2012年德國政府制定并大力推行工業(yè)4.0,強(qiáng)調(diào)工業(yè)4.0的特征是工業(yè)2012年德國政府制定并大力推行工業(yè)4.0,強(qiáng)調(diào)工業(yè)4.0的特征是工業(yè)自動化自動化和信息的緊密結(jié)合,是建立在物理信息系統(tǒng)(即“CyberPhysicalSystem”,簡稱“CPS”)的基礎(chǔ)之上的,這就為智慧工廠的實(shí)現(xiàn)指明了一條具有現(xiàn)實(shí)可行性的途徑。德國專家和教授基于制造立國和制造強(qiáng)國的理念,把CPS運(yùn)用于生產(chǎn)制造,提出了CPPS,即信息物理生產(chǎn)系統(tǒng),智慧工廠就是以CPPS為模型進(jìn)行構(gòu)建的。 然而完善的智慧工廠不可能一蹴而就,而是一個漸進(jìn)發(fā)展的過程,最早實(shí)現(xiàn)的一定是基于目前的基礎(chǔ)而又朝著這個方向發(fā)展的初始階段。那么,什么是智慧工廠的支撐技術(shù)?生產(chǎn)制造過程又如何采用聯(lián)網(wǎng)嵌入式系統(tǒng)?
技術(shù)引領(lǐng)發(fā)展
工業(yè)4.0的目標(biāo)是生產(chǎn)制造系統(tǒng)的數(shù)字化和虛擬化、將虛擬工廠與實(shí)際的對象結(jié)合起來、全面的點(diǎn)對點(diǎn)的信息通信、自配置和自矯正的適應(yīng)能力以及使機(jī)器能集成人的作用。西門子工業(yè)領(lǐng)域首席執(zhí)行官魯思沃教授于2014年7月10日在北京的演講中指出,工業(yè)4.0的三大支柱是MES、虛擬與現(xiàn)實(shí)的結(jié)合和CPS,這也是智慧工廠的支撐技術(shù)。作為智慧工廠三大支撐技術(shù)之一的CPS,由美國科學(xué)家于2006年提出,則相當(dāng)于物聯(lián)網(wǎng)的另一種表述。與物聯(lián)網(wǎng)相比,CPS最顯著的特點(diǎn)是強(qiáng)調(diào)物理過程與信息間的反饋。
智慧工廠要實(shí)現(xiàn),最關(guān)鍵的是工業(yè)制造技術(shù)和工業(yè)自動化技術(shù),這是實(shí)現(xiàn)智慧工廠的必要條件。在智慧工廠的三大支撐技術(shù)中,MES的作用更加重要。近20年來,MES系統(tǒng)結(jié)構(gòu)大致經(jīng)歷了四個階段的演進(jìn)。第一代MES功能比較單一,按工業(yè)特定要求的應(yīng)用;第二代MES則集合了多種應(yīng)用軟件;第三代MES又納入了運(yùn)營管理平臺OMP;而第四代MES將是基于知識、基于優(yōu)化、基于指標(biāo)、基于數(shù)據(jù)、基于約束的,且具有實(shí)時、敏捷、柔性和可組態(tài)等特性。MES的發(fā)展趨勢是對各種軟件更加高效的整合,這也是MES所面臨的新挑戰(zhàn)。
當(dāng)前,制造廠的生產(chǎn)需求超過傳統(tǒng)MES的應(yīng)用。由于各種工廠IT軟件的運(yùn)行環(huán)境對應(yīng)了多種不同的數(shù)據(jù)模型、循環(huán)周期以及定義,我們很難對這些實(shí)質(zhì)上針對同一生產(chǎn)運(yùn)營過程、卻又分散得出的相關(guān)生產(chǎn)數(shù)據(jù)進(jìn)行匯總及分析,從而做出有助于提高效率的決策。首先一種高效的平臺應(yīng)該首先能夠?qū)ζ髽I(yè)決策提供可視性支持;其次,能夠涵蓋生產(chǎn)商所需的所有功能,并且將生產(chǎn)的方方面面統(tǒng)一起來,包括價值鏈、生產(chǎn)周期以及價值周期;最后,能夠?qū)蝹€或多個系統(tǒng)納入商業(yè)流程中,優(yōu)化生產(chǎn)線,實(shí)現(xiàn)公司目標(biāo)。
智慧工廠急需開發(fā)的關(guān)鍵技術(shù)主要有以下六個方面:第一,滲透在生產(chǎn)制造和管理各個環(huán)節(jié)的IT技術(shù)及其集成,包括工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)實(shí)踐技術(shù)、分布式云計(jì)算的工業(yè)實(shí)現(xiàn)、基于Web2.0的工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、物理信息融合系統(tǒng)的工業(yè)實(shí)踐;第二,垂直集成和橫向集成的工業(yè)信息技術(shù),包括基于互聯(lián)互操作的設(shè)備集成工業(yè)以太網(wǎng)整合技術(shù)、機(jī)器與機(jī)器之間的通信(M2M)、基于統(tǒng)一架構(gòu)(OPCUA)的垂直集成語義互操作性的實(shí)現(xiàn)技術(shù)等;第三,軟件技術(shù),包括面向分布式自動化的各類高效可靠的模塊化軟件開發(fā)平臺、應(yīng)用于分布式自動化中的SOA和多智能體系統(tǒng)的軟件技術(shù)等;第四,機(jī)電功能模塊的設(shè)計(jì)、開發(fā)和實(shí)踐;第五,下一代工業(yè)輔助系統(tǒng)技術(shù)和標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù),包括基于增強(qiáng)實(shí)境技術(shù)的先進(jìn)工業(yè)輔助系統(tǒng)、機(jī)器人和操作員協(xié)同等;第六,標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)。
逐漸升溫的工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)和大數(shù)據(jù)
近兩年物聯(lián)網(wǎng)在世界范圍內(nèi)逐漸升溫,歐美領(lǐng)先公司都在物聯(lián)網(wǎng)的工業(yè)應(yīng)用方向上投入了巨額資金,盡管打著各種旗號,但不論是IBM的“智慧地球”、CISCO的“萬物網(wǎng)”(internetofEverything)、GE的“工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)”,還是德國的工業(yè)4.0,無不將重點(diǎn)放在了開發(fā)工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)的解決方案及其業(yè)務(wù)模式上。2008年,工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)在中國政府主導(dǎo)下升溫,但并沒有在應(yīng)用上取得大的突破。從技術(shù)上看,物聯(lián)網(wǎng)炙手可熱,是因?yàn)樗枰募夹g(shù)基本上已經(jīng)或正在商業(yè)化,并不要求進(jìn)行實(shí)質(zhì)上的突破,且已經(jīng)建立了經(jīng)過深思熟慮的參考架構(gòu),頗具吸引力的應(yīng)用案例正在開發(fā)。例如,用物聯(lián)網(wǎng)把“數(shù)字操作纜”加入到現(xiàn)有的工業(yè)系統(tǒng)中的技術(shù)正在走向市場。
聯(lián)合國工業(yè)發(fā)展組織的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)顯示,我國是世界上工業(yè)門類最為齊全的國家。我國有超大的制造業(yè)生產(chǎn)能力,目前制造產(chǎn)值居于世界第一位,這為我國對工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)分析需求和發(fā)展?jié)摿?chuàng)造了巨大的機(jī)會。但是目前,業(yè)界對于工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)還不曾形成廣泛共識,從整體上看,業(yè)界對工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)與現(xiàn)實(shí)制造生產(chǎn)的距離方面存在爭議,沒有取得普遍的共識,業(yè)內(nèi)人士對其可行性和現(xiàn)實(shí)性也存有疑惑;同時,業(yè)界仍然在討論、探求利用工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)的新技術(shù)實(shí)現(xiàn)工業(yè)轉(zhuǎn)型和改造的成功途徑和方法。
《中國制造2015》規(guī)劃提出,我國制造業(yè)要從單純性生產(chǎn)型向服務(wù)型轉(zhuǎn)變。工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)和大數(shù)據(jù)分析正是面向服務(wù)型生產(chǎn)企業(yè)強(qiáng)有力的技術(shù)工具。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)和移動通信技術(shù)在我國起步不晚,有很多的積累和應(yīng)用,許多基礎(chǔ)設(shè)施和技術(shù)都可以為工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)提供便利。數(shù)據(jù)是經(jīng)過挖掘和前期處理的有用信息,而大數(shù)據(jù)又是許多小數(shù)據(jù)的集合,需要進(jìn)行全局的綜合優(yōu)化去指導(dǎo)和引領(lǐng)生產(chǎn)和市場活動,其中,能否提供高效有針對性的大數(shù)據(jù)分析非常關(guān)鍵。
物聯(lián)網(wǎng)常被看作是一種同質(zhì)化的實(shí)體,從更高的層次上看,物聯(lián)網(wǎng)可以細(xì)分為人用物聯(lián)網(wǎng)、商用物聯(lián)網(wǎng)和工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)。工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)集成了足夠多,且?guī)в袀鞲衅骱蛙浖奈锢頇C(jī)械裝置。在工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)中的設(shè)備和裝置之間的通信被處理為小數(shù)據(jù),當(dāng)小數(shù)據(jù)集結(jié)起來,他們便成為大數(shù)據(jù)的一部分。
現(xiàn)今物聯(lián)網(wǎng)處在一種較為無序的發(fā)展?fàn)顟B(tài),沒有一個得到各方面一致認(rèn)同的標(biāo)準(zhǔn)體系、標(biāo)準(zhǔn)網(wǎng)絡(luò)和標(biāo)準(zhǔn)接口。多種通信技術(shù)都在使用,市場上出現(xiàn)了許多嵌入式智能技術(shù)、傳感器和執(zhí)行元件,同時各種物聯(lián)網(wǎng)的研究和開發(fā)活動都還在進(jìn)行中。
廣泛而分散的領(lǐng)域都在按照各自特定的目標(biāo)和機(jī)會開發(fā)物聯(lián)網(wǎng)。譬如健康關(guān)懷、智能制造、智慧城市、物流、智能家居、智能能源、零售和智能運(yùn)輸。他們都有各自的要求,不過也有著一些共同點(diǎn)和共通之處。尋找不用領(lǐng)域中物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的共同和共通之處,就是我們下一步需要探索的工作。
SAP資深方案架構(gòu)師劉侃:SAP云智能ERP,賦能新制造
避免過度的、特別是不必要的客制化是一個重要思路,但同時我們也必須接受很多客制化和系統(tǒng)的異構(gòu)升級是不可避免的事實(shí),在這種情況下,我們怎么進(jìn)一步破解信息化系統(tǒng)越做越復(fù)雜、管理越來越難的問題?答案便是:解耦。
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