杜品圣博士

菲尼克斯電氣中國(guó)公司

工業(yè)4.0大使

當(dāng)前，我們已進(jìn)入了互聯(lián)網(wǎng)時(shí)代，互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)以不可阻擋的趨勢(shì)進(jìn)軍各行各業(yè)，給各行各業(yè)的變革帶來(lái)強(qiáng)大的動(dòng)力，也對(duì)各行各業(yè)的發(fā)展產(chǎn)生巨大的影響。在這技術(shù)革新的歷史關(guān)頭，智能制造的概念誕生了。智能制造顯然只有大量采用互聯(lián)網(wǎng)時(shí)代的新技術(shù)才能實(shí)現(xiàn)。那么，該如何使用這些新科技為工業(yè)領(lǐng)域帶來(lái)巨大的變革?德國(guó)在2011年提出的所謂“工業(yè)4.0”，其主要任務(wù)就是實(shí)現(xiàn)“智能工廠”和“智能生產(chǎn)”。顯而易見(jiàn)，無(wú)論是智能工廠還是智能生產(chǎn)，其核心就是生產(chǎn)制造模式的變革。

智能制造的目標(biāo)是對(duì)目前的生產(chǎn)制造模式進(jìn)行轉(zhuǎn)型升級(jí)，從而改善和優(yōu)化生產(chǎn)制造產(chǎn)業(yè)鏈，使得研發(fā)生產(chǎn)的產(chǎn)品質(zhì)量更好、成本更低、速度更快、效率更高。

那么智能制造的生產(chǎn)模式需要什么樣的自動(dòng)控制系統(tǒng)?這種控制系統(tǒng)與工業(yè)3.0中的自動(dòng)化技術(shù)有什么區(qū)別?在智能制造中，自動(dòng)控制技術(shù)要做什么樣的演變才能滿足智能制造生產(chǎn)模式的要求?這些都是菲尼克斯電氣開(kāi)發(fā)PLCnext，以及對(duì)PLC系統(tǒng)進(jìn)行變革和優(yōu)化的初衷。

要對(duì)目前的PLC控制系統(tǒng)(或自動(dòng)化控制系統(tǒng))進(jìn)行改革，首先我們要了解的是：

1.工業(yè)4.0所倡導(dǎo)的智能制造模式與自動(dòng)化制造模式有什么區(qū)別?

2.工業(yè)4.0的智能生產(chǎn)制造模式對(duì)于工業(yè)3.0的生產(chǎn)制造模式有哪些改變與延伸?

3.這種延伸和改變又對(duì)PLC控制系統(tǒng)提出了哪些新的要求?

自動(dòng)化制造生產(chǎn)模式

德國(guó)工業(yè)4.0將第三次工業(yè)革命定義為以自動(dòng)化技術(shù)為核心的生產(chǎn)制造模式。通過(guò)廣泛地采用自動(dòng)化技術(shù)、機(jī)器人技術(shù)、IT和通訊技術(shù)，構(gòu)成自動(dòng)化金字塔為核心的生產(chǎn)制造模式，大大提高了生產(chǎn)效率，降低了制造成本，提高了產(chǎn)品質(zhì)量。在這個(gè)過(guò)程當(dāng)中，PLC技術(shù)的發(fā)展起了決定性的作用。幾十年來(lái)，關(guān)于PLC技術(shù)，無(wú)論其運(yùn)行速度、應(yīng)用范圍、數(shù)據(jù)處理能力，還是與通信技術(shù)如現(xiàn)場(chǎng)總線以及工業(yè)實(shí)時(shí)以太網(wǎng)的整合能力都大大提高。一個(gè)成熟的PLC系統(tǒng)已經(jīng)形成，成為推動(dòng)工業(yè)3.0發(fā)展的中堅(jiān)力量。

然而此時(shí)PLC控制系統(tǒng)的發(fā)展原理及作用主要是對(duì)生產(chǎn)制造系統(tǒng)的運(yùn)行的控制，并沒(méi)有涉及到生產(chǎn)制造管理，企業(yè)管理乃至產(chǎn)品生命周期的管理，因此目前的PLC系統(tǒng)仍然不能很好地與生產(chǎn)管理系統(tǒng)MES和企業(yè)管理系統(tǒng)ERP相融合。常常出現(xiàn)一個(gè)企業(yè)的管理系統(tǒng)的制定需要有三家不同的軟件公司(ERP，MES和PLC供應(yīng)商)同時(shí)參加的情況。而由于各家公司專業(yè)的差異性，技術(shù)的不兼容性，其最終往往不能得到預(yù)想的效果。尤其是整個(gè)系統(tǒng)的工業(yè)安全(信息安全、功能安全、軟件安全)難以保證。

因此MES和ERP技術(shù)并沒(méi)有在工業(yè)生產(chǎn)制造領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用，其價(jià)值也沒(méi)有得到市場(chǎng)的普遍認(rèn)可。另一方面，PLC控制系統(tǒng)的任務(wù)目前僅僅限于生產(chǎn)制造流水線運(yùn)行控制監(jiān)視和維護(hù)，并未涉及對(duì)產(chǎn)品生命周期的整個(gè)管理過(guò)程的挑戰(zhàn)，因此這種PLC系統(tǒng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足互聯(lián)網(wǎng)時(shí)代的生產(chǎn)制造模式對(duì)于降低成本和提高效率的要求。

那么，智能制造所要求的目標(biāo)是什么?

智能制造生產(chǎn)模式

智能制造是工業(yè)3.0生產(chǎn)制造模式的升級(jí)版和創(chuàng)新版，其目標(biāo)就是對(duì)目前的生產(chǎn)制造模式進(jìn)行轉(zhuǎn)型升級(jí)，解決目前采用自動(dòng)化制造生產(chǎn)模式所不能解決的問(wèn)題。在互聯(lián)網(wǎng)時(shí)代，科學(xué)技術(shù)的迅猛發(fā)展使得人們對(duì)產(chǎn)品的需求愈來(lái)愈高。產(chǎn)品的生命周期越來(lái)越短;對(duì)產(chǎn)品更新?lián)Q代的快速響應(yīng)的要求越來(lái)越高;因產(chǎn)品全生命周期的縮短又使得生產(chǎn)制造產(chǎn)品的批量、數(shù)量越來(lái)越少;多品種、小批量成為目前產(chǎn)品市場(chǎng)需求的發(fā)展趨勢(shì)。而產(chǎn)品數(shù)量的減少又大大提高了產(chǎn)品的成本和產(chǎn)品價(jià)格的競(jìng)爭(zhēng)壓力。更主要的是由于經(jīng)濟(jì)的周期性變化，使得投資回報(bào)要求的時(shí)間周期越短越好。與此同時(shí)對(duì)能源使用效率、節(jié)能減排等方面的要求都遇到了巨大的瓶頸與困難，使生產(chǎn)制造業(yè)面臨前所未有的新挑戰(zhàn)。互聯(lián)網(wǎng)時(shí)代的這些新的挑戰(zhàn)，都迫切要求建立一個(gè)更加智能化的生產(chǎn)制造模式。

智能戰(zhàn)略的基本思路就是如何利用迅速發(fā)展的IT技術(shù)、互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)對(duì)傳統(tǒng)的生產(chǎn)制造模式進(jìn)行變革，即通過(guò)將IT技術(shù)、互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)有機(jī)地融入自動(dòng)控制系統(tǒng)，并應(yīng)用于傳統(tǒng)的生產(chǎn)制造領(lǐng)域，改變傳統(tǒng)生產(chǎn)制造的基本模式。按照靈活性、快速應(yīng)變性、成本效率性以及回報(bào)短期性，建立一個(gè)高度靈活的、個(gè)性化的、數(shù)字化的制造系統(tǒng)，并將制造體系與產(chǎn)品生命周期管理相整合，產(chǎn)生以產(chǎn)品全生命周期為核心的智能制造生產(chǎn)模式。

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產(chǎn)品全生命周期管理的整體視角

智能制造不僅僅從生產(chǎn)制造這一維度來(lái)解決成本、效率、速度、質(zhì)量和靈活性的問(wèn)題，而是從產(chǎn)品全生命周期管理的整體視角來(lái)全面地解決這些問(wèn)題。使得研發(fā)、生產(chǎn)的產(chǎn)品：質(zhì)量更好、成本更低、速度更快、制造效率更高。也就是說(shuō)高效率、低成本不能僅僅單一的從生產(chǎn)制造的角度來(lái)看待，而應(yīng)該從產(chǎn)品全生命周期的整體視角來(lái)分析。

我們可以看到，相對(duì)于傳統(tǒng)的生產(chǎn)制造模式，智能制造已有了本質(zhì)上的變革和提升：在互聯(lián)網(wǎng)時(shí)代智能制造延伸了生產(chǎn)制造的含義，從單純的生產(chǎn)制造鏈延伸到產(chǎn)品的設(shè)計(jì)、分析、加工、裝配模擬，預(yù)測(cè)產(chǎn)品的綜合性能、成本、市場(chǎng)響應(yīng)和服務(wù)(采購(gòu)、庫(kù)存、銷售、發(fā)送、維護(hù)、報(bào)廢、回收)的全過(guò)程。它既考慮了產(chǎn)品的質(zhì)量、成本，又考慮了企業(yè)內(nèi)部的管理模式、企業(yè)的運(yùn)維能力，以及企業(yè)與企業(yè)之間的關(guān)系等，因此，可以最大限度地節(jié)約時(shí)間與經(jīng)濟(jì)成本，提高產(chǎn)品的質(zhì)量，同時(shí)快速地把高質(zhì)量、低成本的優(yōu)秀產(chǎn)品投放市場(chǎng)，而獲得巨大的經(jīng)濟(jì)與社會(huì)效益。

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