1. 背景概述
        自從“中國制造2025”計劃頒布實施以來，“智能制造”浪潮方興未艾，并一步步從概念落實到一個個具體的案例，從“示范工程”由點及面轉(zhuǎn)變?yōu)槠髽I(yè)的自主行動，正在并持續(xù)改變中國傳統(tǒng)制造技術(shù)、產(chǎn)業(yè)和模式，塑造中國制造的未來。
在此過程中，眾多專家、研究機構(gòu)、企業(yè)從不同的維度提出了各種概念、定義、模型、范式、構(gòu)架等，不一而足。但所謂“知易行難”，將各種紛繁復(fù)雜的框圖轉(zhuǎn)化為邏輯流程圖、數(shù)據(jù)流程圖，進(jìn)而落地到具體的軟件系統(tǒng)、集成為系統(tǒng)的系統(tǒng)是一件非常困難的事，是一個大的系統(tǒng)工程。
鼎格工業(yè)軟件一直專注于“工廠內(nèi)部”智能制造解決方案的研發(fā)和實際生產(chǎn)應(yīng)用項目的實施。2016年即承擔(dān)工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)平臺在個落地項目的實施，該系統(tǒng)一直在被充分使用。2017年又承擔(dān)了大型重工企業(yè)“中國制造2025”示范項目的軟件系統(tǒng)開發(fā)和系統(tǒng)集成等一系列智能制造相關(guān)項目的實施，涉及汽車、工程機械、重型裝備、新能源、半導(dǎo)體裝備、電力電子等行業(yè)。在此過程中推陳出新、不斷改進(jìn)，逐步形成了圍繞工廠內(nèi)部生產(chǎn)制造核心環(huán)節(jié)的智能制造綜合解決方案。
2. 鼎格工業(yè)軟件廠內(nèi)智能制造綜合解決方案
2.1 總體方案
        綜合解決方案由既相互獨立又可彼此集成的三個軟件產(chǎn)品組成：符合德國工業(yè)4.0關(guān)于制造執(zhí)行系統(tǒng)（MES）標(biāo)準(zhǔn)即VDI5600標(biāo)準(zhǔn)的鼎力智造執(zhí)行平臺Dlims（以下簡稱Dlims）、滿足“批量為1”全自動化制造現(xiàn)場控制需求的極力數(shù)字化生產(chǎn)線系統(tǒng)DigiPL（以下簡稱DigiPL）、面向工業(yè)設(shè)備的格易工業(yè)設(shè)備互聯(lián)網(wǎng)平臺GringIIoD（以下簡稱GringIIoD）。如圖1所示。
  
                                                                          圖1 廠內(nèi)智能制造綜合解決方案
2.2 鼎力智造執(zhí)行平臺Dlims
       Dlims是在鼎格工業(yè)軟件已有MES產(chǎn)品的基礎(chǔ)上遵循德國VDI5600標(biāo)準(zhǔn)而*重構(gòu)開發(fā)的制造執(zhí)行系統(tǒng)（MES）產(chǎn)品。德國提出的“工業(yè)4.0”戰(zhàn)略旨在通過充分利用信息通訊技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)空間虛擬系統(tǒng)——信息物理系統(tǒng)（Cyber-Physical System，CPS）相結(jié)合的手段，將制造業(yè)向智能化轉(zhuǎn)型，而MES系統(tǒng)是智能制造的核心。VDI(德國工程師協(xié)會)發(fā)布的針對MES系統(tǒng)的5600準(zhǔn)則，詳細(xì)描述了MES系統(tǒng)必須要有的功能和特性，在范圍廣泛的各種功能之外，還明確指出應(yīng)該包括“橫向集成”和“實時性能”，從而使MES系統(tǒng)在實現(xiàn)工業(yè)4.0的具體實踐中起到關(guān)鍵作用。
Dlims通過了上海市計算機軟件評測重點實驗室的評估測試，獲得上海市軟件行業(yè)協(xié)會的《軟件產(chǎn)品證書》。
Dlims系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計如圖2所示。
   
                                                                                圖2 Dlims系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計
Dlims支持CS、BS、PDA三種形式的終端應(yīng)用。在這三種形式終端上體現(xiàn)的典型功能如下：
•    CS端功能：系統(tǒng)管理、進(jìn)退貨管理、工單管理、發(fā)料管理、報表管理、庫存管理、排產(chǎn)管理、盤點管理、條碼管理、質(zhì)量管理。
•   BS端功能：系統(tǒng)管理、基礎(chǔ)通用操作、基礎(chǔ)數(shù)據(jù)管理、工單維護(hù)、排產(chǎn)管理、倉庫儲運管理、報表管理、協(xié)作平臺、定時作業(yè)、看板管理、日志查詢、SAP離線功能。
•    PDA功能：進(jìn)貨流程、退貨流程、發(fā)料管理、工單管理、物料查詢、內(nèi)倉庫存轉(zhuǎn)移、物料盤點、物料調(diào)出、銷售發(fā)貨、成本中心發(fā)料、161退貨、外倉庫存轉(zhuǎn)移、日計劃報工。
2.3 極力數(shù)字化生產(chǎn)線系統(tǒng)DigiPL
       DigiPL支持“批量為1”的生產(chǎn)需求。該系統(tǒng)的實現(xiàn)基于多狀態(tài)機控制、以訂單和工藝驅(qū)動兩個核心設(shè)計原則，使其在全自動化的前提下滿足柔性化、離散化的生產(chǎn)組織要求。
DigiPL的架構(gòu)如圖3。
       
                                                                                   圖3 DigiPL系統(tǒng)架構(gòu)
DigiPL系統(tǒng)的主要功能包括：
•    與MES系統(tǒng)對接：派工、報工；
•    與PLM系統(tǒng)對接：獲取圖紙信息；
•    數(shù)控系統(tǒng)對接：遠(yuǎn)程對機床進(jìn)行控制加工；
•    與PLC和傳感器互通：遠(yuǎn)程對機床進(jìn)行控制加工；
•    BS客戶端：在辦公室進(jìn)行工藝配置、刀具管理，生產(chǎn)數(shù)據(jù)的追蹤；
•    CS客戶端：在中控室操作整條產(chǎn)線，如：初始化、終止、暫停、繼續(xù)、異常監(jiān)控和處理；
•    看板：動態(tài)實時顯示物料的位置和狀態(tài)，顯示生產(chǎn)訂單、生產(chǎn)計劃；統(tǒng)計顯示產(chǎn)線效率和能耗等信息；各個設(shè)備的狀態(tài)以及加工實況。
DigiPL系統(tǒng)特點如下：
•    自動化：在無人干預(yù)的情況下，產(chǎn)線按給出的計劃、工藝數(shù)據(jù)進(jìn)行自動操作和控制加工過程，完成工件的生產(chǎn)。
•    信息化：通過與MES系統(tǒng)的信息交互獲取派工單和計劃數(shù)據(jù)，從PLM系統(tǒng)獲取加工圖紙，結(jié)合來料信息，進(jìn)行分析，組織生產(chǎn)，并將生產(chǎn)數(shù)據(jù)實時上報信息系統(tǒng)。
•    柔性化：針對加工對象的變換，產(chǎn)線根據(jù)加工工藝和圖紙的不同，自動選擇相適應(yīng)的設(shè)備完成不同的工件加工。
•    流水化：按照工藝流程，前一個工序為下一個工序的前提，每一個工序可以與其他工序同時進(jìn)行。實現(xiàn)多個對象同時加工，提高產(chǎn)能。
•    可視化：
     ?   產(chǎn)品追溯：通過產(chǎn)線采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行追溯?？刹樵兊疆a(chǎn)線的生產(chǎn)記錄、對應(yīng)批次產(chǎn)品等信息，從而達(dá)到追溯產(chǎn)品質(zhì)量，精確協(xié)調(diào)生產(chǎn)的目的。
     ?   看板：將生產(chǎn)中工件的流動、工件設(shè)備狀態(tài)、以及生產(chǎn)計劃、生產(chǎn)訂單、生產(chǎn)效能與生產(chǎn)的潛在問題可視化呈現(xiàn)，幫助用戶找出原因與趨勢預(yù)測，實現(xiàn)問題早發(fā)現(xiàn)、早分析、早解決、早預(yù)防。
2.4 格易工業(yè)設(shè)備互聯(lián)網(wǎng)平臺GringIIoD
        GringIIoD是面向工廠內(nèi)部生產(chǎn)加工、檢測設(shè)備互聯(lián)的軟件平臺，具有強實時、高可靠、大數(shù)據(jù)量的特點，是實現(xiàn)智能制造的基礎(chǔ)性平臺，它分為設(shè)備連接平臺（Equipment Automation Programming，EAP）和企業(yè)大數(shù)據(jù)中心（Enterprise Data Warehouse，EDW）兩個部分。GringIIoD建立設(shè)備連接平臺，將所有相關(guān)設(shè)備和系統(tǒng)都連接到該平臺，采集所有設(shè)備上的各種數(shù)據(jù)并存儲，所有應(yīng)用從該平臺進(jìn)行訪問。
        
                                                                                     圖4 工業(yè)設(shè)備互聯(lián)網(wǎng)平臺
          GringIIoD既可以作為MES與設(shè)備之間的中間連接層，也可以單獨部署以作為設(shè)備監(jiān)控等應(yīng)用的平臺。采用*的“設(shè)備模型”和分類通信處理模式，既可采集海量數(shù)據(jù)、又具有強實時高可靠地傳輸設(shè)備控制命令的能力，有效解決工廠加工、檢測設(shè)備的控制與大數(shù)據(jù)采集問題。
      
                                                               圖5 GringIIoD工業(yè)設(shè)備互聯(lián)網(wǎng)平臺結(jié)構(gòu)
       GringIIoD的核心是設(shè)備模型（Device Model），通過定義設(shè)備的屬性（Attribute）、狀態(tài)變量（State Variable）、命令字（Commａnd Variable）、數(shù)據(jù)變量（Data Variable）、事件變量（Event Variable）、報警信息（Alarm）等，并分類采用不同的通信處理機制，滿足設(shè)備控制命令實時性和海量數(shù)據(jù)及時采集的要求。實現(xiàn)工業(yè)設(shè)備真正的“數(shù)字孿生”。
對于制造工廠用戶，可以在設(shè)備模型的基礎(chǔ)上制定自己企業(yè)統(tǒng)一的設(shè)備連接標(biāo)準(zhǔn)，進(jìn)而作為對設(shè)備供應(yīng)商的技術(shù)要求，從根本上解決設(shè)備軟件接口非常雜亂的困局。
      GringIIoD的價值在于既可以解決廠內(nèi)設(shè)備“萬物互聯(lián)”的痛點，又可以解決上層業(yè)務(wù)系統(tǒng)和設(shè)備通訊交互的難點，同時還可以解決設(shè)備上的人、機、料等大數(shù)據(jù)采集存儲問題，為數(shù)據(jù)分析、挖掘、可視化、商業(yè)智能提供數(shù)據(jù)積累。
      GringIIoD通過了上海市計算機軟件評測重點實驗室的評估測試，獲得上海市軟件行業(yè)協(xié)會的《軟件產(chǎn)品證書》。
3. 結(jié)論
        制造執(zhí)行系統(tǒng)、數(shù)字化生產(chǎn)線系統(tǒng)、工業(yè)設(shè)備互聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)是“加工制造”這個核心環(huán)節(jié)的軟件系統(tǒng)，是“智能制造”是否能真正落地的關(guān)鍵。
•    設(shè)備連接平臺（GringIIoD-EAP）提供了面向設(shè)備的平臺、標(biāo)準(zhǔn)、開發(fā)包，解決工廠內(nèi)部設(shè)備的“萬物互聯(lián)”這個關(guān)鍵也是痛點問題。
•    數(shù)字化生產(chǎn)線系統(tǒng)（DigiPL）實現(xiàn)了全自動無人化的車間/生產(chǎn)線，在此基礎(chǔ)上可實現(xiàn)機器換人、減員增效，支持“批量為1”的柔性生產(chǎn)，同時也減少了人為干預(yù)，提高產(chǎn)品生產(chǎn)的一致性和質(zhì)量。
•    制造執(zhí)行系統(tǒng)（Dlims）以訂單和工藝驅(qū)動生產(chǎn)過程，是對ERP過程的細(xì)化，使生產(chǎn)進(jìn)度和狀態(tài)盡在掌握。
•    大數(shù)據(jù)中心（GringIIoD-EDW）從EAP、DigiPL、Dlims以及其它管理系統(tǒng)如ERP、PLM、WMS、CRM、SRM等獲取數(shù)據(jù)，使用大數(shù)據(jù)技術(shù)對結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)、非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)以及實時數(shù)據(jù)等原始數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲，然后對原始數(shù)據(jù)進(jìn)行自動化的提取、整理、清洗、合并、分類，將各種應(yīng)用所需的數(shù)據(jù)存儲到數(shù)據(jù)倉庫中。這些數(shù)據(jù)是企業(yè)運營的全息記錄，是企業(yè)寶貴的數(shù)據(jù)資產(chǎn)，也是企業(yè)從制造型向服務(wù)型企業(yè)轉(zhuǎn)型的重要基礎(chǔ)，其價值的挖掘是一個持續(xù)的過程。
•    各種工業(yè)化應(yīng)用（APP）、BI、AI運行在大數(shù)據(jù)中心之上，以看板、報表等各種形式輔助工廠運營決策，比如對歷史問題的追查分析、對當(dāng)前生產(chǎn)狀態(tài)的實時監(jiān)控、對未來生產(chǎn)要素的趨勢分析等。
        針對不同的軟硬件基礎(chǔ)條件、生產(chǎn)及工藝需求、投資規(guī)模等，Dlims、DigiPL、GringIIoD既可以三個系統(tǒng)集成部署、也可以兩個系統(tǒng)集成部署、還可以只部署一個系統(tǒng)，以滿足不同的生產(chǎn)場景情況。