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   編者語：隨著IT，特別是以太網(wǎng)通信技術(shù)的迅猛發(fā)展，隨著生產(chǎn)管理技術(shù)的不斷發(fā)展，同時(shí)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(duì)這一新的形勢(shì)，生產(chǎn)制造行業(yè)正處于一個(gè)重要的變革時(shí)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(gè)行之有效的方法。

   最近數(shù)年來，盡管世界經(jīng)濟(jì)形勢(shì)變化莫測(cè)，美元貶值，銀行房貸危機(jī)，歐元大幅升值，油價(jià)高漲，原材料奇缺等等，大大影響了全球的經(jīng)濟(jì)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(dá)到了兩位數(shù)的增長(zhǎng)，成為了德國乃至歐洲經(jīng)濟(jì)復(fù)興的重要的因素之一。德國機(jī)械制造行業(yè)為什么會(huì)在大經(jīng)濟(jì)發(fā)展不利的環(huán)境下仍能保持增長(zhǎng)？推動(dòng)德國機(jī)械制造行業(yè)發(fā)展的動(dòng)力是什么？這是值得思考的問題。當(dāng)然要發(fā)展離不開創(chuàng)新的理念，先進(jìn)的管理技術(shù)，高效率的組織結(jié)構(gòu)，充滿激情的人才隊(duì)伍。但是更歸結(jié)到技術(shù)的發(fā)展。德國的管理學(xué)者和企業(yè)家們通過分析認(rèn)為推動(dòng)德國機(jī)械制造行業(yè)發(fā)展的重要原因在于：

   （1）工業(yè)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)即IT和以太網(wǎng)技術(shù)在德國機(jī)械制造行業(yè)的廣泛應(yīng)用，即我們常常談到的信息化推動(dòng)工業(yè)化。

   （2）先進(jìn)的生產(chǎn)管理技術(shù)，如ERP、MES等等也在工業(yè)實(shí)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(shù)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(shí)又在經(jīng)濟(jì)全球性、企業(yè)全球化、信息網(wǎng)絡(luò)化的支撐下突破國界流動(dòng)，漸漸地發(fā)展為全球化的機(jī)械制造。德國機(jī)械制造行業(yè)正是適應(yīng)了機(jī)械生產(chǎn)制造發(fā)展的趨勢(shì)，不斷地改進(jìn)制造生產(chǎn)模式，正如管理學(xué)家Hammer&Champy所講的：“能使公司長(zhǎng)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(huì)造就贏家，而贏家則會(huì)制造出好的產(chǎn)品。”因此許多德國的企業(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(shí)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(shù)，在應(yīng)用和開發(fā)階段采用集團(tuán)軍的編制（由研究，設(shè)計(jì)，制造，營銷等不同部門組成項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)）模式，從而對(duì)基礎(chǔ)技術(shù)進(jìn)行消化吸收，迅速轉(zhuǎn)化為產(chǎn)品，并在推進(jìn)的過程中使得功能、質(zhì)量不斷革新與完善，達(dá)到性價(jià)比的最優(yōu)化。

　　自2000年來，針對(duì)生產(chǎn)制造模式新的發(fā)展，國際著名咨詢機(jī)構(gòu)ARC詳細(xì)地分析了自動(dòng)化，制造業(yè)信息化技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀，對(duì)于科學(xué)技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)對(duì)于生產(chǎn)制造可能產(chǎn)生的影響作了全面的調(diào)查，提出了多個(gè)導(dǎo)向性的生產(chǎn)自動(dòng)化管理模式，指導(dǎo)企業(yè)制定相應(yīng)的解決方案，為用戶創(chuàng)造更高價(jià)值。其中從生產(chǎn)流程管理，企業(yè)業(yè)務(wù)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(duì)IT技術(shù)、工業(yè)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)以及生產(chǎn)管理技術(shù)的發(fā)展如何推動(dòng)CMM模式的實(shí)現(xiàn)做一回顧，同時(shí)就現(xiàn)代自動(dòng)化控制網(wǎng)絡(luò)技術(shù)如何運(yùn)用于生產(chǎn)控制管理CDAS和CPAS模式上，從而實(shí)現(xiàn)信息控制一體化技術(shù)在未來制造領(lǐng)域的發(fā)展做一探討。

　　1 信息控制一體化技術(shù)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(jià)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(yīng)商乃至開發(fā)商之間的協(xié)同的產(chǎn)業(yè)鏈的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，其關(guān)鍵在于協(xié)同市場(chǎng)和研發(fā)、協(xié)同研發(fā)和生產(chǎn)、協(xié)同管理和通信。實(shí)踐證明，該模式對(duì)供應(yīng)商和制造商都具有重要價(jià)值。建設(shè)協(xié)同的供應(yīng)網(wǎng)絡(luò)時(shí)，制造商必須透明顯示制造程序、管理程序、市場(chǎng)、價(jià)值創(chuàng)造鏈和各制造參與者之間的關(guān)系。這樣，規(guī)劃和運(yùn)行制造網(wǎng)絡(luò)所需的整體環(huán)境才能顯現(xiàn)。一個(gè)完整的制造網(wǎng)絡(luò)由多個(gè)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(wù)流程。企業(yè)、價(jià)值鏈和產(chǎn)品生命周期這三軸貫穿于各個(gè)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(yīng)用程序來完成。職能背后是能夠?qū)⒐ぷ魅蝿?wù)與企業(yè)既定目標(biāo)、企業(yè)合作伙伴之間進(jìn)行協(xié)調(diào)的個(gè)體元素。而今，位居制造網(wǎng)絡(luò)中心層面的是制造企業(yè)用來支撐業(yè)務(wù)的各種應(yīng)用程序。為優(yōu)化效率，企業(yè)有時(shí)選擇基于消息互換和工作流的企業(yè)應(yīng)用集成系統(tǒng)EAI，實(shí)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(yīng)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(yīng)到客戶的價(jià)值創(chuàng)造鏈，市場(chǎng)定位和門戶是通向供應(yīng)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(shè)計(jì)、協(xié)同服務(wù)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(yīng)該滿足哪些條件才能確保以上制造網(wǎng)絡(luò)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(dòng)必須預(yù)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(gè)獨(dú)立的部門，也要為擴(kuò)大化的整個(gè)企業(yè)和擴(kuò)張后的整個(gè)供應(yīng)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(jié)合形成了CMM模式的基礎(chǔ)

　　從上世紀(jì)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(guān)心如何將企業(yè)管理與產(chǎn)品生產(chǎn)鏈有機(jī)的結(jié)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(jìn)貨、零件加工、塑料制品生產(chǎn)、組裝、產(chǎn)品測(cè)試、包裝、出廠或入庫的整個(gè)生產(chǎn)的安排是橫向的發(fā)展。其強(qiáng)調(diào)的是如何提高生產(chǎn)的自動(dòng)化程度，如在這一生產(chǎn)流程中，實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)化物流倉庫、自動(dòng)化的加工組裝流水線、自動(dòng)化測(cè)試系統(tǒng)和自動(dòng)化的包裝流水線，實(shí)現(xiàn)了工業(yè)生產(chǎn)自動(dòng)控制系統(tǒng)，其中對(duì)于工廠自動(dòng)化主要是采用了PLC控制器技術(shù)。

圖2   橫向發(fā)展的產(chǎn)品生產(chǎn)鏈

　　然而，隨著生產(chǎn)技術(shù)的大型化、復(fù)雜化、客戶要求的多樣化以及企業(yè)管理的不斷完善，市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)日趨激烈。在提高生產(chǎn)力，提高管理效率的驅(qū)動(dòng)下，人們充分地認(rèn)識(shí)到單純地使用PLC或DCS來建立一個(gè)高效率的自動(dòng)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(dòng)化技術(shù)的發(fā)展是不能獲得最大效益的。因此如何將市場(chǎng)和用戶的要求與生產(chǎn)有機(jī)地結(jié)合起來，如何將產(chǎn)業(yè)鏈與企業(yè)管理有機(jī)地結(jié)合起來，成為現(xiàn)代制造企業(yè)探尋的目標(biāo)，這就使得一個(gè)將生產(chǎn)流程控制，企業(yè)生產(chǎn)計(jì)劃管理及產(chǎn)品服務(wù)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(dòng)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(dòng)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(rèn)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(qiáng)調(diào)的是企業(yè)計(jì)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(dòng)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(chǎng)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(dòng)化控制系統(tǒng)的金字塔結(jié)構(gòu)

　　金字塔結(jié)構(gòu)的自動(dòng)化控制系統(tǒng)通過運(yùn)用現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)、基于TCP/IP的以太網(wǎng)技術(shù)和其他的專用網(wǎng)絡(luò)技術(shù)實(shí)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(chǎng)層實(shí)現(xiàn)了現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)的運(yùn)行狀態(tài)、組態(tài)設(shè)計(jì)和計(jì)劃執(zhí)行等信息的采集和分配。在控制層不僅對(duì)工程、生產(chǎn)和設(shè)備的信息進(jìn)行處理和分析，同時(shí)也將生產(chǎn)管理企業(yè)規(guī)劃、資本狀況、流程優(yōu)化、設(shè)備維護(hù)、產(chǎn)品服務(wù)(采購、供貨期、產(chǎn)品反饋)等信息通過相應(yīng)的綜合性能指標(biāo)進(jìn)行運(yùn)算，然后調(diào)度生產(chǎn)制造現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行執(zhí)行。因此這種模式綜合了自動(dòng)化技術(shù)、生產(chǎn)工藝技術(shù)、設(shè)備制造技術(shù)和生產(chǎn)流程管理技術(shù)，同時(shí)采用了計(jì)算機(jī)技術(shù)、控制系統(tǒng)技術(shù)、生產(chǎn)管理技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)與數(shù)據(jù)庫技術(shù)。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(dòng)化(離散制造業(yè))的PLC控制技術(shù)和用于過程制造自動(dòng)化(流程制造業(yè))的DCS控制技術(shù)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(yùn)動(dòng)控制、部分的流程控制融合在一個(gè)開發(fā)式控制平臺(tái)，而DCS控制系統(tǒng)除了加強(qiáng)與各種不同類型的儀器儀表通過工業(yè)通訊的方法進(jìn)行信息交換之外，同時(shí)更加重視對(duì)于生產(chǎn)管理、資產(chǎn)設(shè)備組合優(yōu)化管理乃至生產(chǎn)績(jī)效、商務(wù)績(jī)效的管理。由于這兩個(gè)系統(tǒng)的不斷發(fā)展，一個(gè)集兩大系統(tǒng)優(yōu)點(diǎn)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(diǎn)：

（1）統(tǒng)一的開發(fā)平臺(tái)上只需要一個(gè)公共的變量定義和一個(gè)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(shí)開發(fā)、調(diào)試和安裝多個(gè)機(jī)械設(shè)備和系統(tǒng)單元；

（3）統(tǒng)一的開放模塊式的結(jié)構(gòu)是面向生產(chǎn)應(yīng)用的，從工廠中的機(jī)械設(shè)計(jì)一直到系統(tǒng)設(shè)備的企業(yè)部門；

（4）統(tǒng)一的網(wǎng)絡(luò)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(tái)，既可以是基于PLC的硬件平臺(tái)也可以是DCS的軟件平臺(tái)。

　　這種新型的控制系統(tǒng)構(gòu)成了CMM模式的基礎(chǔ)。

　　1.2 研發(fā)和服務(wù)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(shù)得到了空前的發(fā)展，IT技術(shù)進(jìn)入了工業(yè)領(lǐng)域，給生產(chǎn)制造型企業(yè)帶來了許多改革，同時(shí)也給企業(yè)帶來了非常多的困惑。IT技術(shù)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(qiáng)的研發(fā)能力。同時(shí)，大家一直討論的企業(yè)核心競(jìng)爭(zhēng)力到底表現(xiàn)在什么地方？企業(yè)核心競(jìng)爭(zhēng)力不是由單一的元素或目標(biāo)組成，但其重要的一點(diǎn)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(gè)過程，怎樣延長(zhǎng)這個(gè)過程或者縮短、改進(jìn)、提高這一過程，這就牽涉到產(chǎn)品生命周期管理，是對(duì)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(gè)新模式，才能認(rèn)清今后發(fā)展的方向，才能認(rèn)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(jì)算機(jī)技術(shù)，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(jià)格不斷地降低，價(jià)格競(jìng)爭(zhēng)越來越激烈；第五，需求的越來越短的投資回報(bào)周期，考慮到市場(chǎng)縫隙，固定資產(chǎn)的投入也愈來愈謹(jǐn)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(bào)周期，同時(shí)也要注意固定資產(chǎn)投入的風(fēng)險(xiǎn)，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(qiáng)對(duì)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(bào)、持續(xù)技術(shù)創(chuàng)新，加大產(chǎn)品生命周期的管理力度，用創(chuàng)新的技術(shù)延長(zhǎng)產(chǎn)品的生命周期。CMM模式的發(fā)展正適應(yīng)了這一形勢(shì)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(wù)周期所構(gòu)成的設(shè)計(jì)研發(fā)服務(wù)鏈。

圖6   CMM三維協(xié)同生產(chǎn)模式

　　這樣一來，構(gòu)成了由研發(fā)服務(wù)鏈、生產(chǎn)制造流程鏈與生產(chǎn)管理信息鏈相結(jié)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(yùn)用在CMM模式之中，設(shè)計(jì)產(chǎn)生產(chǎn)周期和服務(wù)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(zhǎng)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(shí)間。制造層面上的五大部分的協(xié)同：管理系統(tǒng)、供應(yīng)商、客戶、銷售渠道和產(chǎn)品研發(fā)隊(duì)伍及設(shè)備制造商之間通過CMM模式得到了協(xié)同，建立了一個(gè)信息交換的模型平臺(tái)，達(dá)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(yīng)變能力，降低生產(chǎn)成本，加快了新產(chǎn)品研究開發(fā)的進(jìn)度。因此研發(fā)、生產(chǎn)和管理的一體化在CMM下的基礎(chǔ)架構(gòu)下協(xié)同，消除了行業(yè)、部門、不同工作模式及合作對(duì)象的隔閡。將研發(fā)工作融于生產(chǎn)之中，將管理實(shí)現(xiàn)在產(chǎn)品制造之中，將管理目標(biāo)與研發(fā)方向結(jié)合在一起，同時(shí)設(shè)計(jì)研發(fā)、生產(chǎn)和管理的一體化的結(jié)合推動(dòng)了新產(chǎn)品進(jìn)入市場(chǎng)的循環(huán)往復(fù)，不斷優(yōu)化的過程，采用最好的自動(dòng)化技術(shù)，實(shí)行先進(jìn)的管理手段，使用高效率的生產(chǎn)設(shè)備等等保證了先進(jìn)制造技術(shù)最優(yōu)化、高效率、低成本。所以產(chǎn)品設(shè)計(jì)研發(fā)流程，生產(chǎn)制造運(yùn)行機(jī)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(qiáng)。這也標(biāo)志了一個(gè)全新的產(chǎn)品生產(chǎn)制造時(shí)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(jìn)集團(tuán)公司的核心技術(shù)，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(chǎng)、研發(fā)、生產(chǎn)、采購、物流、服務(wù)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(shù)開發(fā)PLM管理流程， 將設(shè)計(jì)和服務(wù)的產(chǎn)品生命周期有機(jī)地與生產(chǎn)制造流程，企業(yè)管理流程結(jié)合起來，構(gòu)成了協(xié)同制造模式的組織結(jié)構(gòu)，同時(shí)建立了PLＭ項(xiàng)目管理生產(chǎn)和設(shè)計(jì)的一體化團(tuán)隊(duì)，加強(qiáng)了設(shè)計(jì)開發(fā)、生產(chǎn)制造和業(yè)務(wù)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(chǎng)的步伐，同時(shí)也在保證質(zhì)量的前提下，減少了運(yùn)行成本。單單一年內(nèi)就完成了近百個(gè)項(xiàng)目，申請(qǐng)了十多個(gè)專利。

　　1.3 IT和以太網(wǎng)技術(shù)在工業(yè)領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用使得CMM模式的實(shí)現(xiàn)成為可能
　
　　然而，要實(shí)現(xiàn)CMM的模式，關(guān)鍵在于如何進(jìn)行信息的交流和通信。無論是制造流程、管理流程還是設(shè)計(jì)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(shè)計(jì)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(luò)系統(tǒng)的基礎(chǔ)，也是執(zhí)行生產(chǎn)流程運(yùn)行的一個(gè)公共的基礎(chǔ)平臺(tái)。這里的要點(diǎn)是在于制造企業(yè)通過相應(yīng)的管理工具向相關(guān)的部門、客戶以及供應(yīng)商合作伙伴及時(shí)地提供了正確的信息和完善的服務(wù)。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(wù)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(tái)

　　各種軟件包工作在統(tǒng)一的平臺(tái)上，以太網(wǎng)構(gòu)成了現(xiàn)代制造業(yè)的網(wǎng)絡(luò)通訊結(jié)構(gòu)。PLM的管理貫穿在整個(gè)CMM模式中，所有的數(shù)據(jù)存放在一個(gè)統(tǒng)一的知識(shí)庫里。因此IT和以太網(wǎng)技術(shù)在工業(yè)領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用使得CMM模式的實(shí)現(xiàn)成為可能。近幾年，德國的菲尼克斯集團(tuán)公司提出了“IT powerd Automation ”的口號(hào)，實(shí)現(xiàn)了按CMM模式的工業(yè)自動(dòng)化控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，即AUTOMATIONWORX。根據(jù)CMM模式的特點(diǎn)，采用了從管理層、控制層到現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備層的信息無縫的縱向的信息集成和不同供應(yīng)上采用不同技術(shù)的子系統(tǒng)的水平信息互連的網(wǎng)絡(luò)機(jī)構(gòu)，同時(shí)在生產(chǎn)管理中結(jié)合了產(chǎn)品生命周期的設(shè)計(jì)和服務(wù)的信息交流，實(shí)現(xiàn)了工業(yè)自動(dòng)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(shù)與縱向管理的集成

　　縱向信息集成特點(diǎn)是統(tǒng)一而透明的數(shù)據(jù)通信，采用現(xiàn)場(chǎng)總線INTERBUS和工業(yè)實(shí)時(shí)以太網(wǎng)PROFINET實(shí)現(xiàn)從管理層、控制層到現(xiàn)場(chǎng)設(shè)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(jī)地融為一體。從而可在企業(yè)內(nèi)隨時(shí)隨地獲得實(shí)時(shí)現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)以用于評(píng)估、規(guī)劃、協(xié)調(diào)和優(yōu)化操作流程、生產(chǎn)流程以及業(yè)務(wù)流程，真正地讓自動(dòng)化與制造管理、企業(yè)管理、供應(yīng)鏈管理建立無縫連接。客戶的需求和供應(yīng)鏈的變化將會(huì)迅速反映到制造研發(fā)中心，經(jīng)過分析和判斷，將為市場(chǎng)或客戶提供專門的服務(wù)(客戶定制)。

　　橫向信息集成建立了對(duì)于不同的對(duì)象、設(shè)備和模塊，應(yīng)用程序?qū)ο蟮倪B接，程序組件之間靈活地組態(tài)通信關(guān)系，從而實(shí)現(xiàn)了基于生產(chǎn)過程的多設(shè)備，多進(jìn)程控制結(jié)構(gòu)。具體地說，橫向信息集成可以使用不同技術(shù)來實(shí)現(xiàn)各子單元的互聯(lián)，通過Profinet代理服務(wù)器、采用國際標(biāo)準(zhǔn)的自動(dòng)化控制系統(tǒng)以及各種不同類型的工業(yè)實(shí)時(shí)以太網(wǎng)的通信方案，使得不同制造商的設(shè)備能夠工作于一個(gè)信息平臺(tái)上，構(gòu)成一個(gè)分布式綜合智能化自動(dòng)化系統(tǒng)。

　　菲尼克斯集團(tuán)公司為實(shí)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(shù)作為發(fā)展新一代控制系統(tǒng)的動(dòng)力，IT技術(shù)融合于控制和管理系統(tǒng)中，實(shí)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(chǎng)分析信息(CRM)通信的網(wǎng)絡(luò)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(jī)、Ｗindows軟件平臺(tái)、工業(yè)以太網(wǎng)技術(shù)、無線通信網(wǎng)絡(luò)、WEB2.0技術(shù)和Security技術(shù)，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(yīng)用介紹

　　2.1 CDAS協(xié)同離散自動(dòng)化系統(tǒng)

　　制造領(lǐng)域正在發(fā)生轉(zhuǎn)型，曾一度關(guān)注制造方法和流程的制造模式開始強(qiáng)調(diào)營造一個(gè)被拓寬的制造環(huán)境，拓寬后的制造環(huán)境應(yīng)包含比自動(dòng)化裝備、機(jī)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(shè)計(jì)以及整個(gè)供應(yīng)鏈之間實(shí)現(xiàn)信息共享，這是現(xiàn)代制造模式的核心和競(jìng)爭(zhēng)力所在。制造商的生產(chǎn)能力遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于市場(chǎng)需求。在此嚴(yán)峻形勢(shì)下如果依然想保持競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)，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(dòng)化的機(jī)械設(shè)備為基礎(chǔ)的靈活敏捷的制造體系。制造業(yè)的這一發(fā)展趨勢(shì)勢(shì)必導(dǎo)致產(chǎn)品設(shè)計(jì)、生產(chǎn)運(yùn)行和企業(yè)管理之間的合作更為緊密，協(xié)同更為加強(qiáng)。這預(yù)示著一個(gè)全新的制造時(shí)代即將到來，它的特點(diǎn)是用生產(chǎn)流程和有效生產(chǎn)時(shí)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(gè)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(biāo)時(shí)，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(biāo)均會(huì)受到眾多不同因素的影響。但也有一些企業(yè)目標(biāo)是放之四海而皆準(zhǔn)的，稱其為加工型企業(yè)的共同目標(biāo)，見表2。

表2

　　2.1.1 協(xié)同離散自動(dòng)化系統(tǒng)CDAS架構(gòu)

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(gòu)，它具有一定的局限性。該模式勾勒了一個(gè)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(gòu)。它好比一張時(shí)刻表，協(xié)同和管理著企業(yè)內(nèi)相互交錯(cuò)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(shù)的引進(jìn)與自動(dòng)化系統(tǒng)供應(yīng)商在自動(dòng)化系統(tǒng)構(gòu)架內(nèi)所能提供的產(chǎn)品和服務(wù)作對(duì)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(guān)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(gè)協(xié)作式的制造環(huán)境，它包括從制造設(shè)備層面到企業(yè)業(yè)務(wù)流程層面的相互關(guān)系及接口。CDAS架構(gòu)在執(zhí)行通用標(biāo)準(zhǔn)并可互操作的大環(huán)境下從設(shè)備層面延伸到了企業(yè)的各個(gè)層面。要降低一個(gè)架構(gòu)的復(fù)雜性和集成成本，關(guān)鍵看它是否擁有一種綁入新設(shè)備和新技術(shù)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(gè)層面

　　制造團(tuán)體提出的“P2B”（從生產(chǎn)到業(yè)務(wù)）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(wù)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(yīng)該可以收集制造方面的基礎(chǔ)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(wù)。利用智能化儀器、機(jī)器及其他制造設(shè)備，依靠標(biāo)準(zhǔn)的因特網(wǎng)技術(shù)，這些數(shù)據(jù)信息將被傳送至企業(yè)管理層面，集成應(yīng)用于SCM、PLM、EAM或EAP系統(tǒng)。

　　2.1.3 企業(yè)架構(gòu)的意義

　　制造商如果一開始就致力在整個(gè)企業(yè)范圍內(nèi)建立制造架構(gòu)并定義整個(gè)生產(chǎn)及業(yè)務(wù)流程，那么今后他在引進(jìn)應(yīng)用新方法新技術(shù)、擴(kuò)展現(xiàn)有系統(tǒng)時(shí)便會(huì)占有絕對(duì)優(yōu)勢(shì)。企業(yè)的架構(gòu)是否有效，能否降低集成的復(fù)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(yīng)用新技術(shù)。在IT領(lǐng)域，人們很早就認(rèn)識(shí)到了這一點(diǎn)，因此通常會(huì)設(shè)立基于廣系統(tǒng)架構(gòu)的數(shù)據(jù)遷移路徑，開發(fā)出很多個(gè)性化的應(yīng)用程序甚至是系統(tǒng)解決方案。這些系統(tǒng)以流程為基礎(chǔ)，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?cè)O(shè)計(jì)包含所有模塊、流程、相互作用關(guān)系在內(nèi)，并符合企業(yè)要求的更為完善的系統(tǒng)架構(gòu)。

　　2.1.4 自動(dòng)化制造設(shè)備的制造信息

　　在以服務(wù)為基礎(chǔ)的企業(yè)環(huán)境下，生產(chǎn)同產(chǎn)品設(shè)計(jì)、支持、維護(hù)、營銷和物流一樣，是價(jià)值創(chuàng)造鏈上的一個(gè)環(huán)節(jié)。制造鏈上的每個(gè)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(wù)集成P2B已經(jīng)發(fā)展成為離散制造業(yè)的主要要求，因?yàn)橹圃焐滔Ｍ麅?yōu)化制造流程，并將企業(yè)內(nèi)的各大功能結(jié)合在一起。現(xiàn)在，生產(chǎn)部門的領(lǐng)導(dǎo)慢慢認(rèn)識(shí)到了可以實(shí)時(shí)從制造團(tuán)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(yīng)用程序組對(duì)這一集成問題進(jìn)行了研究，并在它發(fā)表的重要技術(shù)規(guī)范OAGIS里作了定義。

　　開放式應(yīng)用程序組集成規(guī)范OAGIS定義業(yè)務(wù)流程，它為業(yè)務(wù)程序通信提供規(guī)范的業(yè)務(wù)語言，并為制定業(yè)務(wù)對(duì)象文檔（Business Object Document, BOD，即業(yè)務(wù)消息）提供規(guī)范。消息是制定業(yè)務(wù)對(duì)象文檔的基礎(chǔ)，業(yè)務(wù)對(duì)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(shí)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(dòng)化系統(tǒng)CPAS

　　目前約有價(jià)值650億美元的老式過程控制系統(tǒng)尚在運(yùn)轉(zhuǎn)，它們正走向傳統(tǒng)生命周期（一般15~25年）的終點(diǎn)。制造模式正在迎接一個(gè)新紀(jì)元，在這新紀(jì)元里需要定義一個(gè)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(yīng)商的供應(yīng)能力而是根據(jù)客戶的需求來定義過程自動(dòng)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(dòng)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(yīng)用程序。CPAS模式不一定要求引進(jìn)新技術(shù)，而是希望用企業(yè)現(xiàn)有的技術(shù)滿足過程自動(dòng)化在功能性和經(jīng)濟(jì)性上的要求。

　　2.2.1 過程自動(dòng)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(diǎn)是：

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

· 一個(gè)過程制造企業(yè)每年約有65%的企業(yè)成本用在原料和調(diào)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(jià)值；

· 只有約三分之一的老式流程控制系統(tǒng)被有效利用；

· 價(jià)值約650億美元的老式流程系統(tǒng)迎來生命周期的終點(diǎn)，必須進(jìn)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(yuǎn)。改造之后，企業(yè)將擁有全面的信息化技術(shù)，控制技術(shù)將得到改善，持續(xù)改進(jìn)流程的方法將成為企業(yè)財(cái)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(dòng)化具有獲得一個(gè)額外的、意義非常重大的資產(chǎn)回報(bào)率（ROA）的潛力。采購自動(dòng)化系統(tǒng)時(shí)，過程自動(dòng)化所帶來的資產(chǎn)回報(bào)率經(jīng)常被忽略，因?yàn)樵谶^程自動(dòng)化的作用顯現(xiàn)之前，采購項(xiàng)目就已經(jīng)結(jié)束，而且在一般項(xiàng)目中，過程自動(dòng)化的資產(chǎn)回報(bào)率不會(huì)被單獨(dú)列出。用功能不變的新技術(shù)代替舊技術(shù)，不會(huì)對(duì)效率作出重大改善——實(shí)際上應(yīng)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(gè)方面為企業(yè)帶來利潤(rùn)：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(biāo)是通過資產(chǎn)增值獲取更多利潤(rùn)。以此獲得的利潤(rùn)其高低取決于資產(chǎn)的利用程度?，F(xiàn)實(shí)地說，過程自動(dòng)化只能在飽和利用資產(chǎn)的基礎(chǔ)上證明自己的作用，其它任何辯護(hù)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(yùn)作模式從效率、敏捷性和績(jī)效可視性三個(gè)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(zhǎng)利潤(rùn)的活動(dòng)的能力。敏捷性取決于轉(zhuǎn)換設(shè)備或流程的運(yùn)行狀態(tài)及調(diào)整設(shè)備所需的時(shí)間。這里的目標(biāo)是在調(diào)整時(shí)盡量保持設(shè)備原有的效率。卓越運(yùn)作模式可以通過自主式自動(dòng)化技術(shù)實(shí)現(xiàn)。新的協(xié)同過程自動(dòng)化系統(tǒng)CPAS為企業(yè)帶來了在有效生產(chǎn)時(shí)間內(nèi)實(shí)現(xiàn)最佳制造的技術(shù)。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(dòng)的不確定性，簡(jiǎn)化整個(gè)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(dòng)化系統(tǒng)必須充分理解并真正實(shí)現(xiàn)卓越運(yùn)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(dú)立，信息得不到有效地交流和利用。依靠技術(shù)平臺(tái)充分交流信息，可以將制造和管理部門整合為一個(gè)協(xié)同的、高收益的企業(yè)。這是協(xié)同過程自動(dòng)化系統(tǒng)CPAS的愿景。CPAS是一個(gè)可用性強(qiáng)、可度量的平臺(tái)，它為流程控制營造了一個(gè)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(gè)明確的方向，即實(shí)現(xiàn)最佳實(shí)踐。用技術(shù)行話說，企業(yè)、制造設(shè)備和流程效率像是一個(gè)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(gè)統(tǒng)一的溝通架構(gòu)。

　　協(xié)同溝通架構(gòu)CCF由兩部分組成：統(tǒng)一的現(xiàn)場(chǎng)架構(gòu)（UFF）和統(tǒng)一的應(yīng)用架構(gòu)（UAF）。現(xiàn)場(chǎng)架構(gòu)UFF包括帶有基礎(chǔ)功能的傳感器、執(zhí)行器和邏輯儀器，為現(xiàn)場(chǎng)控制提供一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)化的分布式計(jì)算機(jī)環(huán)境。功能基礎(chǔ)架構(gòu)中的應(yīng)用架構(gòu)UAF部分主要解決同步問題。結(jié)構(gòu)和目的對(duì)確定CPAS的效率有重要意義。這些元素同時(shí)也體現(xiàn)了自主式自動(dòng)化思想和與此相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)。持續(xù)穩(wěn)定是清晰定義和標(biāo)準(zhǔn)化的基礎(chǔ)，因此開發(fā)和應(yīng)用正式標(biāo)準(zhǔn)將帶來必要的結(jié)構(gòu)。應(yīng)用時(shí)，CPAS模式采用ISA-88批量控制標(biāo)準(zhǔn)和ISA-95企業(yè)控制系統(tǒng)綜合標(biāo)準(zhǔn)的結(jié)構(gòu)。ISA-88標(biāo)準(zhǔn)通過工作流程/狀態(tài)/數(shù)據(jù)/裝備的模型和定義對(duì)過程控制和監(jiān)控予以解釋。ISA-95標(biāo)準(zhǔn)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(guān)系。這樣，一個(gè)形成了一個(gè)完整的協(xié)同過程自動(dòng)化系統(tǒng)模式。

　　3 結(jié)束語

　　隨著IT，特別是以太網(wǎng)通信技術(shù)的迅猛發(fā)展，隨著生產(chǎn)管理技術(shù)的不斷發(fā)展，同時(shí)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(duì)這一新的形勢(shì)，生產(chǎn)制造行業(yè)正處于一個(gè)重要的變革時(shí)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(gè)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(jī)地結(jié)合起來，形成一個(gè)協(xié)同制造流程，同時(shí)將IT技術(shù)和工業(yè)以太網(wǎng)通信網(wǎng)絡(luò)作為協(xié)同制造系統(tǒng)的信息流控制管理結(jié)構(gòu)，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(wù)生命周期和CRM客戶/市場(chǎng)關(guān)系管理有機(jī)地融合在一個(gè)完整的企業(yè)與市場(chǎng)信息閉環(huán)系統(tǒng)，使得企業(yè)的價(jià)值鏈從單一的制造環(huán)節(jié)往上游的設(shè)計(jì)研發(fā)環(huán)節(jié)發(fā)展，生產(chǎn)與研發(fā)在同一個(gè)協(xié)同平臺(tái)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(gè)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(tuán)公司提出的“IT powerd Automation”自動(dòng)控制系統(tǒng)使得CMM模式在實(shí)踐中得到了廣泛的應(yīng)用，為用戶提供了自動(dòng)化解決方案，提高了生產(chǎn)率，減低了能耗，推動(dòng)了協(xié)同制造模型在工業(yè)領(lǐng)域的推廣應(yīng)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(dòng)化學(xué)會(huì)專家咨詢委員會(huì)委員）