智能印刷工厂系统模型-印刷智能工厂助力中国从印刷大国走向印刷...
王天宇+张金军+柏杉
摘 要：随着德国工业4.0、美国工业互联网和中国制造2025计划的提出，新一轮的工业改革拉开序幕。而传统的生产企业正面临各种的挑战，高污染、高能耗、低效率的生产模式早已不适合现在的生产要求，传统工厂升级为智能工厂成为未来的趋势，通过对智能工厂的架构分析与i5智能系统的说明，明确了i5智能系统对于智能工厂的搭建起到了促进作用，并展望未来会有大量的搭载i5智能系统的智能工厂兴起。
关键词：智能工厂；i5智能系统；云制造
中图分类号：TE96 文献标识码：A 文章编号：1671-2064（2017）10-0041-02
1 智能工厂的概念与新模式
1.1 建设智能工厂的战略意义
随着物联网、大数据和移动应用等新一轮信息技术的发展，全球化工业革命开始提上日程，工业转型开始进入实质阶段。推进以智能制造为核心的智能工厂建设，既是全球制造业发展的必然趋势，也是实现“中国制造2025”发展目标的主攻方向，是中国迈进世界强国大门的金钥匙。
而传统的生产企业正面临各种的挑战，高污染、高能耗、低效率的生产模式早已不适合现在的生产要求，具体表现为：现场库存居高不下，仓库与生产现场脱节；无法实现订单物料盘点；无法实现全面可追溯管理；工序流程无法实现防呆管控；人力成本过高，企业招工困难；设备生产咨询无法即时分析、处理；ERP无法管控生产过程；常出现错料重大品质事故等等。
既然企业面临诸多的困难和挑战，是否有一种方式可以突破目前的生产瓶颈呢？为了解决这个问题，中国版的工业4.0“中国2025规划”横空出世，将制造业分三步走实现制造强国。第一步到2025年，中国制造业迈入制造强国的行列，第二步到2035年，中国制造业整体达到世界强国中等水平。第三步到2045年，到建国100周年时，中国制造业综合实力迈入世界制造强国前列。要实现这一目标，智能工厂在制造业中起着决定性的作用。
智能工厂是在数字化工厂的基础上，利用物联网技术和监控技术加强信息管理和服务，提高生产过程可控性、减少生产线人工干预，以及合理计划排产。同时集智能手段和智能系统等新兴技术于一体，构建高效、节能、绿色、环保、舒适的人性化工厂。其本质是人机有效交互，它把制造自动化的概念更新，扩展到柔性化、智能化和高度集成化，从而为企业降低生产成本，缩短研制周期，实现批量定制化生产，其中包含了企业上层ERP资源计划管理，SFC生产底层控制和MES生产过程执行管理等。
1.2 智能工厂的系统架构
智能制造包含智能制造技术和智能制造系统，智能制造系统不仅能够在实践中不断地充实知识库，具有自学习功能，还有搜集与理解环境信息和自身的信息，并进行分析判断和规划自身行为的能力。
系统架构自下向上分为五层，其中：
（1）设备层：包括传感器、仪器仪表、条码、射频识别、数控机床、机器人等感知和执行单元；
（2）控制层：包括可编程逻辑控制器（PLC）、数据采集与监视控制系统（SCADA）、分布式控制系统（DCS）、工业无线控制系统（WIA）等；
（3）管理层：由控制车间/工厂进行生产的系统所构成，主要包括制造执行系统（MES），及产品生命周期管理软件（PLM）等；
（4）企业层：由企业的生产计划、采购管理、销售管理、人员管理、财务管理等信息化系统所构成，实现企业生产的整体管控，主要包括企业资源计划（ERP）系统、供应链管理（SCM）系统和客户关系管理（CRM）系统等；
（5）网络层：由产业链上不同企业通过互联网共享信息实现协同研发、配套生产、物流配送、制造服务等。
1.3 智能工厂的搭建思路
将这五层系统架构串起来，即是智能工厂。以数字化车间为方向的离散制造为例：在数字化车间中，车间/工厂总体设计、工艺流程及布局均已建立数字化模型，并进行模拟仿真，实现规划、生产、运营全流程数字化管理；采用三维计算机辅助设计（CAD）、计算机辅助工艺规划（CAPP）、设计和工艺路线仿真、可靠性评价等先进技术；产品信息能够贯穿于设计、制造、质量、物流等环节，实现产品的全生命周期管理（PLM）；建立了生产过程数据采集和监视控制系统（SCADA），能充分采集生产现场信息，并与车间制造执行系统实现数据集成和分析；建立了制造执行系统（MES），实现全过程闭环管理，并与企业资源计划管理系统（ERP）集成；建立了车间级的工业通信网络。利用云计算、大数据等新一代信息技術，在保障信息安全的前提下，实现经营、管理和决策的智能优化。
了解了搭建智能工厂的大致步骤还不够，一些基础问题不能解决，还是不能实现真正的智能制造。而车间底层控制是智能工厂的基础，如何将车间底层控制做好是搭建智能工厂的关键，这就要提到沈阳机床集团自主研发的i5智能机床操作系统。
2 i5智能机床操作系统的优势
i5智能数控系统不仅是机床运动控制器，同时还是工厂网络的智能终端。i5智能数控系统不仅包含工艺支持、特征编程、图形诊断、在线加工过程仿真等智能化功能，同时还实现了操作智能化、编程智能化、维护智能化和管理智能化。如图1所示。
2.1 i5系统的智能化优势
i5数控系统的智能化表现以下几方面：
（1）操作智能化。可通过触摸屏来操作整个系统，机床加工状态时的数据能实时同步到手机或平板电脑，象征着用户“指尖上的工厂”，不论用户在哪里，一机在手即可对设备进行操作、管理、监控，实时传递和交换机床的加工信息。
（2）在线加工仿真。在线工艺仿真系统能够实时模拟机床的加工状态，实现工艺经验的数据积累。进一步可以快速响应用户的工艺支持请求，获得来自互联网上的“工艺大师”的经验支持。
（3）智能补偿。集成有基于数学模型的螺距误差补偿技术，能使i5智能机床达到定位精度5μm，重复定位精度3 μm。
（4）智能诊断。传统数控系统在诊断上反馈的是代码，而i5数控系统反馈的是事件，它能够替代人去查找代码，帮助操作者判断问题所在；可对电机电流进行监控，给维护人员提供数据进行故障分析提供帮助。
（5）智能车间管理。i5数控系统与车间管理系统（WIS）高度集成，记录机床运行的信息，包括使用时间、加工进度、能源消耗等，给车间管理人员提供定单和计划完成情况的分析；还可以把机床的物料消耗、人力成本通过财务体系融合进来，及时归集整个车间的运营成本。
2.2 i5系统的信息化、网络化特点
在互联网条件下，i5数控系统不仅能够实现机床与机床的互联，还是一个能够生成车间管理数据、并与有关部门进行数据交换的网络终端。通过制造过程的“数据透明”，实现制造过程和生产管理的无缝连接。这不仅为了方便加工零件，同时产生服务于管理、财务、生产、销售的实时数据。实现了设备、生产计划、设计、制造、供应链、人力、财务、销售、库存等一系列生产和管理环节的资源整合与信息互联，减少浪费，提高效率。
在数控系统提供“透明”数据的情况下，需要与商业模式相配合的云端平台和云端应用。以沈阳机床集团旗下的iSESOL（i-Smart Engineering & Services On-line，是智能云科公司研发的云制造平台）平台为例，通过i5智能机床的在线信息，iSESOL打造了一套云端产能分享平台（图2），用户可以将闲置产能公示于iSESOL产能平台，有产能需求的用户无需购买设备即可快速获得制造能力，通过这种方式产能提供方可以利用闲置产能获得收益，产能需求方可以以较低的成本获得制造能力，双方通过分享获得利益最大化。这种制造能力的分享模式将会极大地改变制造业的组织形式，并且充分挖掘社会闲置制造资源，从闲置资源中获得利益最大化。在这样的模式推动下，传统的买卖将会越来越少，甚至消失。不难看出，这一看似微小的变化将能够引发整个制造方式的改变。无疑，这种模式将会成为制造业互联网+的一个重要形式。
2.3 基于iSESOL平台的智能工厂应用框架
基于iSESOL平台的智能机床互联网应用框架（如图3所示）。所有的i5智能设备通过iPort协议接入iSESOL网络，非i5的设备（如OPC UA终端或者MTConnect终端）可以通过iPort网关接人iSESOL网络。类似ERP、MES、远程看板等云端的APP应用通过iSESOL聚合的实时数据和访问接口实现对远程设备的统一访问。iSESOL提供针对不同设备的数据字典映射统一不同设备的访问方式，云端APP只需通过标准的服务或者参数命名即可订阅各类事件和数据信息，实现统一的设备访问。最终用户可以通过不同的终端安装APP实现对设备的各类互联网应用。
3 结论与展望
通过前文的分析，不难看出，i5智能系统提供了整個车间底层控制的完整规划，是实现智能工厂的基础。它编织了车间网络化管理平台，将生产详细信息资料集中管理保存，它整体化地跟踪和管理生产人员所关心的主要生产过程，实时采集生产底层的各种加工数据并加以统计和分析。这一革命性的系统使得运行车间的工作变得更加简单，有效和有力，并重新定义了整个生产车间的自动化。与数据分摊式的半自动化系统对比起来，i5智能系统是完全的集成系统，它可以共享智能工厂的加工数据，为需要设备加工的每一个客户提供了最新的生产数据，相信不久以后，国内就会建起几十甚至上百个搭载i5智能系统的智能工厂。
参考文献
[1]黄云鹰，朱志浩，樊留群.“互联网+”背景下数控系统发展的新趋势[J].制造技术与机床，2016（10）：49-52，57.
[2]张曙.智能制造与i5智能机床[D].上海：同济大学，2017.
