自动化与智能工厂：工业4.0简介

编者按：本文的部分内容包括对印刷电路板制造自动化和高级程序的摘录和扩展。

有很多关于自动化的讨论，但是我发现在自动化规划方面几乎没有什么可用的。这是我的特色菜之一。我开始学习控制理论的硕士学位，因为我专攻过程控制和集成电路制造，所以在化学工程专业获得学士学位。

在我们开始之前，请记住，只有遵循某些基本原则，才能获得好处。本文简要概述了计算机集成制造（CIM）的背景及其向工业4.0和智能工厂的演变。

自动化在制造业成功应用的特点取决于企业和技术管理对现代制造业所采用的战略、策略和理念的理解和推广程度。通过回顾CIM、自动化、管理角色、机械化、SPC、TQC、精益、MRP和DFM的原理，可以在任何公司（无论大小）中增强成功的自动化实施。

计算机集成制造（CIM）

这里概述的策略被认为是CIM，但现在的词汇是“工业4.0”或“智能工厂”。产品包括各种软件、计算机、网络、接口和测量系统。当时，惠普在自动化行业的时间比任何其他公司都长。这一切都是从政府和其他机构提出的自动化测试和测量系统的要求开始的。由于需要自动化各种测量仪器和系统，HP创建了第一个机器到机器、即插即用的协议，称为HP接口总线（HP-IB）。这随后被正式化为IEEE-488通信标准。

CIM体系结构的定义早在1980年，当时CASA/SME发布了计算机集成制造的演示文稿，为其成员提供了一套通用的术语。车轮周围的圆环代表了CIM发展的各种影响因素，如专业知识作为人的因素，生产力作为经济因素，计算机技术作为技术因素。

车轮本身包含四个功能，包括工程设计、制造计划、生产控制和工厂自动化（图1）。如果各个功能相互连接并使用一个公共数据库操作，则会创建一个集成的系统体系结构，并由轮毂表示。这一发展使CIM认识到，除了工厂自动化和功能外，CIM还与操作性能间接相关，如设计（产品/过程）和生产计划和控制。

此外，CIM还与常见的业务管理任务（如生产管理、战略规划、财务、营销和人力资源管理）相关联。另一个创新是在不同职能之间增加了信息资源管理和通信。因此，仅仅一个公共数据库不足以实现集成。CIM车轮的包罗万象的特性反映了CASA/SME所倡导的理念，即必须将CIM视为一个包含公司整体的概念。

外环

与CIM相关的常见业务管理任务位于车轮的外环上。它们主要形成了公司与外部世界的联系。数据处理应用程序可以在最多样化的领域中找到。在这些领域中应用的大多数软件系统最初都是自我设计的开发，现在越来越多地被标准的商业软件包所取代。目前，该软件主要安装在大型机上。其功能的重叠主要存在于生产计划和控制软件中。

内环

与公司运营绩效相关的功能位于车轮内环上。开发和设计领域的数据处理应用包括CAD模拟；分析程序，如有限元法（FEM）；图纸存储和管理，如集团技术（GT）。

在这一领域发现的数据类型多种多样，包括图纸、技术规范和物料清单（BOM）。此外，制造企业的数据往往是无序的。可能有几种类型的零件号和物料清单，或多个GT或CAD系统，每个系统都有自己的计算机内部几何数据表示。应用软件很少在同一硬件上运行，从而导致许多不同的硬件系统。

第二组车轮内环的应用程序归因于工艺规划、生产规划和控制。它包括工艺路线生成、资源规划、物料需求规划、能力规划、订单分配、质量过程和资源规划等质量保证的监督和规划等任务。在美国，生产计划和控制领域的软件大多运行在大型客户机或服务器上，尽管软件本身更经常由多个软件公司提供，而不是由计算机供应商提供。

与公共业务管理领域一样，集成在软件包内部的软件包具有模块化结构，并且它们的单个组件也可以购买和应用。因此，公司很少购买和安装此类软件包的所有模块。这会导致功能重叠和数据冗余。其中一个例子是材料需求、计划和采购系统。

内环的第三组包括制造装置的自动化。例子包括机器人、数控机床、柔性制造系统和计算机辅助测量和测试方法。这一领域的特点是所涉及系统的极端异质性，其多样性比先前提到的功能组更加明显。

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