杜品圣博士

菲尼克斯電氣中國公司

工業4.0大使

當前，我們已進入了互聯網時代，互聯網技術以不可阻擋的趨勢進軍各行各業，給各行各業的變革帶來強大的動力，也對各行各業的發展產生巨大的影響。在這技術革新的歷史關頭，智能制造的概念誕生了。智能制造顯然只有大量采用互聯網時代的新技術才能實現。那么，該如何使用這些新科技為工業領域帶來巨大的變革?德國在2011年提出的所謂“工業4.0”，其主要任務就是實現“智能工廠”和“智能生產”。顯而易見，無論是智能工廠還是智能生產，其核心就是生產制造模式的變革。

智能制造的目標是對目前的生產制造模式進行轉型升級，從而改善和優化生產制造產業鏈，使得研發生產的產品質量更好、成本更低、速度更快、效率更高。

那么智能制造的生產模式需要什么樣的自動控制系統?這種控制系統與工業3.0中的自動化技術有什么區別?在智能制造中，自動控制技術要做什么樣的演變才能滿足智能制造生產模式的要求?這些都是菲尼克斯電氣開發PLCnext，以及對PLC系統進行變革和優化的初衷。

要對目前的PLC控制系統(或自動化控制系統)進行改革，首先我們要了解的是：

1.工業4.0所倡導的智能制造模式與自動化制造模式有什么區別?

2.工業4.0的智能生產制造模式對于工業3.0的生產制造模式有哪些改變與延伸?

3.這種延伸和改變又對PLC控制系統提出了哪些新的要求?

自動化制造生產模式

德國工業4.0將第三次工業革命定義為以自動化技術為核心的生產制造模式。通過廣泛地采用自動化技術、機器人技術、IT和通訊技術，構成自動化金字塔為核心的生產制造模式，大大提高了生產效率，降低了制造成本，提高了產品質量。在這個過程當中，PLC技術的發展起了決定性的作用。幾十年來，關于PLC技術，無論其運行速度、應用范圍、數據處理能力，還是與通信技術如現場總線以及工業實時以太網的整合能力都大大提高。一個成熟的PLC系統已經形成，成為推動工業3.0發展的中堅力量。

然而此時PLC控制系統的發展原理及作用主要是對生產制造系統的運行的控制，并沒有涉及到生產制造管理，企業管理乃至產品生命周期的管理，因此目前的PLC系統仍然不能很好地與生產管理系統MES和企業管理系統ERP相融合。常常出現一個企業的管理系統的制定需要有三家不同的軟件公司(ERP，MES和PLC供應商)同時參加的情況。而由于各家公司專業的差異性，技術的不兼容性，其最終往往不能得到預想的效果。尤其是整個系統的工業安全(信息安全、功能安全、軟件安全)難以保證。

因此MES和ERP技術并沒有在工業生產制造領域得到廣泛的應用，其價值也沒有得到市場的普遍認可。另一方面，PLC控制系統的任務目前僅僅限于生產制造流水線運行控制監視和維護，并未涉及對產品生命周期的整個管理過程的挑戰，因此這種PLC系統遠遠不能滿足互聯網時代的生產制造模式對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是什么?

智能制造生產模式

智能制造是工業3.0生產制造模式的升級版和創新版，其目標就是對目前的生產制造模式進行轉型升級，解決目前采用自動化制造生產模式所不能解決的問題。在互聯網時代，科學技術的迅猛發展使得人們對產品的需求愈來愈高。產品的生命周期越來越短;對產品更新換代的快速響應的要求越來越高;因產品全生命周期的縮短又使得生產制造產品的批量、數量越來越少;多品種、小批量成為目前產品市場需求的發展趨勢。而產品數量的減少又大大提高了產品的成本和產品價格的競爭壓力。更主要的是由于經濟的周期性變化，使得投資回報要求的時間周期越短越好。與此同時對能源使用效率、節能減排等方面的要求都遇到了巨大的瓶頸與困難，使生產制造業面臨前所未有的新挑戰。互聯網時代的這些新的挑戰，都迫切要求建立一個更加智能化的生產制造模式。

智能戰略的基本思路就是如何利用迅速發展的IT技術、互聯網技術對傳統的生產制造模式進行變革，即通過將IT技術、互聯網技術有機地融入自動控制系統，并應用于傳統的生產制造領域，改變傳統生產制造的基本模式。按照靈活性、快速應變性、成本效率性以及回報短期性，建立一個高度靈活的、個性化的、數字化的制造系統，并將制造體系與產品生命周期管理相整合，產生以產品全生命周期為核心的智能制造生產模式。

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產品全生命周期管理的整體視角

智能制造不僅僅從生產制造這一維度來解決成本、效率、速度、質量和靈活性的問題，而是從產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、生產的產品：質量更好、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制造的角度來看待，而應該從產品全生命周期的整體視角來分析。

我們可以看到，相對于傳統的生產制造模式，智能制造已有了本質上的變革和提升：在互聯網時代智能制造延伸了生產制造的含義，從單純的生產制造鏈延伸到產品的設計、分析、加工、裝配模擬，預測產品的綜合性能、成本、市場響應和服務(采購、庫存、銷售、發送、維護、報廢、回收)的全過程。它既考慮了產品的質量、成本，又考慮了企業內部的管理模式、企業的運維能力，以及企業與企業之間的關系等，因此，可以最大限度地節約時間與經濟成本，提高產品的質量，同時快速地把高質量、低成本的優秀產品投放市場，而獲得巨大的經濟與社會效益。

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