面向智能制造的智能工厂运营管理

面向智能制造的智能工厂运营管理

段晓勇

陕西黄陵煤化工有限责任公司  727300 

摘要：21世纪以来，“云、大、物、智、移”等新兴技术的蓬勃发展正在悄然改变人类社会的生产和生活方式，“工业4.0”也逐渐站在了制造业转型升级的风口之上。

关键词：智能制造；智能工厂；运营管理

引言

“智能制造”一词最早可以追溯到1988年，伴随近几十年来与其相关的计算机集成制造、柔性制造、敏捷制造等先进制造理念的共同发展，其“智能”概念内涵已从最初的狭义“数字化”提升和拓宽为如今的“数字化、网络化、智能化”，期间也经历了以“互联网+”为代表的“数字化、网络化”智能制造。智能制造是指在制造工业的各个阶段，将新一代信息技术与先进自动化技术、传感技术、控制技术、数字制造技术和管理技术相结合，以一种高度柔性与高度集成的方式，支持工厂和企业内部、企业之间和产品全生命周期（产品研发设计、生产加工、运营管理、维护服务到报废处理的全过程）的实时管理和优化。

1 智能工厂运营管理的挑战

智能工厂的生产过程不再仅是简单地从原材料经加工转换成产品，更重要的是一种知识创造、共享和更新的过程，对知识创新活动的需求更加强烈。传统的以专家经验和分析模型为主的知识获取及应用模式，将被基于深度挖掘和智能化推理决策的创新知识管理模式所取代，为提升智能工厂的智能化水平提供推理和决策支持。互联网与大数据带来的环境变化给智能工厂知识管理提出了新的需求，表现在：（1）现有大数据驱动的知识发现方法，有待结合智能工厂运营管理对知识获取的具体需求；（2）智能工厂知识来源多样、结构复杂、语义异质，缺乏多层次多维度的知识管理方法；（3）智能工厂的知识表达不止局限于本体模型语义层面的规范化描述，成为需解决知识在智能工厂不同层级之间的传播共享和时效更新问题。

2 面向智能制造的智能工厂运营管理

2.1工厂外网

工厂外网指工厂外部的网络，用于连接智慧工厂、企业分支、上下游合作企业、公有工业云数据中心、智能产品和用户。其中，智能产品包括智慧家庭中的智能家电、智慧医疗设备、智能汽车、工程机械等。位于智慧工厂内部数据中心的应用服务器与位于工厂外部的工业云数据中心通过工厂外网互联。企业分支、合作企业、智能产品和用户按需与位于智慧工厂内部的企业数据中心或位于智慧工厂外部的工业云数据中心连接。工厂外网可采用一系列网络技术，如同步数字体系（Synchronous Digital Hierarchy, SDH）、密集波分复用（Dense Wavelength pision Multiplexing, DWDM）、光传送网络（Optical Transport Network, OTN）、网际互联协议（Internet Protocol, IP）和基于蜂窝网络或微型通信的微波技术等。从工业企业视角来看，工厂外网主要提供满足行业和跨行业通信需求的各类专线，包括互联网专线、企业互联专线和云专线等。

2.2 设备维护管理业务流程改造优化

以 BPR（业务流程重组）为理论指导，基于上述现状分析，结合系统整体思想，对设备维护管理的主要流程进行改造优化。设备台账管理业务流程：针对设备交接流程节点，细化明确交接清单，在设备台账创建之初，建立设备对应的主要部品清单 BOM，完善设备主数据，为后续业务流程改造提供主数据准备；设备故障对应业务流程：对设备报障、故障管理、履历管理等存在重复录入节点进行操作“去重”优化，利用故障履历不断充实知识库，提升故障对应能力；计划保全基准制定业务：建立更加科学的计划保全基准制定方法，首先，预先设定多维度的设备故障原因管理主数据，通过“故障分析、计划保全基准制定 / 修订”的PDCA 循环，不断完善计划保全基准，不断提升计划保全能力；在备件管理业务流程方面，利用 MRP（Material Requirement Planning，物料需求计划）的管理方法，定义录入业务数据和设备主数据，以设备备件清单 BOM为基础，通过 MRP 方法计算得出更加科学的备件采购清单，从而实现备件在库和采购量的最适化管理。

2.3 基于信息化技术建立设备维护管理系统

新的信息化系统采用 JAVA 和 H5 开发技术，用户界面友好，且兼容多元化的终端操作，满足不同业务场景下用户的操作。比如，制造现场人员，通过工业平板的浏览器，简便操作系统界面实现设备故障报修；保全人员，使用便携式PDA(Personal Digital Assistant，个人数字助理），操作 H5 技术的移动 UI，充分发挥移动操作的便利性，完成接单、现场扫码确认、故障录入和最后维修完成，形成闭环；计划保全过程，同样通过 PDA 开启点检任务、按清单逐项确认完成，最后关闭，完全避免遗漏的风险发生。

2.4智能工厂关键要素语义建模

智能工厂是我国智能制造标准体系结构中的重要组成部分，是未来制造业转型升级的主要方向。智能工厂的设计离不开仿真软件和建模工具的支持。仿真软件可分为有限元分析软件、机械/电气等专业仿真软件、航空/航天/汽车等行业设计仿真软件、通用的系统仿真软件等类别。当前，我国对于仿真软件的研究主要集中于专业仿真软件和行业仿真软件，而智能工厂的设计主要使用的是系统仿真软件。在这一领域，国外产品占绝对优势，我国的研究大多集中于对国外系统仿真软件的应用。系统仿真软件通过对工厂内部的设备、物料等资源及其相互间关联关系进行语义建模，再基于输入的设计参数计算发现生产节拍、线平衡、设备布局等方面的缺陷，从而优化设计。因此，对智能工厂中的关键要素进行良好的语义建模是对智能工厂进行系统仿真的首要条件。资源域主要反映物理世界中的实物，包括实体资源和虚拟资源两大类。实体资源包括人、机、料三种，虚拟资源包括法、环两种。实体资源在虚拟世界中有对应的三维模型，虚拟资源通过依附在实体资源上的信息体现。信息域是资源域在虚拟世界中的反映，包括静态要素和动态要素两大类。静态要素包括 4M1E 的各种静态属性及相互间关联关系，客观反映 4M1E 的各类信息。动态要素包括工厂运行过程中的原材料、半成品、成品物料流动，设备信息交互、信息系统数据交互等信息流动，保障工厂正常运行的水、电、气等能量流动等。由于信息域可以真实反映资源域的真实情况，所以对智能工厂关键要素的语义建模主要是对信息域中各类信息的建模。其中，对于静态要素基于本体技术建模，对于动态要素基于 Petri 网技术建模。

结语

总之，智能工厂是在数字化工厂基础上的智能化提升与创新，包括：服务模式的自组织创新、知识管理的自学习创新、调度优化的自适应创新。针对智能化提升过程中的共性科学问题开展研究，是面向智能制造的智能工厂运营管理创新工作的重要任务，同时也是智能工厂运营管理体系架构在不同重大装备制造过程中落地应用的先决条件。

参考文献

[1]何哲、孙林岩：《服务与制造的历次大讨论剖析和服务型制造的提出》，《管理学报》，2012年第9期。

[2]江志斌：《服务型制造运作管理》，科学出版社，2017年。

[3]孔维畅、乔非、吴启迪：《基于反馈机制的多生产线制造系统协同优化方法》，《中国机械工程》，2019年。

[4]李刚、汪应洛：《服务型制造 — —基于“互联网+”的模式创新/清华汇智文库》，清华大学出版社，2017年。

[5]李杰、倪军、王安正：《从大数据到智能制造》，上海交通大学出版社，2016年