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   編者語：隨著IT，特別是以太網(wǎng)通信技術的迅猛發(fā)展，隨著生產(chǎn)管理技術的不斷發(fā)展，同時產(chǎn)品生命周期的不斷縮短，物流交貨周期的不斷加快以及客戶定制要求的多樣化。針對這一新的形勢，生產(chǎn)制造行業(yè)正處于一個重要的變革時期，基于信息控制一體化的CMM協(xié)同制造模式為制造行業(yè)的變革提出了一個行之有效的方法。

   最近數(shù)年來，盡管世界經(jīng)濟形勢變化莫測，美元貶值，銀行房貸危機，歐元大幅升值，油價高漲，原材料奇缺等等，大大影響了全球的經(jīng)濟發(fā)展的速度，但是德國的制造行業(yè)卻反其道而行之，連續(xù)幾年都達到了兩位數(shù)的增長，成為了德國乃至歐洲經(jīng)濟復興的重要的因素之一。德國機械制造行業(yè)為什么會在大經(jīng)濟發(fā)展不利的環(huán)境下仍能保持增長？推動德國機械制造行業(yè)發(fā)展的動力是什么？這是值得思考的問題。當然要發(fā)展離不開創(chuàng)新的理念，先進的管理技術，高效率的組織結構，充滿激情的人才隊伍。但是更歸結到技術的發(fā)展。德國的管理學者和企業(yè)家們通過分析認為推動德國機械制造行業(yè)發(fā)展的重要原因在于：

   （1）工業(yè)網(wǎng)絡技術即IT和以太網(wǎng)技術在德國機械制造行業(yè)的廣泛應用，即我們常常談到的信息化推動工業(yè)化。

   （2）先進的生產(chǎn)管理技術，如ERP、MES等等也在工業(yè)實踐中發(fā)揮了作用。

　　最近幾年，傳統(tǒng)制造生產(chǎn)模式隨著這兩大技術的不斷發(fā)展而發(fā)生了變革性的變化，從大規(guī)模的流水作業(yè)到精益生產(chǎn)、敏捷制造的模式開始，同時又在經(jīng)濟全球性、企業(yè)全球化、信息網(wǎng)絡化的支撐下突破國界流動，漸漸地發(fā)展為全球化的機械制造。德國機械制造行業(yè)正是適應了機械生產(chǎn)制造發(fā)展的趨勢，不斷地改進制造生產(chǎn)模式，正如管理學家Hammer&Champy所講的：“能使公司長期獲得成功的不是產(chǎn)品，而是生產(chǎn)產(chǎn)品的過程。好的產(chǎn)品不會造就贏家，而贏家則會制造出好的產(chǎn)品?！币虼嗽S多德國的企業(yè)在戰(zhàn)略方向上不僅僅注重產(chǎn)品的創(chuàng)新，將研究開發(fā)的資源投入新產(chǎn)品的研制，同時更以生產(chǎn)制造戰(zhàn)略為中心，注重流程的創(chuàng)新，在生產(chǎn)制造技術，在應用和開發(fā)階段采用集團軍的編制（由研究，設計，制造，營銷等不同部門組成項目團隊）模式，從而對基礎技術進行消化吸收，迅速轉化為產(chǎn)品，并在推進的過程中使得功能、質量不斷革新與完善，達到性價比的最優(yōu)化。

　　自2000年來，針對生產(chǎn)制造模式新的發(fā)展，國際著名咨詢機構ARC詳細地分析了自動化，制造業(yè)信息化技術發(fā)展現(xiàn)狀，對于科學技術的發(fā)展趨勢對于生產(chǎn)制造可能產(chǎn)生的影響作了全面的調查，提出了多個導向性的生產(chǎn)自動化管理模式，指導企業(yè)制定相應的解決方案，為用戶創(chuàng)造更高價值。其中從生產(chǎn)流程管理，企業(yè)業(yè)務管理一直到研究開發(fā)產(chǎn)品生命周期的管理而形成的協(xié)同制造模式（Collaborative Manufacturing Model，CMM）已得到了不少企業(yè)管理層高度重視。本文將對IT技術、工業(yè)網(wǎng)絡技術以及生產(chǎn)管理技術的發(fā)展如何推動CMM模式的實現(xiàn)做一回顧，同時就現(xiàn)代自動化控制網(wǎng)絡技術如何運用于生產(chǎn)控制管理CDAS和CPAS模式上，從而實現(xiàn)信息控制一體化技術在未來制造領域的發(fā)展做一探討。

　　1 信息控制一體化技術的高速發(fā)展形成CMM協(xié)同制造模式(Collaborative Manufacturing Model)

　　ARC提出的協(xié)同制造模式(CMM)(如圖1所示)其基本的核心就是所謂企業(yè)管理、生產(chǎn)工藝價值鏈和產(chǎn)品生命周期的三軸空間的鼎立模式，它定義了制造商、供應商乃至開發(fā)商之間的協(xié)同的產(chǎn)業(yè)鏈的網(wǎng)絡結構，其關鍵在于協(xié)同市場和研發(fā)、協(xié)同研發(fā)和生產(chǎn)、協(xié)同管理和通信。實踐證明，該模式對供應商和制造商都具有重要價值。建設協(xié)同的供應網(wǎng)絡時，制造商必須透明顯示制造程序、管理程序、市場、價值創(chuàng)造鏈和各制造參與者之間的關系。這樣，規(guī)劃和運行制造網(wǎng)絡所需的整體環(huán)境才能顯現(xiàn)。一個完整的制造網(wǎng)絡由多個制造企業(yè)或參與者組成，它們相互交換商品和信息，共同執(zhí)行業(yè)務流程。企業(yè)、價值鏈和產(chǎn)品生命周期這三軸貫穿于各個制造參與者之間。居于水平面上方的是管理職能，下方是制造職能。直到今天，這些職能仍然依靠眾多的人工流程和傳統(tǒng)的應用程序來完成。職能背后是能夠將工作任務與企業(yè)既定目標、企業(yè)合作伙伴之間進行協(xié)調的個體元素。而今，位居制造網(wǎng)絡中心層面的是制造企業(yè)用來支撐業(yè)務的各種應用程序。為優(yōu)化效率，企業(yè)有時選擇基于消息互換和工作流的企業(yè)應用集成系統(tǒng)EAI，實現(xiàn)新舊系統(tǒng)之間的集成和互通互聯(lián)。除制造參與者外，基于因特網(wǎng)的協(xié)同應用程序在功能和影響上也具有重要意義。根據(jù)橫向的供應到客戶的價值創(chuàng)造鏈，市場定位和門戶是通向供應商和客戶的新入口，而且在產(chǎn)品生命周期內(nèi)，通過因特網(wǎng)支持協(xié)同設計、協(xié)同服務的新途徑也不斷涌現(xiàn)。ARC的協(xié)同制造模式CMM定義了信息化系統(tǒng)應該滿足哪些條件才能確保以上制造網(wǎng)絡系統(tǒng)中的重要因素之間順利協(xié)作。從協(xié)同制造模式CMM也可以看出，企業(yè)的所有活動必須預先考慮兩部分：內(nèi)部執(zhí)行和外部采購，換言之，CMM模式不僅要為各個獨立的部門，也要為擴大化的整個企業(yè)和擴張后的整個供應鏈制定解決方案。

圖1   協(xié)同制造模式

　　1.1 企業(yè)管理與產(chǎn)品生產(chǎn)鏈的結合形成了CMM模式的基礎

　　從上世紀90年代開始，為了更有效地提高生產(chǎn)力的發(fā)展，愈來愈多的人關心如何將企業(yè)管理與產(chǎn)品生產(chǎn)鏈有機的結合起來，以傳統(tǒng)的生產(chǎn)流程下某產(chǎn)品生產(chǎn)過程為例(如圖2所示)，從進貨、零件加工、塑料制品生產(chǎn)、組裝、產(chǎn)品測試、包裝、出廠或入庫的整個生產(chǎn)的安排是橫向的發(fā)展。其強調的是如何提高生產(chǎn)的自動化程度，如在這一生產(chǎn)流程中，實現(xiàn)了自動化物流倉庫、自動化的加工組裝流水線、自動化測試系統(tǒng)和自動化的包裝流水線，實現(xiàn)了工業(yè)生產(chǎn)自動控制系統(tǒng)，其中對于工廠自動化主要是采用了PLC控制器技術。

圖2   橫向發(fā)展的產(chǎn)品生產(chǎn)鏈

　　然而，隨著生產(chǎn)技術的大型化、復雜化、客戶要求的多樣化以及企業(yè)管理的不斷完善，市場競爭日趨激烈。在提高生產(chǎn)力，提高管理效率的驅動下，人們充分地認識到單純地使用PLC或DCS來建立一個高效率的自動化控制系統(tǒng)來完成生產(chǎn)制造、生產(chǎn)管理，單純依靠自動化技術的發(fā)展是不能獲得最大效益的。因此如何將市場和用戶的要求與生產(chǎn)有機地結合起來，如何將產(chǎn)業(yè)鏈與企業(yè)管理有機地結合起來，成為現(xiàn)代制造企業(yè)探尋的目標，這就使得一個將生產(chǎn)流程控制，企業(yè)生產(chǎn)計劃管理及產(chǎn)品服務流程管理集成的控制管理系統(tǒng)即管控一體化的工業(yè)自動化控制系統(tǒng)得到了發(fā)展，形成了以縱向生產(chǎn)管理與橫向的生產(chǎn)制造控制流程為核心的現(xiàn)代工業(yè)自動化控制模式(如圖4所示)，這種模式稱為管理控制一體化，或者也可認為是生產(chǎn)制造的兩維模型。

圖3   縱向發(fā)展的管理模式



圖4   橫向生產(chǎn)制造與縱向生產(chǎn)管理的提高生產(chǎn)力的工業(yè)控制系統(tǒng)

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　　管理控制一體化的生產(chǎn)模式強調的是企業(yè)計劃管理信息與生產(chǎn)控制系統(tǒng)的集成，即生產(chǎn)制造執(zhí)行系統(tǒng)、自動化控制系統(tǒng)和生產(chǎn)管理系統(tǒng)的合成。從而產(chǎn)生了由現(xiàn)場層、控制層和管理層組成的管控一體化的控制系統(tǒng)的金字塔(如圖5所示)。

圖5   三層兩通信方法論的自動化控制系統(tǒng)的金字塔結構

　　金字塔結構的自動化控制系統(tǒng)通過運用現(xiàn)場總線技術、基于TCP/IP的以太網(wǎng)技術和其他的專用網(wǎng)絡技術實現(xiàn)了生產(chǎn)制造控制信息與生產(chǎn)管理信息的通信和交換。在現(xiàn)場層實現(xiàn)了現(xiàn)場生產(chǎn)的運行狀態(tài)、組態(tài)設計和計劃執(zhí)行等信息的采集和分配。在控制層不僅對工程、生產(chǎn)和設備的信息進行處理和分析，同時也將生產(chǎn)管理企業(yè)規(guī)劃、資本狀況、流程優(yōu)化、設備維護、產(chǎn)品服務(采購、供貨期、產(chǎn)品反饋)等信息通過相應的綜合性能指標進行運算，然后調度生產(chǎn)制造現(xiàn)場進行執(zhí)行。因此這種模式綜合了自動化技術、生產(chǎn)工藝技術、設備制造技術和生產(chǎn)流程管理技術，同時采用了計算機技術、控制系統(tǒng)技術、生產(chǎn)管理技術和網(wǎng)絡與數(shù)據(jù)庫技術。隨著管理控制一體化模式或生產(chǎn)制造的兩維模型的產(chǎn)生，作為用于工廠制造自動化(離散制造業(yè))的PLC控制技術和用于過程制造自動化(流程制造業(yè))的DCS控制技術都隨之發(fā)生了極大的變化，PLC控制系統(tǒng)不在局限于邏輯控制，而且也漸漸地將運動控制、部分的流程控制融合在一個開發(fā)式控制平臺，而DCS控制系統(tǒng)除了加強與各種不同類型的儀器儀表通過工業(yè)通訊的方法進行信息交換之外，同時更加重視對于生產(chǎn)管理、資產(chǎn)設備組合優(yōu)化管理乃至生產(chǎn)績效、商務績效的管理。由于這兩個系統(tǒng)的不斷發(fā)展，一個集兩大系統(tǒng)優(yōu)點的綜合集成智能化控制系統(tǒng)正在形成。它具有以下五大特點：

（1）統(tǒng)一的開發(fā)平臺上只需要一個公共的變量定義和一個存放所有參數(shù)和控制功能的中央數(shù)據(jù)庫；

（2）統(tǒng)一的軟件工具能夠同時開發(fā)、調試和安裝多個機械設備和系統(tǒng)單元；

（3）統(tǒng)一的開放模塊式的結構是面向生產(chǎn)應用的，從工廠中的機械設計一直到系統(tǒng)設備的企業(yè)部門；

（4）統(tǒng)一的網(wǎng)絡接口和語言(如TCP/IP、OPC、XML和 SQL)，使得各種生產(chǎn)廠家在聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)交換成為可能；

（5）統(tǒng)一的集成平臺，既可以是基于PLC的硬件平臺也可以是DCS的軟件平臺。

　　這種新型的控制系統(tǒng)構成了CMM模式的基礎。

　　1.2 研發(fā)和服務產(chǎn)品生命周期中心軸加入是CMM模式的重中之重
　
　　然而，最近數(shù)年來，現(xiàn)代制造技術得到了空前的發(fā)展，IT技術進入了工業(yè)領域，給生產(chǎn)制造型企業(yè)帶來了許多改革，同時也給企業(yè)帶來了非常多的困惑。IT技術的發(fā)展使得產(chǎn)品的生命周期不斷減短，從20年降至10年降至5年甚至更短。產(chǎn)品生命周期的縮短迫使企業(yè)需要更強的研發(fā)能力。同時，大家一直討論的企業(yè)核心競爭力到底表現(xiàn)在什么地方？企業(yè)核心競爭力不是由單一的元素或目標組成，但其重要的一點就是產(chǎn)品，管理的核心體現(xiàn)在產(chǎn)品生命周期管理，產(chǎn)品從誕生到死亡是個過程，怎樣延長這個過程或者縮短、改進、提高這一過程，這就牽涉到產(chǎn)品生命周期管理，是對傳統(tǒng)研發(fā)生產(chǎn)的挑戰(zhàn)。在這種情況下，企業(yè)需要采用新的產(chǎn)品研發(fā)和產(chǎn)品生命周期的管理方法，要以客戶為中心，通過這樣一個新模式，才能認清今后發(fā)展的方向，才能認清未來的需要。目前工業(yè)化企業(yè)遇到的前所未有的挑戰(zhàn)是產(chǎn)品生命周期不斷縮短，這就需要加大研究開發(fā)的投入；第二有了高精尖的計算機技術，制造精度不斷提高，也提高了生產(chǎn)成本；第三，產(chǎn)品制造的靈活性也不斷提高了，由批量生產(chǎn)改為以客戶定制；第四，產(chǎn)品的價格不斷地降低，價格競爭越來越激烈；第五，需求的越來越短的投資回報周期，考慮到市場縫隙，固定資產(chǎn)的投入也愈來愈謹慎，這些不可回避的互相之間的矛盾，作為企業(yè)的管理者一方面要減少開發(fā)生產(chǎn)的成本，另一方面要加快投資的回報周期，同時也要注意固定資產(chǎn)投入的風險，因此在現(xiàn)代化的生產(chǎn)制造控制管理系統(tǒng)的發(fā)展之中，不得不加強對產(chǎn)品生命周期的管理，更高效的開發(fā)新產(chǎn)品，加快投資回報、持續(xù)技術創(chuàng)新，加大產(chǎn)品生命周期的管理力度，用創(chuàng)新的技術延長產(chǎn)品的生命周期。CMM模式的發(fā)展正適應了這一形勢的發(fā)展，首先提出了產(chǎn)品研發(fā)生命周期與產(chǎn)品服務周期所構成的設計研發(fā)服務鏈。

圖6   CMM三維協(xié)同生產(chǎn)模式

　　這樣一來，構成了由研發(fā)服務鏈、生產(chǎn)制造流程鏈與生產(chǎn)管理信息鏈相結合的CMM三維協(xié)同生產(chǎn)模式(如圖6所示)。在這模式中全產(chǎn)品生產(chǎn)周期運用在CMM模式之中，設計產(chǎn)生產(chǎn)周期和服務產(chǎn)品生產(chǎn)周期與生產(chǎn)制造鏈和生產(chǎn)管理鏈的互相協(xié)同，大大延長了產(chǎn)品的生命周期，如圖7所示。

圖7   產(chǎn)品全生命周期=產(chǎn)品制造過程+產(chǎn)品使用過程

　　研究開發(fā)與生產(chǎn)制造之間的無縫連接，大大地減少了新產(chǎn)品的研發(fā)生產(chǎn)的時間。制造層面上的五大部分的協(xié)同：管理系統(tǒng)、供應商、客戶、銷售渠道和產(chǎn)品研發(fā)隊伍及設備制造商之間通過CMM模式得到了協(xié)同，建立了一個信息交換的模型平臺，達到了制造流程、管理流程和研究開發(fā)流程的同步化，使得制造信息透明化，提升了作業(yè)能力和應變能力，降低生產(chǎn)成本，加快了新產(chǎn)品研究開發(fā)的進度。因此研發(fā)、生產(chǎn)和管理的一體化在CMM下的基礎架構下協(xié)同，消除了行業(yè)、部門、不同工作模式及合作對象的隔閡。將研發(fā)工作融于生產(chǎn)之中，將管理實現(xiàn)在產(chǎn)品制造之中，將管理目標與研發(fā)方向結合在一起，同時設計研發(fā)、生產(chǎn)和管理的一體化的結合推動了新產(chǎn)品進入市場的循環(huán)往復，不斷優(yōu)化的過程，采用最好的自動化技術，實行先進的管理手段，使用高效率的生產(chǎn)設備等等保證了先進制造技術最優(yōu)化、高效率、低成本。所以產(chǎn)品設計研發(fā)流程，生產(chǎn)制造運行機制和企業(yè)管理之間通過CMM的模式合作得更為緊密，協(xié)同更為加強。這也標志了一個全新的產(chǎn)品生產(chǎn)制造時代即將到來。

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　　2007年10月，菲尼克斯電氣中國公司全面引進集團公司的核心技術，建立了菲尼克斯電氣(南京)研發(fā)工程中心有限公司，在中國形成了營銷、市場、研發(fā)、生產(chǎn)、采購、物流、服務的產(chǎn)業(yè)鏈。菲尼克斯電氣(南京)研發(fā)工程中心有限公司建立了基于CMM協(xié)同制造模式的技術開發(fā)PLM管理流程， 將設計和服務的產(chǎn)品生命周期有機地與生產(chǎn)制造流程，企業(yè)管理流程結合起來，構成了協(xié)同制造模式的組織結構，同時建立了PLＭ項目管理生產(chǎn)和設計的一體化團隊，加強了設計開發(fā)、生產(chǎn)制造和業(yè)務管理的合作，大大縮短了開發(fā)周期，加快了產(chǎn)品投入市場的步伐，同時也在保證質量的前提下，減少了運行成本。單單一年內(nèi)就完成了近百個項目，申請了十多個專利。

　　1.3 IT和以太網(wǎng)技術在工業(yè)領域的廣泛應用使得CMM模式的實現(xiàn)成為可能
　
　　然而，要實現(xiàn)CMM的模式，關鍵在于如何進行信息的交流和通信。無論是制造流程、管理流程還是設計開發(fā)流程的同步，是制造層面五大方面的協(xié)同，管理流程各種軟件數(shù)據(jù)管理，還是設計開發(fā)信息的共享都需要數(shù)據(jù)的傳輸。信息的開放性以及交換性使得制造更加靈活化、數(shù)據(jù)透明化，CMM模式的誕生將生產(chǎn)數(shù)據(jù)的提取、傳輸和分析的工作提高到與產(chǎn)品本身同等重要的戰(zhàn)略地位。數(shù)據(jù)監(jiān)控成為建立制造網(wǎng)絡系統(tǒng)的基礎，也是執(zhí)行生產(chǎn)流程運行的一個公共的基礎平臺。這里的要點是在于制造企業(yè)通過相應的管理工具向相關的部門、客戶以及供應商合作伙伴及時地提供了正確的信息和完善的服務。在企業(yè)內(nèi)共享的數(shù)據(jù)庫，采用不同的管理軟件制定數(shù)據(jù)處理和管理流程，并檢查業(yè)務流程，決定數(shù)據(jù)流的走向，如圖8所示。

圖8   企業(yè)信息共享平臺

　　各種軟件包工作在統(tǒng)一的平臺上，以太網(wǎng)構成了現(xiàn)代制造業(yè)的網(wǎng)絡通訊結構。PLM的管理貫穿在整個CMM模式中，所有的數(shù)據(jù)存放在一個統(tǒng)一的知識庫里。因此IT和以太網(wǎng)技術在工業(yè)領域的廣泛應用使得CMM模式的實現(xiàn)成為可能。近幾年，德國的菲尼克斯集團公司提出了“IT powerd Automation ”的口號，實現(xiàn)了按CMM模式的工業(yè)自動化控制系統(tǒng)的結構，即AUTOMATIONWORX。根據(jù)CMM模式的特點，采用了從管理層、控制層到現(xiàn)場設備層的信息無縫的縱向的信息集成和不同供應上采用不同技術的子系統(tǒng)的水平信息互連的網(wǎng)絡機構，同時在生產(chǎn)管理中結合了產(chǎn)品生命周期的設計和服務的信息交流，實現(xiàn)了工業(yè)自動化控制系統(tǒng)的開放性、一致性、透明性以及集成性，如圖9所示。

圖9   橫向技術與縱向管理的集成

　　縱向信息集成特點是統(tǒng)一而透明的數(shù)據(jù)通信，采用現(xiàn)場總線INTERBUS和工業(yè)實時以太網(wǎng)PROFINET實現(xiàn)從管理層、控制層到現(xiàn)場設備層的信息無縫集成，使得工廠過程控制系統(tǒng)(FCS/PCS)與企業(yè)管理信息系統(tǒng)ERP，制造執(zhí)行系統(tǒng)(MES)有機地融為一體。從而可在企業(yè)內(nèi)隨時隨地獲得實時現(xiàn)場數(shù)據(jù)以用于評估、規(guī)劃、協(xié)調和優(yōu)化操作流程、生產(chǎn)流程以及業(yè)務流程，真正地讓自動化與制造管理、企業(yè)管理、供應鏈管理建立無縫連接?？蛻舻男枨蠛凸湹淖兓瘜杆俜从车街圃煅邪l(fā)中心，經(jīng)過分析和判斷，將為市場或客戶提供專門的服務(客戶定制)。

　　橫向信息集成建立了對于不同的對象、設備和模塊，應用程序對象的連接，程序組件之間靈活地組態(tài)通信關系，從而實現(xiàn)了基于生產(chǎn)過程的多設備，多進程控制結構。具體地說，橫向信息集成可以使用不同技術來實現(xiàn)各子單元的互聯(lián)，通過Profinet代理服務器、采用國際標準的自動化控制系統(tǒng)以及各種不同類型的工業(yè)實時以太網(wǎng)的通信方案，使得不同制造商的設備能夠工作于一個信息平臺上，構成一個分布式綜合智能化自動化系統(tǒng)。

　　菲尼克斯集團公司為實現(xiàn)基于CMM協(xié)同制造模式的制造過程控制系統(tǒng)，以信息技術作為發(fā)展新一代控制系統(tǒng)的動力，IT技術融合于控制和管理系統(tǒng)中，實現(xiàn)了全方位的所有控制數(shù)據(jù)(PLC/DCS)、生產(chǎn)數(shù)據(jù)(MES)、管理數(shù)據(jù)(ERP)，采購數(shù)據(jù)、市場分析信息(CRM)通信的網(wǎng)絡系統(tǒng)，完成數(shù)據(jù)和信息的交換、處理和顯示。在這系統(tǒng)中采用了基于工控機、Ｗindows軟件平臺、工業(yè)以太網(wǎng)技術、無線通信網(wǎng)絡、WEB2.0技術和Security技術，保證數(shù)據(jù)通信安全、無縫及有效的傳輸。

　　2 CMM模式在現(xiàn)代制造系統(tǒng)中的應用介紹

　　2.1 CDAS協(xié)同離散自動化系統(tǒng)

　　制造領域正在發(fā)生轉型，曾一度關注制造方法和流程的制造模式開始強調營造一個被拓寬的制造環(huán)境，拓寬后的制造環(huán)境應包含比自動化裝備、機器和生產(chǎn)線更多的內(nèi)容，見表1。

表1

　　信息交換不再局限于企業(yè)內(nèi)部，從生產(chǎn)到產(chǎn)品設計以及整個供應鏈之間實現(xiàn)信息共享，這是現(xiàn)代制造模式的核心和競爭力所在。制造商的生產(chǎn)能力遠遠大于市場需求。在此嚴峻形勢下如果依然想保持競爭優(yōu)勢，制造商必須豐富產(chǎn)品線。這需要企業(yè)建立以優(yōu)化的生產(chǎn)流程和自動化的機械設備為基礎的靈活敏捷的制造體系。制造業(yè)的這一發(fā)展趨勢勢必導致產(chǎn)品設計、生產(chǎn)運行和企業(yè)管理之間的合作更為緊密，協(xié)同更為加強。這預示著一個全新的制造時代即將到來，它的特點是用生產(chǎn)流程和有效生產(chǎn)時間內(nèi)效率的優(yōu)化程度來衡量企業(yè)效率。優(yōu)化企業(yè)效率意味著整個產(chǎn)品生命周期的優(yōu)化。在規(guī)劃和制訂企業(yè)戰(zhàn)略目標時，不同的制造行業(yè)需要考慮行業(yè)自身的特殊因素，因此每一類制造行業(yè)的企業(yè)目標均會受到眾多不同因素的影響。但也有一些企業(yè)目標是放之四海而皆準的，稱其為加工型企業(yè)的共同目標，見表2。

表2

　　2.1.1 協(xié)同離散自動化系統(tǒng)CDAS架構

圖10   CDAS 的功能模塊

　　CDAS是一種適用離散制造中現(xiàn)有集成方式的參考架構，它具有一定的局限性。該模式勾勒了一個規(guī)范化的、可互操作的協(xié)作環(huán)境，用以連接生產(chǎn)流程和企業(yè)的其他流程。CDAS理論向制造商提供了一種戰(zhàn)略，一種功能模式，一種架構。它好比一張時刻表，協(xié)同和管理著企業(yè)內(nèi)相互交錯的各種流程。借助CDAS模式，制造商可以把制造工藝、方法的需求、新技術的引進與自動化系統(tǒng)供應商在自動化系統(tǒng)構架內(nèi)所能提供的產(chǎn)品和服務作對比，選擇最佳方案。CDAS模式描述了制造企業(yè)內(nèi)的各大功能區(qū)及其相互關系。這些功能區(qū)可分為不同的組，它們因行業(yè)差異而采用不同的制造方式和流程。該模式從功能角度完整地呈現(xiàn)了一個協(xié)作式的制造環(huán)境，它包括從制造設備層面到企業(yè)業(yè)務流程層面的相互關系及接口。CDAS架構在執(zhí)行通用標準并可互操作的大環(huán)境下從設備層面延伸到了企業(yè)的各個層面。要降低一個架構的復雜性和集成成本，關鍵看它是否擁有一種綁入新設備和新技術的行之有效的方法。

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　　2.1.2 CDAS模式牽涉制造企業(yè)的各個層面

　　制造團體提出的“P2B”（從生產(chǎn)到業(yè)務）集成方式需要工廠生產(chǎn)系統(tǒng)、生產(chǎn)管理系統(tǒng)和企業(yè)業(yè)務系統(tǒng)間享有充分的互操作性。因此企業(yè)采用的制造模式應該可以收集制造方面的基礎數(shù)據(jù)，并且利用這些數(shù)據(jù)為生產(chǎn)智能化、監(jiān)視界面以及為具有協(xié)作能力的生產(chǎn)管理系統(tǒng)服務。利用智能化儀器、機器及其他制造設備，依靠標準的因特網(wǎng)技術，這些數(shù)據(jù)信息將被傳送至企業(yè)管理層面，集成應用于SCM、PLM、EAM或EAP系統(tǒng)。

　　2.1.3 企業(yè)架構的意義

　　制造商如果一開始就致力在整個企業(yè)范圍內(nèi)建立制造架構并定義整個生產(chǎn)及業(yè)務流程，那么今后他在引進應用新方法新技術、擴展現(xiàn)有系統(tǒng)時便會占有絕對優(yōu)勢。企業(yè)的架構是否有效，能否降低集成的復雜性和成本，取決于它能否以一種合理的方式將新系統(tǒng)、新界面拼湊到現(xiàn)有的系統(tǒng)上，能否在原有的系統(tǒng)上應用新技術。在IT領域，人們很早就認識到了這一點，因此通常會設立基于廣系統(tǒng)架構的數(shù)據(jù)遷移路徑，開發(fā)出很多個性化的應用程序甚至是系統(tǒng)解決方案。這些系統(tǒng)以流程為基礎，因此人們研究了很多定義、規(guī)定以及使用這些流程的方法。這些方法反過來又幫助人們設計包含所有模塊、流程、相互作用關系在內(nèi)，并符合企業(yè)要求的更為完善的系統(tǒng)架構。

　　2.1.4 自動化制造設備的制造信息

　　在以服務為基礎的企業(yè)環(huán)境下，生產(chǎn)同產(chǎn)品設計、支持、維護、營銷和物流一樣，是價值創(chuàng)造鏈上的一個環(huán)節(jié)。制造鏈上的每個環(huán)節(jié)必須具備相互交流并交換重要生產(chǎn)信息的能力。

　　2.1.5 OAGi支持離散制造提出的P2B的要求

　　從生產(chǎn)到業(yè)務集成P2B已經(jīng)發(fā)展成為離散制造業(yè)的主要要求，因為制造商希望優(yōu)化制造流程，并將企業(yè)內(nèi)的各大功能結合在一起。現(xiàn)在，生產(chǎn)部門的領導慢慢認識到了可以實時從制造團體獲取信息并與其它管理系統(tǒng)共享這些信息的好處所在。Open Applications Group(OAG)開放式應用程序組對這一集成問題進行了研究，并在它發(fā)表的重要技術規(guī)范OAGIS里作了定義。

　　開放式應用程序組集成規(guī)范OAGIS定義業(yè)務流程，它為業(yè)務程序通信提供規(guī)范的業(yè)務語言，并為制定業(yè)務對象文檔（Business Object Document, BOD，即業(yè)務消息）提供規(guī)范。消息是制定業(yè)務對象文檔的基礎，業(yè)務對象文檔定義了制造企業(yè)內(nèi)五大重要功能區(qū)之間的流程。為同時滿足過程制造和離散制造的需求，人們正在試圖合并ISA-95和OAGIS規(guī)范。
2.2 CMM用于過程控制系統(tǒng)的模式-協(xié)同過程自動化系統(tǒng)CPAS

　　目前約有價值650億美元的老式過程控制系統(tǒng)尚在運轉，它們正走向傳統(tǒng)生命周期（一般15~25年）的終點。制造模式正在迎接一個新紀元，在這新紀元里需要定義一個能夠衡量協(xié)同性和功能自主性的尺度，但現(xiàn)有的系統(tǒng)沒有開發(fā)這一尺度，這一尺度也不能為現(xiàn)有的系統(tǒng)提供支持。不是根據(jù)供應商的供應能力而是根據(jù)客戶的需求來定義過程自動化的未來，出于這一必要性，ARC開發(fā)了過程制造狀態(tài)下的協(xié)同自動化系統(tǒng)CPAS模式。CPAS模式覆蓋傳統(tǒng)的分布式控制系統(tǒng)PLS以及慣用的生產(chǎn)管理應用程序。CPAS模式不一定要求引進新技術，而是希望用企業(yè)現(xiàn)有的技術滿足過程自動化在功能性和經(jīng)濟性上的要求。

　　2.2.1 過程自動化現(xiàn)狀

　　目前，近一半以上的制造企業(yè)采用過程制造。過程制造的特點是：

· 在一個典型的過程制造企業(yè)里，制造設備約占總資產(chǎn)的75%以上；

· 一個過程制造企業(yè)每年約有65%的企業(yè)成本用在原料和調整上；

· 企業(yè)效率最大程度上取決于生產(chǎn)部門創(chuàng)造的價值；

· 只有約三分之一的老式流程控制系統(tǒng)被有效利用；

· 價值約650億美元的老式流程系統(tǒng)迎來生命周期的終點，必須進行更換。

　　在老式的過程制造企業(yè)里，存在可大幅度地提升工作效率的空間。改造的成本可能很大，但其意義也非常深遠。改造之后，企業(yè)將擁有全面的信息化技術，控制技術將得到改善，持續(xù)改進流程的方法將成為企業(yè)財富的組成部分。

　　2.2.2 面向未來的CPAS原則

圖11   CPAS 的模式

　　過程自動化具有獲得一個額外的、意義非常重大的資產(chǎn)回報率（ROA）的潛力。采購自動化系統(tǒng)時，過程自動化所帶來的資產(chǎn)回報率經(jīng)常被忽略，因為在過程自動化的作用顯現(xiàn)之前，采購項目就已經(jīng)結束，而且在一般項目中，過程自動化的資產(chǎn)回報率不會被單獨列出。用功能不變的新技術代替舊技術，不會對效率作出重大改善——實際上應該說沒有任何改善。企業(yè)真正的效益來源于生產(chǎn)成本的降低，CPAS模式從兩個方面為企業(yè)帶來利潤：更好地利用現(xiàn)有資產(chǎn)及降低生產(chǎn)成本。企業(yè)的目標是通過資產(chǎn)增值獲取更多利潤。以此獲得的利潤其高低取決于資產(chǎn)的利用程度?，F(xiàn)實地說，過程自動化只能在飽和利用資產(chǎn)的基礎上證明自己的作用，其它任何辯護方式都沒有很大意義。相比于企業(yè)的主要目的“增值”，降低生產(chǎn)成本就稍顯遜色了。優(yōu)化運作模式從效率、敏捷性和績效可視性三個方面改善資產(chǎn)的利用情況。效率是一系列正確決定和企業(yè)能力的總和，即在穩(wěn)定的企業(yè)流程中執(zhí)行有助于增長利潤的活動的能力。敏捷性取決于轉換設備或流程的運行狀態(tài)及調整設備所需的時間。這里的目標是在調整時盡量保持設備原有的效率。卓越運作模式可以通過自主式自動化技術實現(xiàn)。新的協(xié)同過程自動化系統(tǒng)CPAS為企業(yè)帶來了在有效生產(chǎn)時間內(nèi)實現(xiàn)最佳制造的技術。工作流程管理工具使過程制造發(fā)生了徹底變革，它降低產(chǎn)品波動的不確定性，簡化整個生產(chǎn)過程的管理。如果要給過程制造商帶來真正的利益，新一代的過程自動化系統(tǒng)必須充分理解并真正實現(xiàn)卓越運作模式。過程制造企業(yè)產(chǎn)出值不高，甚至通常賺不回資產(chǎn)成本，其原因是制造和管理部門各自獨立，信息得不到有效地交流和利用。依靠技術平臺充分交流信息，可以將制造和管理部門整合為一個協(xié)同的、高收益的企業(yè)。這是協(xié)同過程自動化系統(tǒng)CPAS的愿景。CPAS是一個可用性強、可度量的平臺，它為流程控制營造了一個穩(wěn)定的、有充足數(shù)據(jù)源的、不受約束的環(huán)境。該系統(tǒng)注重工作過程，而這一工作過程有個明確的方向，即實現(xiàn)最佳實踐。用技術行話說，企業(yè)、制造設備和流程效率像是一個完整的電路，而CPAS就是閉合這一電路的元件。位于CPAS中心的是一個統(tǒng)一的溝通架構。

　　協(xié)同溝通架構CCF由兩部分組成：統(tǒng)一的現(xiàn)場架構（UFF）和統(tǒng)一的應用架構（UAF）?，F(xiàn)場架構UFF包括帶有基礎功能的傳感器、執(zhí)行器和邏輯儀器，為現(xiàn)場控制提供一個標準化的分布式計算機環(huán)境。功能基礎架構中的應用架構UAF部分主要解決同步問題。結構和目的對確定CPAS的效率有重要意義。這些元素同時也體現(xiàn)了自主式自動化思想和與此相關的標準。持續(xù)穩(wěn)定是清晰定義和標準化的基礎，因此開發(fā)和應用正式標準將帶來必要的結構。應用時，CPAS模式采用ISA-88批量控制標準和ISA-95企業(yè)控制系統(tǒng)綜合標準的結構。ISA-88標準通過工作流程/狀態(tài)/數(shù)據(jù)/裝備的模型和定義對過程控制和監(jiān)控予以解釋。ISA-95標準通過消息交換，模式和工作流程物理定義了制造與管理之間的相交關系。這樣，一個形成了一個完整的協(xié)同過程自動化系統(tǒng)模式。

　　3 結束語

　　隨著IT，特別是以太網(wǎng)通信技術的迅猛發(fā)展，隨著生產(chǎn)管理技術的不斷發(fā)展，同時產(chǎn)品生命周期的不斷縮短，物流交貨周期的不斷加快以及客戶定制要求的多樣化。針對這一新的形勢，生產(chǎn)制造行業(yè)正處于一個重要的變革時期，基于信息控制一體化的CMM協(xié)同制造模式為制造行業(yè)的變革提出了一個行之有效的方法。通過將研發(fā)流程，企業(yè)管理流程與生產(chǎn)產(chǎn)業(yè)鏈流程有機地結合起來，形成一個協(xié)同制造流程，同時將IT技術和工業(yè)以太網(wǎng)通信網(wǎng)絡作為協(xié)同制造系統(tǒng)的信息流控制管理結構，從而使得MRP、ERP、MES 的制造管理，PLMD/PLMS產(chǎn)品研發(fā)和產(chǎn)品服務生命周期和CRM客戶/市場關系管理有機地融合在一個完整的企業(yè)與市場信息閉環(huán)系統(tǒng)，使得企業(yè)的價值鏈從單一的制造環(huán)節(jié)往上游的設計研發(fā)環(huán)節(jié)發(fā)展，生產(chǎn)與研發(fā)在同一個協(xié)同平臺上，企業(yè)的管理鏈也從上游向下游生產(chǎn)制造控制產(chǎn)業(yè)鏈延伸，一個集CRM、 PLM、生產(chǎn)、研發(fā)、控制和企業(yè)管理大成的協(xié)同制造管理系統(tǒng)正在形成。德國的菲尼克斯集團公司提出的“IT powerd Automation”自動控制系統(tǒng)使得CMM模式在實踐中得到了廣泛的應用，為用戶提供了自動化解決方案，提高了生產(chǎn)率，減低了能耗，推動了協(xié)同制造模型在工業(yè)領域的推廣應用。  （作者：杜品圣 博士，現(xiàn)任菲尼克斯電氣(南京)研發(fā)工程中心有限公司副總經(jīng)理，中國自動化學會專家咨詢委員會委員）