艾瑞：智能制造系统的灵魂——智能“神经系统”

2019 年 4 月 27 日 艾瑞咨询

智能制造是通过新一代信息技术、自动化技术、工业软件及现代管理思想在制造企业全领域、全流程的系统应用而产生的一种全新的生产方式。搭建智能制造系统即是将这种生产方式应用至制造业企业的生产经营中，使企业在研发、生产、管理、服务等方面变得更加“聪明”，实现制造智能化的过程。

智能制造系统=智能“神经系统”+自动化设备

我们可以把搭建智能制造系统理解为企业在引入数控机床、工业机器人等生产设备并实现生产自动化的基础上，再配备一套精密的智能“神经系统”。所谓的智能“神经系统”，是以实现数据纵向集成的ERP（企业资源计划系统）、MES（生产过程执行系统）等管理软件组成中枢神经，以传感器、嵌入式芯片、RFID标签、条码等组件为神经元，以PLC（可编程逻辑控制器）为链接控制神经元的突触，以现场总线、工业以太网、NB-IoT等通信技术为神经纤维的一整套完整的数据采集、流转、分析系统。企业能够借助智能“神经系统”感知环境、获取信息、传递指令，以此实现科学决策、智能设计、合理排产，提升设备使用率，监控设备状态，指导设备运行，让自动化生产设备如臂使指。

智能“神经系统”之中枢神经——ERP+MES

如以人类神经系统与智能“神经系统”进行类比，我们可把ERP看做脑部、MES则作为脊髓，两者共同组成智能制造系统的中枢神经。

ERP是企业最顶端的资源管理系统，强调对企业管理的事前控制能力，它的核心功能是管理企业现有资源并对其合理调配和准确利用，为企业提供决策支持；MES是面向车间层的管理信息系统，主要负责生产管理和调度执行，能够解决工厂生产过程的“黑匣子”问题，实现生产过程的可视化和可控化。ERP与MES两大系统在制造业企业信息系统中处于绝对核心的“C位”，但两者也都存在着比较明显的局限性。ERP长于计划调度，但它并不能起到定位生产瓶颈、改进产品质量等作用；MES侧重于生产执行，而财务、销售等业务不在其监控范畴。

企业要搭建一套健康的智能“神经系统”，ERP与MES就如同“任督二脉”一般，必须要将两者打通，构成计划、控制、反馈、调整的完整系统，通过统一接口进行计划、命令的传递和实绩的接收，使生产计划、控制指令、实时信息在整个ERP系统、MES系统、过程控制系统、自动化体系中透明、及时、顺畅地交互传递并逐步实现生产全过程数字化。

智能“神经系统”之神经突触——PLC

PLC即可编程逻辑控制器，主要由CPU、存储器、输入/输出单元、外设I/O接口、通信接口及电源共同组成，根据实际控制对象的需要配备编程器、打印机等外部设备，具备逻辑控制、顺序控制、定时、计数等功能，能够完成对各类机械电子装置的控制任务。

在智能制造系统中，PLC不仅是机械装备和生产线的控制器，还是制造信息的采集器和转发器，类似于神经系统中的“突触”，一方面收集、读取设备状态数据并反馈给上位机（SCADA/DCS系统或MES系统），另一方面接收并执行上位机发出的指令，直接控制现场层的生产设备。

智能“神经系统”之神经元——传感器与RFID标签

神经元是神经系统的基本组成单位，在智能“神经系统”中，担任此角色的就是与物料、在制品、生产设备、现场环境等物理界面直接相连的传感器、RFID标签、条码等组件。传感器与RFID标签组成了智能制造系统感知物理世界的最前端数据源。

传感器能感受到被测量的信息，并能将感受到的信息变换成为电信号或其他所需形式的信息输出，传感器使智能制造系统有了触觉、味觉、嗅觉等感官。

RFID标签具有读取快捷、批量识别、实时通信、重复使用、标签可动态更改等优秀品质，与智能制造的需求极为契合。通过射频识别技术，企业可以将物料、刀具、在制品、成品等一切附有RFID标签的物理实体纳入监测范围，帮助企业实现减少短货现象、快速准确获得物流信息等目标。

智能“神经系统”之神经纤维——工业通信网络

企业在日常经营过程中，研发、计划、生产、工艺、物流、仓储、检测等各个环节都会产生大量数据，要让海量数据在智能“神经系统”内顺畅流转，就要综合利用现场总线、工业以太网、工业光纤网络、TSN、NB-IoT等各类工业通信网络建立一套健全的神经纤维网络。工业通信网络总体上可以分为有线通信网络和无线通信网络。

有线通信网络主要包括现场总线、工业以太网、工业光纤网络、TSN（时间敏感网络）等，现阶段工业现场设备数据采集主要采用有线通信网络技术，以保证信息实时采集和上传，对生产过程实时监控的需求。

无线通信网络技术正逐步向工业数据采集领域渗透，是有线网络的重要补充，主要包括短距离通信技术（RFID、Zigbee、WIFI 等），用于车间或工厂内的传感数据读取、物品及资产管理、AGV 等无线设备的网络连接；专用工业无线通信技术（WIA-PA/FA、WirelessHART、ISA100.11a等）；以及蜂窝无线通信技术（4G/5G、NB-IoT）等，用于工厂外智能产品、大型远距离移动设备、手持终端等的网络连接。

智能“神经系统”是智能制造系统架构最为重要的中轴线

完整的智能“神经系统”在智能制造中发挥着极为重要的作用，制造业企业的布置工作计划→发布工作指令→执行生产任务→监测生产设备→上传现场数据→预处理现场数据并继续上报→反馈总体生产情况→调整工作计划等一系列生产流程均由智能“神经系统”负责发布指令、收集信息、处理数据、传输数据。智能“神经系统”是智能制造系统的中轴线，是智能制造系统运转的核心，也是智能制造系统的灵魂所在。