按照工業(yè)4.0觀點運行的制造要求具有效率的生產(chǎn)管理
與第四次工業(yè)革命(工業(yè)4.0)同步，也催生出了用于制造IT的第四代軟件(圖1)。在此，除了與制造有著緊密聯(lián)系的IT系統(tǒng)外，IT系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)也越來越受到更多關(guān)注。由此，要求應(yīng)用開放的平臺作為智慧工廠車間的IT基礎(chǔ)則更加合理。
制造IT將更為靈活
在此，讓我們回顧一下迄今為止的四代制造IT(圖1)：
● 用于企業(yè)數(shù)據(jù)監(jiān)測(BDE)、機器數(shù)據(jù)監(jiān)測(MDE)或計算機輔助質(zhì)量控制(CAQ)的島式生產(chǎn)方案
● 符合德國工程師協(xié)會(VDI)指針5600的模塊化制造執(zhí)行系統(tǒng)(MES)
● 制造管理系統(tǒng)和單片式的制造執(zhí)行系統(tǒng)(MES)
● 技術(shù)服務(wù)和各應(yīng)用軟件組成的平臺化解決方案
第一代系統(tǒng)通常是用于機器數(shù)據(jù)監(jiān)測、質(zhì)量安全或制造控制的專門的島式生產(chǎn)方案。第二代單片式IT系統(tǒng)常常是囊括了多個這樣的島式生產(chǎn)方案的解決方案，后來被稱之為制造執(zhí)行系統(tǒng)(MES)。只有通過德國工程師協(xié)會(VDI)指針5600和在該指針中定義的制造執(zhí)行系統(tǒng)(MES)，才產(chǎn)生了模塊化的第三代制造執(zhí)行系統(tǒng)，例如MPDV公司的Hydra。由此，今天世界上的許多企業(yè)才能夠成功且全面的掌控自己日常生產(chǎn)。
并不是工業(yè)4.0才使得制造IT如同許多其他IT系統(tǒng)那樣面臨著進退兩難: 一方面是流程越來越復(fù)雜;而另一方面，需要標準化，以使這種復(fù)雜性變得可控和符合未來的要求。最終還是需要一個標準化的個性化軟件作為理想的解決方案。當(dāng)前的在很多地方宣傳的平臺體系結(jié)構(gòu)中顯露出類似的應(yīng)用可能性，這不只是能夠?qū)⒅圃鞓I(yè)從進退兩難的境地解脫出來，而且還能變成第四代制造IT 。
圖1 對迄今為止已驗證了的四代生產(chǎn)制造IT回顧
橫向集成將成為系統(tǒng)固有特點
平臺成功的一個重要標志是將標準化的可組態(tài)的基本技術(shù)服務(wù)與個性化應(yīng)用分離開來。今天，人們談?wù)摰氖羌夹g(shù)服務(wù)和各種應(yīng)用軟件。技術(shù)服務(wù)的作用是，研發(fā)人員不必每次都要進行的新發(fā)明便可以適合數(shù)據(jù)體系結(jié)構(gòu)形式熟練的運行程序化的后臺功能。與此同時，平臺能夠確保各個不同生產(chǎn)廠家的各種應(yīng)用軟件的互操作性。這樣，迄今為止經(jīng)常熟練實施的水平集成便帶有本身固有的特性，并在平臺環(huán)境中繼續(xù)發(fā)揮作用。
當(dāng)創(chuàng)新平臺的數(shù)量增加時，只有少數(shù)平臺可作為先進的制造IT的基礎(chǔ)。一方面是有所謂的物聯(lián)網(wǎng)平臺，這些平臺用于將所檢測的數(shù)據(jù)進行儲存和分配;而另一方面，則是一個純技術(shù)平臺，該純技術(shù)平臺在一定程度上用作各數(shù)據(jù)提供方的應(yīng)用操作系統(tǒng)。這兩種類型的平臺有著不同的優(yōu)點。而制造企業(yè)既需要能夠利用各種應(yīng)用軟件，又能夠完整反映數(shù)字化生產(chǎn)的解決方案。在這種前后關(guān)系上，物聯(lián)網(wǎng)平臺可以充當(dāng)數(shù)據(jù)提供方。
例如，在2018年漢諾威工業(yè)博覽會上，MPDV公司介紹了一個平臺：是制造集成平臺(MIP)(圖2)。其實質(zhì)也被稱作是虛擬生產(chǎn)現(xiàn)實(ViPR)，組成生產(chǎn)數(shù)字雙胞胎的生存空間。在那里不只是儲存和儲備數(shù)據(jù)，更多的是將全部數(shù)據(jù)組成一個數(shù)字圖像模型。在這個關(guān)聯(lián)上，人們也稱之為語義學(xué)上的信息模型，該信息模型是以制造環(huán)境中長年積累的經(jīng)驗為基礎(chǔ)的。
圖2 第四代生產(chǎn)制造IT: 制造集成平臺
此外，集成服務(wù)實現(xiàn)了與生產(chǎn)車間場地和其他IT系統(tǒng)(企業(yè)資源計劃系統(tǒng))的通信。世界范圍內(nèi)1000余個制造執(zhí)行系統(tǒng)(MES)的未來安裝用戶均會從技術(shù)訣竅中受益。借助于研發(fā)平臺(SDK)可實現(xiàn)任意的應(yīng)用。研發(fā)平臺(SDK)除了范圍廣泛的程序庫和學(xué)習(xí)程序外，還有示例應(yīng)用，也就是所謂的制造應(yīng)用軟件(mApps)。因為已經(jīng)包含了所有重要的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)體系和基本功能，所以研發(fā)方可將制造集成平臺(MIP)作為基礎(chǔ)進行研發(fā)，從而節(jié)省大量時間和編程費用。制造集成平臺(MIP)自2018年年中起便可提供給客戶使用。目前，與首批試點用戶和研發(fā)合作伙伴的合作已在商談中。
在提高如制造集成平臺(MIP)這樣的平臺靈活性的基礎(chǔ)上，將來制造企業(yè)可從各種各樣的應(yīng)用場景中受益。原則上由此能夠?qū)崿F(xiàn)當(dāng)今的制造執(zhí)行系統(tǒng)(MES)的功能，而且，能夠?qū)崿F(xiàn)的還會更多。這里有我們選擇出了幾個實例：
例1. 采用IT資源的實施方案
企業(yè)A是一個電子部件生產(chǎn)廠家，由于客戶的要求越來越復(fù)雜，因此企業(yè)A使用原先的制造執(zhí)行系統(tǒng)(MES)已經(jīng)不能滿足要求。特別是為了應(yīng)對客戶提出的全面任務(wù)以及在產(chǎn)品應(yīng)用中對產(chǎn)品維修實行跟蹤的要求，這便要求企業(yè)A在各種不同的應(yīng)用生產(chǎn)中形成的各自的數(shù)據(jù)。
為了應(yīng)對這樣的復(fù)雜性，企業(yè)A引進了制造集成平臺(MIP)，并利用相應(yīng)的附帶技術(shù)服務(wù)與企業(yè)資源規(guī)劃(ERP)系統(tǒng)以及眾多生產(chǎn)機器相連接。 企業(yè)A還自行研發(fā)了手工輸入數(shù)據(jù)的制造應(yīng)用軟件(mApps)，且制造集成平臺(MIP)為此利用軟件開發(fā)工具包。制造集成平臺(MIP0)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)是開放式的，在物料交貨后，在生產(chǎn)的過程中監(jiān)測的數(shù)據(jù)也能夠提供使用。企業(yè)A研發(fā)了一個與現(xiàn)實的技術(shù)服務(wù)中利用的IT系統(tǒng)實現(xiàn)數(shù)據(jù)同步的制造應(yīng)用軟件(mApps)。該企業(yè)中期計劃是，實現(xiàn)將整個技術(shù)服務(wù)工具變成制造應(yīng)用軟件(mApps)，以實現(xiàn)統(tǒng)一數(shù)據(jù)管理。
結(jié)論是：企業(yè)A利用制造集成平臺(MIP)建立了生產(chǎn)和技術(shù)服務(wù)中的現(xiàn)有IT系統(tǒng)的集成。通過在制造集成平臺(MIP)上的技術(shù)服務(wù)系統(tǒng)的遷移，產(chǎn)生進一步的協(xié)同效應(yīng)，這樣資源便可進一步加以利用。
圖3 MPDV公司的制造集成平臺（MIP）
例2. 通過系統(tǒng)集成器和利用行業(yè)的關(guān)注來編制解決方案
企業(yè)B是一家機器制造生產(chǎn)廠家，該生產(chǎn)廠家有自己的金屬鑄造車間。傳統(tǒng)的生產(chǎn)(如安裝作業(yè))要求能夠采用一個原先的制造執(zhí)行系統(tǒng)(MES)，但是，因為企業(yè)B的客戶需要個性化合金機器零件，所以集成鑄造車間的流程是復(fù)雜的。由此，該企業(yè)的鑄造車間的運行應(yīng)該采用該企業(yè)自行研發(fā)的IT系統(tǒng)。
在尋求一個適合的整體解決方案時，企業(yè)B找到了一個金屬加工的系統(tǒng)集成器S，該企業(yè)的客戶專用合金的使用對于該系統(tǒng)集成器無特別之處。遺憾的是，系統(tǒng)集成器S的安裝流程的配置中沒有制造執(zhí)行系統(tǒng)(MES)功能。系統(tǒng)集成器借助于制造集成平臺(MIP)能夠與市場上可使用的安裝流程制造應(yīng)用軟件(mApps)相連接，從而為企業(yè)B提供一個全面的技術(shù)解決方案。該方案一方面基于標準化的部件，另一方面精準的滿足了企業(yè)B的個性化需求。這樣，企業(yè)B便得到了一個符合未來需求的整體技術(shù)解決方案。該整體技術(shù)解決方案更加簡單，作為從制造執(zhí)行系統(tǒng)(MES)在組合和鑄造車間的生產(chǎn)線方案(Insellosung)，該系統(tǒng)對模擬計算機輔助質(zhì)量控制(CAQ)流程等其他流程制造應(yīng)用軟件(mApps)是開放式的。
例3. 通過機器生產(chǎn)廠家的流程制造應(yīng)用軟件(MAPPs)來提高生產(chǎn)效率
企業(yè)C已在很多生產(chǎn)部門全面利用制造集成平臺(MIP)。現(xiàn)在是要在生產(chǎn)廠家M提供的新壓力鑄造機上引進利用制造集成平臺(MIP)。據(jù)稱，為了能夠監(jiān)測重要數(shù)據(jù)，企業(yè)C 要完成生產(chǎn)廠家M提供的新壓力鑄造機與制造IT的連接。
在制造集成平臺(MIP)的基礎(chǔ)上，企業(yè)B現(xiàn)在能夠提供用于技術(shù)數(shù)據(jù)監(jiān)測和圖像化以及用于調(diào)整數(shù)據(jù)自動化傳輸?shù)闹圃鞈?yīng)用軟件(mApps)。該制造應(yīng)用軟件(mApps)可使客戶能夠在其制造集成平臺(MIP)上進行調(diào)準，并能夠立即與新的機器進行信息交換。這樣，企業(yè)C不僅能夠保護其自己的IT資源，與此同時還能夠更快的使新機器投入運行。
在很多情況下，未來的目的是要在努力實現(xiàn)標準化的基礎(chǔ)上的連接個性化的設(shè)備，也就是說，一個標準化的個性化軟件。為此目標，生產(chǎn)制造IT市場在逐步繼續(xù)向前發(fā)展。許多企業(yè)在中期還在使用傳統(tǒng)的制造執(zhí)行系統(tǒng)(MES)時，對于生產(chǎn)制造IT第四代的需求已經(jīng)明顯顯現(xiàn)。
這樣，生產(chǎn)制造企業(yè)將來可以選擇是否要利用一個制成的、通過市場檢驗的制造執(zhí)行系統(tǒng)(MES)，或是要選擇一個第四代制造集成平臺(MIP)。在此，企業(yè)自己對相關(guān)IT技術(shù)訣竅和與之相關(guān)聯(lián)的工業(yè)4.0戰(zhàn)略則有著決定性的意義。
