轻装配智能制造系统框架及管控模式解析

赵宏伟

摘 要：对于制造企业来说，轻装配生产所占的比例逐年增加，企业需要根据订单进行器件的生产，但是因为订单的不同，导致企业生产线在批量生产方面存在一定的问题，这就要求企业制定轻装配智能制造管控系统，提高生产效率。本文首先介绍了轻装配智能制造系统的框架，然后阐述了系统的管控模式，最后将中空玻璃生产线作为研究对象，基于生产线的管控目标，对中空玻璃生产线的管控模式进行了分析，意在为相关研究提供参考。

关键词：轻装配；智能制造系统；管控模式

中图分类号：TP391 文献标识码：A 文章编号：1671-2064（2018）12-0011-02

制造业的发展对制造企业提出了更高的要求，制造流程需要具备较高的柔性；生产规划以及生产调度需要快速响应；还需要实现生产管理的全面管控，这些要求的实现需要智能制造管控系统的支持。对制造企业而言，轻装配的生产更需要智能制造管控系统的支持。因此，本文选择轻装配作为研究对象，对智能制造系统框架及其管控模式进行分析研究。

1 轻装配智能制造系统框架

1.1 系统框架的组成

本文将融合CM-CPS技术的轻装配智能制造系统为例进行系统框架以及管控模式的分析。该系统的框架主要是LAMIS架构，因为LAMIS可以促进制造技术和智能方法的有机结合，还能够满足生产需求以及生产标准。基于LAMIS架构构建的系统具备较强的感知能力、执行能力以及管控能力，可以对制造过程进行闭环控制。具体而言，该系统的框架包括以下几个部分：

第一，物理层。物理层主要包括企业开展智能制造活动应用的所有物理设备，比如，智能自动化传输设备、智能制造单元、传感器设备、数控设备以及机器人等，在系统的支持下，所有物理设备都可以进行自主信息交换，单独作为智能制造过程的子CPS单元。

第二，网络层。网络层主要是指用于可靠互联信息传输以及异构设备操作信息传输的基础设施，这些基础设施构成了工业互联网，该互联网能够全面覆盖智能工厂。具体而言，基础设施是指工业网管、有线工业互联网、通信协议以及芯片和通信模块等。

第三，智能管理層。智能管理层主要是指制造执行系统以及过程控制系统。其中，制造执行系统主要负责车间的生产管理，通过智能决策算法等方法对智能制造过程实施智能管控；过程控制系统主要负责将产品的生产计划与原料方案等生产质量转变成机器指令，用于指导控制设备的运转，过程控制系统主要由可编程逻辑控制器以及现场总线控制系统等器件组成。

第四，管理协同层。管理协同层主要负责企业生产全过程中，所有制造活动的协同管理，如，商务门户管理、产品数据管理、企业资源规划管理、大数据管理以及供应链管理等多个子系统[1]。

1.2 系统框架的特点

LAMIS系统框架融合了CM-CPS技术，使信息的横向集成以及纵向集成成为可能。CM技术可以避免LAMIS系统架构中制造应用服务以及制造资源出现紧耦合现象，还能够为系统提供多样化的用户应用方式以及资源访问模式，实现了业务信息的有效集成，比如，产品报价、产品定制服务、订单跟踪、产品质检、产品售后以及产品供应链等，为企业产品的全过程提供制造服务管理；CPS技术可以将不同功能层次上的软硬件进行纵向集成，比如，中上层管理、网络层管理、车间智能管控以及物理设备管理等方面，该技术可以支持设备和设备、系统和设备以及设备的产品的相互沟通，真正实现了闭环控制，并使系统具备感知能力以及执行能力。

另外，在LAMIS系统框架中，大数据管理是实现信息融合与集成的重要环节，能为智能决策提供了参考。在智能制造现场，CPS单元可以和数控设备进行联网，进行制造设备以及制造过程所有数据信息的采集，并应用智能分析，得出产品的生产状态图标以及健康预警甘特图等数据分析结果，可以为生产线的运行状况管控提供可靠的数据。在工业互联网的覆盖范围内，大户数据管理可以在不用功能层次上，实现设备的通信与信息交互。与此同时，大数据管理还能够使设备进行自主学习，对设备状态参数进行存储，组成小型知识库，为设备的运行提供指导。

2 轻装配智能制造系统的管控模式

2.1 管控模式的分析

基于LAMIS系统框架构建的轻装配智能制造系统在进行管控时，最终目标是保障制造系统按照最优状态运行，这一最优状态的实现要求系统进行智能决策。对于轻装配智能制造系统而言，智能决策主要是对工艺流程、工业过程以及制造装备进行的分析与规划，通过系统的自动执行中获取决策信息，并应用智能算法或是既定原则进行自主决策。所以，轻装配智能制造系统具备两种智能方式：其一，主动式智能，主要是根据对自身发展状况、系统的输入、环境信息以及系统的输出，将系统的多重优化作为目标，应用智能优化算法进行自主决策；其二，被动式智能，主要是根据既定原则进行相应指令的触发，对系统进行相应式动态控制。基于不同的智能方式，轻装配智能制造系统主要有五种管控模式：

第一，具备触发的响应智能（属于被动式智能），该管控模式主要应用于单台智能装备中，主要应用设备内部安装的传感器或者外设的传感器，通过对采集信息的分析，进行既定规则的触发。

第二，具备指令的响应智能（属于被动式智能），该管控模式主要应用于单台智能设备或者标准智能制造单元中，通过机器控制质量或者事先指定的参数指令实现制造活动的控制，还会处理系统存在的异常状况。

第三，单元式的智能控制（属于主动式智能），该管控模式主要应用于定制形式的智能制造单元或者分段生产过程中，可以根据智优化目标，应用既定原则以及智能优化算法，对动作指令和运动方式进行自动规划。

第四，自适应的智能控制（属于主动式智能），该管控模式主要应用于自动化智能制造生产线，可以根据系统采集到的信息与输入的信息，为了实现优化目标，进行柔性决策，确保生产线的生产效率最优化。

第五，自学习的智能控制（属于主动式智能），该管控模式主要应用于智能制造生产线或者无人制造工厂中，将智能制造网络作为基础，构建具备自主学习功能的知识库，采集产品制造过程以及生产工艺相关参数信息，应用大数据挖掘技术以及模型优化技术，通过自主学习研发出全新的工艺经验。该管控模式能够使系统具备提前规划的能力[2]。

2.2 管控模式的应用实例

笔者将中空玻璃的自动化生产线作为研究对象，基于LAMIS系统框架，构建了中空玻璃生产线的智能制造系统。在应用该系统的过程中，主要的管控问题如下：当成批次的玻璃原片进行下料切割之后，切片会成批实施钢化。如果钢化炉的装载率不能满足生产要求，很容易提高生产线的能耗，降低生产效率。因此，下料过程的管控优化目标是提高原料的下料率；钢化炉设备的管控优化目标为提高装载率。

在明确管控目标之后，就要進行管控模式的选择。基于上述问题与目标，选择第四种自适应的智能控制模式，具体的管控流程如下：第一，构建云优化和仿真服务平台，对智能执行引擎以及仿真资源进行有效应用，提高生产线的仿真能力以及计算能力；第二，应用启发式派样算法对智能执行引擎进行优化，求出玻璃下料的最优化方案；第三，实施玻璃切割和玻璃掰片环节，并为每一个玻璃切片设置相应的且唯一的虚拟标签，提高切片管理的有序性；第四，保障下料率和装载率之间的协调平衡，通过智能执行引擎的应用，实现下料率以及装载率的协同优化，并将下料率以及装载率的协同优化方案输出，从而实现管控目标[3]。

3 结语

综上所述，制造企业在完成轻装配订单时，存在生产效率低下等问题，需要智能制造管控系统解决这些问题。通过本文的分析可知，制造企业需要认识到智能制造管控系统的重要性，将LAMIS作为基础，进行系统框架的设计，并在五种管控模式中，选择适用于企业内部生产线的管控模式，实现生产线的最优化，提高生产效率，为制造企业创造更多的经济效益。本文的分析仍旧不够全面，仅供参考。

参考文献

[1]智能制造框架与系统架构工作组会议召开[J].仪表技术，2017，（05）：29.

[2]杜人淮.军民融合装备智能制造系统及其构建——基于制造全产业链视角[J].现代经济探讨，2017，（05）：5-10.

[3]王殿，郝鹏飞.智能系统在电镀生产线制造的应用[J].电子工业专用设备，2015，44（09）：22-27.