智慧工厂不可或缺的智能软件系统
发布日期：2020-11-30 11:03:13来源：未知浏览次数：
制造业是在全球化中赖以生存的资本和保障。纵观美欧等发达国家的强国之路可以看出，具备规模雄厚、结构优化、技术创新能力强、发展质量好、产业链国际主导地位突出的制造业是国民经济持续发展和繁荣及国家安全的基础。德国工业4．0的发布，引发了中国制造业深入的思考，制造业要适应用户需求个性化、多样化、多变化，“更好地满足客户个性化要求和最后一分钟的要求”…；但是大工业产生的大规模流水线装配作业在推动工业化进步、实现更高生产效率的同时，却限制了灵活性。在消费者个性化追求的驱动下，企业由大规模标准化制造向大规模定制化制造转型，需要借助互联网、大数据等信息技术，使得大规模个性化定制不仅是可能，而且成为必须。
中国制造业虽然门类齐全、规模巨大，但也有自身明显的不足：多数企业还处于提升质量、控制成本的自动化初级阶段，如何做到效益最佳、损耗最小、污染最少，仍是难题。中国工业跳跃式发展了几十年，更多的是引进、模仿、细微的改变、局部的优化，忽略了对制造过程细节的领悟和自我价值的提升，更缺少对知识积累的重视和作为，亟需对制造过程有更多、更深的认识，而这个过程将是一个漫长、痛苦、放弃与创新同在的过程，是一次以渐进方式发生的革命，要顺势而为。所谓顺势，就是要顺应制造业转型升级之大势，顺则昌盛、逆则消亡；所谓而为，就是与其被动跟随，不如主动应对，在弄潮中有所作为。从本质上而言，互联网+制造、智能制造、工业4．0等具有相同或类似的本质特征和内涵，就是充分发挥互联网技术的特点和优势，与工业深度融合，通过将信息嵌入传统制造过程而产生智能，形成智慧型制造，不仅提高制造的品质，而且在成本可控的同时满足用户对产品的个性化需求，这是当前中国制造业实现转型升级、持续发展，从而提升全球竞争力的具体举措。“两化融合”催生了大量的工业软件，推进智慧型制造，其核心是“软实力”，“软实力”要通过各种工业软件来达成。工业软件即工业+软件，其中工业是指制造(需求)，软件是指产品(服务)。
在未来工业4．0时代，工业软件的作用将更加突出，且制造技术与IT技术的融合将更加深化，各类工业软件的集成应用将呈现出更高的一体化特征。
1.国内工业软件的现状
工业软件的特殊性工业软件的开发与其他类型的软件产品不同，要求与行业更为贴近，这其实涉及两个方面：开发过程的特殊性、人才培养的特殊性。从宏观着眼，需要开发者既熟悉行业知识，又了解软件开发，往往需要行业专家与软件开发人员的紧密配合，仅仅依靠软件工程师是编写不出工业软件的。从微观着眼，则要求企业在产品开发之前进行调研，了解工业企业用户在应用上关注的焦点，提高开发的可靠性，满足企业智能制造的要求。为了保证工业软件产品的实用性和可靠性，在技术线路上要特别关注前期的“应用调研”和后期的“工程评价”。
国内工业软件的不足经过近十年的发展，国内工业软件产业有了长足的发展，形成了巨大的规模，但除了部分行业的MES软件具有了一定的竞争力和市场份额外，多数还处于低端竞争，缺少品牌号召力和质量优势；高端的仿真设计、分析工具、企业管理和先进控制软件仍然是巨头在垄断市场。国内工业软件的不足之处如下J：
(1)缺乏自主知识产权和民族品牌。企业用于生产优化控制、能源管控等与生产工艺紧密结合的MES软件系统往往没有很好地引进消化，制约了企业的工艺改造、产品创新和结构升级；知名套装软件多为国外产品，存在价格贵、行业适应性不强、二次开发量大、服务保障能力不足、实施和维护总成本过高等缺点；而国内定制化软件由于产品化程度不够，在系统结构的稳定性、可扩展性以及实施周期方面也存在问题，这些都严重制约了企业制造智能化水平的提高。
2.智慧工厂需要更加智能的MES
制造过程中，核心依然是MES，要打造更加敏捷、柔性、富有智慧的MES，需要配置大量的软件环境，构建全程与全面可视、产品质量一贯制体系向前后延伸、个性化订单与标准化制造计划的智能匹配组织、先进的排程与仿真、能源环境指标约束下制造管理，且成本可控、富有竞争力的制造管控系统。现有MES大多只提供了一个替代经验管理方式的系统平台，没有建立面向产品设计与制造一体化的知识库支撑体系，缺乏通过智能传感器、虚拟仿真、智能优化模型库等对千变万化的制造过程进行优化调控的手段。构建实时、敏捷、柔性、智能化的MES，是工业4．0模块化制造系统的重要内涵，也是打造柔性工厂的必要条件，因此需要探讨开发柔性的人机一体化运作方式以及大规模定制下的生产模式：
(1)基于数据。基于数据完成知识的提炼和传承、优化策略的生成、指标体系的重构等，通过对制造大数据的智能分析，建立工厂和车问数据模型，实时进行管控指标体系的重构，增加制造组织控制规则的柔性，以适应制造环境和制造流程的改变。
(2)基于知识。建立知识管理体系，将成熟的生产管理流程、专家经验、成熟制造技术诀窍固化在系统中。通过开发融入专家经验的生产仿真系统，使MES不仅为现场制造提供一个信息处理平台，而且也提供一个制造知识管理和传承的平台。
(3)基于优化。融人更多的模拟专家智能活动的功能，通过仿真与建模，建立虚拟制造的环境，模拟排产计划、计算作业负荷、测算交期周期、预测产品质量，并具有自组织能力，实现“人一机一体化”的制造过程优化。
(4)基于指标。将实绩与指标实时比对，及时发现生产过程中质量、工艺、能耗、环保、工序成本等实绩与标准指标间的差异波动，采取措施，最终达到控制成本、质量、能耗、排放的目的，在一个更加精确的管控指标一实时信息闭环系统下，实现精细化的管理。
(5)基于约束。能源效率以及相关的环境指标将成为企业运营的关键约束条件，将能源供给与环境指标作为强约束条件，制定制造计划，即在编制制造计划时，不仅需要合同计划、物料计划、设备产能和定休计划等，还要加入能源约束条件。
构建OMP平台实现MES与ERP的再集成在持续优化MES的同时，一个迫切要解决的问题是：建立机制，来适应在不同背景下发展起来的工业软件，将这些存量的软件资产功能整合在同一个OMP上；通过深入集成ERP的计划和MES实施方式，实现对生产的管理，由计划下达和生产实绩构成的实时控制环路帮助生产企业实现最高的目标。MES与ERP系统的功能分担会进一步得到优化，淡化MES与ERP系统间的天然界限，功能实现更加灵活，将合同计划、生产计划等原来分布在各级独立执行的功能整合，形成一体化的计划系统，借助智能优化和仿真技术手段，建立先进的计划排程系统(APS)，提高计划编制的效率和灵活性；MES制定与实际生产控制和目标最匹配的虚拟生产环境，不断更新资源的当前特征以及订单变化情况。
建设虚拟工厂有效配置软件资产通常，制造企业都拥有多个、不同时期投入、不同IT公司提供的独立开发的软件系统，这些软件都有自己独特的理念、青睐的供方以及专门的系统；随着系统规模的扩大和新需求的不断出现，更多新的应用程序被引入或开发出来。为了保持设备正常运转，企业需要花费大量时间和精力去处理、传达和交换信息，非常低效，而可能出现的信息孤岛或系统孤岛使事情变得更糟糕。所以，大量的存量软件资产存在可以优化的空间和需求，可以将其归结为存量资产的优化配置问题。要在虚拟制造环境中完成产品设计到制造工艺参数和流程设计全过程，并与实体制造环节无缝衔接，关键工作是有效优化配置软件资产，使之满足管理决策人员和高级技术人员生产管理调度需求，也为各级管理人员经营决策提供参考。
需要优化配置的软件：产主要包括：
(1)产品设计、开发、测试、实验与司工具；
(2)优化调度控制软件工具；
(3)数据分析顸测工具；
(4)工艺知识库与工艺控制软件；
(5)各类专家系统和规则库、函数库；
(6)OMP决策支持软件。
