一、行業(yè)背景

　　“工業(yè)4.0”被認為是以智能制造為主導的第四次工業(yè)革命或是工業(yè)體系革命性的生產方法，而智能工廠將是構成未來工業(yè)體系的一個關鍵特征。在智能工廠里，人、機器和資源如同在一個社交網絡里自然地相互溝通協(xié)作，生產出來的智能產品能夠理解自己被制造的細節(jié)以及將如何使用，能夠回答“哪組參數被用來處理我”、“我應該被傳送到哪里”等問題。同時，智能輔助系統(tǒng)將從執(zhí)行例行任務中解放出來，使他們能夠專注于創(chuàng)新、增值的活動；靈活的工作組織能夠幫助工人把生活和工作實現更好地結合，個體顧客的需求將得到滿足。德國工業(yè)4.0、美國GE工業(yè)互聯網均是“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理念，還要符合中國企業(yè)的實際情況。

二、概念內涵

　　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：數字、信息、網絡等虛擬世界)+P(Physical，包括機器、設備、設施等實體世界)，德國是P+C，兩國均是基于高素質勞動者、國家人力匱乏、企業(yè)高協(xié)同化、高法制化的基礎之上而提出的戰(zhàn)略；而中國裝備水平較美國和德國有一定差距，數據采集分析決策能力也有局限，但中國具有人力資源優(yōu)勢，所以應該充分挖掘人的作用。因此，中國制造企業(yè)推進工業(yè)發(fā)展不能完全照搬發(fā)達國家的二元戰(zhàn)略，更宜采用CPPS（Cyber-Person-Physical System）人機網三元戰(zhàn)略，充分體現人的能動作用。

圖1 三元戰(zhàn)略

　　所謂“三元戰(zhàn)略”，包括勞動者及其技能、素養(yǎng)、精神、組織、管理等，CPPS戰(zhàn)略體現了以人為本，繼續(xù)發(fā)揮與挖掘了中國在人力資源方面的優(yōu)勢，揚長補短，實現人與賽博、物理虛實兩世界的融合和迭代發(fā)展，構建以賽博智能為目的的人機網三元戰(zhàn)略方案更符合中國國情。

　　所謂“六維智能理論”，就是在設備聯網+遠程數據采集的基礎上，實現智能化的生產過程管理與控制，從6個方面打造適合中國國情的智能工廠，這6個方面包括：

1、智能計劃排產，是從計劃源頭上集成ERP，進行APS高級排產

　　首先從計劃源頭上確保計劃的科學化、精準化。通過集成，從ERP等上游系統(tǒng)讀取主生產計劃后，利用APS進行自動排產，按交貨期、精益生產、生產周期、最優(yōu)庫存、同一裝夾優(yōu)先、已投產訂單優(yōu)先等多種高級排產算法，自動生成的生產計劃可準確到每一道工序、每一臺設備、每一分鐘，并使交貨期最短、生產效率最高、生產最均衡化。這是對整個生產過程進行科學的源頭與基礎。

2、智能生產協(xié)同，從生產準備過程上，實現物料、刀具、工裝、工藝的并行協(xié)同準備

　　為避免貴重的生產設備因操作工忙于找刀、找料、檢驗等輔助工作而造成設備有效利用率低的情況，企業(yè)要從生產準備過程上，實現物料、刀具、工裝、工藝等的并行協(xié)同準備，實現車間級的協(xié)同制造，可明顯提升機床的有效利用率。 

　　還比如，隨著3D模型的普及，在生產過程中實現以3D模型為載體的信息共享，將CATIA、PRO/E、NX等多種數據格式的3D圖形、工藝直接下發(fā)到現場，做到生產過程的無紙化，也可明顯減少圖紙轉化與看圖的時間，提升工人的勞動效率。

3、智能的設備互聯互通，是CPS信息物理系統(tǒng)的典型體現，實現數字化生產設備的分布式網絡化通訊、程序集中管理、設備狀態(tài)的實時監(jiān)控等 　　無論是工業(yè)4.0、工業(yè)互聯網、還是中國制造2025，其實質都是以CPS賽博物理系統(tǒng)為核心，通過信息化與生產設備等物理實體的深度融合，實現智能制造的生產模式。對企業(yè)來講，將那些貴重的數控設備、機器人、自動化生產線等數字化設備，通過DNC/MDC的機床聯網、數據采集、大數據分析、可視化展現、智能決策等功能，實現數字化生產設備的分布式網絡化通訊、程序集中管理、設備狀態(tài)的實時監(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。

　　DNC是Distributed Numerical Control的簡稱，意為分布式數字控制，國內一般統(tǒng)稱為機床聯網。DNC系統(tǒng)通過一臺服務器可實現對所有數控設備的雙向并發(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，具有遠程通訊、強制上傳等常見功能，將數控設備納入整個IT系統(tǒng)進行集群化管理。

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

　　MDC通過一臺計算機可以同時自動采集4096臺數控設備，兼容數控機床、熱處理設備（如熔煉、壓鑄、熱處理、涂裝等設備）、機器人、自動化生產線等各類數字化設備，兼容西門子等所有機床控制系統(tǒng)，以及三菱、歐姆龍等各類PLC的設備。

　　對高端帶網卡的機床，可直接采集到機床的實時狀態(tài)、程序信息、加工件數、轉速和進給、報警信息等豐富的信息。并以形象直觀的圖形化界面進行顯示，比如，綠色表示機床正在運行，黃色表示機床開機沒干活，灰色表示沒開機，紅色表示故障，鼠標在機床圖形上一點，相關的機床詳細信息就全部實時地顯示出來，實現對生產過程的透明化、量化管理。

　　如果要實現更逼真的顯示效果，可通過3D虛擬技術以立體的形式展現車間、設備、人體模型等，可以實現人體的行走、機床的放大縮小、設備信息的實時顯示等各種操作，給用戶一個更直觀、形象的展現。

4、智能資源管理，包括對物料、設備、刀具、量具、夾具等生產資源進行精益化管理、庫存智能預警等 　　通過對生產資源（物料、刀具、量具、夾具等）進行出入庫、查詢、盤點、報損、并行準備、切削專家?guī)臁⒔y(tǒng)計分析等功能，有效地避免因生產資源的積壓與短缺，實現庫存的精益化管理，可最大程度地減少因生產資源不足帶來的生產延誤，也可避免因生產資源的積壓造成生產輔助成本的居高不下。

5、智能質量過程管控，是對影響產品質量的生產工藝參數進行實時采集、控制，確保產品質量

　　除了對生產過程中的質量問題進行及時的處理，分析出規(guī)律，減少質量問題的再次發(fā)生等技術手段以外，在生產過程中對生產設備的制造過程參數進行實時的采集、及時的干預，也是確保產品質量的一個重要手段。

　　通過工業(yè)互聯網的形式對熔煉、壓鑄、熱處理、涂裝等數字化設備進行采集與管理，如采集設備基本狀態(tài)，對各類工藝過程數據進行實時監(jiān)測、動態(tài)預警、過程記錄分析等功能，可實現對加工過程實時的、動態(tài)的、嚴格的工藝控制，確保產品生產過程完全受控。

　　當生產一段時間，質量出現一定的規(guī)律時，我們可以通過對工序過程的主要工藝參數與產品質量進行綜合分析，為技術人員與管理人員進行工藝改進提供科學、量化的參考數據，在以后的生產過程中，減少不好的參數，確保最優(yōu)的生產參數，從而保證產品的一致性與穩(wěn)定性。

6、智能決策支持，是基于大數據分析的決策支持，形成管理的閉環(huán)，以實現數字化、網絡化、智能化的高效生產模式 　　在整個生產過程中，系統(tǒng)運行著大量的生產數據以及設備的實時數據，在蘭光創(chuàng)新的很多用戶里，企業(yè)一個車間一年的數據量就高10億條以上，這是一種真正的工業(yè)大數據，這些數據都是企業(yè)寶貴的財富。對這些數據進行深入的挖掘與分析，系統(tǒng)自動生成各種直觀的統(tǒng)計、分析報表，如計劃制訂情況、計劃執(zhí)行情況、質量情況、庫存情況、設備情況等，可為相關人員決策提供幫助。這種基于大數據分析的決策支持，可以很好地幫助企業(yè)實現數字化、網絡化、智能化的高效生產模式。

　　總之，通過以上6個方面智能的打造，可極大提升企業(yè)的計劃科學化、生產過程協(xié)同化、生產設備與信息化的深度融合，并通過基于大數據分析的決策支持對企業(yè)進行透明化、量化的管理，可明顯提升企業(yè)的生產效率與產品質量，是一種很好的數字化、網絡化的智能生產模式。

圖2 六維智能

 三、應用前景

　　“六維智能”分別從計劃源頭、過程協(xié)同、設備底層、資源優(yōu)化、質量控制、決策支持等6個方面著手實現智能工廠，這6個方面涵蓋了工業(yè)生產的6個重要環(huán)節(jié)，可實現全面的精細化、精準化、自動化、信息化智能化管理與控制，通過底層設備的互聯互通、基于大數據分析的決策支持、可視化展現等技術手段，實現生產準備過程中的透明化協(xié)同管理、數控設備智能化的互聯互通、智能化的生產資源管理、智能化的決策支持，從而全方位達到智能化的生產過程管理與控制。 

　　從“六維智能”解決方案在青島海爾模具有限公司的實際應用效果來看，較好地達到了智能化生產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)以生產設備為核心，從設備底層層面實現了機床、對刀儀等設備的互聯互通與大數據分析，從生產管理層面實現了協(xié)同準備并行作業(yè)，從展現層面實現了生產信息的可視化。實施本系統(tǒng)后，操作工的作業(yè)效率從原來1個人管理3臺設備提升到7～8臺設備，設備利用率提升25%以上，使生產管理更加透明、科學、高效，應用效果比較明顯，在海爾模具的數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