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中国“智”造的典范:德国智能工厂的建设路径

导读: 目前提高质量的关键因素是实现生产制造自动化,特别是工厂制造自动化。只有质量提高了,我们才能提高效率,通过有效的管理手段来实现流程执行的最优化。

  进入21世纪以来,信息与通信技术取得了突破性进展。 特别互联网技术的迅猛发展给社会和工业带来了深远的影响,2006年美国国家基金会(NSF)科学家Helen Gill提出了信息物理融合系统(Cyber-Physical System,简称CPS)概念,将网络化的世界与智能化物理世界融合起来。信息物理融合系统是集成计算、通信与控制于一体的下一代智能系统,是计算进程和物理进程的统一体。CPS 包含了无处不在的环境感知、嵌入式计算、网络通信和网络控制等系统工程,使物理系统智能化具有计算、通信、精确控制、远程协作和自适应功能。德国工业4.0将CPS运用到制造和物流的技术集成,通过与物联网及服务网的融合,进而产生了创新的工厂系统 -- 智能工厂( SmartFactory )。

  在工业 4.0 时代,每个工厂企业都将建立 “数字企业平台”,通过开放接口将虚拟环境与基础架构融为一体,从而形成生产制造模式变革为核心的网络物理融合生产系统(CPPS)。智能工厂系统完全不同于传统的工厂自动化系统。智能工厂采用面向服务的体系架构,它是人、机器与产品互联互通的一个智能网络。这一智能网络成为设计和制造智能工厂的理论基础。

  可以看出,CPS的通信网络系统采用了工业物联网技术;生产制造系统采用CPPS信息物理融合生产系统;传统的企业监控管理级成为了采用服务互联网提供的服务的安全可靠和可信的云网络。基于嵌入式Internet技术的P2M(产品对机器通信)以公共无线网络为接入手段,为客户提供产品到机器的通信解决方案,满足客户对生产过程监控、指挥调度、远程数据采集和测量、远程诊断等方面的信息化需求。P2M不是简单的数据在产品和机器之间的传输,它是生产制造之间的一种智能化、交互式通信,即使人们没有实时发信号,机器也会根据产品的信息主动进行通信,并根据所得到的数据经过大数据分析智能化地做出选择,对相关设备发出正确的指令。新型的工业控制以传统的自动控制金字塔为基础逐步实现智能化、远程化和实时化,通过IP网络支持以及泛在移动性的P2M通信提供了更佳的承载基础。按照Edward A. Lee教授的定义:“信息物理生产制造系统(CPPS)是计算过程和物理过程的集成系统,利用嵌入式计算机和网络对物理过程进行监测和控制,并通过反馈环实现计算过程和物理过程的相互影响。”基于CPS系统的智能工厂是一种网络型嵌入式系统,它将打破PC机时代建立的传统自动化系统的体系架构,从而全面实现分布式智能。

  德国推进智能工厂动因

  除了技术背景,德国政府实施智能工厂的主要原因,还是想将互联网技术、信息和通信技术集成到传统的制造业,以维持其全球市场领导地位,并为推广CPS技术和产品建立和培育新的市场,成为智能制造技术的主要供应大国。

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