期（质量控制）管理主要包括：过程管理服务、设备管理等环节。重点从数据采集到管理全过程实施管理控制。

7.质量管理与控制：从工艺制定到产品最终检验和质量检测都通过实时集成监控系统实现全过程监控和自动控制，并与产品销售服务相匹配，从而保证用户利益获得保障为目的。

基于网络的智能制造系统的总体技术架构是基于 IP层的，它包括网络层、通信服务层、应用系统层和控制管理层三个部分。其功能主要是保证在生产过程中能够通过各种通信方式与其他业务系统进行实时数据交换，从而有效地保障了生产的顺利进行。因此，各层之间没有直接的通信和交互，因此不需要通过服务器。基于服务的网络架构也是在此基础上实现信息与服务共享，保证数据安全有序地传递出去。智能制造系统以网络为主要通信工具，支持从工业设备、工厂生产现场到服务器等各个业务节点之间实时交换数据和通信进行。智能制造系统在不同环节上具有不同的功能，因此需要进行合理的组合和应用。具体而言，一是基于特定条件下形成了多条工艺过程中自动完成生产工序（设备）和不同工种的实时生产与库存管理所需的先进工艺信息。智能制造系统既可以实现无人化生产也可提供自动化管理手段支持以实现高效、节能、环保的新型制造技术体系。作为智能制造最基本平台存在着大量企业所需的资源信息。如果信息丢失，将会造成巨大损失甚至无法弥补。因此必须建立一个以数据为中心、面向业务以及网络协同技术的系统框架体系。这是智能制造企业构建和运行核心技术体系关键环节之一。

例如: PLC实现生产过程自动化是必不可少并且相对容易实现，关键要看它是否需要一定数量的计算和存储单元、是否安全可靠等其它一些必要因素。企业一般都采用基于云或分布式部署技术对网络进行调度管理和数据存储服务和管理通信业务能力建设问题将会成为影响智能制造系统技术性能及可靠性发展中重点考虑因素之一。此外，生产过程还涉及数据与工艺、设备、系统之间的通信网络等信息技术架构也需要考虑在内，智能制造系统是一个完整系统，所以需要在整个基础架构方面有所创新才能满足企业对智能制造系统各功能所需。具体如下：以图3为例进行说明：在整体结构上主要包括以下几个层次：管理系统中实现生产要素和产品信息之间进行信息传递；数据库中包含了各个

根据制造企业自身特点和行业特性，结合制造行业信息化工程实施经验，有针对性地构建智能制造系统。具体可分为以下几个方面：1、建立“企业云”：以工业互联网为核心构建大数据驱动的智能制造平台，实现制造运行模式扁平化、智能化；

2、智能工厂：实现从设计研发、设备维护到车间管理等全过程在线；

3、基于工业互联网平台：实现数据可视化管理、协同化作业、数据化；

4、智能制造设备：实现对设备故障应急处置管理能力；

5、信息安全管理：将制造设备运行状态监测、故障诊断等信息及时传递给其他相关设备；

6、设备运行：实现设备自我诊断与维护；

7、管理决策支持系统：对设备状态有一个客观、科学、有效的预测；

8、人机交互：实现人机交互；

9、生产过程跟踪及优化：生产设备、工艺参数和流程在可视化平台上实时显示并由专家做出判断；

10、现场控制：基于工厂及车间控制平台可实现现场安全监测、事故报警处理及辅助决策服务；

11、智能化：实现无人车间智能化生产改造；实现生产决策分析和优化；提供设备故障诊断及预测预警等功能。