移动终端智能工厂集成

赵宏军，王 啸，孙嘉玉

（1.北京机械工业自动化研究所，北京 100120；2.中国信息安全研究院有限公司，北京 102200）

移动终端智能工厂集成

赵宏军1，王 啸2，孙嘉玉1

（1.北京机械工业自动化研究所，北京 100120；2.中国信息安全研究院有限公司，北京 102200）

智能工厂是在数字化工厂的基础上，利用物联网技术和监控技术加强信息管理服务，提高生产

过程可控性、减少生产线人工干预，以及合理计划排程。其中，集成是实现智能工厂的重点也是难点。将围绕移动终端行业智能工厂的集成进行研究，主要包括：智能设计集成、智能经营集成与智能生产集成。通过对设计管理系统、经营管理系统、生产设备及相关信息管理系统等的集成，使人与人、人与机器、机器与机器以及服务与服务之间能够互联，从而实现横向、纵向和端对端的高度集成。

智能工厂；系统集成；数据接口

1 智能工厂集成的必要性

1）智能制造与快速反应

第一，可以用信息实现多方的协同工作。一条新的信息可能涉及到多个部门的工作（如产品设计的改动）。如果可以共享信息，就可以把串行工作变成并行并减少协同中的差错。

第二，可以实现知识的复用。一个人发现的知识（包括产品部件的设计），可以被其他人、被后继者重用，省下了不必要的开发。

第三，物质资源的共享（分享经济），减少了获得资源的时间。

第四，缩短了决策周期。把信息全面集成起来，就可以让计算机做出科学的决策、而不是人去控制或团队开会决策，缩短从信息感知到执行的时间。

第五，提高工作效率的工具。计算机仿真、CAD等手段，使得人们可以在数字世界里做试验，从而以提高效率。

2）智能化与自动化

我们认为智能化是自动化的延伸和发展。其中一个重要差别是：信息的来源和协同的范围扩张了。过去的自动化主要针对批量生产。在智能制造的时代，产品更新换代速度快、批量小，甚至可能要在流水线上生产个性化定制的产品。与大批量生产相比，生产组织高度复杂、质量控制难度大增、成本和能耗可能会显著升高，采购和供货的压力大。这些相关的新问题必须被迅速感知、及时处理。从技术上看，在过去的自动化产线上，人们一般试图把生产的“边界”尽量固定下来、通过抑制干扰来保证质量、成本和效率；在智能化产线上，更强调出现问题及时应对这些干扰。

这时，智能制造的相关技术，如大数据监控、信息集成就成了“雪中送炭”。从而生产管理才能尽可能简单、尽可能高效。

3）智能化与代替人

智能化的首要目标往往是快速反应，而不是代替人。但是，代替人确实也是目的之一、甚至是非常重要的目标。其实，让机器代替人进行决策和执行，有利于快速反应并取得更好的控制效果。

要实现快速反应，除了ICT技术，还要配套其他的东西。首先，从信息感知的角度看，有些信息的获取，不是仅凭ICT技术就能解决的。比如，要快速响应，可能需要获得用户和供应商的信息。但这要有商业模式和法规的支撑才行。其次，从决策的角度看，在可以预见的未来，人类会在很多方面作为主要的决策者，而这就要有组织模式的支持。第三，决策的执行往往需要有物理设备的支持。

因此，智能工厂的集成有必要性又有可行性。

2 智能工厂集成范围

2.1 纵向集成

在智能工厂内部，通过纵向集成，把传感器、各层次智能机器、工业机器人、智能车间与产品有机的整合在一起，同时确保这些信息能够传输到ERP系统中，对横向集成、以及端到端的价值链集成提供支持。这种纵向集成构成了工厂内部的网络化制造体系，这个网络化制造体系有很多的模块组成，这些模块包括模型、数据、通信、算法等等所有必要的需求。在不同过的产品生产过程中，模块化的网络制造体系可以根据需要对模块的拓扑结构进行重组，从而可以很好地满足个性化产品生产的需求。

纵向集成主要解决企业内部的集成，即解决信息孤岛的问题，解决信息网络与物理设备之间的联通问题。

2.2 横向集成

横向集成是企业之间通过价值链以及信息网络所实现的一种资源整合，为实现各企业间的无缝合作，提供实时产品与服务，推动企业间研产供销、经营管理与生产控制、业务与财务全流程的无缝衔接和综合集成，实现产品开发、生产制造、经营管理等在不同的企业间的信息共享和业务协同。

横向集成通过互联网、物联网、云计算、大数据、移动通信等等全新技术手段，对分布式的智能生产资源进行高度的整合，从而构建起在网络基础上的智能工厂间的集成。

2.3 端到端集成

在C2B模式下，需要用户参与到产品的设计和生产中来，制造企业需要用户把他们的需求更直接的输入到产品设计的各个阶段，为用户带来更多的最佳体验。为了实现这个目的，企业必须通过互联网来实现与用户的互动；也必须通过更好的的产品生命周期管理流程来管理产品的设计过程；在这个过程中，通过虚拟的设计、虚拟评估和虚拟的制造更好地把从用户到需求到制造完美的结合在一起。

在这样的模式下，工厂本身将对面对个性化、定制化的订单和新产品的快速导入。这就要求工厂是非要地柔性和灵活，同时又必须要保证运营的的高效率。实现柔性、灵活与高效率的统一，实际上最终要去实现的就是大规模定制的模式。从需求产生到满足需求，企业又必须建立起一套端对端的集成式的拉动式生产模式，也就是按需求生产的模式。为了更好的去支撑这样的模式，信息必须可以实现快速、准确、完整地流转。

3 移动终端智能工厂集成

3.1 集成技术要求

3.1.1 信息数据接口要求

结合移动终端企业信息系统的实际情况，利用WIFI、WAPI、4G等无线或有线技术实现物理连接，再此基础上实现智能设计、智能生产和智能经营涉及到的信息系统应进行数据交换，一般的信息系统应包括：

经营管理信息系统，含企业资源计划系统、客户关系管理系统、供应链管理等；

研发工艺管理信息系统，含产品生命周期管理系统、虚拟设计系统、虚拟仿真系统、实验室管理系统等；

生产管控系统，含制造执行管理系统、质量检测系统；

工厂物流系统，含原料库、成品库、配送系统等；

装备管理系统，贴片机、波峰焊、SPI、AOI等设备以及管理系统。

3.1.2 信息流主要数据对象

数据交换信息流图如图1所示。

图1 数据交换信息流图

主要数据对象如表1所示。

3.1.3 接口技术要求

移动终端智能工厂内外部进行数据交换时应采用：

1）OPC规范

2）企业服务总线技术

其中，OPC规范为自动化控制与过程控制系统进行实时数据交换时采用的接口规范，包括数据访问服务器接口规范、历史数据访问服务器接口规范、事件与报警服务器接口规范、批处理服务器接口规范、OPCDA服务器接口规范和XML DA服务器接口规范等。

企业服务总线为服务提供者和消费者之间提供中介服务，为参与集成的各方屏蔽了硬件平台、软件、网络和物理位置上的差异，有效地对服务进行管理并且降低服务之间的依赖关系，提高服务调用在多变的企业应用集成场景中的灵活性。包括消息传输、消息路由、消息转换、消息验证等核心功能，服务质量管理、服务监控、日志管理等管理功能和服务安全管理功能。

表1 主要数据对象

图2 企业服务总线功能图

企业服务总线主要内容包括：

（1）消息传输：服务总线应支持各种消息服务协议的支持，以及提供开放的服务协议定制化开发功能，允许客户拓展服务总线的支持范围。

（2）消息路由：部分完成消息路由的选择，也就是利用路由标记中的信息，为信令消息选择一条信令链路，以使信令消息能传送到目的信令点。

（3）消息转换：根据目标服务的调用方式和所处位置，作相应的消息转换和处理。

（4）消息验证：确定消息是否有效，保证进出的消息符合目的地服务使用者或提供者期望的格式并对验证失败的消息进行报错处理。

（5）服务质量管理：应有服务质量保证管理机制，保证服务的性能和可靠性，并得到服务提供和用户的认可。

（6）服务监控：服务总线应提供服务监控功能，使服务总线处于可监控可管理的状态，并能够支持将出现问题的业务服务通过邮件或外部接口及时通知相关管理员。

（7）服务异常管理：服务总线应提供异常处理功能，当运行时出现异常应捕获、记录异常信息，并提供用于异常处理的接口，以便异常得到正确的处理，保证服务总线自身的健壮性。

（8）服务安全管理：应具有服务自身安全管理功能，运行用户自定义安全策略，对服务的安全进行控制。

企业服务总线应支持间接集成、直接集成和封装调用集成三种模式接口信息传递，集成接口方式如图3所示。

图3 集成接口方式图

接口方式主要内容：

（1）间接集成：主要包括通过中间文件、中间数据库以及XML数据流等来实现系统的集成。如：通过中间文件实现信息集成；通过中间数据库集成；基于XML的集成等。

（2）直接集成：当需集成的系统均为关系型数据库，可直接对各自数据库进行操作，并交换数据，实现两个系统的数据库的真正共享。

（3）封装调用集成：通过操作集来描述可见的模块外部接口，保证对象的界面独立于对象的内部表达，接口作用于对象的操作集上是对象唯一可见部分。通过调用方式使用对象。封装以后通过接口调用就可以有效实现系统集成。如：基于API的函数调用方法；JDBC/ODBC方法等。

3.2 智能设计

3.2.1 智能设计主要内容

移动终端设计业务包括工业设计、结构设计、硬件设计、软件设计四大设计内容。工艺流程有焊接/印刷、芯片贴装、自动光学检测、回流焊、软件下载、测试、包装等。在智能设计、工艺工具的支撑下，运用CAX、CAPP等，通过PLM系统管理所有产品信息，实现产品设计、工艺、采购、生产、物流、服务全过程管理。完成新技术、新物料、新平台信息的收集、设计研发，并生成指导销售、生产的产品信息。

实现设计信息系统和与企业资源计划系统、制造执行系统等整个生命周期的全面集成。

3.2.2 智能设计集成要素

智能设计中的产品信息规定了制造产品所必须的信息和产品生产规则。产品信息应包括产品设计信息、产品工艺信息、质量检测标准、数控程序等。

智能设计集成模型如图4所示。

图4 智能设计集成模型图

3.3 智能经营

3.3.1 智能经营主要内容

智能经营主要活动包括：

1）市场信息收集与分析、签订订单、跟踪订单执行相关采购和生产活动、客户产品的交付等业务活动。

2）根据订单编制生产计划、物料的需求计划，生成任务信息下达到采购和生产部门，监控根据订单变化、生产状况并及时调整计划。

3）采购活动，采购部门根据物料需求编制采购计划，根据计划执行采购，包括采购的签订、执行、到货接收、检验入库采购活动。同时采购部门需根据内外因素及时调整采购计划和订单，确保采购计划和订单高效完成。

4）企业设计、采购、产品的制造过程、售后服务过程中的质量标准制定、质量追踪、分析和改善活动。

3.3.2 智能经营集成要素

智能经营与制造执行的接口信息主要体现在基础信息和计划相关信息，智能经营中根据订单编制生产计划，生产计划将生产任务信息传递给制造执行。与智能物流的接口信息主要包括采购到货信息、销售提货信息。

智能经营集成模型图如图5所示。

图5 智能经营集成模型图

3.4 智能生产

3.4.1 制造执行主要内容

制造执行管理应包括作业计划编排以及制程管控，具体应包括产品信息管理、生产准备、生产制造管理、统计分析、质量控制等活动。

作业计划通过对ERP系统的生产任务再分解，形成车间SMT、组装、总装工序的作业计划，跟据作业计划合理安排生产，主要活动包括：

1）根据上层信息系统（如ERP系统）的生产任务，对生产任务进行详细排产，形成指导工序生产的生产工单；

2）生产工单并发布后，应形成原料的备料计划，为生产工单的准确执行创造条件。根据移动终端生产安排，详细排产还应生成钢网、锡膏、夹具、测量设备等生产必须生产资源的准备计划。

制程管控根据生产、质量和设备的动态信息，实时掌控生产节奏，协同各部门各作业单元高效有序生产，保障完成车间作业计划的执行，主要内容包括：

1）在生产计划的基础上，对投入、贴装、组装、试验、包装等工序制造过程进行管理；

2）在生产过程中跟踪、记录、分析各工序执行进度、产品状态、物料消耗情况、设备运转等信息；

图6 制造执行管理过程

3）根据生产状态信息，并结合产品的生产规范要求，处理异常情况，调度各生产单元有序协同工作；

4）手机产品生产过程中，应自动下载和写入串号，即IMEI；

5）生产过程的质量控制，包括检验、试验活动以及相关的数据分析。

制造执行管理过程图如图6所示。

3.4.2 生产准备集成要素

生产准备为了完成移动终端产品的生产而必须的资源的准备过程，包括人员、物料、设备、技术文件（工艺文件）、环境（温度、湿度、无尘要求）、质量标准等。生产准备集成模型图如图7所示。

图7 生产准备集成模型

3.4.3 生产制造集成要素

生产制造过程包括作业计划编制、作业计划调整、计划执行与跟踪、目视化管理。为了满足生产要求进行的生产行程安排，包括对人员、设备等资源的最佳利用；根据此安排分派人员、设备开展生产活动，合理安排产品的生产次序，同时采用目视化管理方式对产品生产过程中人员、设备使用情况、物料消耗、生产质量等活动进行跟踪，依据跟踪结果调整作业计划。生产制造集成模型图如图8所示。

图8 生产制造集成模型

3.4.4 质量检测与控制集成要素

质量管理内容包括质量计划、测试数据、来料检验、过程质量控制、成品检验、质量分析、根据AQL计算抽检数量确定抽检计划。通过智能音频检测、智能视频检测、智能老化设备等自动检测设备（ATE）和测试系统协同，实现质量检测智能化。

质量检测与控制集成模型图如图9所示。

质量管理集成应建立在手机生产数据标准化的基础上，应已实现生产信息的统一编码和管理，包括测试计划、测试装备、测试项、测试配置的标准化。集成要素应包括过程工艺监视、过程质量检验管理、生产试验、在制品质量异常处理和质量统计。

3.4.5 智能物流主要内容

智能物流管理智能工厂物料转移相关的管理活动，主要内容包括：

1）根据智能设计对产品和物料的定义，统一管理和跟踪产品和物料的库存；

2）根据智能生产管理要求，将特定的物料按时、按量转移到特定的位置；

3）物料转移过程中，协调和控制物料移动中的人员和设备，依托二维码技术和RFID射频识别技术获取入库、检验、出库、仓位、包装、装卸搬运、工位配送运输、和自制件加工流转各个环节的物料信息，根据识别信息按照生产需求调配；

4）根据智能生产要求向智能装备、制造执行、智能经营相关提供必要的物料的存量、效率、成本、质量、位置信息；

5）存贮、运输工具应具有自动感知功能，感知物料消耗情况，根据消耗自主完成物资配送，具有感知功能的设备主要为托盘和AGV。

供应商可通过互联网获知物料使用情况，并按配送要求的品种、时间、地点等条件送货。

3.4.6 智能物流集成要素

智能物流的集成要素包括：

1）物流相关定义信息，包括物料信息、存储以及转移的规则和信息等；

2）物料转移和存储的能力信息，例如库房的容积、货架和货位状态、运输工具的容积、运送能力等；

3）物流特定信息，包括材料存储的温度、湿度要求；物料重量、位置等信息；

4）物流资源的管理与调配信息，物流资源包括人员、仓储设施、运输设备、转运方式，以及资源的状态。

物流物料需求、反馈集成信息属性应符合制造执行部分物料需求属性表的要求。

智能物流集成模型图如图10所示。

图10 智能物流集成模型

3.4.7 智能装备主要内容

智能装备的主要内容包括智能工厂中设备的协调、维护、跟踪和数据采集，设备的协调、维护和跟踪活动主要包括：

1）设备的故障的维护；

2）制定设备维护计划，并按计划开展预防性维护；

3）对装备进行在线检测，提供装备的实时状态数据，根据状态监测数据开展预测性维护工作；

4）软件下发管理：生产测试的远程配置、检查、自动管理；

5）接收制造执行系统指令，根据智能设计系统、智能物流系统传递的信息，开展制造相关活动，收集、监测生产状态、生产绩效和质量信息，反馈信息到相关系统；

6）贴片前自动比对料站。

智能装备的采集活动包括：

1）生产数据采集：通过与通讯控制、插件管理接口来实现对手机生产测试过程中产生的数据和各项测试数据进行统一收集、分析、管理；

2）数据质量校验：实现入库数据规范性校验，提供准确、完整的测试数据；

3）手机生产测试站管理：R&R分析、自动点检、测试站异常自动报警；

4）车间生产环境数据采集：温度、湿度、尘埃颗粒度等；

5）借助二维码和RFID射频标签实现物料流转过程中数据采集；

6）借助CPS实时采集物料、设备、工具、人员的位置信息。

3.4.8 智能装备集成要素

在CPS集成的基础上，智能装备的信息集成应包括以下内容：

1）获取智能设计系统、制造执行系统的生产指令、物料的信息、参数、工艺要求等；

2）将生产过程中获取的物料数据、状态数据、检测数据、生产绩效数据反馈给相应的处理系统；

3）智能测试设备、实验设备应能实时连接制造执行系统，及时反馈测试物料的物料信息、批次号、测试问题、位号（元器件）等；

4）接收智能物流系统的物料需求种类、数量、时间、位置信息，并根据监测结果反馈给智能物流系统；

5）应根据设备维护的计划、请求，将设备的维护信息传递给制造执行系统；

6）应根据智能装备监测结果，将设备的健康状态数据传递给制造执行系统。

应根据作业计划，自动选择NC程序，并确定NC程序的切换时间。

智能装备集成要素应符合制造执行过程数据要求。

智能装备集成模型图如图11所示。

4 结束语

智能工厂各信息系统之间通过接口标准进行数据交互与信息集成（如设备现场总线技术、企业服务总线ESB等）。企业智能工厂包括设计管理系统（如PLM、CAPP、CAD/EDA、CAE/CAT、CAM等）、经营管理与物流管理系统（如ERP、CRM、SRM、OA等）、车间制造执行系统（MES）、自动化控制管理系统（如DNC、FMS、PLC、自动化立体库等）。自动化控制管理系统使用现场总线技术通过环形工业以太网将感知层物理属性转化后的信息集成到互联网上；设计管理系统、经营管理与物流管理系统、车间制造执行系统通过对感知层反馈信息的分析与计算，形成决策信息后，再通过自动化控制管理系统发布控制指令，从而实现对底层物理设备“感”、“联”、“知”、“控”的闭环管理。

图11 智能装备集成模型

[1] 徐海,徐庆波.智能工厂集成方法研究[J].电子测试,2016(Z1):154-157.

[2] 刘磊.智能工厂建设理论与实践探索[J].科技经济导刊,2016(16).

两化融合评估标准正式通过国际标准立项

信息化和工业化融合是我国加快建设制造强国的重要战略，两化融合标准化工作大力推动了我国信息化和工业化领域的协同发展。为提升两化融合工作的国际影响力，在两化融合相关国家标准研制和宣传贯彻的同时，国家标准化管理委员会会同工业和信息化部开展了两化融合国际标准的研制和立项组织工作。

自2013年起，全国自动化系统与集成标准化技术委员会（SAC/TC159）在两部委的指导下开展了大量两化融合标准化成果的国际宣传和交流活动，为后续的国际标准立项奠定了基础。SAC/TC159秘书处单位北京机械工业自动化研究所于2014年12月1日向国家标准委提交了两化融合国际标准草案，国家标准委国际合作部审查后向ISO/TC184/SC5提出了两化融合国际标准提案，并于2015年3月成立两化融合国际标准研究组ISO/TC184/SC5/A3ISG，由我国专家浙江大学苏宏业教授担任组长和项目负责人。经过两年努力，在2017年2月发出国际标准提案投票，ISO 22549-1 Assessment on convergence of informatization and industrialization for industrial enterprises -- Part 1: Principles and framework，中文名称为《工业企业工业化和信息化融合评估——第一部分：总则和框架》。此次投票于2017年4月28日结束，参与ISO 22549-1投票的国家成员体共15个，其中，7个国家成员体同意立项、6个国家成员体弃权、2个国家成员体反对，中国、韩国、瑞典和以色列指派了专家参与标准制定，投票结果符合ISO国际标准立项要求，经ISO/TC184/SC5秘书处和ISO中央秘书处确认通过立项。

ISO 22549规范化了两化融合评估的模型、指标和过程，是我国在两化融合领域的第一个走向国际的工作提案，也是该领域第一个被国际标准化组织认可的工作提案，它引起了国际上对两化融合的关注，是我国在两化融合领域标准化工作的一个重要里程碑。

TC159标委会 中国机电一体化协会

Mobile terminal intelligent factory integration

ZHAO Hong-jun1, WANG Xiao2, SUN Jia-yu1

TP29

：A

1009-0134(2017)06-0125-07

2017-04-26

赵宏军（1976 -），男，河南人，本科，主要从事企业管理咨询、两化融合咨询、企业信息化项目管理、智能制造方案咨询及智能制造相关标准的研究。