计划层:实现面向企业的经营管理,如接收订单,建立基本生产计划(如原料使用、交货、运输),确定库存等级,保证原料及时到达正确的生产地点,以及远程运维管理等。企业资源规划(ERP)、客户关系管理(CRM)、供应链关系管理(SCM)等管理软件都在该层运行。

执行层:实现面向工厂/车间的生产管理,如维护记录、详细排产、可靠性保障等。制造执行系统(MES)在该层运行。

监控层:实现面向生产制造过程的监视和控制。按照不同功能,该层次可进一步细分为:

监视层:包括可视化的数据采集与监控(SCADA)系统、HMI(人机接口)、实时数据库服务器等,这些系统统称为监视系统;

控制层:包括各种可编程的控制设备,如PLC、DCS、工业计算机(IPC)、其他专用控制器等,这些设备统称为控制设备;

现场层:实现面向生产制造过程的传感和执行,包括各种传感器、变送器、执行器、RTU(远程终端设备)、条码、射频识别,以及数控机床、工业机器人、工艺装备、AGV(自动引导车)、智能仓储等制造装备,这些设备统称为现场设备。

工厂/车间的网络互联互通本质上就是实现信息/数据的传输与使用,具体包含以下含义:物理上分布于不同层次、不同类型的系统和设备通过网络连接在一起,并且信息/数据在不同层次、不同设备间的传输;设备和系统能够一致地解析所传输信息/数据的数据类型甚至了解其含义。前者即指网络化,后者需首先定义统一的设备行规或设备信息模型,并通过计算机可识别的方法(软件或可读文件)来表达设备的具体特征(参数或属性),这一般由设备制造商提供。如此,当生产管理系统(如ERP、MES、PDM)或监控系统(如SCADA)接收到现场设备的数据后,就可解析出数据的数据类型及其代表的含义。

5.端到端数据流

智能制造要求通过不同层次网络集成和互操作,打破原有的业务流程与过程控制流程相脱节的局面,分布于各生产制造环节的系统不再是“信息孤岛”,数据/信息交换要求从底层现场层向上贯穿至执行层甚至计划层网络,使得工厂/车间能够实时监视现场的生产状况与设备信息,并根据获取的信息来优化生产调度与资源配置。也要涉及到协同制造单位(如上游零部件供应商、下游用户)的信息改变,这就需要用互联网实现企业与企业数据流动。按照图2的智能工厂/数字化车间网络结构,工厂/车间中可能的端到端数据流如图3所示。

智能制造端到端数据流

具体包括:

现场设备与控制设备之间的数据流包括:交换输入、输出数据,如控制设备向现场设备传送的设定值(输出数据),以及现场设备向控制设备传送的测量值(输入数据);控制设备读写访问现场设备的参数;现场设备向控制设备发送诊断信息和报警信息;