智能制造发展过程三个阶段及特征-深度解析.pdf

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智能制造发展过程三个阶段及特征-深度解析

导读:本文首先总结工业生产对控制技术的要求及工业自动化系统的特点;然后根据智能制造系统在

工业生产过程中的地位和所发挥的作用,着重讨论智能制造系统相关技术在不同时期、不同领域的技

术特点和阶段,以生产系统的各个子系统间的数据流向为特征,区分智能制造发展过程的3个阶段;最

后以钢铁行业的案例来分析智能制造在生产中的地位,为企业实施智能制造提供参考。

为便于描述起见,本文将应用智能制造技术所实现的系统的集合称为智能制造系统,而传

统的工业生产控制系统(包括工业生产过程中的各级自动化和信息化系统的总和)称为工

业自动化系统。

1工业自动化系统的特点

经过多年发展,钢铁行业工业自动化系统的主体架构一般分为5层,如图1所示:检测及

执行设备级L0、基础自动化级L1、过程自动化级L2、制造执行系统L3和企业资源计

划L4,每层根据功能或控制范围又划分为多个系统。各层系统之间的数据通过接口协议

互相传递,业务应用互相关联。

随着计算机和控制器的能力越来越强大,过程自动化级的很多功能“下沉”至基础自动化级

来执行,融合形成“过程控制级”而;管理的扁平化需求,使得制造执行系统和企业资源计

划的分工界限变得不那么明显,融合形成“生产管理级”。但无论是5层结构,还是其他类

型的结构,总体上都是围绕企业的核心发展目标,实现各系统的功能定位和分工合作。

图1工业自动化系统的结构

通过总结工业生产对控制技术的要求,工业自动化系统一般需要具有以下特点。

(1)确定性。确定性是指工业自动化系统必须有确定的响应能力,主要包括:1)实时性。

工业自动化系统一般都是实时系统,很多情况下延迟对于生产过程信息传送来说是不可接

受的。2)可预测性。即在满足一定条件下,系统的输出是可预期的,差异在可控或可接

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受的范围内。3)手动优先。在非正常的情况下,工业自动化系统的部分功能可以被操作人

员确定性的手动接管,使得整个系统可以在降低部分性能(包括便利性)的手动模式下继

续运行。

(2)可用性。可用性是指在外部资源得到一定程度的保证的前提下,工业自动化系统可执

行规定功能的能力。主要包括:1)可靠性。由于其控制对象的重要性,工业自动化系统一

般要求连续工作,不允许控制系统的突然中断和重新启动,这也就意味着在传统IT技术

中通过重启动来复位系统的意外故障,在工业自动化系统中几乎是不可接受的。因此,在

工业自动化系统中要通过尽量简洁、可控、必要的代码去实现所需的功能,在投入运行前

经过反复详细的测试,以确保尽量减少意外中断的可能。2)容错性。工业自动化系统在

设计和测试时就必须尽量多地考虑系统在各类输入条件下的响应,在部分输入信号出现异

常时,系统可以继续工作或自动进入安全状态,避免产生极端的错误输出,导致设备或产

品损害,甚至人身伤害。3)安全性。工业自动化系统一旦受到网络攻击所带来的后果比

IT领域要严重的多,会导致生产停机、设备损害或安全事故,因此必须结合应用场景,

合理部署安全解决方案,实现功能安全和信息安全的有机融合。

(3)经济性。经济性是指企业从一项投资活动中得到的经济回报。钢铁企业有深厚的行业

背景和鲜明的个性化特征,很多先进的技术难以在其他行业、不同生产线之间实现简单的

复制推广,IT领域的市场模式在工业领域并不一定适用。因此,技术的开发是否具备合

适的经济性需要综合考虑。

随着计算机技术的发展,工业自动化系统大量使用计算机、操作系统和各类网络协议,引

入越来越多的IT技术。一些技术在引入的过程中,针对工业生产的要求进行了改造、验

证和推广应用。智能制造系统中很多基础性技术如人工智能、工业大数据、工业互联网平

台等也来源于IT技术,在引入工业生产的过程中,也需要根据要求,综合考虑确定性、

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