e-制造的模式及其應用
時間:2011-05-20 08:44:07 來源:未知
全球經濟一體化使得制造業面臨著日趨激烈的競爭環境，傳統的商業規則、交易方式和經營管理模式已發生巨大改變。企業欲快速響應市場，更具競爭力，其生產過程自動化和管理信息化是2個核心環節，而數字化和網絡化是相關的關鍵技術。將車間的制造系統與供應鏈進行集成，在基于WEB貿易的供應鏈中驅入較大的自動化，使用電子商務手段來向用戶提供快捷高效的服務，使一種全新的制造和管理模式e-制造應運而生。
e-制造是以工廠為中心，面對電子商務的自動化和信息技術，它通過電氣方式和網絡技術將工廠底層設備與Internet、車間與供應鏈相聯接，改造現有的過程控制和自動化系統以適應電子商務的要求，支持透明的信息流動，使供應鏈上的所有成員可以實現協同計劃和最佳制造。圖1為集成了車間和
圖1 將車間與供應鏈集成的e-制造
供應鏈的e-制造框架。施耐德電氣公司將e-制造比喻為“透明工廠”，即通過以太網控制器在網絡中將各個車間部門的數據用網絡聯接起來。對主控計算機而言，全廠的設備控制I/O全透明，以便于容易地構成不同的生產模式和工藝過程，使系統的各I/O數據信息調用和控制聯動更加方便。
Rockwell Automation公司則推出了全方位的e-制造方案和相應的操作系統，可以讓制造商通過現有的電子商務技術，將生產部門與企業的整體商業系統及供應鏈結合，全面提高企業的效率及競爭力。
計算機集成制造系統、企業資源規劃和數字工廠等理念，可以稱之為早期e-制造的產品，隨著網絡通訊技術、信息處理技術與電氣控制的完美結合，e-制造的概念超越了早期僅注重于在企業產品開發、生產過程中，對某個關鍵產品或生產制造對象進行完整的系統集成，而不關心整個企業和供應鏈之間關系的思想方法。它已成為建立在操作系統、以太網和internet上的制造系統基礎設施，可以實現企業的管理和控制一體化。
e-制造的特點
傳統的現場層設備與控制器之間的通信采用一對一連線的方式，傳輸4-20mAe-4VDC信號。這種通信技術信息量有限，難以實現設備之間及系統與外界之間的信息交換，使自控系統成為工廠中的“信息孤島”，嚴重制約了企業信息集成及企業綜合自動化的實現。現場總線技術采用計算機數字化通信技術連接智能化現場設備，使控制器可從現場設備獲取信息，實現設備狀態、參數信息傳送，完成設備遠程控制、參數化及故障診斷工作。
傳統的PLC、現場總線等控制方式存在著如下問題:
- 從傳感器到主控機，數據往往須經過不同CPU和驅動程序，其結果是傳輸速度低，缺乏透明度，軟件和維護費用高;
- 任意控制器之間的系統聯動數據通訊，無論是單一的主從式還是令牌總線式結構系統，均不可能實現實時高速的數據傳輸，也就無法實現編程開發和維護;
- 數據通訊垂直和水平方向的組合非常困難;
- 對于若干個控制器的集成，無法組成一個更廣泛的邏輯實體系統；
- 對于安裝了綜合布線或寬帶接入式企業intranet的工廠車間，以太網控制器不僅可以簡便地接入與主控室內的計算機進行控制信息交換，并能在企業intranet上進行類似PLC的“硬實時”控制，而傳統PLC或現場總線技術則無能為力。
因此，傳統PLC或現場總線技術不能滿足e-制造理念產品控制的需要。e-制造則是將車間層與業務決策層集成，用企業使能控制和實時信息平臺(如e-controllers或基于PC的自動化和控制解決方案)來取代傳統的PLCs和定制的控制器等設備。通過車間的傳感器、限位開關和其他控制元件，將信息送到診斷系統和基于控制的監測系統，再將其送到管理、維護、建模、調度反饋等操作系統，使包括供應商、OEMs、供應鏈的合作伙伴等都能訪問它們需要的任何系統并能在需要時將指令送至系統。
#p#分頁標題#e#e-制造提供了一個結構化方法和工具來開發制造過程，它將生產過程描述為一個電子過程清單，通過使用Internet將所有設備連接來使得制造過程更加有效，具有網絡兼容能力、I/O透明，聯動操作兼容、生產效率高、靈活性強、可靠性高、維護成本和造價較低、柔性大等特點。
圖2 e-制造的體系
在圖2所示的e-制造體系中，電子商務供應鏈可實現供應商、制造商及用戶之間的無縫連接，利用Internet技術將客戶關系管理(CRM)、供應鏈管理(SCM)、商業智能、電子商務、車間自動化等功能全面集成，實現資源和信息共享，制造商通過企業資源規劃(ERP)系統下達物料采購和生產制造指令，經過電子方式完成物料采購、支付。可加速定單的發送和獲取、原材料的獲得和產品制造及配送，實現零庫存，進而實現工廠在最佳資本運營成本基礎上的無間斷生產。
e-制造的核心是利用自動化控制技術、信息技術和電子商務手段將生產活動和企業全面管理以及和供應商、客戶、合作伙伴進行聯網集成，形成透明的信息交流，使產品開發、生產、發貨、客戶服務和供貨管理在網絡上實時進行。利用電子商務方式進行網上銷售/采購可節省大量交易成本，據估計：到2003年，企業的所有商務關系，無論長期的還是短期的，70%都將是非傳統的，而網絡的B2B貿易將會從1999年的14.5億美元增加到2004年的72.9億美元。
生產者/客戶模式
高效自動化系統要求利用網絡將所有設備進行連接，而面對眾多設備9網絡和協議，最大的困難是對整個系統的協調和維護。網絡上所承載的信息類型有3類：
- 控制信息 完成高速、精確的信息交換；
- 組態信息 在啟動和運行過程中，支持系統的組態；
- 數據采集 按周期或HMI分析的要求進行數據采集。
然而，現有的網絡不能同時滿足這3個方面的要求，雖然在設備之間提供了可重復的和可預測的通信，但其數據傳輸率和協議效率不能滿足其通信問答要求，存在諸如需要多個數據包傳送相同的信息到多臺設備；數據到達不同的目的地的時間不同；產生附加的網絡通信量，影響網絡的性能；報文發送核對時間有苛求的I/O數據，需要使用不同的網絡等問題。
對于網絡管理和連接設備通信的控制網和設備網網絡是基于開放式網絡技術的一種新的解決方案——生產者/客戶模式。在控制網鏈路上，信息是通過建立節點間的連接來傳送的，由生產者發送的每個報文包含1個連接標識符(CID)，已經組態的節點識別CID接受報文，因而變成為1個客戶。
基于生產者/客戶網絡模式具有以下特點：
- 網絡上多個節點能夠從單個生產者(數據源)存取相同的數據，報文是通過目錄識別的；
- 節點能夠同步化，更多的設備能夠加入到網絡上，但不需要增加網絡的通信量，并且所有節點的數據同時到達；
- 優化低帶寬潛力能用于增強系統的功能；
- 使用同一網絡進行編程和I/O信息傳送。
在制造業全局化信息連接的A54NO+66自動化網絡中，以太網、控制網和設備網具有的網絡性能允許信息在設備和計算機平臺以及操作系統范圍內進行交換。圖3為Rockwell自動化網絡的3層結構：
圖3 Rockwell自動化網絡的3層結構
信息層采用執行TCP/IP協議的以太網，用于全廠的數據采集和程序維修；
控制層采用具有高速確定性的控制網絡來傳送對時間有苛刻要求的I/O狀態和控制互鎖等控制信息以及程序的裝載和下載等無時間苛求的信息。對同一鏈路上的I/O、實時互鎖、對等通信報文傳送和編程操作均具有相同的帶寬。對于離散和連續過程控制應用場合具有確定性和可重復性；
#p#分頁標題#e#設備層采用設備網絡來直接聯接底層的設備和車間級控制器,用于低成本、高效率的信息集成。設備網可以有效地利用網絡的頻帶寬度,使控制數據同時到達操作的每一單元,并大大減少網絡通信量。因為它允許狀態切換的報文發送，已做出更快的響應。同時，周期性的報文發送，以提供更好的確定性，對等通信允許數據和狀態信息在設備之間進行交換。
e-制造的實施關鍵技術
e-制造的關鍵是根據定單生產和保持不間斷運行。其主要內容之一是制造系統內各個部分之間的聯接和可靠運行，使整個系統將每個開關、繼電器、接觸器、泵、閥、電機等的控制信息都能建立成為如同1份企業字典庫，其I/O可以隨時被高速有效地調用以滿足生產、市場和供應鏈上的波動需求。在實施e-制造戰略時，結合我國制造業的具體情況，作者認為應從以下幾個方面著手：
- 基于標準的網絡連接 在生產車間建立高度集成的自動化控制和信息網絡平臺，及時準確地采集和傳遞各種數據，確保對生產過程的精確控制。同時需要注意信息的可視化和網絡的開放性。
- 同步的生產與商業過程 對生產控制系統、生產執行系統和企業資源規劃系統進行聯網，使車間系統與商業系統緊密聯系，讓企業決策者能夠及時獲得第1手生產數據，從而高效實施和調整生產活動，實現企業管理和控制的一體化。
- 集成的設計和生產過程 建立有效的生產設備、人員和過程的管理系統和維護機制，充分發掘提高效率和降低成本的潛力。
- 協同的供應鏈管理 利用電子商務手段進行供應商管理，直接將客戶定單傳送到生產系統。通過網絡全面監控下游客戶每日的進、銷、存情況，及時進行補貨，讓上游的供應商及時知道企業原料的庫存情況，保持存貨量在最低水平。實現跨越時空的供應鏈管理、面向經銷體系的產成品庫存在線控制與管理以及面向供應商的動態采購管理。
- 每天24h、每周7d、每年365d的電子化客戶服務模式，保持與客戶的聯系，提升客戶的滿意度與忠誠度，并通過客戶關系管理來預測需求，提供新的業務增值。
結語
面對經濟全球化和信息化的發展趨勢，世界各國都面臨著利用信息技術改造傳統產業，以提高制造業在國際市場的競爭力。目前世界上主要的電子商務公司正在迅速地開發e-制造解決方案來實現電子商務，使得制造能力和庫存對供應鏈透明。采用現有的設備與其他系統共享信息，迅速響應用戶需求，配置敏捷的、可重構的制造系統，使產品生產更加趨向于客戶化、變種變批量和及時交貨。
e-制造是未來制造的決定性元素，它將制造融入到電子商務的流程中，客戶可通過互聯網絡了解產品性能、價格，并給生產廠商下達定單。而生產廠商則通過ERP系統下達物料采購和生產制造指令，通過電子方式完成物料采購、支付。經過生產制造，最后將商品按時交付給用戶，在網上完成交易結算。供需鏈的緊密集成可實現物料不間斷的流動和零庫存，是未來制造業發展的必然趨勢。