2024智能工廠信息系統(tǒng)架構(gòu)與信息流通用模型

智能工廠信息系統(tǒng)架構(gòu)與信息流通用模型引言目前，在國(guó)家政策引領(lǐng)下，軌道交通行業(yè)正在逐步深化智能制造技術(shù)的研究與應(yīng)用，也建設(shè)了一大批智能制造樣板線和示范線，如中車(chē)青島四方的高速動(dòng)車(chē)組關(guān)鍵零部件智能制造生產(chǎn)線、株洲中車(chē)時(shí)代電氣的8英寸IGBT智能制造與數(shù)字化工廠等，有效提升了企業(yè)智能制造技術(shù)水平。但是，目前還沒(méi)有關(guān)于智能工廠的規(guī)范化標(biāo)準(zhǔn)體系，缺乏公認(rèn)的智能工廠體系架構(gòu)參考模型、對(duì)智能工廠邊界范圍的明確界定，以及對(duì)智能工廠構(gòu)成和數(shù)據(jù)流的清晰描述[1]，無(wú)法支撐軌道交通行業(yè)智能工廠建設(shè)和推廣應(yīng)用。新時(shí)代下的軌道交通行業(yè)與傳統(tǒng)離散制造工業(yè)相比，其制造工藝過(guò)程相對(duì)復(fù)雜，原材料及零部件品種多，來(lái)源及物料特性多樣[2]。因此對(duì)智能工廠信息系統(tǒng)的信息集成及信息流要求更高。從生命周期活動(dòng)上可以劃分為設(shè)計(jì)活動(dòng)、經(jīng)營(yíng)管理活動(dòng)、生產(chǎn)活動(dòng)；按照信息技術(shù)在企業(yè)科研生產(chǎn)全過(guò)程的各個(gè)功能活動(dòng)中對(duì)應(yīng)的應(yīng)用層次、范圍和階段，可以將信息技術(shù)從功能上劃分為數(shù)字化設(shè)計(jì)技術(shù)、數(shù)字化制造與測(cè)試技術(shù)、數(shù)字化管理技術(shù)等。由于缺少智能工廠信息系統(tǒng)架構(gòu)與信息流模型，導(dǎo)致軌道交通裝備制造年版)》[3]，緊密結(jié)合軌道交通行業(yè)的共性特征以及對(duì)智能化工廠的共性需求，選取軌道交通行業(yè)中相對(duì)更為復(fù)雜的電子器件制造過(guò)程，對(duì)該行業(yè)智能工廠的信息系統(tǒng)系架構(gòu)進(jìn)行了規(guī)范定義，建立具有行業(yè)普適性的智能工廠信息系統(tǒng)架構(gòu)和信息流參考模型，用于指導(dǎo)智能化工廠的建設(shè)、運(yùn)行和管理。智能工廠信息系統(tǒng)架構(gòu)智能工廠運(yùn)行主流程如1所示，軌道交通企業(yè)的電子器件生產(chǎn)一般都屬于按訂單生產(chǎn)、用戶定制產(chǎn)品的生產(chǎn)模式?？蛻粝逻_(dá)訂單至制造企業(yè)后，制造企業(yè)首先根據(jù)用戶產(chǎn)品需求完成產(chǎn)品的總體設(shè)計(jì)，包括結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、電路(IPMT)確認(rèn)后才能生效。(包含用戶指定件)Figure1.Theoperationprocessofelectronicdevicemanufacturingenterprises圖1.電子器件制造企業(yè)運(yùn)行流程信息系統(tǒng)架構(gòu)參考模型如2所示為電子器件制造工廠信息系統(tǒng)架構(gòu)參考模型，包括智能化設(shè)計(jì)、智能化經(jīng)營(yíng)、智能化制造和智能化裝備四部分組成。其中底層為企業(yè)制造大數(shù)據(jù)和網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)；智能化設(shè)計(jì)為智能工廠所有活動(dòng)的提供數(shù)據(jù)源；智能化經(jīng)營(yíng)是銜接前端設(shè)計(jì)和下游制造的中間階段，主要負(fù)責(zé)計(jì)劃管理；智能化制造負(fù)責(zé)執(zhí)行生產(chǎn)計(jì)劃，控制智能裝備；智能化裝備作為執(zhí)行終端，負(fù)責(zé)指令的執(zhí)行和數(shù)據(jù)反饋。Figure2.Referencemodelofintelligentfactoryinformationsystemarchitecture圖2.智能工廠信息系統(tǒng)架構(gòu)參考模型制造物聯(lián)系統(tǒng)架構(gòu)參考模型制造物聯(lián)是智能工廠運(yùn)行的基礎(chǔ)，是信息獲取和交互的載體。制造物聯(lián)通過(guò)使用各種感知技術(shù)與網(wǎng)絡(luò)技術(shù)構(gòu)建現(xiàn)代制造物聯(lián)網(wǎng)絡(luò)，對(duì)制造過(guò)程數(shù)據(jù)進(jìn)行全面感知、可靠傳遞、智能處理，從而實(shí)現(xiàn)制造中的“物–物”相聯(lián)、“人–物”相聯(lián)以及“人–人”相聯(lián)[3]。如3所示，電子器件制造智能工廠的制造物聯(lián)系統(tǒng)架構(gòu)參考模型包括感知層、傳輸層和數(shù)據(jù)層，F(xiàn)igure3.ReferencemodelofInternetofThingssystemarchitectureforintelligentfactory圖3.智能工廠智造物聯(lián)系統(tǒng)架構(gòu)參考模型智能工廠信息分類(lèi)與集成信息分類(lèi)如圖4所示，電子器件制造智能工廠信息包括設(shè)計(jì)信息、制造測(cè)試信息、經(jīng)營(yíng)運(yùn)作與管理信息等。Figure4.Informationclassificationandintegrationarchitectureofintelligentfactory圖4.智能工廠信息分類(lèi)與集成架構(gòu)設(shè)計(jì)信息主要依據(jù)客戶需求和工程需求生成產(chǎn)品模型以及初始BOM數(shù)據(jù)，為后續(xù)的工程設(shè)計(jì)、工藝分析、產(chǎn)品制造以及產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理、企業(yè)資源規(guī)劃等提供數(shù)據(jù)來(lái)源，是產(chǎn)品研發(fā)過(guò)程中最為重要的一環(huán)[5]。目前的發(fā)展趨勢(shì)是采用全三維數(shù)字化定義，并以三維模型為核心實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)與制造過(guò)程的協(xié)同。工藝信息工藝信息是連接產(chǎn)品設(shè)計(jì)與制造的橋梁，是整個(gè)制造系統(tǒng)中的重要環(huán)節(jié)，對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量和制成成本具有極為重要的影響[6]?！贑APP環(huán)境下，完成檢索標(biāo)準(zhǔn)工藝文件；——選擇加工方法；——安排路線；——選擇機(jī)床、刀具、量具、夾具等；——選擇裝夾方式和裝卡表面；優(yōu)化選擇切削用量；——計(jì)算加工時(shí)間和加工費(fèi)用；——確定工序尺寸和公差及選擇毛坯；——繪制工序圖及編寫(xiě)工序卡等功能。制造信息如圖5所示，制造環(huán)節(jié)的信息技術(shù)主要體現(xiàn)在三個(gè)層面：——硬件環(huán)境建設(shè)(物理層)CAD技術(shù)、PDMERPCAD，其輸出信息主要提供制造執(zhí)行環(huán)節(jié)支持。——制造執(zhí)行層。涵蓋了產(chǎn)品開(kāi)始投產(chǎn)到完成產(chǎn)品生產(chǎn)階段的車(chē)間作業(yè)計(jì)劃及調(diào)度、生產(chǎn)信息跟蹤采集及處理、生產(chǎn)質(zhì)量控制及績(jī)效分析等應(yīng)用領(lǐng)域。制造執(zhí)行系統(tǒng)(MES)是通過(guò)信息的傳遞，將企業(yè)上MES起到了承上啟下的核心作用[7]。Figure5.Maincontentofmanufacturingactivities圖5.制造環(huán)節(jié)的主要活動(dòng)內(nèi)容信息集成CAD/CAPP/CAMPDM集成接口從信息技術(shù)的角度看，產(chǎn)品的設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)過(guò)程是一個(gè)產(chǎn)品信息產(chǎn)生、處理、交換、管理的過(guò)程，企業(yè)CAD/CAPP/CAMCADCAPPCAM的集成，也就是實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品設(shè)計(jì)和工程設(shè)計(jì)內(nèi)部等信息的整體集成，并在分布式數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)和計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的支持下，實(shí)現(xiàn)與制造領(lǐng)域等外部技術(shù)的信息集成。PDM統(tǒng)一管理與產(chǎn)品有關(guān)的全部信息，在該架構(gòu)下，CADCAPPCAMPDM3C集成。ERP、MES與車(chē)間現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控之間集成ERP、MES與車(chē)間現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控之間集成為了較為清晰地表述企業(yè)信息化中經(jīng)營(yíng)運(yùn)作與管理(ERP為代表)、數(shù)字化設(shè)計(jì)和數(shù)字化制造之間的集成關(guān)系，6ERPMES、生產(chǎn)控制層之間的數(shù)據(jù)信息流動(dòng)關(guān)系。MES作為中間環(huán)節(jié)連MRP/ERP和底層生產(chǎn)控制之間的信息交互內(nèi)容。Figure6.InformationinteractionandintegrationmodelofERPandMES圖6.ERP與MES信息交互集成模型信息流定義如2和3所示智能工廠信息系統(tǒng)和制造物聯(lián)架構(gòu)，由于業(yè)務(wù)關(guān)聯(lián)，各功能模塊之間存在復(fù)雜的數(shù)據(jù)流關(guān)系，本節(jié)對(duì)該信息流進(jìn)行規(guī)范化定義。企業(yè)日常業(yè)務(wù)實(shí)踐中，在進(jìn)行企業(yè)信息系統(tǒng)建設(shè)與集成方案規(guī)劃時(shí)，可參考此信息流定義，得出具體應(yīng)傳輸數(shù)據(jù)、數(shù)據(jù)的收發(fā)方的確定、系統(tǒng)間接口規(guī)范等。工藝信息流工藝信息流：ERPPLM；PLMBOMBOMERP，ERP傳給下游；將工藝資源，如工裝治具、DNCMES；DNCMESCNCPLM，協(xié)助工藝改進(jìn)。計(jì)劃信息流計(jì)劃信息流：ERP生成主生產(chǎn)計(jì)劃，APSCNC設(shè)備、自動(dòng)化物料配送等資源能力約束，生成集成化的車(chē)間加工生產(chǎn)計(jì)劃；ERP；MESERP的派工計(jì)劃，進(jìn)行生產(chǎn)資源協(xié)調(diào)，并下發(fā)給智能化裝備進(jìn)行生產(chǎn)。物料信息流物料信息流：PLM(PDM)ERP；ERP里獲取物料盤(pán)點(diǎn)和采購(gòu)計(jì)劃信息；將物料配送、物料出/MES、ERP連接；通過(guò)底層的智能化裝備實(shí)現(xiàn)物料信息的收集與物料配送執(zhí)行，實(shí)現(xiàn)物料管理的閉環(huán)管理。質(zhì)量信息流質(zhì)量信息流：PLMMESSCADA下發(fā)給質(zhì)檢設(shè)備；SCADAMES；PCT進(jìn)行質(zhì)量記錄和分析。執(zhí)行反饋信息流執(zhí)行反饋信息流：SCADA系統(tǒng)采集監(jiān)控；MES、ERP等系統(tǒng)集中管理；MES、ERP將采集的信息反饋到各業(yè)務(wù)單元，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過(guò)程的閉環(huán)管理。結(jié)論智能工廠的運(yùn)行與管理依賴(lài)于各種信息的集成與交互，信息流模型是信息交互的基礎(chǔ)。智能工廠信息流模型是