现代智能工厂的关键信息技术及系统应用的研究

陈家才　邵博　汪文武

摘 要：智能工厂是现代制造企业机械化、自动化、信息化发展的高级阶段，建设智能工厂就是利用最新的传感技术、控制技术、网络技术等，对生产全周期的设备、材料、成本等进行实时监控和自动控制，帮助管理者合理地制订生产计划并控制生产进度，集绿色环保规划和新兴技术于一体，打造高效节能、绿色环保、环境舒适的现代化工厂。智能工厂的核心基础是各项信息技术。本文对建设智能工厂所需要的主要信息化技术和模型进行研究分析，并结合主流的应用系统进行介绍。

关键词：智能工厂；信息技术；系统

1 智能工厂的体现

1.1 制造管控可视化

将产品数据、生产材料管理、生产流程管控等信息通过生产专用网络实时传递至生产管理部门和企业管理者，使其可以全盘掌控制造过程，并可以在控管生产过程的同时，减少因系统故障造成的偏差。

1.2 系统监控全方位化

通过覆盖全生产环节的探测设备，系统可进行识别、分析、推理、决策以及控制功能，这类监控装置是制造自动化技术、信息技术和人工智能的深度结合。

1.3 制造绿色化

整个供应链中、上、下游厂商间从设计、采购、生产、制造、废弃物回收到再利用处理过程，生命周期的循环使产品形成绿色标准体系，更可以通过绿色

ICT执行标准的加值应用，延伸至全部供应链标准中的协同管理、绿色制程管理与智能环境监控等，使制造过程在符合绿色体系中最终在上、下游厂商与客户之间共同创造符合环保的绿色产品。

2 智能工厂的主要信息技术

2.1 智能识别、感知

仪器仪表的智能化是工厂智能化的基础，在各种设备的微处理芯片和控制单元里大量应用，运用进化计算、遗传演算法等技术，实现仪器仪表的自动化、智能化，如专家控制系统（expert control system，简称ECS）、模块控制器（FC-Fuzzy Controller）也称模块逻辑控制器（FLC-Fuzzy Logic Controller）。

2.2 控制系统网络化

目前，现代化工厂的控制设备、系统之间广泛采用嵌入式产品和网络化单元来实现信息实时传递，从而达到智能化、云端运算及存储的效果，并通过网络提供更完整的系统和服务。

2.3 工业无线技术

工业无线技术作为传统有线技术的延伸，其面向现场应用、短程、低速率的信息交互等特点，满足在全方位的工业生产流程中的广泛应用，多数仪表以及自动化产品会嵌入无线传输的功能。

3 智能工厂搭建模型

智能工厂的建设应充分考虑制造与信息流、价值链、产品全生命周期等过程因素的关系。其模型搭建思路应分为物理（控制）模型，信息模型，能量（能源）模型。

4 智能工厂的系统解决方案

在分析了智能工厂的技术和模型之后，承接的应用系统解决方案就比较清晰了，主要体现在信息采集过程、控制过程、智能防错等方面。

4.1 SCADA数据采集与监控系统

SCADA系统以传感器、监测探头、工控机为基础，对制造过程进行自动化控制与调度。系统可以对工厂的生产、物流、仓储设备数据进行收集，结合各应用系统的规则，反馈至设备进行控制，并实现配置变更、信号报警等各项功能。

4.2 AVI自动识别系统

AVI自动识别系统能够通过非接触的方式将生产中的产品信息自动写入电子标签中，并自动与主要的生产、制造系统进行实时同步，通过数据同步可以发布命令，以控制相关自动化设备完成相应的生产工序。

4.3 ANDON安卓系统

ANDON安卓系统作为一个生产过程中的故障呼叫系统，在各种离散式、连续式生产企业中应用非常广泛，包括上位监控、视频监控、生产数据采集分析和展示呼叫系统、生产线联动控制等。ANDON安卓系统的高度化集成，可以及时和准确采集整个车间的数据，同时数据的图像化可以使管理者在中控室了解所有的生产状况，通过数据的实时采集和存储，实现生产信息的完全透明化，从而迅速找到生产中的漏洞和不足，从而改进生产水平。

4.4 EMS能源管理系统

EMS能源管理系统的目标是通过建立数据通信网络，实现对能耗信息的自动监测，进而完成能源的实时管控，达到能源的稳定、安全、清洁使用，并逐步降低能源消耗值，进而降低生产成本。能源管理包括数据采集、数据发布和数据分析管理，实现公司能耗数据的实时采集，并在企业范围内实现数据的发布。

5 智能工厂的完成特征

智能工厂是智能工业的发展方向，完成一个智能工厂的建设主要体现在制造过程中的以下特征：

（1）系统具有自我学习能力。可采集与理解外界及自身的资讯，并以之分析判断及反馈到自身行为。

（2）整体可视技术的实践。结合讯号采集、预测判断、现实模拟及多媒体技术，将实际展示现实生活中的设计与制造过程。

（3）协调、重组及扩充特性。系统可依据工作任务内容重新组合现有功能形成最优组合，自行构成新的系统结构及加入功能模块重新组合。

（4）自我学习及维护能力。透过系统自我认知功能，在制造过程中充实已有的资料库，对不断变化的情景自动执行故障诊断，并具备对故障排除与维护，或通知对的系统执行的能力。

（5）人机共存的系统。人机之间具备互相协调的合作关系，在不同层次之间进行知识交流。

对现代化智能工厂的关键信息技术进行研究、应用，可以使企业尽快完成从传统制造到数字化、互联化、智能化制造的转变，实现实施创新驱动、战略创造价值的自身要求。

参考文献

[1]韩权利，赵万华.未来制造业模式——智能制造[J].机械工程师，2002，（1）：26-28.

[2]刘建萍，叶邦彦.智能制造的研究动态及其应用综述[J].上海大学学报（英文版），2004，8（z1）：129-133.

（作者单位：奇瑞汽车河南有限公司）