薛志成

概述

近兩年，制造行業(yè)最為熱門的詞莫非智能、工業(yè)4.0、《中國制造2025》，以及由其延伸出的智能工廠、智能設備、智能服務……

工業(yè)4.0和智能工廠到底什么關系呢？德國人認為工業(yè)4.0是以智能制造為主導的第四次工業(yè)革命，通過CPS等先進手段，將制造業(yè)向智能化轉型?！吨袊圃?025》也是強調“以提質增效為中心，以加快新一代信息技術與制造業(yè)深度融合為主線，以推進智能制造為主攻方向”。

那么工業(yè)4.0和智能工廠到底什么關系？和我們印包行業(yè)到底有何關系？首先得弄清工業(yè)4.0的概念。業(yè)界的術語加上我個人的理解，大致如下：

1.功能強大的、自主的微型計算機（嵌入式系統(tǒng)）正越來越多地相互間或與互聯(lián)網(wǎng)以無線方式互聯(lián)。這正在導致實體物理世界與虛擬網(wǎng)絡世界以虛擬網(wǎng)絡——實體物理系統(tǒng)（CPS）的方式相融合。

2.這意味著有史以來第一次，有可能將資源、信息、物品和人進行互聯(lián)，從而造就物聯(lián)網(wǎng)和服務。這種現(xiàn)象的影響也將反映到工業(yè)領域。在制造領域，這種技術的漸進性進步可以被描述為工業(yè)化的第四個階段，即工業(yè)4.0。

3.從消費意義上來說，“工業(yè)4.0”就是一個將生產原料（智能物料）、智能工廠、物流配送、消費者全部編織在一起的大網(wǎng)，消費者只需用智能終端下單，網(wǎng)絡就會自動將訂單和個性化要求發(fā)送給智能工廠，由其智能生產，再通過網(wǎng)絡配送直接交付給消費者。

我們從這些表述中可以看到，無論是德國工業(yè)4.0還是中國制造2025，均是以智能制造為主導（或者叫為方向），以CPS技術為技術手段。作為智能制造核心的MES系統(tǒng)，必須要體現(xiàn)以CPS為特點的智能制造。CPS系統(tǒng)包括智能機器、存儲系統(tǒng)和生產設施，能夠相互獨立地自動交換信息、觸發(fā)動作和控制。CPS將推動生產對象直接或借助互聯(lián)網(wǎng)通過M2M（Machine to Machine，機器對機器）通信自主實現(xiàn)信息交換、運轉和互相操控。

在工信部發(fā)布的《信息物理系統(tǒng)白皮書（2017）》中，《關于CPS的幾點思考——CPS是什么？如何看？怎么干？》中明確指出：“由傳感器、控制終端、組態(tài)軟件、工業(yè)網(wǎng)絡等構成的分布式控制系統(tǒng)（DCS）和數(shù)據(jù)采集與監(jiān)控系統(tǒng)（SCADA）是系統(tǒng)級CPS，由數(shù)控機床、機器人、AGV小車、傳送帶等構成的智能生產線是系統(tǒng)級CPS，通過制造執(zhí)行系統(tǒng)（MES）對人、機、物、料、環(huán)等生產要素進行生產調度、設備管理、物料配送、計劃排產和質量監(jiān)控而構成的智能車間也是系統(tǒng)級CPS?！睆闹锌梢钥吹?，在智能化車間里，CPS并不神秘，具有互聯(lián)互通功能的智能化生產線就是一種CPS，智能化的MES也是一種CPS，兩者結合在一起，以數(shù)字化設備、設備互聯(lián)互通系統(tǒng)、MES系統(tǒng)組成的整個智能化車間就是一個更高級的CPS系統(tǒng)。

智能化MES系統(tǒng)將分別從計劃源頭、過程協(xié)同、設備底層、資源優(yōu)化、質量控制、決策支持等6個方面著手，實現(xiàn)生產過程的自動化、數(shù)字化、網(wǎng)絡化、智能化的管理與控制，完成智能互聯(lián)互通，智能計劃排產，智能生產協(xié)同，智能資源管理，智能質量控制和智能決策支持的各項功能。

作為智能制造的核心，MES在企業(yè)智能化轉型升級中發(fā)揮著越來越重要的作用。一方面，我們既要認真領會MES的真正內涵，挖掘出MES應有的價值；另一方面，我們一定不要拘泥于國外已有定義，結合中國制造業(yè)的現(xiàn)狀，將一些傳統(tǒng)的精華、先進的理念融于MES系統(tǒng)中，使MES真正成為企業(yè)智能制造的核心智能系統(tǒng)，滿足中國制造業(yè)智能化轉型升級的需求。

由此看來：工業(yè)4.0不是智能工廠，智能工廠也代表不了工業(yè)4.0，智能工廠只是工業(yè)4.0漸進式演變過程中的制造層面的呈現(xiàn)形式。

在歐美國家工業(yè)4.0完成需要15～20年。在中國，因為工業(yè)起步晚，底子薄，各個行業(yè)發(fā)展極不均衡，處在工業(yè)2.0水平的企業(yè)比比皆是。

比較準確的說，印包行業(yè)還處于工業(yè)2.0的水平。這個行業(yè)的發(fā)展不會再演進到工業(yè)3.0，再演進到工業(yè)4.0。而是在向工業(yè)3.0演進的同時，工業(yè)4.0的諸多元素也會有機整合進來。下面就以其表現(xiàn)形式——印刷包裝行業(yè)的智能工廠來說明。

印刷包裝行業(yè)智能工廠

傳統(tǒng)的印刷工廠依據(jù)人工的技能和紙質的信息流進行生產，效率低、耗能耗材，企業(yè)大而不精，缺乏市場競爭力。全國印刷行業(yè)都處于工業(yè)2.0時代甚至更低。陜西北人依據(jù)印刷行業(yè)的特點，制定了印刷行業(yè)的基于數(shù)字化的智能工廠發(fā)展模式。

印刷包裝智能工廠是一個復雜的龐大系統(tǒng)，主要由智能物流系統(tǒng)、企業(yè)管理軟件、生產信息采集系統(tǒng)、智能生產設備4大部分組成。通過各系統(tǒng)協(xié)同工作，構建功能完備、具有高度自動化的智能數(shù)字化工廠。在智能數(shù)字化工廠里設備與設備互聯(lián)、人與人互聯(lián)、人與設備互聯(lián)即系統(tǒng)中的物理對象在信息系統(tǒng)進行通訊，并進行跨界信息交流。各個系統(tǒng)實現(xiàn)跨越整合。以下圖為例說明。

1. 智能物流系統(tǒng)

智能物流系統(tǒng)包括智能倉儲WMS系統(tǒng)、外部物流、內部物流。

外部物流接到生產企業(yè)的指令，進行生產材料的運輸，在生產企業(yè)進行入庫，每個物件都會有自己的身份標示；內部物流的指令由ERP、MES、發(fā)出指令，AGV依據(jù)發(fā)出的指令將在不同加工狀態(tài)下的物料準確地運送到下個加工點或返回上層工序。

在智能系統(tǒng)中每個物料的實時位置、被加工狀態(tài)都在系統(tǒng)中實施顯現(xiàn)，在生產現(xiàn)場也會通過生產看板實時顯示狀態(tài)。

2.企業(yè)管理軟件

企業(yè)管理軟件是智能工廠的大腦，企業(yè)的資源調配，訂單管理由ERP執(zhí)行，訂單的具體生產，設備的調配，每個生產單元（或智能設備）的能力管控以及加工任務的分配均由MES（生產制造執(zhí)行系統(tǒng)）執(zhí)行。MES會依據(jù)各生產單元的歷史數(shù)據(jù)以及與生產單元自我分析、運行的數(shù)據(jù)作出判斷。

3. 生產信息采集系統(tǒng)

智能工廠之所以能夠自我運行，只依靠人工的監(jiān)控就行，主要是生產的信息流及時準確的采集與傳輸，信息的采集有人工采集和自動采集，信息的載體有RFID天線、條碼、二維碼等。采集的信息在工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)高效、準確的傳輸，不論是在國家之內或是國際之間。

4.智能生產設備

在印刷包裝智能工廠，印刷包裝設備不再是唯一或獨立的主要生產設備，而是整個智能生產過程的一個環(huán)節(jié)。印刷設備的操作人員無需裝卷和卸卷，智能設備自動完成上下卷，整臺機器的工藝參數(shù)都由MES系統(tǒng)發(fā)送到機器，機器自動讀寫并完成參數(shù)的設定。設備操作人員只是監(jiān)督檢查，人員減少50%。

印刷包裝設備都具備如下功能：全自動上下卷技術、全自動裁切智能預套印技術，智能自動上下墨技術、自動清洗技術、智能數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)、具備與云服務中心對接技術。

印刷包裝設備有自我分析、診斷能力，其自身的運行能力、訂單完成以及與下道工序的對接都傳遞到MES。而隨著工業(yè)4.0的逐步實施，設備自我分析、能力診斷，自身的運行能力、訂單完成以及與下道工序的對接不再直接通過MES指揮控制，而是在設備與設備之間就能完成，在設備之間的協(xié)調出現(xiàn)不能完全銜接的情況下，才會自動切換到MES統(tǒng)一協(xié)調解決，解決方式可能是工廠內的，也可能是跨區(qū)域或跨國的。

智能服務系統(tǒng)

如今“云”概念已經家喻戶曉，目前陜西北人的云服務中心已經建成，并且云服務系統(tǒng)也已經在軟包裝設備上開始應用，而云服務也將全面升級為智能服務的平臺。

智能服務平臺是基于一套智能互動通訊裝備、建立在總部的云服務中心以及設備中智能管理系統(tǒng)而組成。當客戶的設備出現(xiàn)問題時，使用智能互動通訊裝備與陜西北人云服務中心連接，此時云服務中心就會被授權顯示客戶設備的所有性能參數(shù)信息，然后在線專家根據(jù)信息的反饋遠程視頻指導客戶維修或維護。

智能服務平臺可以為用戶提供使用說明、維修手冊、在線查詢、行業(yè)信息和遠程培訓等服務；除此之外，還可以為用戶現(xiàn)場的設備進行程序的儲存，遠程視頻的診斷，遠程維修，保養(yǎng)提醒和網(wǎng)絡機長的服務。

同時在智能服務中心匯聚了印刷包裝行業(yè)的專家，分別有機械專家、電氣專家、色彩專家、油墨專家、涂布專家等，這些專家可以為用戶解決設備在運轉過程中出現(xiàn)的問題，還可以為用戶解決生產工藝的問題。

結束語

上述智能工廠的結構和運行方式也只是由工業(yè)2.0向工業(yè)3.0轉型中，融入部分工業(yè)4.0的元素而形成的。隨著工業(yè)4.0的漸進式發(fā)展，以上技術也將更進一步發(fā)展，生產單元、物流單元的自主能力將進一步提高，對人的依賴更進一步降低。真正的CPS系統(tǒng)會實現(xiàn)。行業(yè)的發(fā)展全面進入智能時代。

再好的智能工廠也離不開MES平臺和軟件，沒有結合工廠的實際規(guī)劃，實施效果未必就好。不論之前有再多的案例和經驗，也必須具體落實在企業(yè)后，具體情況具體分析。企業(yè)實施一套MES系統(tǒng)，即便是理論再先進，軟件再智能，但如果不能得到成功地應用，對企業(yè)而言，結果就是零，甚至是負數(shù)，因為這不但浪費了企業(yè)大量的人力、財力，而且還影響了企業(yè)的正常生產，并嚴重地打擊了企業(yè)對信息化的熱情與信心，這些損失對企業(yè)而言都是難以計量的。