自從德國工業4.0和中國製造2025的概念被提出後，圍繞着製造業的升級和改造，各種實踐也層出不窮。如何通過信息物理系統（CPS）形成一個智能網絡，使得機器、工作部件、系統以及人類通過網絡持續地保持數字信息的交流；如何構建一條數字化生產線、一個數字化車間、一座數字化工廠；如何在數字化工廠運行過程中，採集數據、對海量的數據進行存儲、分類、提取、分析和優化，爲決策者作出決策提供有力的數據支持。
智能製造融合了大數據分析、機器人技術、虛擬仿真、工業物聯網、網絡安全、增材製造等核心技術。本文力圖提煉出一條智能製造的通用實施路徑，從產品全生命週期的角度出發，整個智能製造的實施路徑分爲產品設計、數字化工廠規劃、生產工程、生產執行和增值服務5大環節。
一、產品設計
智能製造在產品設計中的重要作用之一是重新定義了產品模型和數據交換標準，使智能化產品設計在價值鏈上的不同部門不同用戶之間能夠進行完整、精確、及時的數據交換，通過一致性的產品模型，數據集成和提取更加安全，舉例說明：A工程師使用Siemens的NXPLM軟件、B工程師使用達索的Catia、C工程師使用Autodesk的Inventor，各自相互很難呼喚使用。但隨着ISO10303的誕生，使得A、B、C三個工程師之間都能看懂相互之間的設計。
值得一提的是，ISO10303-242的基於模型的3D系統工程非常有價值，該標準廣泛應用於航空航天，汽車等廣泛行業中的製造商和其供應商。該標準主要內容包括產品數據管理PDM，設計準則，關聯定義，2D製圖，3D產品和製造信息等。參考國際通用的產品設計標準，能提高智能化產品設計過程中數據交換和使用的效率，形成一致性的產品模型，保障信息與數據的安全性。
二、數字化工廠規劃
當產品設計的雛形完成之後，智能製造要考慮的下一個步驟便是數字化工廠規劃。所謂的數字化工廠規劃就是生產者考慮如何搭建一個數字化工廠來生產第一階段所定義的產品。參考國際標準IEC62832，可以按部就班地搭建數字化工廠。IEC62832標準中描述的生產系統生命週期中，數字化工廠的數據被不同的活動增加、刪除、更新，所以建立數字化工廠的第一個步驟就是要將工廠中所用到的每一個設備的屬性根據IEC標準屬性庫進行數字化；第二步要建立各個設備間的關聯關係，關聯關係分爲組成關係和功能關係。第三步將設備的地理位置信息添加到數字工廠數據庫，明確IP級別和是否爲爆炸保護區；最後一步建立產品全生命週期中工具與數據庫之間的信息交換。
（1）靜態生產線——>動態生產線；
（2）MES功能侷限——>MOM涵蓋價值鏈全流程；
（3）員工工種單一——>更好的人機協作；
（4）無法滿足個性化定製要求——>滿足定製化需求。
三、生產工程
生產過程利用自動化系統和工程定義控制架構、信息從下至上的傳遞方式，機器與機器，機器與上位機之間的通信方式，是將數字化工廠從規劃到落地的一個關鍵階段。傳統的工業自動化技術與IT技術的融合形成了目前較爲通用的5層企業垂直架構。在5層架構中：數據的請求或是事件驅動、或是循環發送，這都是響應上一級設備或軟件系統的請求，下一級則總是充當服務者或響應者。譬如HMI可向PLC請求發送其狀態，或者向PLC下達一個新的生產配方。完成的過程是將傳感器的電信號轉換爲數字形式，然後由PLC賦以時間戳，再把信息傳送至MESIT層，以進一步提供相關服務。
隨着智能製造和大數據時代的到來，新的以信息物理融合系統（CPS）爲基準的自動化架構已逐顯雛形。在新型架構中，多層級的嚴格分隔和信息流的自上而下的方法將會軟化和混合。在一個智能的網絡中，每個設備或者每個服務都能自動的啓動與其它服務的通信。各種服務（例如生產調度）自動訂閱所需的實時數據，傳感器數據通過OPC-UA等安全可靠的通信協議直接發送到雲中。這一新型自動化架構帶來的重大改變是：除了對時間有嚴格要求的實時控制和對安全有嚴格要求的功能仍然保留在工廠層以外，所有的製造功能都將按產品、生產製造和經營管理這三個維度虛擬化，構成全鏈接和全集成的智能製造生態系統。
四、生產執行
當數字化工廠落地之後，智能化生產將有條不紊地生產第一階段設計的產品。數字化工廠的落地並不意味着智能製造的結束，而是意味着智能製造從規劃到落地，進入到信息收集、處理、分析、決策的新階段，我們稱其爲生產執行階段。在信息化等級較高的企業或工廠中，往往製造執行系統（MES）得到廣泛的應用，企業利用MES系統進行生產訂單管理、通過生產數據採集和分析進行質量管理、設備管理、生產追溯與物料管理，並最終生成生產統計分析及報表管理。然而隨着企業製造的複雜化程度提升，從傳統的單一的品種大批量到現在的多品種小批量，以及生命週期變得越來越短，設計變得越來越複雜，於是就催生了更多的功能的軟件的需求，此時MES已經不能滿足客戶的多種需求。
在智能製造的技術支撐下，MES系統慢慢向製造運營管理系統（簡稱MOM）過渡。MOM不僅包括MES，也包括EAM企業資產管理，LEAN精益，QMS質量管理系統，APS高級排產系統，EH&S環境衛生與安全等，是一個集成的軟件平臺，向上連接PLM軟件，向下連接工控及自動化系統，起到了鏈接PLM與自動化的橋樑作用。此外，MES是車間級的或者是工廠級的，服務於企業管理的一個“孤島”，MOM是延伸到上下游產業鏈，聯用戶、聯外部資源商的集成的製造運營管理系統，是企業間的連接。
五、增值服務
當數字化工廠中的各條智能流水線已經可以正常運行，我們是否可以高枕無憂地宣告智能製造的工作結束了呢？答案當然是否定的，數字化工廠中的每一臺設備都有着一定的生命週期，一旦某個核心設備出現故障，將面臨着停線停產的風險，智能製造的另一大作用體現在其最後一個路徑也是智能製造的最高境界：增值服務。增值服務利用大數據和雲計算技術提供基於數據的增值服務，例如預防性維護。工業環境中廣泛會用到工業機器人，工業機器人的常見故障有：伺服焊槍斷裂、電纜斷裂、接線鬆動、減速機故障等。
爲了避免這些故障發生，提前監控與預測，可添加智能傳感器對振動，電流等關鍵參數進行監控。將監測的機器人設備的數據進行採集，通過現場總線和無線通信等技術將數據收集保存在IOT網關，然後上傳到雲端，通過大數據服務器和大數據分析軟件，對監控機器人的狀態進行預防性維護，如有超過設定警戒值或閾值的異常現象，可通過郵件、短信和可視化界面的形式告知，從而大大降低維修資源和停機時間，提高設備OEE。
隨着產品設計的標準統一、數字化工廠建設的步驟規範和設備/數據庫的全面關聯、新型自動化架構對於工廠各個層級的全面打通、MES向運營管理系統的全面升級以及數字化技術對於新型增值服務的助推，以往製造業相對孤立的各個環節被連接起來，信息“孤島”被消除。理解環環相扣的智能製造實施路徑和5大階段，將更好地滿足企業定製化生產的需求和提高運營效率，明確各個部門的主要職責和跨部門間的合作，爲廣大企業提升智能製造的核心競爭力提供了一條具體的實施路徑。
慧都智能製造介紹
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