智能制造的生產(chǎn)模式需要什么樣的自動(dòng)控制系統(tǒng)？這種控制系統(tǒng)與工業(yè)3.0中的自動(dòng)化技術(shù)有什么區(qū)別？在智能制造中，自動(dòng)控制技術(shù)要做什么樣的演變才能滿足智能制造生產(chǎn)模式的要求？這些都是菲尼克斯電氣開發(fā)PLCnext，以及對(duì)PLC系統(tǒng)進(jìn)行變革和優(yōu)化的初衷。

　　當(dāng)前，我們已進(jìn)入了互聯(lián)網(wǎng)時(shí)代，互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)以不可阻擋的趨勢(shì)進(jìn)軍各行各業(yè)，給各行各業(yè)的變革帶來強(qiáng)大的動(dòng)力，也對(duì)各行各業(yè)的發(fā)展產(chǎn)生巨大的影響。在這技術(shù)革新的歷史關(guān)頭，智能制造的概念誕生了。智能制造顯然只有大量采用互聯(lián)網(wǎng)時(shí)代的新技術(shù)才能實(shí)現(xiàn)。那么，該如何使用這些新科技為工業(yè)領(lǐng)域帶來巨大的變革？德國(guó)在2011年提出的所謂“工業(yè)4.0”，其主要任務(wù)就是實(shí)現(xiàn)“智能工廠”和“智能生產(chǎn)”。顯而易見，無論是智能工廠還是智能生產(chǎn)，其核心就是生產(chǎn)制造模式的變革。

　　智能制造的目標(biāo)是對(duì)目前的生產(chǎn)制造模式進(jìn)行轉(zhuǎn)型升級(jí)，從而改善和優(yōu)化生產(chǎn)制造產(chǎn)業(yè)鏈，使得研發(fā)生產(chǎn)的產(chǎn)品質(zhì)量更好、成本更低、速度更快、效率更高。

　　那么智能制造的生產(chǎn)模式需要什么樣的自動(dòng)控制系統(tǒng)？這種控制系統(tǒng)與工業(yè)3.0中的自動(dòng)化技術(shù)有什么區(qū)別？在智能制造中，自動(dòng)控制技術(shù)要做什么樣的演變才能滿足智能制造生產(chǎn)模式的要求？這些都是菲尼克斯電氣開發(fā)PLCnext，以及對(duì)PLC系統(tǒng)進(jìn)行變革和優(yōu)化的初衷。

　　要對(duì)目前的PLC控制系統(tǒng)（或自動(dòng)化控制系統(tǒng)）進(jìn)行改革，首先我們要了解的是：

　　工業(yè)4.0所倡導(dǎo)的智能制造模式與自動(dòng)化制造模式有什么區(qū)別？

　　工業(yè)4.0的智能生產(chǎn)制造模式對(duì)于工業(yè)3.0的生產(chǎn)制造模式有哪些改變與延伸？

　　這種延伸和改變又對(duì)PLC控制系統(tǒng)提出了哪些新的要求？

　　自動(dòng)化制造生產(chǎn)模式

　　德國(guó)工業(yè)4.0將第三次工業(yè)革命定義為以自動(dòng)化技術(shù)為核心的生產(chǎn)制造模式。通過廣泛地采用自動(dòng)化技術(shù)、機(jī)器人技術(shù)、IT和通訊技術(shù)，構(gòu)成自動(dòng)化金字塔為核心的生產(chǎn)制造模式，大大提高了生產(chǎn)效率，降低了制造成本，提高了產(chǎn)品質(zhì)量。在這個(gè)過程當(dāng)中，PLC技術(shù)的發(fā)展起了決定性的作用。幾十年來，關(guān)于PLC技術(shù)，無論其運(yùn)行速度、應(yīng)用范圍、數(shù)據(jù)處理能力，還是與通信技術(shù)如現(xiàn)場(chǎng)總線以及工業(yè)實(shí)時(shí)以太網(wǎng)的整合能力都大大提高。一個(gè)成熟的PLC系統(tǒng)已經(jīng)形成，成為推動(dòng)工業(yè)3.0發(fā)展的中堅(jiān)力量。

　　然而此時(shí)PLC控制系統(tǒng)的發(fā)展原理及作用主要是對(duì)生產(chǎn)制造系統(tǒng)的運(yùn)行的控制，并沒有涉及到生產(chǎn)制造管理，企業(yè)管理乃至產(chǎn)品生命周期的管理，因此目前的PLC系統(tǒng)仍然不能很好地與生產(chǎn)管理系統(tǒng)MES和企業(yè)管理系統(tǒng)ERP相融合。常常出現(xiàn)一個(gè)企業(yè)的管理系統(tǒng)的制定需要有三家不同的軟件公司（ERP，MES和PLC供應(yīng)商）同時(shí)參加的情況。而由于各家公司專業(yè)的差異性，技術(shù)的不兼容性，其最終往往不能得到預(yù)想的效果。尤其是整個(gè)系統(tǒng)的工業(yè)安全（信息安全、功能安全、軟件安全）難以保證。

　　因此MES和ERP技術(shù)并沒有在工業(yè)生產(chǎn)制造領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用，其價(jià)值也沒有得到市場(chǎng)的普遍認(rèn)可。另一方面，PLC控制系統(tǒng)的任務(wù)目前僅僅限于生產(chǎn)制造流水線運(yùn)行控制監(jiān)視和維護(hù)，并未涉及對(duì)產(chǎn)品生命周期的整個(gè)管理過程的挑戰(zhàn)，因此這種PLC系統(tǒng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足互聯(lián)網(wǎng)時(shí)代的生產(chǎn)制造模式對(duì)于降低成本和提高效率的要求。

　　那么，智能制造所要求的目標(biāo)是什么？

　　智能制造生產(chǎn)模式

　　智能制造是工業(yè)3.0生產(chǎn)制造模式的升級(jí)版和創(chuàng)新版，其目標(biāo)就是對(duì)目前的生產(chǎn)制造模式進(jìn)行轉(zhuǎn)型升級(jí)，解決目前采用自動(dòng)化制造生產(chǎn)模式所不能解決的問題。在互聯(lián)網(wǎng)時(shí)代，科學(xué)技術(shù)的迅猛發(fā)展使得人們對(duì)產(chǎn)品的需求愈來愈高。產(chǎn)品的生命周期越來越短；對(duì)產(chǎn)品更新?lián)Q代的快速響應(yīng)的要求越來越高；因產(chǎn)品全生命周期的縮短又使得生產(chǎn)制造產(chǎn)品的批量、數(shù)量越來越少；多品種、小批量成為目前產(chǎn)品市場(chǎng)需求的發(fā)展趨勢(shì)。而產(chǎn)品數(shù)量的減少又大大提高了產(chǎn)品的成本和產(chǎn)品價(jià)格的競(jìng)爭(zhēng)壓力。更主要的是由于經(jīng)濟(jì)的周期性變化，使得投資回報(bào)要求的時(shí)間周期越短越好。與此同時(shí)對(duì)能源使用效率、節(jié)能減排等方面的要求都遇到了巨大的瓶頸與困難，使生產(chǎn)制造業(yè)面臨前所未有的新挑戰(zhàn)。互聯(lián)網(wǎng)時(shí)代的這些新的挑戰(zhàn)，都迫切要求建立一個(gè)更加智能化的生產(chǎn)制造模式。

　　智能戰(zhàn)略的基本思路就是如何利用迅速發(fā)展的IT技術(shù)、互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)對(duì)傳統(tǒng)的生產(chǎn)制造模式進(jìn)行變革，即通過將IT技術(shù)、互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)有機(jī)地融入自動(dòng)控制系統(tǒng)，并應(yīng)用于傳統(tǒng)的生產(chǎn)制造領(lǐng)域，改變傳統(tǒng)生產(chǎn)制造的基本模式。按照靈活性、快速應(yīng)變性、成本效率性以及回報(bào)短期性，建立一個(gè)高度靈活的、個(gè)性化的、數(shù)字化的制造系統(tǒng)，并將制造體系與產(chǎn)品生命周期管理相整合，產(chǎn)生以產(chǎn)品全生命周期為核心的智能制造生產(chǎn)模式。

　　產(chǎn)品全生命周期管理的整體視角

　　智能制造不僅僅從生產(chǎn)制造這一維度來解決成本、效率、速度、質(zhì)量和靈活性的問題，而是從產(chǎn)品全生命周期管理的整體視角來全面地解決這些問題。使得研發(fā)、生產(chǎn)的產(chǎn)品：質(zhì)量更好、成本更低、速度更快、制造效率更高。也就是說高效率、低成本不能僅僅單一的從生產(chǎn)制造的角度來看待，而應(yīng)該從產(chǎn)品全生命周期的整體視角來分析。

　　我們可以看到，相對(duì)于傳統(tǒng)的生產(chǎn)制造模式，智能制造已有了本質(zhì)上的變革和提升：在互聯(lián)網(wǎng)時(shí)代智能制造延伸了生產(chǎn)制造的含義，從單純的生產(chǎn)制造鏈延伸到產(chǎn)品的設(shè)計(jì)、分析、加工、裝配模擬，預(yù)測(cè)產(chǎn)品的綜合性能、成本、市場(chǎng)響應(yīng)和服務(wù)（采購(gòu)、庫(kù)存、銷售、發(fā)送、維護(hù)、報(bào)廢、回收）的全過程。它既考慮了產(chǎn)品的質(zhì)量、成本，又考慮了企業(yè)內(nèi)部的管理模式、企業(yè)的運(yùn)維能力，以及企業(yè)與企業(yè)之間的關(guān)系等，因此，可以最大限度地節(jié)約時(shí)間與經(jīng)濟(jì)成本，提高產(chǎn)品的質(zhì)量，同時(shí)快速地把高質(zhì)量、低成本的優(yōu)秀產(chǎn)品投放市場(chǎng)，而獲得巨大的經(jīng)濟(jì)與社會(huì)效益。

　　智能制造中的“提高速度”

　　智能制造中的速度可以分成研發(fā)速度、生產(chǎn)速度和響應(yīng)速度。要提高生產(chǎn)速度，需要采取深度自動(dòng)化的方法，使得生產(chǎn)制造自動(dòng)化程度更高，生產(chǎn)流程更加精細(xì)化，制造工藝適應(yīng)性更強(qiáng)和制造方法更加靈活。但是研發(fā)速度和響應(yīng)速度的提高要采用互聯(lián)網(wǎng)的技術(shù)、大數(shù)據(jù)、云計(jì)算的方法，通過分析、歸納和總結(jié)來預(yù)測(cè)產(chǎn)品更新?lián)Q代的時(shí)間點(diǎn)，盡早開發(fā)新一代產(chǎn)品。另外，還可以利用大數(shù)據(jù)來了解產(chǎn)品在市場(chǎng)中的運(yùn)行動(dòng)態(tài)，并及時(shí)改善產(chǎn)品的性能特性來滿足市場(chǎng)的需求。

　　智能制造中的“減低成本”

　　智能制造中產(chǎn)品成本包括生產(chǎn)成本、運(yùn)行成本和管理成本。其中生產(chǎn)成本可以通過自動(dòng)化技術(shù)和原材料的優(yōu)化來實(shí)現(xiàn)，但是運(yùn)行成本和管理成本則必須應(yīng)用IT技術(shù)、軟件管理技術(shù)以及互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)來實(shí)現(xiàn)，比如利用大數(shù)據(jù)來提高市場(chǎng)的響應(yīng)能力，優(yōu)化服務(wù)。通過精益管理、6S管理以及企業(yè)生命周期的管理來降低管理成本。利用大數(shù)據(jù)來分析市場(chǎng)對(duì)于產(chǎn)品更新?lián)Q代的期待，并提出預(yù)見性的決策。在服務(wù)端利用大數(shù)據(jù)分析產(chǎn)品在市場(chǎng)應(yīng)用的動(dòng)態(tài)和客戶的反饋，并采取相應(yīng)的營(yíng)銷手段來增加產(chǎn)品的銷量。為了實(shí)現(xiàn)智能制造，必須將工業(yè)自動(dòng)化技術(shù)與互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)有機(jī)融合，才能從產(chǎn)品生命周期管理的角度來更好的提高生產(chǎn)效率及產(chǎn)品質(zhì)量，同時(shí)降低成本。

　　智能制造中的“靈活多變生產(chǎn)制造”

　　智能制造不僅需要應(yīng)用新的技術(shù)，同時(shí)也對(duì)生產(chǎn)制造系統(tǒng)提出了新的要求。由于社會(huì)生活的日益多元化，用戶意識(shí)更加個(gè)性化。無論是研發(fā)與設(shè)計(jì)、生產(chǎn)與制造，還是營(yíng)銷與服務(wù)，都必須以滿足消費(fèi)者的需求作為出發(fā)點(diǎn)和歸宿點(diǎn)。同時(shí)由于用戶體驗(yàn)式的參與設(shè)計(jì)，制造和服務(wù)徹底顛覆了傳統(tǒng)生產(chǎn)的垂直分工體系。機(jī)械制造生產(chǎn)線也需向模塊化、適應(yīng)化、個(gè)性化、透明化的新型智能制造生產(chǎn)流水線轉(zhuǎn)變。

　　智能制造的工業(yè)自動(dòng)化控制要保證模塊與模塊間、設(shè)備與設(shè)備間透明的信息交互，互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)和無線通信技術(shù)能被整合在當(dāng)前的控制系統(tǒng)中；為了使得智能化的生產(chǎn)制造系統(tǒng)具有自適應(yīng)功能，信息技術(shù)和控制技術(shù)必須實(shí)現(xiàn)整個(gè)制造系統(tǒng)不僅能夠按照流程管理的要求執(zhí)行，而且具備了柔性靈活、能夠快速重構(gòu)的特點(diǎn)。智能制造具有大規(guī)模生產(chǎn)的能力，而且還可具備快速、小批量、多品種的定制生產(chǎn)能力，滿足互聯(lián)網(wǎng)經(jīng)濟(jì)下快速迭代的客戶個(gè)性化需求，使得企業(yè)快速贏得客戶、占領(lǐng)市場(chǎng)先機(jī)。

　　我們可以清楚地看到，在互聯(lián)網(wǎng)時(shí)代，傳統(tǒng)的以自動(dòng)化技術(shù)為導(dǎo)向的生產(chǎn)制造模式面臨著四個(gè)方向的滲透和交融。

　　互聯(lián)網(wǎng)時(shí)代科技發(fā)展日新月異，IT技術(shù)、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、人工智能、邊緣計(jì)算、云技術(shù)、大數(shù)據(jù)、信息安全等迅猛地進(jìn)入了生產(chǎn)制造控制領(lǐng)域，主要從縱向向下深度發(fā)展。

　　· 物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)與控制系統(tǒng)縱向融合，形成分散型智能化的現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備網(wǎng)絡(luò)?，F(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)通信協(xié)議的通用性，數(shù)據(jù)采集的豐富性，使得人們對(duì)現(xiàn)場(chǎng)的運(yùn)行狀態(tài)和過程分析更為清晰。

　　· 控制系統(tǒng)與互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的無縫連接，PLC系統(tǒng)不僅僅要采用IEC 61131的語言來表述控制任務(wù)，同時(shí)要用高級(jí)語言，如JAVA語言、WEB語言，直接打通互聯(lián)網(wǎng)到生產(chǎn)制造的通訊通道，同時(shí)采用OPC UA來解決PLC與互聯(lián)網(wǎng)連接通道，使得生產(chǎn)制造和生產(chǎn)管理的信息可以透明化的交換。PDM、MES等管理信息直接進(jìn)入控制系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫(kù)，管理數(shù)據(jù)進(jìn)行分解執(zhí)行。因此新型PLC系統(tǒng)需要新的功能和接口，即：開放的軟件開發(fā)平臺(tái)；開放的操作系統(tǒng)；開放的用戶應(yīng)用功能的接口；開放的網(wǎng)絡(luò)集成環(huán)境。得益于這些功能和接口，數(shù)據(jù)可高效率的處理和分析，并讓需要的數(shù)據(jù)都能及時(shí)發(fā)往對(duì)應(yīng)的功能單元。最后，通過云計(jì)算實(shí)現(xiàn)分布式的工業(yè)控制，基于Web2.0的工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)和物理信息融合系統(tǒng)將在工業(yè)自動(dòng)化控制系統(tǒng)中得以實(shí)踐。

　　智能制造模式的核心是產(chǎn)品生命周期管理，其延伸了生產(chǎn)制造模式，即包括了三大部分，即產(chǎn)品研發(fā)、產(chǎn)品制造和產(chǎn)品服務(wù)。縱向的從研發(fā)、制造，一直到服務(wù)產(chǎn)品全生命周期鏈的信息交流，無縫通信是互聯(lián)網(wǎng)在新的生產(chǎn)制造模式的一大任務(wù)。同時(shí)在生產(chǎn)制造模式中大數(shù)據(jù)的應(yīng)用也是對(duì)傳統(tǒng)的研發(fā)方法進(jìn)行本質(zhì)上的改變。

　　傳統(tǒng)的研發(fā)對(duì)于常規(guī)的產(chǎn)品往往采用預(yù)測(cè)性的戰(zhàn)略計(jì)劃，利用多年的研發(fā)經(jīng)驗(yàn)和對(duì)產(chǎn)品的理解，做出產(chǎn)品的研發(fā)戰(zhàn)略，通常提前幾年預(yù)測(cè)產(chǎn)品的推出期，及時(shí)地進(jìn)行產(chǎn)品的更新?lián)Q代。對(duì)于顛覆性的創(chuàng)新產(chǎn)品，這種傳統(tǒng)連續(xù)性經(jīng)驗(yàn)法的研發(fā)方法就力不從心了。特別是以客戶為導(dǎo)向，當(dāng)研發(fā)面向用戶的大規(guī)模定制產(chǎn)品時(shí)，傳統(tǒng)的研究方法面臨著巨大的挑戰(zhàn)。因此我們?cè)诋a(chǎn)品全生命周期中的研發(fā)端，必須采用互聯(lián)網(wǎng)的大數(shù)據(jù)思維形成開放性的研發(fā)產(chǎn)品平臺(tái)。

　　由此可見，智能制造改變了生產(chǎn)制造根本的架構(gòu)及其管理模式。在智能制造的總體架構(gòu)中，企業(yè)信息化建設(shè)的主流模式是企業(yè)管理、生產(chǎn)制造管理和生產(chǎn)制造控制的融合，即ERP、MES與PLC控制系統(tǒng)有機(jī)的結(jié)合。PLM、SCM、CRM、QMS、ERP、以及MES的一些功能通過互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)進(jìn)行數(shù)據(jù)交換和數(shù)據(jù)管理，提供分析和判斷的服務(wù)，從而可以降低創(chuàng)建和優(yōu)化基礎(chǔ)架構(gòu)的成本、提升生產(chǎn)管理的智能化水平。互聯(lián)網(wǎng)進(jìn)一步延伸到控制層，不僅提高企業(yè)快速 響應(yīng)市場(chǎng)需求的能力，同時(shí)可以實(shí)現(xiàn)與云技術(shù)的融合，使得高效的跨地域協(xié)同成為可能。

　　根據(jù)智能制造的基本思想，結(jié)合生產(chǎn)制造工業(yè)的實(shí)際現(xiàn)狀，菲尼克斯電氣開發(fā)了PLCnext的IT融合OT的自動(dòng)化控制系統(tǒng)，為實(shí)現(xiàn)智能制造的標(biāo)提供了有力地武器，使得生產(chǎn)制造能夠適應(yīng)產(chǎn)品生命周期新的變化：能夠快速進(jìn)行產(chǎn)品的更新?lián)Q代；產(chǎn)品種類多、而批量少；價(jià)格具備成競(jìng)爭(zhēng)力；縮短投資回報(bào)時(shí)間、優(yōu)化資源以及提高能源使用效率等，滿足了互聯(lián)網(wǎng)時(shí)代對(duì)智能制造的需求。
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