1. 背景概述
        自從“中國制造2025”計劃頒布實施以來，“智能制造”浪潮方興未艾，并一步步從概念落實到一個個具體的案例，從“示范工程”由點及面轉變為企業的自主行動，正在并持續改變中國傳統制造技術、產業和模式，塑造中國制造的未來。
在此過程中，眾多專家、研究機構、企業從不同的維度提出了各種概念、定義、模型、范式、構架等，不一而足。但所謂“知易行難”，將各種紛繁復雜的框圖轉化為邏輯流程圖、數據流程圖，進而落地到具體的軟件系統、集成為系統的系統是一件非常困難的事，是一個大的系統工程。
鼎格工業軟件一直專注于“工廠內部”智能制造解決方案的研發和實際生產應用項目的實施。2016年即承擔工業物聯網平臺在個落地項目的實施，該系統一直在被充分使用。2017年又承擔了大型重工企業“中國制造2025”示范項目的軟件系統開發和系統集成等一系列智能制造相關項目的實施，涉及汽車、工程機械、重型裝備、新能源、半導體裝備、電力電子等行業。在此過程中推陳出新、不斷改進，逐步形成了圍繞工廠內部生產制造核心環節的智能制造綜合解決方案。
2. 鼎格工業軟件廠內智能制造綜合解決方案
2.1 總體方案
        綜合解決方案由既相互獨立又可彼此集成的三個軟件產品組成：符合德國工業4.0關于制造執行系統（MES）標準即VDI5600標準的鼎力智造執行平臺Dlims（以下簡稱Dlims）、滿足“批量為1”全自動化制造現場控制需求的極力數字化生產線系統DigiPL（以下簡稱DigiPL）、面向工業設備的格易工業設備互聯網平臺GringIIoD（以下簡稱GringIIoD）。如圖1所示。
  
                                                                          圖1 廠內智能制造綜合解決方案
2.2 鼎力智造執行平臺Dlims
       Dlims是在鼎格工業軟件已有MES產品的基礎上遵循德國VDI5600標準而*重構開發的制造執行系統（MES）產品。德國提出的“工業4.0”戰略旨在通過充分利用信息通訊技術和網絡空間虛擬系統——信息物理系統（Cyber-Physical System，CPS）相結合的手段，將制造業向智能化轉型，而MES系統是智能制造的核心。VDI(德國工程師協會)發布的針對MES系統的5600準則，詳細描述了MES系統必須要有的功能和特性，在范圍廣泛的各種功能之外，還明確指出應該包括“橫向集成”和“實時性能”，從而使MES系統在實現工業4.0的具體實踐中起到關鍵作用。
Dlims通過了上海市計算機軟件評測重點實驗室的評估測試，獲得上海市軟件行業協會的《軟件產品證書》。
Dlims系統架構設計如圖2所示。
   
                                                                                圖2 Dlims系統架構設計
Dlims支持CS、BS、PDA三種形式的終端應用。在這三種形式終端上體現的典型功能如下：
•    CS端功能：系統管理、進退貨管理、工單管理、發料管理、報表管理、庫存管理、排產管理、盤點管理、條碼管理、質量管理。
•   BS端功能：系統管理、基礎通用操作、基礎數據管理、工單維護、排產管理、倉庫儲運管理、報表管理、協作平臺、定時作業、看板管理、日志查詢、SAP離線功能。
•    PDA功能：進貨流程、退貨流程、發料管理、工單管理、物料查詢、內倉庫存轉移、物料盤點、物料調出、銷售發貨、成本中心發料、161退貨、外倉庫存轉移、日計劃報工。
2.3 極力數字化生產線系統DigiPL
       DigiPL支持“批量為1”的生產需求。該系統的實現基于多狀態機控制、以訂單和工藝驅動兩個核心設計原則，使其在全自動化的前提下滿足柔性化、離散化的生產組織要求。
DigiPL的架構如圖3。
       
                                                                                   圖3 DigiPL系統架構
DigiPL系統的主要功能包括：
•    與MES系統對接：派工、報工；
•    與PLM系統對接：獲取圖紙信息；
•    數控系統對接：遠程對機床進行控制加工；
•    與PLC和傳感器互通：遠程對機床進行控制加工；
•    BS客戶端：在辦公室進行工藝配置、刀具管理，生產數據的追蹤；
•    CS客戶端：在中控室操作整條產線，如：初始化、終止、暫停、繼續、異常監控和處理；
•    看板：動態實時顯示物料的位置和狀態，顯示生產訂單、生產計劃；統計顯示產線效率和能耗等信息；各個設備的狀態以及加工實況。
DigiPL系統特點如下：
•    自動化：在無人干預的情況下，產線按給出的計劃、工藝數據進行自動操作和控制加工過程，完成工件的生產。
•    信息化：通過與MES系統的信息交互獲取派工單和計劃數據，從PLM系統獲取加工圖紙，結合來料信息，進行分析，組織生產，并將生產數據實時上報信息系統。
•    柔性化：針對加工對象的變換，產線根據加工工藝和圖紙的不同，自動選擇相適應的設備完成不同的工件加工。
•    流水化：按照工藝流程，前一個工序為下一個工序的前提，每一個工序可以與其他工序同時進行。實現多個對象同時加工，提高產能。
•    可視化：
     ?   產品追溯：通過產線采集的數據進行追溯。可查詢到產線的生產記錄、對應批次產品等信息，從而達到追溯產品質量，精確協調生產的目的。
     ?   看板：將生產中工件的流動、工件設備狀態、以及生產計劃、生產訂單、生產效能與生產的潛在問題可視化呈現，幫助用戶找出原因與趨勢預測，實現問題早發現、早分析、早解決、早預防。
2.4 格易工業設備互聯網平臺GringIIoD
        GringIIoD是面向工廠內部生產加工、檢測設備互聯的軟件平臺，具有強實時、高可靠、大數據量的特點，是實現智能制造的基礎性平臺，它分為設備連接平臺（Equipment Automation Programming，EAP）和企業大數據中心（Enterprise Data Warehouse，EDW）兩個部分。GringIIoD建立設備連接平臺，將所有相關設備和系統都連接到該平臺，采集所有設備上的各種數據并存儲，所有應用從該平臺進行訪問。
        
                                                                                     圖4 工業設備互聯網平臺
          GringIIoD既可以作為MES與設備之間的中間連接層，也可以單獨部署以作為設備監控等應用的平臺。采用*的“設備模型”和分類通信處理模式，既可采集海量數據、又具有強實時高可靠地傳輸設備控制命令的能力，有效解決工廠加工、檢測設備的控制與大數據采集問題。
      
                                                               圖5 GringIIoD工業設備互聯網平臺結構
       GringIIoD的核心是設備模型（Device Model），通過定義設備的屬性（Attribute）、狀態變量（State Variable）、命令字（Commａnd Variable）、數據變量（Data Variable）、事件變量（Event Variable）、報警信息（Alarm）等，并分類采用不同的通信處理機制，滿足設備控制命令實時性和海量數據及時采集的要求。實現工業設備真正的“數字孿生”。
對于制造工廠用戶，可以在設備模型的基礎上制定自己企業統一的設備連接標準，進而作為對設備供應商的技術要求，從根本上解決設備軟件接口非常雜亂的困局。
      GringIIoD的價值在于既可以解決廠內設備“萬物互聯”的痛點，又可以解決上層業務系統和設備通訊交互的難點，同時還可以解決設備上的人、機、料等大數據采集存儲問題，為數據分析、挖掘、可視化、商業智能提供數據積累。
      GringIIoD通過了上海市計算機軟件評測重點實驗室的評估測試，獲得上海市軟件行業協會的《軟件產品證書》。
3. 結論
        制造執行系統、數字化生產線系統、工業設備互聯網系統是“加工制造”這個核心環節的軟件系統，是“智能制造”是否能真正落地的關鍵。
•    設備連接平臺（GringIIoD-EAP）提供了面向設備的平臺、標準、開發包，解決工廠內部設備的“萬物互聯”這個關鍵也是痛點問題。
•    數字化生產線系統（DigiPL）實現了全自動無人化的車間/生產線，在此基礎上可實現機器換人、減員增效，支持“批量為1”的柔性生產，同時也減少了人為干預，提高產品生產的一致性和質量。
•    制造執行系統（Dlims）以訂單和工藝驅動生產過程，是對ERP過程的細化，使生產進度和狀態盡在掌握。
•    大數據中心（GringIIoD-EDW）從EAP、DigiPL、Dlims以及其它管理系統如ERP、PLM、WMS、CRM、SRM等獲取數據，使用大數據技術對結構化數據、非結構化數據以及實時數據等原始數據進行存儲，然后對原始數據進行自動化的提取、整理、清洗、合并、分類，將各種應用所需的數據存儲到數據倉庫中。這些數據是企業運營的全息記錄，是企業寶貴的數據資產，也是企業從制造型向服務型企業轉型的重要基礎，其價值的挖掘是一個持續的過程。
•    各種工業化應用（APP）、BI、AI運行在大數據中心之上，以看板、報表等各種形式輔助工廠運營決策，比如對歷史問題的追查分析、對當前生產狀態的實時監控、對未來生產要素的趨勢分析等。
        針對不同的軟硬件基礎條件、生產及工藝需求、投資規模等，Dlims、DigiPL、GringIIoD既可以三個系統集成部署、也可以兩個系統集成部署、還可以只部署一個系統，以滿足不同的生產場景情況。