在過去的30年里，大多數(shù)制造業(yè)的國際標準已經(jīng)高度成熟。然而，智能制造系統(tǒng)像長身體的孩子一樣迎風而起，使得原有一部分標準像是顯得過小的衣服，必須加以修訂。全新智能制造生態(tài)系統(tǒng)的若干領(lǐng)域，一經(jīng)識別和描述，那么新的標準和舉措，都變成了一種不容等待的呼叫。
在這樣一個當口，我們首先需要識別的是，背后是什么在發(fā)生根本性的變化?
1傳統(tǒng)的自動化層級被顛覆的
最引人注目的是，傳統(tǒng)自動化控制層級的變化。要想完整實現(xiàn)智能制造系統(tǒng)功能，必須替代傳統(tǒng)制造系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)中，那種基于金字塔分層模型的控制范式。CPS賽博物理系統(tǒng)，給出了一個基于分布式的新制造服務范式，這也稱為賽博物理生產(chǎn)系統(tǒng) (CPPS)。由于各種智能設備的引入，設備可以相互連接從而形成一個網(wǎng)絡服務。每一個層面，都擁有更多的嵌入式智能和響應式控制的預測分析;每一個層面，都可以使用虛擬化控制和工程功能的云計算技術(shù)。
有了這些能力，使用新的方法來控制跨層級的更廣泛的自動化操作就變?yōu)榱丝赡堋?/p>
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圖1：分布式服務使得自動化層級被分解
新的面向服務范式最終將智能制造系統(tǒng)轉(zhuǎn)換成一個完全連接和集成的系統(tǒng)，如圖2所示。除了在車間級別上對時序和安全要求非常嚴格的一些制造功能外，所有在這三個維度和制造金字塔內(nèi)部的制造功能都可以被虛擬化和被托管成服務。
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圖2：基于服務的智能制造系統(tǒng)
這個全新制造式的改變，需要我們打破多年來形成的控制分層的思維模式，而向全連接、分布式的智能制造系統(tǒng)去靠攏。2
智能制造的標準與
生態(tài)系統(tǒng)映射分析
現(xiàn)有的制造業(yè)標準遠遠不能滿足面向服務的智能制造生態(tài)系統(tǒng)。作為嗷嗷待哺的標準，包括：體系參考架構(gòu)、網(wǎng)絡安全、工廠聯(lián)網(wǎng)、供應鏈集成，以及數(shù)據(jù)從工廠車間到企業(yè)級的無縫傳輸。具體地說，在這些領(lǐng)域新的或改進的標準，仍然是瞄準智能制造的四大目標，提高敏捷性(A)、質(zhì)量(Q)、生產(chǎn)率(P)和可持續(xù)性(S)。借著美國國家標準院的這個提法，我們在此也需要謹慎地提醒讀者，新一代工業(yè)升級顯然是多目標的。有些認為工業(yè)4.0的目標就是大規(guī)模個性化定制生產(chǎn)，是過于偏頗的。在許多裝備制造業(yè)領(lǐng)域，定制生產(chǎn)并非第一選項。
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圖3：智能制造的四大目標
那么，到底需要何種技術(shù)，來支持何種功能?下表給出了智能制造體系的映射表。第一列表示新標準的機會領(lǐng)域。第二列顯示出新標準如何影響智能制造生態(tài)系統(tǒng)包括產(chǎn)品生命周期、生產(chǎn)系統(tǒng)生命周期、商業(yè)周期和智能制造金字塔(SPP)。第三列顯示了新標準對智能制造的能力支撐。這個表并不是完整的，而只是作為探索和討論智能制造標準起點的基礎要素。
智能制造體系的映射表
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以PLM/MES集成為例，產(chǎn)品生命周期數(shù)據(jù)如果能結(jié)合制造工藝數(shù)據(jù)，就可以對過程本身做一個更好的分析,在生產(chǎn)率、可持續(xù)性和質(zhì)量方面促進過程改進。例如，分析產(chǎn)品性能有時可以揭示在生產(chǎn)中的質(zhì)量問題。這是對CPS最為完美的闡述。
智能制造系統(tǒng)SMS的愿景之一就是，產(chǎn)品成為真正的生命體，本身可以包含歷史。每一個產(chǎn)品都有一個不間斷的自傳，如何、何時、何地被制造出來的。MTConnect研究所已經(jīng)開始研究這一類標準活動，完善產(chǎn)品的可追溯性。而大數(shù)據(jù)和云制造技術(shù)，則提供更多類型的先進分析和服務，從而使它們更容易被制造商訪問。
這張圖表最引人注意的地方就是，美國標準院非常肯定地強調(diào)，智能制造系統(tǒng)所有環(huán)節(jié)中，都涉及到了工業(yè)參考體系(reference architecture)，包括功能模型和體系架構(gòu)的定義——這也是筆者一直在呼吁的一個關(guān)鍵環(huán)節(jié)。只有有了高質(zhì)量的工業(yè)參考體系，企業(yè)內(nèi)部、外部包括供應鏈和用戶，才能真正將各種功能集成在一起。毫無疑問，“中國制造2025參考體系”是不能不看、不能不聽、不能不說的的攔路石。任何對參考體系的省略與忽視，都會讓我們在這次工業(yè)升級的起始元年(不妨定義在2015年)，在起跑線上留下了致命的伏筆。3工業(yè)升級的全球版本寫到這里，美國標準院NIST不無得意地聲稱，描述到的大多數(shù)標準領(lǐng)域已經(jīng)被擴展到智能制造系統(tǒng)功能。當然，NIST也注意到了全球范圍內(nèi)也出現(xiàn)了許多其他的戰(zhàn)略方向，但也只是略帶散漫地聲稱，“這些的技術(shù)變革趨勢，對上述標準和機遇也有各自的貢獻。”
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每個機構(gòu)都是只覺得自己的孩子最漂亮吧。NIST心不在焉地描述了別的工業(yè)方向和相關(guān)標準的發(fā)展。工業(yè)4.0?是的，工業(yè)4.0工作組建議以標準化和開放標準做為參考架構(gòu)是實現(xiàn)工業(yè)4.0的首要任務。
物聯(lián)網(wǎng)?在物聯(lián)網(wǎng)IoT領(lǐng)域，歐盟(EU)成立了多個項目開發(fā)物聯(lián)網(wǎng)參考模型和參考架構(gòu)。IoT@Work是歐盟另外一個項目，由西門子公司主導，致力于利用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在工業(yè)和自動化環(huán)境的應用。而在美國成立了工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)聯(lián)盟IIC。工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)連接所有可連的設備，通過大數(shù)據(jù)分析來提高效率。
賽博物理系統(tǒng)CPS?物聯(lián)網(wǎng)關(guān)注唯一的、可識別的、可聯(lián)網(wǎng)的物理對象，而賽博物理系統(tǒng)更為關(guān)注信息與物理本質(zhì)的結(jié)合和軟件控制系統(tǒng)“系統(tǒng)的系統(tǒng)”特征。美國標準院領(lǐng)導的公開工作小組正在為CPS的術(shù)語和參考體系結(jié)構(gòu)工作。4智能制造系統(tǒng)的結(jié)語為了實現(xiàn)智能制造的愿景，基于分層控制模型經(jīng)典的制造系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)范式必須要被替換。一種基于分布式制造服務發(fā)展的新范式已然在進化和演變。這一演變帶來的智能設備作為一個可以獲取的網(wǎng)絡服務，各個級別的嵌入式智能，預測分析和云計算技術(shù)。而所有這些技術(shù)都將依賴于標準。
本份報告提供了一個對智能制造的檢驗標準。包括用于集成和跨越三個制造生命周期維度——產(chǎn)品生命周期、生產(chǎn)系統(tǒng)生命周期和商業(yè)(企業(yè))生命周期。
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三個維度
為了研究現(xiàn)有標準和他們?nèi)绾慰梢詰糜谥悄?a href=http://www.yizongshi.cn/index.php?m=content&c=index&a=infolist&typeid=1&siteid=1&type=keyword&serachType=2&key=%E5%88%B6%E9%80%A0 style='color:#57A306' target='_blank'>制造，美國標準院定義了智能制造生態(tài)系統(tǒng)對分析現(xiàn)有標準和建立未來的智能制造標準需求的一致的上下文分析環(huán)境。在這個報告中，智能制造生態(tài)系統(tǒng)作為基礎進行分類和評估現(xiàn)有的標準，并識別出能夠促進智能制造系統(tǒng)實現(xiàn)的新標準活動領(lǐng)域。
現(xiàn)有的制造業(yè)標準不足以完全啟用智能制造，特別是在網(wǎng)絡安全領(lǐng)域、基于云制造服務，供應鏈集成和數(shù)據(jù)分析領(lǐng)域。
美國標準院確定了以下領(lǐng)域作為重點需要發(fā)展的領(lǐng)域，這是標準的全新興盛之地，包括智能制造系統(tǒng)參考模型和參考體系架構(gòu)、制造業(yè)物聯(lián)網(wǎng)(IOT)參考體系架構(gòu)、制造服務模式、M2M機器通訊、PLM/ERP/MES/SCM/CRM集成、云制造、可持續(xù)性制造、制造網(wǎng)絡安全等。
轉(zhuǎn)型的最終目的 -提質(zhì)降本增效
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