智慧工厂的基本结构和发展路径ppt课件

1、智慧工厂的根本架构和开展途径报告人：葛云澄辽宁山合信通科技大连翊源科技2021年1月16日中国中国挪动通讯集团内容提要智慧工厂概念和详细实现的开展脉络智慧工厂的根本架构智慧工厂承继和有待开展的主要技术小结智慧工厂概念和详细实现的开展用三个维度表达的智慧工厂多年来工程技术界不断在探求数字化工厂应该如何完好而准确的描画。2006年，美国ARC总结了以制造为中心的数字制造、以设计为中心的数字制造和以管理为中心的数字制造，并思索了原资料和能源供应和产品的销售供应，提出用工程技术、消费制造和供应链这三个维度来描画工厂的全部活动。经过建立描画这三个维度的信息模型，利用适当的软件就可以完好表达围绕产品设计、

2、技术支持，消费制造以及原资料供应、销售和市场相关的一切环节的活动CPM工厂描画的三个维度：工程、消费、供应链CMM协调制造管理企业外运营C客户s供货商s企业内ERP供应链 PLM/ 客户管理 S 关系PLM/ 管理D物流自动化消费ARC提出：用工程、消费制造、供应链三个维度描画数字化工厂的模型中国挪动通讯集团智慧工厂的全面描画假设这些描画和表达可以得到实时数据的支持，还可以实时下达指令指导这些活动，并且为实现全面的优化，能在这三个维度之间进展交互，可以一定地说这就是我们理想的数字化工厂或者叫智慧工厂。换一种表达方式，我们可以把数字化工厂看做是实现了产品的数字化设计、产品的数字化制造、运营业务过

3、程和制造过程的数字化管理，以及综合集成优化的过程。不过，如何在现有技术的根底上开展智慧工厂，为了实现数字化智慧工厂还需求开发哪些技术，ARC并没有明确的说法。信息物理系统CPS信息物理系统CyberPhysicalSystem，CPS，也有人称为信息物理交融系统，最早是美国科学家相当于物联网的一种表述。它与物联网相比，最显著的特点是强调物理过程与信息间的反响。2021年美国加利福利亚大学的Lee.E在其技术报告中指出：信息物理系统是计算和物理过程的整合集成。嵌入式计算机和网络对物理过程进展监测和控制，通常系统具有物理过程影响计算、计算也影响物理过程的反响回路。从自动化技术的观念看，CPS是一种

4、工程系统，由一个嵌入在物体中的计算和通讯的内核，以及物理环境中的构造所监测和控制。Karl Henrik Johansson，2021德国的专家和教授基于制造立国和制造强国的理念，把CPS运用于生产制造，提出了CPPS，即信息物理消费系统。以CPPS为模型构建智慧工厂，或者数字化工厂。2021年德国政府制定和大力推行Industry4.0，而且强调Industry4.0的特征是工业自动化和信息的严密结合，它建立在物理信息系统CPS的根底之上。这就为智慧工厂的实现指明了一条具有现实可行性的途径。于是，为数众多的德国与制造相关的企业，从跨国的超大型企业Siemens、SAP等到各类的自动化产品的中

5、小企业，都在思索和酝酿如何应对这一开展的大趋势。CPS在消费过程的实现构成了智慧工厂Industry4.0建立在CPS根底上建立在CPS根底上的Industry4.0中国挪动通讯集团边境消逝全球规划，分散制造根据实情扩展消费才干协同利用全球化工具智慧工厂知识存贮了解历史/当前形状与所处环境能进展通讯知悉到达其目的的方法智慧产品社会性机械设备知识共享缺陷补偿或缺点维护负荷平衡灵敏的自顺应利用信息物理系统迈向智慧工厂掌控了然于胸消费优化操作运转条件和产品状态完全透明虚拟制造加强型操作者减少限制远程可视化和远程操作掌握全面知识防止过失中国挪动通讯集团智慧工厂的根本架构智慧工厂的根本架构在消费自动化中

6、的CPS应该是什么样的，CPS理念运用于消费制造还有哪些议题需求明确，智慧工厂立足于哪些现有技术根底，还有哪些技术需求如何开展和充实，下面我们会做一些初步探求和讨论。首先我们来看智慧工厂的根本架构。中国挪动通讯集团物联网和效力网是智慧工厂的信息技术根底中国挪动通讯集团在典型的工厂控制系统和管理系统信息集成的三层架构的根底上，充分利用正在迅速开展的物联网技术和效力网技术。与消费方案、物流、能源和运营相关的ERP、SCR、CRM等，和产品设计、技术相关的PLM处在最上层，与效力网紧紧相连。与制造消费设备和消费线控制、调度、排产等相关的PCS、MES功能经过CPS物理信息系统实现。这一层与工业物联网

7、紧紧相连。从制废品构成和产品生命周期效力的维度，智慧工厂还需求和具有智慧的原资料供应，以及智慧产品的售后效力这些环节构成实时互连互通的信息交换。而具有智慧的原资料供应和智慧产品的售后效力，具有充分利用效力网和物联网的功能。物联网和效力网是智慧工厂的信息技术根底智能制造智能部件产品智能化智能配备物联网和效力网现代航空配备配备先进轨道交通配备海洋工程配备智能安装智能系统数字化车间数字化企业卫星及运用 智能制造产业智能制造与智能配备制造业配备制造业高端配备制造业中国挪动通讯集团智慧工厂是由许多智能制造配备构成当然还包括控制和信息系统智能制造配备是由许多智能部件和其它相关根本部件构成从CPS走向智慧工

8、厂的一种图像中国挪动通讯集团在我们所处的现实世界，数字化智慧工厂实践上还正在分别沿着上述的三个维度独立的开展，这是由于工程技术、消费制造和供应链的数字化实现还没有开展到非常成熟的程度，更不曾广泛的推行运用。因此立足现实，数字化工厂就可以了解为：在消费制造的维度开展基于制造智能的自动化消费线或成套安装在这样坚实的消费根底设备的根底上，将它们纳入企业业务运营系统ERP和制造执行系统MES的管辖之下同时，在工程技术的维度上，建立和完善CAD、CAPP、CAM根底上的PDM和PLM，然后延伸到产品售后的技术支持和效力。智能制造是数字化工厂的基石智慧工厂承继和有待开展的主要技术消费自动化中的CPS需求关

9、注的主题自顺应和自主控制基于部件的自动化component-basedautomation软件安装阶段组态deploymenttimeconfiguration通讯和分散的功能性对分层通讯构造没有剧烈依赖程度集成和垂直集成基于IP的无线和有界有线的adhoc通讯能感知环境关系的自动化部件任务运转与所在位置无关在整条消费线中部件能实现其义务根据环境的影响，过程参数和过程构造能进展动态自顺应人员要素的集成加强操作人员的才干人在系统中的作用是协调者、优化者和指点者智慧工厂需求承继和开展的主要技术智慧工厂是从现有的各种工业自动化技术的根底上吸收IT技术逐渐开展的。下面我们讨论有哪些技术方法门类是需求承

10、继和进一步开展的。主要有：分布式自动化开放的通讯语义可互操作性分布式自动化用现场总线将传感器、变送器和执行器衔接空间分布对象的数据采集集中式的PLC转向算法和数据处置部件集成构造简化PLC在网络系统中的集成例如ProfiNet的CBAIEC61499在嵌入式系统中以分布式软件的方式开发控制智能在分布式系统中完成系统功能的执行IEC61499是IEC61131-3在分布式系统中的实现想象分布式自动化可自创SoA和代理系统面向效力的架构SoASoA是IT行业常用的一种运营管理的建模方法。为了使运用软件可进展复用服务所采用的一种封装集成和调用效力均与平台和实现无关具有效力发现功能代理系统agents

11、ystem这是在研讨分布式人工智能时引入的概念可将明晰定义的子任分配给予代理不同代理间的通讯非常要紧在处理复杂义务时具有自组织功能中国挪动通讯集团企业管理系统的多代理方法中国挪动通讯集团数据采集建模/深化了解信息管理决策支持影响/控制义务级别中国挪动通讯集团分布式智能的范例影响程度物联网组织间组织内操作边境内个别设备、产品等面向效力的控制构造特性在根本效力中对机电一体化功能进展功能性封装明晰定义的效力接口如WSDL规范化的通讯接口如SOAP、DPWS运用所带来的利益为自动化部件提供可互操作性便于集成，花最少时间完成集成过程控制的程序易于客制化，也便于修正中国挪动通讯集团在运用上IEC61499

12、并不是一种完全独立的规范，为实现分布式工业过程测控系统至少还需求：通讯协议 定义规范的通讯功能块及其规范开放性通讯的映射效力。如：工业通讯的国际规范有现场总线和工业以太网。规范编程言语 用IEC61131-3国际编程言语规范编制的功能块其内含有算法。在运用中它们二者相互补充，才干构成完好的功能块类型。IEC61499和IEC61131-3的关系设备4设备1设备2设备3运用程序A 运用程序B被控过程IEC61499的系统模型 通讯网络中国挪动通讯集团一组互连的设备仪表、部件等彼此之间经过一个或多个网络通讯，这些网络并不限于一种网络如工业以太网、现场总线，也可构成多级网络的方式如Profibus和

13、ProfiNet、H1和HSE、 DeviceNet和ControlNet进展通信。运用程序可常驻在一个设备中如运用程序C，也可常驻在多个设备中如运用程序A和B。例如，一个运用程序可以包括一个或多个控制回路，其中输入采样由一个设备执行，控制运算由另一个设备执行，输出变换由第3个设备完成。IEC61499的系统模型应用程序模型功能块X功能块Y功能块Z数据流IEC61499的运用程序模型在IEC61499中，运用程序由功能块网络组成，其节点是功能块或子运用程序及其参数，其分支是数据衔接和事件衔接。事件流中国挪动通讯集团与集中系统不同的是，这种由假设干个能够分散在多个设备中的功能块互连而成的运用程序

14、模型，分散系统的程序执行不再按扫描方式，或是按多义务多进程的方式进展，它要求在指定数据传输与控制算法之间的关系时具有明确的显性机制。运用程序的运转调度按以下3种方式：事件产生功能块互连以周期和/或优先级的调度信息确定的时序及顺序要求进展。IEC61499的运用程序模型实例名数据输入事件流数据流事件流数据流事件输入事件输出执行控制隐含类型名算法隐含 内部数据隐含数据输出资源才干:调度,通讯，映射,过程映射显性事件接口IEC61499为满足这个要求，IEC61499增加了一个显性事件接口，以执行IEC61131-3功能块的控制算法的控制功能。中国挪动通讯集团开放的通讯架构自动化和IT网络自动化领域

15、的主要运用运动控制和平安系统硬实时要求挑战开发满足硬实时要求的分布式系统工厂自动化通常无硬实时要求挑战在一种总线系统中妥善处理异构数据传输批量控制和延续流程控制通常不会在大范围内有苛刻的时间要求挑战在大量网络节点2000情况下仍能透明传输工厂级控制级现场级工厂自动化运动控制过程自动化中国挪动通讯集团用无线网络来扩展有线网络无线网络技术面临的的挑战无线和混合网络与传统的自动化网络显著不同无线绝非100%可靠，如何处理？无线通讯的实时性成为至今难以跨越的瓶颈无线网络的时机使系统和用户具有可挪动性多跳、自组织Ad-hoc通讯现场设备的Ad-hoc组态中国挪动通讯集团架构方面网络之间的通讯量最小化开放

16、的规范和接口语义数据的描画部件方面分散型智能部件的开发就地决策处置基于模型和语义的描画自主控制和自供电源开发无线自动化处理方案的关键问题主要问题：应该如何来设计无线自动化的处理方案，才干加强无线技术潜在的可挪动性和替代有线所带来的利益中国挪动通讯集团关于垂直集成的互操作的含义在上下不同层次实现可互操作是困难的，譬如ERP层面L4内是语义互操作，检测和执行层面内L1是信号的互操作。垂直集成意味着：在企业管理层的软件和自动化设备之间建立数据衔接要使信号能提升为具有显性含义如何掌控不同长度和不同周期的数据包中国挪动通讯集团用规范的中间件OPC-UA将现有网络进展垂直集成用规范化中间件OPC-UA实现

17、垂直集成中国挪动通讯集团关于数据和功能集成的开放性垂直集成要让在工厂产生的一切信息都能随机存取的集成但是，作为决策根底的动态编译却要求思索技术系统的知识于是产生了下面的问题：哪些是普通工厂信息模型所必要的根本单元？而它们恰恰能显性地表达可供运用的知识。中国挪动通讯集团智慧工厂系统的信息平安问题外部通讯根底构造远程业务伙伴和客户远程操作工具HMI企业局域网控制系统局域网仪表平安系统语义互操作语义互操作是指计算机系统传输明确的共享数据的才干。它是对信息系统之间可以进展可用机器计算的逻辑、推理、知识发现和数据结合的要求。面向效力的架构SoA是一种不受限于详细技术的体系构造。在SoA中，迫切要求效力提

18、供者与效力需求者之间进展有效的通讯，而无需思索信息构造、与业务相关的人为要素和其它文件的异构即非同一性。这种要求称为语义的可互操作性。通常以为技术方法是效力的要求者与提供者之间进展有效协调和集成的最大妨碍，实践上语义的互操作性才是根源性的问题。运用举例：产品作为一个自动化部件产品将其消费过程的笼统描画存贮在它的存贮器中，这样就可以用预先动作的方式协调每一个制造环节中国挪动通讯集团在产品存贮器中执行笼统描画过程1主要问题：怎样调用已被描画的功能？没有效力储存库的语义方法效力名、效力参数和地址必需从产品存贮器内调出例如：调用制动器效力地址：192.168.178.30:10221效力名：/Stop

19、perSevice操作形状：抱死参数：无缺陷：地址、端口、效力名、操作形状、和参数限制了灵敏性； 与制造厂的交互协调实践上不能够执行中国挪动通讯集团有效力储存的语义方法效力名用来从效力储存库寻觅WSDL效力定义例如：恳求“StopperSevice效力前往WSDL效力定义从WSDL文件读出主地址，能够的操作形状、参数名等由人选择适宜的操作和参数进展效力调用缺陷：WSDL单纯是接口的语义定义；操作含义不是正式描画；实践上不能够与供货商进展自动协调交互在产品存贮器中执行笼统描画过程2中国挪动通讯集团消费过程的语义效力发现主要义务：适宜功能性的搜索、定位、选择和协调语义方法定义一个效力实体 例如用包括设备信息功能性信息所处环境信息来定义一种效力用语义技术进展效力发现进展直接满足效力描画要求的效力搜索进展与要求特性等