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智慧工厂：中国制造业探索实践 [:1704011788]
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智慧工厂：中国制造业探索实践 3.4.5 机电功能模块的设计和开发
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建立在信息控制一体化智能生产制造系统基础上的智慧工厂，在能对大规模的客户定制快速反应和适应的同时，也能对小批量、多品种定制生产快速反应和适应。为满足生产制造系统和流程的柔性灵活、快速重构的要求，建立机电一体化功能模块的理念十分重要。这种机电功能模块是一类集机械、传动、控制（包括信号传感、处理和执行）和通信于一体的功能模块，它们可以在无需附加工程工具的情况下，实时自行组合和配置，以适应按市场需求变化的生产工艺要求和生产批量。这类机械功能模块往往据不同行业而存在很大差异，因此目前可行的路径是在某个行业加以突破。
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由柔性生产向适应性生产转变的挑战是：对无法预料的产品变化、组态配置和通用条件快速做出反应，以适应在新要求下的生产制造；能以快速且低成本的方式进行批量客制化生产。为此，要求开发自适应生产技术和工艺，其中首先要着手机电一体化模块的模块化设计，要综合考虑机械结构和运动学、控制和通信系统多个学科、技术，实现无需利用工程工具即可让机电功能模块按新要求重组和组态。如图3-16所描述的生产线由机电控制模块1、2、3和4组成，其中模块3有3个可选模块。在制造某个产品时，生产工序是模块1→模块2→模块3A→模块4。当要制造另一个产品时，生产工序要改变为模块1→模块2→模块3C→模块4，在由模块3A重组为模块3C时无需工程工具，生产线管理系统在接收到变更产品的指令时会自动组态。
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图3-16 由多个机电功能模块构成可自动组态的生产线
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相对于原来的机电一体化模块，机电功能模块应用了自动组态的PLC技术、实时工业以太网技术，当然首先要有恰当的机械模块设计，以使得整个模块具有感知、控制和分析的智能功能。机电功能模块最基本的部件如图3-17所示，具体有I/O模块、伺服电动机、驱动控制、通信模块、嵌入式控制器、控制和驱动的组态软件。
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图3-17 机电功能模块的基本部件组成
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智慧工厂：中国制造业探索实践 3.4.6 智能制造、智慧工厂、工业4.0都必须标准化体系先行
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1.概述
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从技术基础上讲，工业4.0和智能制造是机械工程学科、工业工程学科、电子电气工程学科、自动化工程学科、信息工程学科相互融合的必然结果。图3-18表示了由工业2.0、工业3.0发展到工业4.0的过程中这些学科的融合。
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由此可见，在实现工业4.0和智能制造中，机械工程、工业工程和自动化工程在新需求下必须升级、发展是其必要条件，信息工程技术则是其充分条件。信息工程技术为智能制造提供了充分的手段和实现的途径，但智能的内涵（包括智能赖以实现的架构、智能功能、智能算法等）还是要从制造过程中提炼和开发。因此，在构建智能制造综合标准化体系框架时，应充分考虑上述工程学科的相互关系，防止头重脚轻、以偏概全或重点倒置。
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图3-18 机械工程、电子电气工程和信息工程等多学科的融合
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值得注意的是智能制造、智慧工厂对以下集成的要求达到空前的程度：跨不同领域的集成，跨多级分层结构边界的集成，生命周期不同阶段的集成。因此，智能制造综合标准化体系的重点之一应该是建立上述方面无缝集成的标准。无缝集成涉及的基础标准有：通信接口标准、制定不同领域和不同行业语义标准的指导规范、实现横向集成和垂直集成的指导标准等。这些标准是否有可以借鉴的国际标准和国外标准，目前尚不得知，需要搜索和调研。
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2.德国工业4.0标准化的路线图
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德国工业标准化机构VDE、DKE等在2014年4月发布了德国工业4.0标准化的路线图1.0版，规划了德国工业4.0所需要的工业自动化技术和IT技术的标准化工作。
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该路线图认为，工业4.0所涉及的标准化目标有12个领域，分别是：系统结构、应用案例（use case）、基础、非功能性特性、技术系统和过程的参考模型、仪表和控制功能的参考模型、在工业4.0中人的功能和作用的参考模型、开发、工程化、标准库、技术、解决方案。
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3.系统架构
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鉴于系统架构是标准化的基础，必须首先开发整个架构的参考模型。
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迄今为止，有关工业系统结构的标准，如企业信息集成的标准IEC 62264（ISA 95）和批量控制标准IEC61512（ISA 88），基本上只是系统功能分层的架构，可以说仅仅是由技术驱动的。按照工业4.0和智能制造所着重要求的面向服务、自主自治、灵活的适应以及协同，其系统架构尚需要在概念上加以扩展。
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