淺談e-制造的體系結構及使能技術

一、e-制造的體系結構和模型

盡管e-制造的概念、理論和方法具有通用性，但由于企業文化、市場環境、技術基礎和瓶頸問題都不同，在實施e一制造的時候會采取不同的策略，使用不同的集成方式和手段。每個企業的e-制造也應有其獨有的技術特色和應用模式。

為了更好地支持e-制造的實施，需要建立其系統體系結構與相關標準，從系統結構、術語使用、接口實現等方面為實施e-制造提供標準化與規范化的定義。e-制造的集成需求可用縱、橫兩個維度來描述，e-制造為企業的管理決策層提供關于車間生產情況的透明和可視化的信息，提供各個制造單元、客戶關系管理系統(CRM)和供應鏈管理系統(SCM)之間有效且可配置的信息交互功能，并在這些功能支持下實現制造系統和企業管理系統層的集成。e一制造全面集成了CRM、SCM、商業智能、電子商務、車間自動化等功能，可實現資源和數據共享。制造商可通過企業資源計劃(ERP)系統下達物料采購和生產制造指令，經過電子方式完成物料采購、支付，加速訂單的發送和獲取、原材料的獲得以及產品制造和配送，實現零庫存，進而實現企業在最佳資本運營成本基礎上的不間斷生產。

為了實現與其他上層應用系統的集成，制造層在信息流和應用集成上的需求主要包括：制造系統和全企業范圍內其它業務應用系統之間透明和實時的信息交換；制造設備的智能和遠程維護；制造資源的有效管理和優化利用；制造資源與整個供應鏈的實時集成。

e-制造系統中制造層包含生產過程控制、產品質量控制、智能設備管理等功能，由以下幾個子系統構成：

1.生產過程控制系統

對生產過程、制造單元和物料流進行建模和優化，建立的模型必須包含供應商在內的全部供應鏈單元的生產過程、產品、設備、組織，以及其它資產的全部信息、生產過程實際運行狀況的監控和管理、設計制造過程中相關活動的同步等。

2.產品質量控制系統

通過基于web的分布式質量控制系統以及與智能設備管理系統的集成，實時識別產品質量變化并找出其原因，從而減少因質量問題造成的損失。

3.設備管理系統

包括車間生產設備智能監控、故障診斷、遠程維護和制造資源服務，以及生產過程中的異常、故障和性能瓶頸等問題的診斷和分析等功能。采用智能代理等智能化技術和方法，實現設備及系統的連續、實時、遠程和分布式監控和分析，為應用系統提供設備性能狀態、負荷能力等實時信息，根據這些信息進行基于預測的設備維護遠程故障診斷。通過智能維護和性能評價，保證設備穩運行于最佳性能狀態，提高制造系統的可靠性，減少設備停工時間。采用制造資源的遠程服務功能可有效利用企業資源，避免浪費。

4.制造執行系統

通過動態的生產管理和調度，提高制造系統柔性，以便快速適應市場需求變化。

5.基于Web的現場監控代理

具有統一風格的人機交互界面，便于用戶使用，并且適應跨平臺分布環境。

二、e-制造的關鍵使能技術

實施e-制造的關鍵是實現信息共享，尤其是制造工廠和車間的數據與上層業務管理功能模塊(如ERP、CRM等)之間的信息共享。

1.遠程服務體系

遠程服務是在資源需求者和提供者之間建立通信和訪問連接，特別是快速成形等先進制造技術與裝備往往技術復雜、價格昂貴，負荷通常不飽滿，如果所有企業都獨立購置，必將造成資源的閑置和浪費，通過遠程服務體系，可充分利用昂貴的制造資源。在服務體系建設中，首先由掌握先進制造技術和擁有必要設備資源的企業或機構建立相應的資源服務中心，并解決Internet／Web環境下的網絡安全與支持技術，形成基于Web的分布式計算模式的、支掙多用戶、多站點的遠程服務系統的體系結構。

2.電子化后勤

實施電子化后勤(e-logistlics)的目的是利用信息技術的支持和信息共享的方法縮短產品訂貨至交貨的時間，提高對客戶的服務水平。電子化后勤通常包括：為用戶提供產品的生產量、出貨時問等數據服務；實現管道式庫存管理，合理分配位于不同地點的多個倉庫的庫存，并能優化不同庫存的產品發送計劃，保證按時將產品運送給用戶；實現庫存產品出貨的可視化管理；實現發貨者和運輸者之間的協作，以降低整個供應成本；提供量化的供應響應時間和面向全過程耗費的總成本管理和控制功能。

3.裝備工程

裝備工程是指企業為改善制造設備的可用性和進行生產性能維護所采用的技術，具體包括：生產線的吞吐量統計；系統維護和性能改善；設備狀態監控和故障診斷；設備(特別是對新引進的設備)性能改善；與設備供應商的協作；設備零部件管理、裝配版本和更改管理；基于預測的設備維護計劃和操作管理；生產過程性能調整。

裝備工程系統(EES)是EE的具體實現。EEs以靈活的模塊化方式實施，對外提供標準

數據和功能接口，并與MES的實施相互配合和協調。EES功能的實現(包括數據收集和傳輸等)不應影響MES的現有功能和系統運行。

實施EES的關鍵技術包括：實時控制技術，根據制造過程的歷史信息和執行狀況，對后續過程執行設備的參數進行智能調整；故障檢測和分類技術。分析過程執行中所提取的過程數據，判斷過程運行是否正常(故障檢測)，并根據故障來源和原因進行故障分類。

4.電子化診斷(e-diagnostics)

（1）e-diagnostics解決方案應當包含以下功能：具備透過防火墻遠程訪問設備數據的能力，以及支持交互式問題解決方式的通信機制；允許共享關鍵性診斷數據，分布在不同地點的多個工廠和供應商之間能夠在需要時充分共享數據，以提高遠程故障探測和故障修復能力；支持基于預測的維護，包括及時向相關部門人員和設備發送需要維護的信息等；基于主流的計算機技術，以開放式體系結構進行系統實施，支持公開標準和數據模型；為本地和遠程訪問提供相同的設備監控和診斷數據，維護數據的一致性，并以一致的方式提供數據表示和用戶操作界面；提供實時數據收集、儲存、恢復和分析功能，并提供決策支持功能；支持音頻和視頻協作方式，如電視電話會議、網上視頻會議，使異地專家可實時查看和診斷設備和部件的故障，并與操作人員進行實時交流。

（2）電子化診斷能力(e-diagnostics capability)是一套衡量企業電子化診斷水平的標準，它由低到高分為四層。0層：訪問和遠程協作能力，包括遠程連接、遠程協作和領域服務訪問能力；1層：收集和控制能力，包括遠程工具操作、遠程性能監控、數據收集和儲存；2層：分析能力，包括對自動報告和服務提供能力(SPC)的進一步分析；3層：預測能力，包括基于預測的維護、自我診斷和自動通知。

5.電子化維護(e-maintenance)

電子化維護不僅能通過Intranel／Internet對企業的資源(包括設備、物料、過程等)進行故障檢測和診斷，還能實時、遠程地監控設備的運行狀態，預測運行趨勢，及時發現制造系統的異常，避免發生重大質量問題和系統故障。通過監控、分析、比較和維護，可使企業所擁有的資源發揮最佳性能。還可通過基于web的代理技術，對制造系統的運行控制方法進行智能決策，并通過與電子商務系統的互聯，生成智能解決方案。

三、e-制造應用實例

e-制造被喻為透明工廠，通過網絡將各個部門的數據連接起來。國際知名ERP系統開發商Kewm公司最近推出了新一代ERP，即企業經營一體化解決方案，宣稱e-制造=ERP+e-commerce。Rockwell自動化公司推出的e-制造方案和相應的操作系統是一種全方位的自動化產品，可通過現有的電子商務技術將生產部門與企業的整體商業系統及供應鏈結合，幫助客戶優化產品和服務質量，及時響應電子商務的動態要求，全面提高企業運作效率及競爭力。

Rockwell推出的全套軟件和硬件控制系統能實現從企業設備層、控制層到信息層的無縫連接，進而應用到整個供應商、服務商、分銷商及客戶網絡，減少間接成本20％以上，實現企業內部網、外聯網和國際互聯網的三位一體。Rockwell提供滿足不同行業需求的工業自動化解決方案的技術和軟件，如e-制造的關鍵部件——Logix和Netlinx。Logix是Rockwell開發的新一代控制平臺系列產品，包括適合0EM(原始設備制造商)控制的CompactLogix，分布控制Flex Logix，集離散、過程、運動、傳動控制于一身的ControlLogix，體現PC控制的Soft Logix。所有Logix產品都基于統一的控制引擎，并使用統一的組態軟件，具有LADDER、FBD、ST、SFc等多種組態方式。Logix系列產品集中體現了網絡互聯和控制的理念，為e-制造的現場控制層提供了可靠基礎，用戶可以在Logix平臺上實現各種控制應用。

Net Linx是Rockwell推出的開放式自動控制網絡體系，將網絡服務、通用協議和開放式軟件接口有機結合在一起，保證信息和控制數據的高效率無縫傳遞，在網絡環境下實現控制、配置和數據采集三大功能的集成。Net Linx體系可實現在Contr01Net(控制網)、DeviceNet(設備網)和Ethenet／IP三個開放式網絡環境下應用系統的互聯和數據集成。制造業門戶是Rockwell制造過程控制和管理系列軟件的總稱，幫助企業獲取現場生產數據并向制造系統和ERP系統及時傳送準確信息，實現生產計劃的實時安排和生產過程的優化。

（作者單位：河南省開封技師學院）