在這個模型中，智能結(jié)構(gòu)體通過感知和認(rèn)知形成意識，通過意識約束和指導(dǎo)行為，通過對行為能力和行為過程的總結(jié)用提煉形成經(jīng)驗，借助經(jīng)驗對未來的變化做出判斷和分析，并在更高的標(biāo)準(zhǔn)上優(yōu)化和提升自身的意識。

　二、工廠如何變得“智能”

讓工廠變得智能，就要把工廠變?yōu)橐粋€智能結(jié)構(gòu)體，就需要建立工廠的意識，協(xié)調(diào)工廠的行為，洞察工廠的數(shù)據(jù)。

(1) 建立工廠意識：邊緣計算與標(biāo)準(zhǔn)認(rèn)知

我們要讓工廠有意識，首先要建立對工廠物理世界的感知能力。這依賴于以操控技術(shù) (OT)為代表的自動化與工業(yè)協(xié)議的發(fā)展，它為我們用信號量來描述、感知和反饋物理世界提供了基礎(chǔ)，這其中包括了傳感器、PLC、以太網(wǎng)等技術(shù)在工業(yè)領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用。

物理世界的邊緣，基于OT的邊緣計算設(shè)備和工業(yè)軟件對現(xiàn)場作業(yè)的工業(yè)數(shù)據(jù)(包括環(huán)境數(shù)據(jù)、設(shè)備運行數(shù)據(jù)、產(chǎn)品數(shù)據(jù))進(jìn)行不間斷反饋，形成了對工業(yè)物理世界的感知。感知是客觀的，被動的。

我們要讓工廠有意識，還要建立對工廠物理世界的認(rèn)知能力。認(rèn)知是主觀的、能動的，是基于工業(yè)機理的，是更高層次上的意識。

弦動別曲，葉落知秋。通過感知與認(rèn)識的結(jié)合，建立一個面向產(chǎn)品生命周期的數(shù)據(jù)采集體系和標(biāo)準(zhǔn)認(rèn)知能力，才是智能制造的可靠基礎(chǔ)。前者通過工業(yè)軟件的整合和數(shù)據(jù)采集實現(xiàn)對產(chǎn)品生命周期數(shù)據(jù)的不間斷、低延時、準(zhǔn)確、可靠的反饋;后者通過數(shù)字化的模型對產(chǎn)品生命周期進(jìn)行描述，明確定義產(chǎn)品生命周期內(nèi)各個生產(chǎn)環(huán)節(jié)的技術(shù)經(jīng)濟指標(biāo)、生產(chǎn)工藝規(guī)范、設(shè)備運行參數(shù)以及操作規(guī)程等等，為我們評估性能、發(fā)現(xiàn)缺陷、預(yù)測故障、優(yōu)化生產(chǎn)作業(yè)流程提供標(biāo)準(zhǔn)和依據(jù)。

(2) 協(xié)調(diào)工廠行為：柔性生產(chǎn)與數(shù)字主線

在生產(chǎn)制造領(lǐng)域，所有的生產(chǎn)都是有意識的，都是基于市場需求的。無論是面向庫存生產(chǎn)還是面向訂單生產(chǎn)，產(chǎn)能都是面向市場的。通過銷產(chǎn)轉(zhuǎn)換和協(xié)同，拉直客戶與產(chǎn)品之間的路線，快速、柔性化地調(diào)配生產(chǎn)資源，保障低成本、高績效、高質(zhì)量的產(chǎn)品交付，是柔性生產(chǎn)的終極目標(biāo)。

這需要從價值鏈、產(chǎn)品鏈、設(shè)備鏈三個管道上對生產(chǎn)過程進(jìn)行科學(xué)有效地組織和管理。筆者以業(yè)務(wù)鏈為機體，產(chǎn)品鏈和設(shè)備鏈為兩翼繪制了一個業(yè)務(wù)信息化、制造數(shù)字化和裝備數(shù)字化的“大飛機模型”，如下圖所示：

在圖中，一是基于業(yè)務(wù)協(xié)同的價值鏈管道，以ERP為代表實現(xiàn)業(yè)務(wù)管理的信息化。從銷售訂單開始，全面管理生產(chǎn)計劃、原料供應(yīng)、生產(chǎn)制造、完工檢驗、交付分銷和售后服務(wù)一系列價值增值環(huán)節(jié)，實現(xiàn)業(yè)務(wù)過程的信息化，保障企業(yè)生產(chǎn)運營的有效組織和協(xié)同。

二是基于制造過程的產(chǎn)品鏈管道，以PLM+MES為代表實現(xiàn)制造數(shù)字化，從產(chǎn)品設(shè)計開始，對生產(chǎn)制造過程中的工藝數(shù)據(jù)、投入產(chǎn)出、能源消耗、過程質(zhì)量等制造數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)字化采集和分析。

三是基于設(shè)備運行的設(shè)備鏈管道，實現(xiàn)生產(chǎn)裝備的數(shù)字化運維和運行監(jiān)視。

從這三個管道的邏輯模型中，我們可以看到，人(業(yè)務(wù)、組織)、機(設(shè)備、產(chǎn)線)、物(物料、產(chǎn)品)在生產(chǎn)制造環(huán)節(jié)實現(xiàn)了數(shù)字化融合，產(chǎn)生了一條支撐柔性生產(chǎn)的數(shù)字主線。這條數(shù)字主線整合產(chǎn)品生命周期各環(huán)節(jié)，集成產(chǎn)品設(shè)計數(shù)據(jù)、計劃排產(chǎn)調(diào)度數(shù)據(jù)、人機料法質(zhì)制造數(shù)據(jù)、設(shè)備運行運維狀態(tài)數(shù)據(jù)，為建立柔性生產(chǎn)的數(shù)字化模型提供了全維度的數(shù)字化洞察。

(3) 洞察工廠數(shù)據(jù)：大數(shù)據(jù)分析與生產(chǎn)優(yōu)化

通過數(shù)字主線上業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)、制造數(shù)據(jù)特別是設(shè)備運行數(shù)據(jù)的采集和集成，形成不間斷的工廠大數(shù)據(jù)流，建立對生產(chǎn)運行的數(shù)據(jù)洞察，并反饋回業(yè)務(wù)運營里面去，實現(xiàn)生產(chǎn)的不斷優(yōu)化。比如設(shè)備維修計劃、預(yù)測能力的提升，質(zhì)量分析可靠性的提升、工藝流程和操作規(guī)范優(yōu)化以及產(chǎn)能利用率的提高等等。

三、智能工廠的基礎(chǔ)建模

工廠建模的目的是為了數(shù)字化、結(jié)構(gòu)化的描述和處理生產(chǎn)制造環(huán)節(jié)的各種信息，按照組織劃分的原則、業(yè)務(wù)協(xié)同的規(guī)則、數(shù)據(jù)統(tǒng)計的規(guī)則、物料(能源)平衡的原則等一系列共性規(guī)則和約束，將生產(chǎn)制造信息與物理世界聯(lián)系起來。

通過前面 “大飛機模型”的分析，我們知道，人(業(yè)務(wù)、組織)、機(設(shè)備、產(chǎn)線)、物(物料、產(chǎn)品)在生產(chǎn)制造環(huán)節(jié)實現(xiàn)了數(shù)字化融合，那么，工廠作為生產(chǎn)制造環(huán)節(jié)的主要承載者，其基礎(chǔ)建模也一定離不開這三部分，即業(yè)務(wù)組織建模、物理實體建模和產(chǎn)品工藝建模。

先說業(yè)務(wù)組織建模。業(yè)務(wù)組織是企業(yè)開展業(yè)務(wù)工作的基礎(chǔ)，也是評價業(yè)務(wù)績效的主體責(zé)任單元。有了工廠組織模型的定義，就可以按組織的維度洞察業(yè)務(wù)流程性能和制造過程績效。一般來說，工廠業(yè)務(wù)組織模型應(yīng)該包括一個樹形的生產(chǎn)組織架構(gòu)以及崗位人員、工作制度等基礎(chǔ)信息的定義。

再說物理實體建模。物理實體是對生產(chǎn)線、生產(chǎn)單元、生產(chǎn)節(jié)點等物理生產(chǎn)資源的抽象和描述。常見的物理實體建模有兩種方式，一種是自頂向下的切割式建模，以ERP為代表，一種是自底向上的裝配式建模，以MES為代表。

在ERP中，對物理生產(chǎn)資源的描述是高度抽象化的，它站在生產(chǎn)組織和業(yè)務(wù)管理的角度，向下透視，把物理生產(chǎn)資源切割成一個個工作中心，建立起計劃排產(chǎn)、生產(chǎn)統(tǒng)計和成本歸集的基本業(yè)務(wù)單元。

在MES中，由于管理的對象更加貼近實際生產(chǎn)資源，所以就更強調(diào)了物理建模的仿真性。它站在實際物理生產(chǎn)場景的角度，把一個個物理生產(chǎn)資源構(gòu)件化，然后再逐級向上裝配，最終形成一個工廠的物理模型。

以化工企業(yè)的工廠建模為例，首先在物理邊緣建立起與物理生產(chǎn)資源對應(yīng)的節(jié)點模型，如側(cè)線、罐、進(jìn)出廠點、匯流點、互供點、裝置界區(qū)節(jié)點、計量節(jié)點、庫位、能源節(jié)點等，再向上裝配形成物理界區(qū)模型，并在ERP與MES的對接處建立ERP工作中心與MES物理實體以及組織模型的映射，如下圖所示。

最后說產(chǎn)品工藝建模。工藝模型是產(chǎn)品付諸生產(chǎn)的具體行動方案和路線圖，用于定義產(chǎn)品生產(chǎn)的工序和步驟，是產(chǎn)品從原料到中間產(chǎn)品再到最終產(chǎn)品的形態(tài)變化過程，是生產(chǎn)平衡、能源平衡、物料平衡的統(tǒng)計模型和工程模型。

工序過程在生產(chǎn)單元上完成，不同工藝路線在相同工序上的工藝要求不同，形成不同工藝的工藝卡片，記錄工序上的投入、產(chǎn)出、能耗、工藝參數(shù)、作業(yè)步驟。

這樣，通過三個基本模型和模型間引用關(guān)系的定義和構(gòu)建，來完整描述智能工廠的數(shù)字主線，從而建立起智能工廠的數(shù)字化模型。

后面，筆者將在下半部分繼續(xù)分享智能工廠的高價值應(yīng)用與場景化以及智能工廠建設(shè)的一些思考，敬請關(guān)注。

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