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【前言】 工業(yè)生產制造是人類最主要的社會活動之一，自從大約300年前發(fā)生在英國的第一次工業(yè)革命開始，人類共經歷了四次大的工業(yè)革命，即所謂的工業(yè)1.0（機械化）、工業(yè)2.0（電氣化）、工業(yè)3.0（信息化）及目前正在來臨的工業(yè)4.0（智能化）。目前以信息化為應用的工業(yè)自動化生產過程與市場、物流、產品設計以及公司管理等各方面聯(lián)系越來越緊密，它們之間的關系不僅是縱向的，還是橫向的，還可能是復雜的閉環(huán)生態(tài)系統(tǒng)。以智能工廠、智能裝備、智能服務等為主題的智能制造已成為未來制造業(yè)的發(fā)展方向。因此，無論是在未來的智能制造階段還是在目前信息化制造階段，工業(yè)自動化的制造模型、技術和工具等已發(fā)生相應變化。

本文主要是從工業(yè)控制的角度來探討、理解工廠信息化和智能化建設的理論模型、技術、工具及解決思路。

一，企業(yè)信息化管理的組成

企業(yè)信息化建設牽涉的范圍廣（如下圖示），這些常用的信息管理系統(tǒng)其具體定義和功能不是本文重點，本文主要從工業(yè)控制的角度，它們與現(xiàn)場控制層關系的遠近，首先簡單分析各自特點及其相互關系,本文重點在MES。

從管理理念而言，ERP是提高企業(yè)內部資源的計劃和控制力，以效益為中心；CRM更關注市場與客戶。如果說ERP是企業(yè)級的全面管理應用的話，那么CRM就是ERP的前端，可以看作ERP的一部分。

PLM倡導的是創(chuàng)新，以產品研發(fā)為中心，其目標是期望通過產品設計及流程的有效管理，從設計源頭控制產品質量，實現(xiàn)“開源”、“生錢”；ERP強調的是控制，則側重于制造領域物流的管理，目的是“節(jié)流”、“省錢”。所以有種說法：理想的生產自動化不僅是由設備本身的自動化水平而決定（當然生產設備自動化是最重要的）；還與產品及其工藝的標準化、流程化、自動化有關。

SCM與ERP互補，屬于兩個不同范疇，ERP基本是企業(yè)內部的問題，SCM對企業(yè)來說是成本性系統(tǒng)。

BPM組織管理計劃、執(zhí)行、控制、監(jiān)控和改進等業(yè)務流程，關注企業(yè)的工作流程制度化、標準化；ERP關注企業(yè)如何合理分配資源滿足生產和客戶的需求，是事務處理系統(tǒng)。實際應用中業(yè)務流程往往獨立配置于其它管理系統(tǒng)(ERP、SCM、CRM等)中。

ERP的重點在于財務，也就是從財務的角度出發(fā)來對企業(yè)的資源進行計劃，相關的模塊也是以財務為核心的展開，最終的管理數(shù)據(jù)也是集中到財務報表上。MES重點在于制造，也就是以產品質量、準時交貨、設備利用、流程控制等作為管理的目標。ERP管理的范圍比MES大，MES管理比ERP細。企業(yè)生產資源作為企業(yè)資源的一部分，也在ERP管理的范圍內，也相應有生產計劃、數(shù)據(jù)采集、質量管理、物料管理等功能模塊，所以往往和MES會混淆。但ERP管理的范圍主要是以工作中心為單位，MES能更細致到每個制造工序，對每個工序進行任務的下達、執(zhí)行控制和數(shù)據(jù)采集、現(xiàn)場調度等。

ERP主要采用填寫表單和表單傳送的方式實現(xiàn)管理，現(xiàn)場收到的制造任務是通過表單傳達，現(xiàn)場制造數(shù)據(jù)也是通過填寫表單完成收集。MES是采用事件的方式實現(xiàn)管理，生產訂單的變化和現(xiàn)場的制造情況，通過MES內置的引擎立刻觸發(fā)相關事件，要求相關人員或設備采取相應的行動。

所以說ERP是事務驅動，MES是事件驅動。而現(xiàn)場設備控制層則是實時驅動，對于即時性要求很高。相比時間緊迫性上，MES要求低點，一般達到及時就可以。而ERP要求更低，能達到事務上一定的相對同步就可以。但到智能制造階段，時間緊迫標準上要求越來越高，如生產數(shù)據(jù)即時分析，快速交貨，市場快速響應等。

制造企業(yè)的信息管理系統(tǒng)都是由許多獨立的子系統(tǒng)組成，基于事務處理的各子系統(tǒng)和許多基于實時操作的車間生產子系統(tǒng)，集成難度高、相容性比較低。上面提到的幾個企業(yè)信息管理系統(tǒng)在現(xiàn)代企業(yè)建設中都很重要，雖然不象現(xiàn)場生產控制系統(tǒng)那樣必不可少，但一般制造企業(yè)或多或少會建立某些信息管理系統(tǒng)。傳統(tǒng)的企業(yè)信息建立方式是各取所需分別建立，不同企業(yè)不同性質的管理系統(tǒng)其功能和內容往往不同。人工和表單、文件等往往是最主要的作業(yè)方式；而且人工和表單、文件等往往還是不同系統(tǒng)聯(lián)系的紐帶。但現(xiàn)在企業(yè)精細化管理要求下，尤其是智能制造時代來臨，不但人工手動作業(yè)的方式越來越不適應現(xiàn)代生產制造要求，而且信息自動化的內涵和形式也發(fā)生很大變化。

二，智能制造

智能工廠、智能車間，智能設備是智能制造的主要方面，它也是工業(yè)自動化關注重點。智能車間以產品生產整體水平提高為核心，關注于生產管理能力提高，產品質量提高，客戶需求導向的及時交付能力提高，產品檢驗設備能力提高，安全生產能力提高，生產設備能力提高，車間信息化建設提高，車間物流能力提高，車間能源管理能力提高等方面。通過網(wǎng)絡及軟件管理系統(tǒng)把數(shù)控自動化設備(生產設備，檢測設備，運輸設備，機器人等)實現(xiàn)互聯(lián)互通，達到感知狀態(tài)(客戶需求，生產狀況，原材料，人員，設備，生產工藝，環(huán)境安全等信息)，實時數(shù)據(jù)分析，從而實現(xiàn)自動決策和精確執(zhí)行命令的自組織生產的精益管理境界的車間。

相對于傳統(tǒng)制造，智能制造最主要的特點是適應大規(guī)模個性化定制生產的柔性制造能力。相對于信息化的3.0時代，從用戶到供應商到制造商、應用商，從市場到工廠縱向集成，橫向集成，形成一個閉環(huán)生態(tài)的制造鏈。

在智能車間，數(shù)控機床、機器人、機器視覺、AGV搬運車、倉儲等是最常用的智能設備。

根據(jù)CIM公共信息管理模型，以面向對象的分析和設計方法，建立通用的信息模型，統(tǒng)一的數(shù)據(jù)結構，模塊化、標準化功能或組件等是建立企業(yè)信息化及生產過程自動化最有效的思路。

基于通用信息模型，定義智能制造裝備的通用信息模型如：數(shù)控機床、機器視覺、機器人等。信息模型是對物理對象的數(shù)字化，可反映實際物理對象和數(shù)據(jù)的關系，信息模型使得不同應用程序對所管理的數(shù)據(jù)進行重用，可實現(xiàn)對象映射，與現(xiàn)有集成技術的映射，如OPC UA，邊緣計算等�？尚纬蓸藴驶�的通用集成解決方案，信息模型可通過標準化、程序化的形式進行固化。