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基于层次化的智能协同制造平台框架

2018/2/5    来源:互联网    作者:丁涛  闫光荣  刘爱军      
关键字:智能协同制造  层次化  硬件协同  制造协同  价值链协同  
为了满足企业灵活组织内部资源,快速响应个性化定制的需求,自底向上分析企业制造资源生产组织方式,构建了基于层次化的智能协同制造平台框架。框架从硬件物联、数据贯通、云端协同三个层面分析制造资源,并提出框架的三个子平台,即基于工业物联的硬件协同平台、基于PLM的生产制造协同平台和基于工业云的价值链协同平台。从协同框架和架构内容两方面分别对框架子平台进行描述,探讨了平台涉及到的核心关键技术。三个层次内部横向集成,层间纵向贯通,从而构成基于层次化的智能协同制造平台框架。

    4)可视化展示

    在设备数据统一管理的基础上,根据需求对各个层次的对象进行统一的可视化展示。包括工厂、产线、设备、人员、楼宇、工业视频。除了常规的大屏、操作终端电脑屏幕、语音/广播等方式外,也可以通过邮件、短信息、Web服务等支持移动端设备。

    5)与第三方软件数据接口

    软件平台要与第三方MES、WMS、PDM之间存在数据接口,数据集成的方式主要有两种:中间数据库和基于SOA的服务集成,从而使设备相关数据能及时与其他系统进行交互。

2.2 构建基于PLM的生产制造协同平台

    在基于PLM的生产制造协同平台上提供了设计工具(CAD、PDM)、工艺管理(CAPP、CAM、PDM)、数字制造(DNC、MES)等产品,平台不仅实现企业内不同产品间的数据集成和数据协同,还实现与异构CAD、PDM、ERP、MES等系统的集成接口,以及与3D扫描、3D打印及其他企业数控设备之间的互联互通,协同平台框架如图3所示。

    3

    图3 基于PLM的生产制造协同架构

    本层次平台框架的关键技术包括:1)基于PLM的接口标准,规范PLM和CAD、CAPP、CAM、MES、ERP、网络DNC的集成方式和内容,规范PLM、ERP、网络DNC、数控设备等与MES的集成方式和内容;2)在标准规范支持下实现全生命周期里的软件之间、软件和硬件之间的互联互通和融合创新;3)面向行业的知识管理,实现基于协同架构的产品生产知识管理。关键技术详述如下:

    1)基于PLM的接口标准

    规范产品全生命周期内的软件之间及软硬件之间的数据交换接口,软件之间统一通过数据库和SOA的方式进行数据集成,软硬件之间的接口标准,应先对硬件的数控系统接口程序进行升级,并按照平台架构的设计进行组装,实现各种接口可按插件形式配置,实现软硬件之间的接口标准采用统一的规范。

    2)标准规范下的软件及软硬件间的互联互通和融合创新

    在设计工具(CAD、PDM)、工艺管理(CAPP、CAM、PDM)、数字制造(DNC、MES)等产品中支持数据互联互通,并支持按照标准规范要求以中间数据格式或服务的形式与第三方公司的产品软件进行数据集成,并实现软件与数控设备之间的数据互联。

    3)基于协同架构的产品知识管理

    构建基于协同架构的统一知识管理工具,实现产品制造过程的知识管理和积累。在设计工具(CAD、PDM)、工艺管理(CAPP、CAM、PDM)、数字制造(DNC、MES)各阶段增加对产品知识的调用,如提供在线的设计/工艺/制造手册,提供设计/工艺/制造知识库,标准件库、零件库、设计模块库、产品色彩方案库,材料、材质、设备、工装、工具等资源库等,支持设计生产流程导航,支持基于典型工艺的工艺设计和智能生产等。

2.3 构建基于工业云的价值链协同平台

    基于云制造、云存储和移动互联网等技术,构建以制造资源共享和企业间制造协同的融合创新云服务平台。价值链协同平台基于个性化定制、柔性制造和服务模式,分为服务运营、云服务平台、数据中心、用户终端和行业应用五个部分,数据中心完成云端数据的存储和计算,云服务平台提供云端服务的载体平台,服务运营对云端的服务进行综合管理,协同平台的运行情况通过用户终端与用户进行交互,协同平台架构如图4所示。

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    图4 基于工业云价值链协同平台

    基于工业云的价值链协同平台将企业的制造资源价值延伸到云端,企业及相关应用开通企业库,在平台上展现设计、制造、检测、工程服务等能力,信息聚合后即可呈现为整个行业的综合能力,同时制造企业之间可以通过工业云进行制造过程协作,通过用户终端承接个性化定制的订单和需求,在平台上完成需求与能力的对接,服务或产品交付后,需求方可以进行服务评价,并持续向企业反馈意见,从而将资源和能力价值发挥到最大。

    构建基于工业云的价值链协同平台的关键技术包含云服务框架、资源库建设、软件服务和平台安全体系建设。以下对涉及到的四个关键技术进行详细描述。

    1)协同制造平台云服务框架

    平台基于底层弹性云基础设施,以虚拟化技术为主要支撑、对平台的软硬件及虚拟机等各类资源进行服务化管理,满足灵活管理和高效利用资源的需要。

    基于IaaS平台,实现资源虚拟化、动态规模扩展、自动化部署、负载管理、数据管理、性能故障管理、配置管理等服务,构建PaaS层,实现中间件层面统一,支持SaaS应用层面扩展。部署统一模型服务、文仓服务、工作流服务、会话服务、认证授权服务、测试服务、部署服务等。重点建设行业能力供应平台,包括企业库能力呈现与搜索、交易机制,构建创新设计与协同制造云服务模式、体系架构、标准规范等。

    2)资源库建设

    资源服务围绕行业,建设包括2D/3D设计零部件库、专业应用构件库、产品模型库、设计标准和手册、工艺知识库、制造资源库、行业应用模板等。

    资源库建设本着资源共享、有效利用的原则,在现有资源基础上进行“填平补齐”,建立一个丰富的软硬件资源体系,建设一个能有效支持异地协作的网络环境,同时根据行业共性需求特点,建设若干设计数据库以及协同工具,实现平台内部的资源共享和设计信息互通。主要建设策略为:规划平台的资源布局,填平补齐软硬件工具,建设专业设计资源库。

    3)SaaS软件和服务

    SaaS应用层面,包括软件和能力交易平台,提供工业设计工具和软件,资源库,3D打印,数控编程,仿真分析等工程服务,以及交易对接服务、对接后的供应链协作项目管理服务。具体的,云平台主要有以下十方面的建设内容,包括软件服务系统、设计资料库系统、培训和社区交流服务系统、搜索服务系统、项目管理服务系统、交易服务系统、认证服务系统、广服务系统、定制服务系统、产品数据呈现服务。

    4)平台安全体系建设

    为有效保障云计算应用的安全,针对平台SaaS应用安全层、PaaS网络安全层、PaaS系统安全层、IaaS基础设施安全层、管理安全层五个层次,从安全接入、权限管理、安全存储、安全传输、安全审计、服务安全六个方面保障云服务平台的安全。

3 结束语

    用户需求个性化定制程度的提高给传统的生产组织模式带来挑战,随着信息技术和互联网技术的发展,智能协同制造模式逐渐成为制造业发展的方向。本文从硬件物联、数据贯通、云端协同三个层面分析了制造企业的生产组织方式,并构建了基于层次化的智能协同制造平台框架。自底向上提出支持平台架构的三个子平台框架,即基于工业物联的硬件协同平台、基于PLM的生产制造协同平台和基于工业云的价值链协同平台,文中详细探讨了平台涉及到的核心关键技术,三个层次内部向集成,层间纵向贯通,从而构成基于层次化的智能协同制造平台框架,为企业构建灵活高效的生产组织模式提供了有益的参考。

责任编辑:张纯子
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