引言
從2015年開始，國(guó)內(nèi)生產(chǎn)企業(yè)及自動(dòng)化設(shè)備供應(yīng)商都在主動(dòng)或被迫的關(guān)注“工業(yè)4.0”。大家正在一頭霧水時(shí)，國(guó)家拋出了“中國(guó)制造2025”，這時(shí)候所有人都慌不擇路的要變革，想緊跟國(guó)家的步伐。殊不知“工業(yè)4.0”到底是什么都沒有弄明白！
生產(chǎn)企業(yè)迫不及待的上MES，買Robot，簡(jiǎn)單粗獷的以為這樣就實(shí)現(xiàn)了“工業(yè)4.0”。
自動(dòng)化設(shè)備供應(yīng)商更甚，簡(jiǎn)單的用PLC代替繼電器、Robot取代傳統(tǒng)式的機(jī)械手、加裝一兩臺(tái)伺服電機(jī)等，然就把機(jī)器貼上“智能”的標(biāo)簽；以之**客戶的胃口。
此文并無(wú)抨擊之意，而是對(duì)“工業(yè)4.0”的一點(diǎn)點(diǎn)探究；想以此“藥引子”，激發(fā)工程技術(shù)人員、生產(chǎn)管理人員、信息從業(yè)者等諸領(lǐng)域同仁，共同頭腦風(fēng)暴，將其（工業(yè)4.0）從概念化，碰撞為可以落地的，實(shí)實(shí)在在的可執(zhí)行的一個(gè)個(gè)思路、標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范。
一、 工廠信息系統(tǒng)
現(xiàn)在普遍認(rèn)同將工廠信息系統(tǒng)分為4級(jí)：
Level1，即現(xiàn)場(chǎng)層，包括傳感器，儀表，電機(jī)、氣缸等執(zhí)行機(jī)構(gòu)，也包括特定的設(shè)備及專業(yè)儀器，當(dāng)然也涵蓋PLC、PAC、工控機(jī)、嵌入式控制單元及HMI。
Level2，即控制層，主要使用高性能的PLC或工控機(jī)將分布于全廠的各Level1單元進(jìn)行聯(lián)網(wǎng)，數(shù)據(jù)匯總，集中控制。HMI為標(biāo)配人機(jī)交互系統(tǒng)，其還會(huì)有SCADA系統(tǒng)，同一管理，實(shí)現(xiàn)人機(jī)交互。
Level3，即生產(chǎn)層，一般為MES系統(tǒng)，還會(huì)有設(shè)備管理系統(tǒng)等。主要面向訂單執(zhí)行、生產(chǎn)計(jì)劃、排程等。
Level4，即企業(yè)層，ERP系統(tǒng)，完成財(cái)務(wù)、人員、訂單等管理。
有些專家會(huì)將SCADA系統(tǒng)劃分為L(zhǎng)evel2.5，認(rèn)為其是Level2和Level3的中間層，完成之間的數(shù)據(jù)交互。
從上述分層可以看出，Level1和Level2的界限其實(shí)很含糊，大體上是依據(jù)控制器或儀表執(zhí)行效率高低、及數(shù)據(jù)交互量的大小來區(qū)分，表征出來的就是網(wǎng)絡(luò)協(xié)議、架構(gòu)的不同。
面向“工業(yè)4.0”的工廠信息系統(tǒng)應(yīng)具備以下屬性：
1、網(wǎng)絡(luò)化
即全廠的各個(gè)環(huán)節(jié)皆應(yīng)聯(lián)網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)化，便于信息交互、集中管理及監(jiān)控。利用總線網(wǎng)絡(luò)、以太網(wǎng)等技術(shù)，實(shí)行網(wǎng)絡(luò)布局。
隨著工業(yè)以太網(wǎng)的發(fā)展，我們有足夠的理由相信，未來工廠信息系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)物理層會(huì)趨于同一，一網(wǎng)到底一定是大趨勢(shì)，即工業(yè)以太網(wǎng)，在其基礎(chǔ)上根據(jù)不同的應(yīng)有要求（實(shí)時(shí)性、吞吐量）運(yùn)行不同的協(xié)議（PROFINET、POWERLINK、EtherCAT等）。而不同協(xié)議的數(shù)據(jù)在傳輸?shù)揭粋�(gè)控制節(jié)點(diǎn)時(shí)，會(huì)自行編譯，再傳輸至下一個(gè)不同協(xié)議需求的控制節(jié)點(diǎn)。
2、統(tǒng)一性
①統(tǒng)一的通訊：實(shí)現(xiàn)了從現(xiàn)場(chǎng)級(jí)、控制級(jí)到管理級(jí)協(xié)調(diào)一致的通訊，實(shí)現(xiàn)不論身在工廠的哪一級(jí)，都可以訪問任意的一個(gè)設(shè)備、控制單元、儀表、查看訂單、設(shè)備信息等。
②統(tǒng)一的數(shù)據(jù)管理：工廠的所有設(shè)備、人員等從統(tǒng)一的全局共享數(shù)據(jù)庫(kù)中獲取數(shù)據(jù)。實(shí)行統(tǒng)一數(shù)據(jù)管理機(jī)制，所有的系統(tǒng)信息都存儲(chǔ)于一個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)中，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的整體性、提高信息的準(zhǔn)確性，從而對(duì)工廠的安全穩(wěn)定運(yùn)行提供技術(shù)保障。
3、開放性
①網(wǎng)絡(luò)的開放性，面向通用的、標(biāo)準(zhǔn)的網(wǎng)絡(luò)（以太網(wǎng)）。
②對(duì)辦公系統(tǒng)開放并支持。
③遠(yuǎn)程訪問的開放性（APP/WEB訪問）。
二、生產(chǎn)聯(lián)動(dòng)系統(tǒng)
市面上現(xiàn)在存在諸多管理系統(tǒng)，例如：MES、WMS、EMS、EAM、APS、DNC等等，其最大弊端就是各系統(tǒng)相互獨(dú)立，無(wú)法協(xié)調(diào)運(yùn)作，使用者還需要在不同系統(tǒng)間進(jìn)行紙質(zhì)流程操作！
當(dāng)然也有生產(chǎn)企業(yè)已經(jīng)意識(shí)到這一點(diǎn)，在上MES系統(tǒng)時(shí)，要求供應(yīng)商在MES基礎(chǔ)上增加“高級(jí)排程”、“設(shè)備管理”等功能，但終究是治標(biāo)不治本。這也給系統(tǒng)供應(yīng)商提供了一個(gè)契機(jī)、指明了一個(gè)方向：市場(chǎng)需求的是一個(gè)全面的、統(tǒng)一的、無(wú)縫的管理系統(tǒng)。
在這提出一個(gè)概念：“PCAS”Production continuous action system。生產(chǎn)聯(lián)動(dòng)系統(tǒng)！
符合“工業(yè)4.0”的管理系統(tǒng)應(yīng)具有：功能全面性、數(shù)據(jù)統(tǒng)一性、交互無(wú)縫性、操作開放性。
生產(chǎn)聯(lián)動(dòng)系統(tǒng)，應(yīng)涵蓋工廠信息化的所有功能，且訪問統(tǒng)一的全局?jǐn)?shù)據(jù)庫(kù)，保證各子系統(tǒng)間數(shù)據(jù)的統(tǒng)一性、完整性、實(shí)時(shí)性。
生產(chǎn)訂單執(zhí)行過程如下：
從“訂單下發(fā)”、“訂單執(zhí)行”的過程可以看出：PCAS（生產(chǎn)聯(lián)動(dòng)系統(tǒng)）是工廠內(nèi)所有管理系統(tǒng)的大腦中樞、紐帶、中間環(huán)節(jié)。其用于協(xié)調(diào)各系統(tǒng)的運(yùn)作，及各系統(tǒng)間的信息數(shù)據(jù)交換。所有的數(shù)據(jù)管理、備份皆由PCAS完成，各管理系統(tǒng)僅作為PCAS的一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)模塊。進(jìn)而使ERP僅僅面向于一個(gè)接口（PCAS），而不是像以前一樣， ERP要承擔(dān)協(xié)調(diào)功能，面對(duì)多個(gè)不同的系統(tǒng)。
三、“智能”機(jī)器
“智能”機(jī)器，人們理所當(dāng)然認(rèn)為就是機(jī)器人取代人、現(xiàn)有的機(jī)器和設(shè)備。
不可否認(rèn)隨著科技的進(jìn)步，機(jī)器人將更加的“智能”，但可以確定是在可預(yù)見的時(shí)間內(nèi)，機(jī)器人不可能完全的取代人，更無(wú)望替換自動(dòng)化設(shè)備。機(jī)器人只將會(huì)“大規(guī)模”的應(yīng)用在各行各業(yè)的自動(dòng)化設(shè)備上。
我們?cè)诖罅Φ某珜?dǎo)研發(fā)“智能”機(jī)器，但什么樣的機(jī)器才叫“智能”機(jī)器呢？業(yè)內(nèi)缺暫無(wú)定論。個(gè)人認(rèn)為在短期之內(nèi)無(wú)法實(shí)現(xiàn)所謂“智能”機(jī)器的夢(mèng)想，只會(huì)促使現(xiàn)有的自動(dòng)化設(shè)備不停的更新、換代，不斷的、持續(xù)的提高設(shè)備的自動(dòng)化程度。所以“智能”機(jī)器這個(gè)夢(mèng)想不失為一個(gè)很好的“催化劑”，鞭策著工程技術(shù)人員、研發(fā)人員。
自動(dòng)化設(shè)備是由機(jī)、電、氣、液構(gòu)成，比喻為一個(gè)人：PLC/PAC就是大腦，電、氣、液就是肌肉，機(jī)械就是骨架。它們相互配合、協(xié)同運(yùn)作，實(shí)現(xiàn)既定的功能。若想使其更加的“智能”，那就像軍隊(duì)一樣，需要一個(gè)強(qiáng)而智慧的指揮官，即“PCAS”。而設(shè)備應(yīng)加強(qiáng)自身的“軍事素質(zhì)”，也就是自動(dòng)化程度更大。由這樣的“士兵”和“指揮官”組成部隊(duì)，才是我們需要的。
那什么樣的自動(dòng)化設(shè)備，才能更進(jìn)一步的符合“工業(yè)4.0”的要求呢？個(gè)人認(rèn)為應(yīng)從以下幾個(gè)方面改善、提高！
1、機(jī)械部分：設(shè)計(jì)應(yīng)趨于模塊化、標(biāo)準(zhǔn)化、簡(jiǎn)單化。需要同步、凸輪等功能時(shí)，盡量使用伺服同步、電子凸輪等伺服系統(tǒng)替換傳統(tǒng)的機(jī)械部件，減少?gòu)?fù)雜的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)。需要調(diào)節(jié)部分應(yīng)盡量采用伺服電機(jī)進(jìn)行自動(dòng)調(diào)節(jié)；手動(dòng)調(diào)節(jié)部分應(yīng)盡量使用編碼器進(jìn)行數(shù)值反饋提示；不可調(diào)節(jié)部分應(yīng)盡量使用快換方式的模具、工裝。
2、電氣液部分：應(yīng)參考相關(guān)國(guó)內(nèi)、國(guó)外標(biāo)準(zhǔn)；還應(yīng)考慮安全、防爆等標(biāo)準(zhǔn)。
3、程序部分：編寫方式應(yīng)符合PLCopen標(biāo)準(zhǔn)；進(jìn)行必要的軟性安全防護(hù)的程序編寫；設(shè)備信息、生產(chǎn)信息進(jìn)行分類、匯總，以便于數(shù)據(jù)采集。開放命令接口，以便MES系統(tǒng)對(duì)機(jī)器進(jìn)行控制。
4、人機(jī)交互部分：應(yīng)提供全面的設(shè)備、控制器、生產(chǎn)等信息。
“工業(yè)4.0”工廠不僅需要對(duì)自動(dòng)化設(shè)備進(jìn)行設(shè)備信息、生產(chǎn)信息的數(shù)據(jù)采集，還要實(shí)現(xiàn)對(duì)其進(jìn)行必要的控制。對(duì)自動(dòng)化設(shè)備而言也就是信息反饋，任務(wù)下行兩個(gè)功能。
四、“工業(yè)4.0”帶給設(shè)備供應(yīng)商的機(jī)遇
如前文所述，“工廠信息系統(tǒng)”中Level2和Level3之間存在一個(gè)中間層，完成兩級(jí)之間的數(shù)據(jù)交互。而就Level3（管理系統(tǒng)）來說，其不僅需要獲取Level2（設(shè)備/機(jī)器）的信息數(shù)據(jù)（設(shè)備信息、生產(chǎn)信息），還需要實(shí)現(xiàn)對(duì)Level2（設(shè)備/機(jī)器）的管理（命令控制）。即“信息反饋”，“任務(wù)下行”。
但在現(xiàn)行情況下，Level2（設(shè)備/機(jī)器）相對(duì)于Level3（管理系統(tǒng)）是處于“被動(dòng)式”的角色，不管是“信息反饋”，還是“任務(wù)下行“都要依靠中間層的“數(shù)據(jù)采集”軟件來輔助。
這就給生產(chǎn)廠家在構(gòu)建信息化工廠時(shí)，帶來很多問題。需要另行購(gòu)買“數(shù)據(jù)采集”軟件，導(dǎo)致額外的費(fèi)用支出。
主要是由以下原因?qū)е碌模?/p>
1、設(shè)備供應(yīng)商采用不同的控制系統(tǒng)（PLC/PAC等），提供不同的協(xié)議（數(shù)據(jù)）接口、不同的網(wǎng)絡(luò)接口。（信息反饋）
2、設(shè)備供應(yīng)商的設(shè)備數(shù)據(jù)（設(shè)備信息、生產(chǎn)信息）無(wú)法滿足標(biāo)準(zhǔn)接口需求，例如MES、EMS等定義的數(shù)據(jù)規(guī)范。（信息反饋）
3、一般設(shè)備供應(yīng)商開發(fā)的設(shè)備，并未考慮和MES、EMS等管理系統(tǒng)的對(duì)接，也就無(wú)法接受上層管理系統(tǒng)的控制命令。（任務(wù)下行）
4、設(shè)備的程序修改需要額外的資金、人力、時(shí)間的投入成本。（任務(wù)下行）
上述問題不是生產(chǎn)廠家導(dǎo)致，完全是現(xiàn)有“信息系統(tǒng)”構(gòu)建方式的弊端。而正因如此，這給設(shè)備供應(yīng)商帶來了很大的機(jī)遇。即將“信息反饋”、“任務(wù)下行”的功能融合在設(shè)備/機(jī)器里（Level2），給生產(chǎn)廠家?guī)韺?shí)惠！
更加自動(dòng)化的設(shè)備應(yīng)具備：信息反饋，任務(wù)下行之屬性。未來的自動(dòng)化設(shè)備將會(huì)有更加開放的、標(biāo)準(zhǔn)的、規(guī)范的數(shù)據(jù)接口，方便與上層管理系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)、命令的交互。既能“主動(dòng)式”將設(shè)備信息、生產(chǎn)信息拋送至上層管理系統(tǒng)（PCAS、MES、EMS等），又能接受上層管理系統(tǒng)的管理命令（設(shè)備的程序預(yù)留“管理命令“的接口）。
任務(wù)下行：即設(shè)備在編程開發(fā)時(shí)，就預(yù)留接受上層命令的接口，以便實(shí)現(xiàn)更加“智能“的管理。
結(jié)后語(yǔ)
“工業(yè)4.0”，“中國(guó)制造2025”正在激發(fā)我們?nèi)ジ淖儸F(xiàn)在，不管是生產(chǎn)廠家，還是系統(tǒng)、設(shè)備供應(yīng)商，皆應(yīng)抓住此契機(jī)，提高自己，改變世界。
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