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潘再生：智能制造的綜合技術體系和中控方案

雷鋒網按：近日，2017 世界機器人大會人工智能與機器人青年創新創業專題論壇在京召開，本次論壇由中國電子學會-嵌入式系統與機器人分會主辦，雅瑞資本、真格基金、立德共創承辦，並由多家大學、創投機構、新型企業聯合支持。

在下午的論壇主題演講中，浙江中控集團研究院副院長潘再生以《信息物理系統與智能工廠》為題作了演講。

以下為劉連慶演講內容，雷鋒網(公眾號：雷鋒網)做了不改變原意的編輯：

信息物理系統

首先，信息物理系統是什麽？信息物理系統從概念提出到現在已經有很多年了，這裏面我簡單地從一個地方摘取來的，從信息和物理這兩個系統怎麽結合在一起，我們很多隱性的數據通過狀態感知變成顯性數據，通過分析變成有用信息，這些信息再通過科學決策變成我們的知識，通過執行來影響到最終的物理系統。這裏面是物理系統跟信息系統的一個系統圖，包括人類的參與，包括一些網絡，這裏面有很多說法，有各種各樣的表述方法。

這裏面信息物理系統分成三個級別，有單元級的、有系統級的、還有 SOS 系統之系統級。現在一般的智能化系統至少是有硬件、有軟件，我們早期只有硬件，機械的裝置可能只有硬件，沒有軟件。

這裏面大家有興趣後面會提到一些白皮書可以去看一下，信息物理系統的四要素就是一硬、一軟、一網、一平臺。一硬就是我們的感知和自動控制，叫做硬件電路；我們軟的部分叫工業軟件，特別是針對工業，提高我們工業企業研發、制造、生產、服務、管理水平的軟件；網絡我們指的是工業網絡；還有一個平臺主要是工業雲與智能服務這個平臺，這是我們的新四級。

這裏簡單列出了中控在工業自動化的整體解決方案，叫做 Inplant，我們分成智能決策、智能運營、智能操作、智能結構、智能檢測、智能控制六個方面。我們最終可能會組合出很多很多，包括最底下如果從我們中控產品的角度來說，最底下有芯片的形式，有 CPA、CMC 芯片，芯片應該是最基礎的一個部件，再往上就是儀表、閥門，儀表是我們的傳感，閥門是我們的中控，控制系統我們也分成不同種類的，再往上 MES、APC 是先進控制，再往上就是 ERP，是企業的資源計劃。

整個是我們的整體解決方案，還包括不同的行業，在這裏面我們有一些咨詢的服務，還有工程服務，還有一些 MAC 是一個綜保服務，還有一個行業解決方案，這是中控積累了 20 多年的產品和體系。

這裏面我想給大家再稍微細化地介紹一下，這是我這幾年做的一個工作，叫 CMC 控制芯片，什麽是 CMC？我們搞控制的都清楚，如果要構成一個控制，必須要有信號輸入，我們要有傳感信號，最終要輸出，要控制。在取得這些傳感數據之後，我一定要有一個控制算法，你肯定不能盲目地輸出。

最簡單的 PRD 控制，兩個構成能夠構成一個回路控制。現在如果構成更大的系統還需要網絡通訊，這些東西是我們在控制領域最基礎的需求。我們把所有這些需求如果簡單地看，就是我們各種模塊的一個組合。如果把這些模塊的組合做成一個芯片呢？以前如果我們做控制系統，基本上是拿來通用的CPU，我們拿來做電路，編寫控制模塊，這是我們的一些方法，現在把要做的電路圖全部芯片化做成一個芯片，這個 CMC 是一個控制芯片。它把輸入、輸出，控制運算、通訊這些共性的東西都集中在了芯片裏面。

在這個芯片裏面我們除了實現了邏輯控制，我們還把運動控制也集成進去了，因為我們原來搞流程工業，基本上都是邏輯控制，智能工廠裏邊還涉及到了運動控制，比如說一些電機控制，一些生產線的裝備，一些印刷、包裝這些用到的很多電機。

這是一個簡單的圖，我們如果簡單地看左半邊部分上邊是模擬量處理，下面是數字量處理。右邊的圖上半部分基本上都是我們芯片內部用到的一些資源，有上面是一些控制算法庫、Flash、RAM，下半部分中間這個板塊是我們芯片的核心，也是我們自己完全自主的，右邊的上半部分絕大部分都是集成了芯片的單元，基本上我們比如說做 CPU 類的都有這些東西，我們自己也不可能做出一些新東西來，我們基本上都是集成。

控制運算 CMU 這一塊，LCP 是邏輯控制單元，MCP 是運動控制單元，這三塊部分是我 CMC 這個芯片的最核心的部分，這裏面等於說把最主要的控制部分全部是用我們自己來研發。右邊的下半部分是我們通訊接口，這裏面我們把常用的像以太網、CAN、UART、SPI、IIC 五個都做進去了，所有的這些通訊接口都可以做到冗余。

這個是我們芯片內部的一個結構，在這個圖裏也標出來了，綠色部分完全是我們自主研發的，紅色部分是我們芯片裏面一些通用的模塊、IP，其他還有一些黃色部分，就是芯片代工廠提供的一些 IP，整個的芯片我們做到了自主可控。

這是我們可以提供的十多款小規格的 CMC，小的以開關量控制為主，大的有 256 角的，包括和沈陽一起做的工業無線，一般情況下常規應用的 128 角，或者 144 角的芯片用得比較多。

今年 3 月份，工信部發布了信息物理系統白皮書，其中把我們的 CMC 芯片作為復錄機裏面的一個單元級，作為一個典型的案例列在裏面了。工信部組織了國內的一些專家、院士以白皮書的方式發布的，它這裏面剛才也提到了信息物理系統分三個級別，單元級就是我們 CMC 這個芯片，另外還有系統級和 SOS 級。

智能制造的中控方案

剛才前面講到的主要是以 CPS 這個概念來說。接下來我想針對智能工廠說一下我們的解決方案。智能工廠大家可能也聽到了很多，不同的工廠它的智能化方案、智能化解決目標也不一樣，但是我們這裏想說一下，智能工廠的目標是什麽？

對企業來說，企業經營工廠要的就是利潤，有錢賺才是我的目標。但是光有錢、有利潤可能還不夠，我們還需要有高效，沒有效率競爭不過別人，還要節能，現在國家對能源的利用也很高，如果大量的能耗很高，大量產生汙染也不合適。

現在安全事故也經常發生，安全是非常地重要，它也是一票否決。綠色這一塊是我們的五個部分，利潤、高效、節能、安全、綠色是我們企業經營的目標，也是我們智能工廠要去解決的目標。

圍繞著這五個目標，我們相應地有一些原料供應，我們的產品銷售、企業的智能化、數字化、網絡化，這一系列都是圍繞這五個目標。

拿中控作為一個案例來說，如果我們看中控智能化的整體解決方案，大家看到中間黃色部分智能制造有五大需求，這是從客戶角度出發的，分別對應的是下面的安全、提升質量、降本（降低成本），增效（增加企業的效益），還有環保。

中控針對這五個用戶的需求，我們在安全工廠、智能優化工廠、綠色工廠方面有一些整體方案，這是我們現在智能制造的一個戰略。

往下看的話，針對我們的智能制造有四個示範項目，這是國家工信部立的四個項目。再往下是我們20多年的行業積累，這個是倒著從上往下看的，其實如果從下往上看，這是我們智能制造中控的四個階段，最底下是解決我們單個企業用戶的，最後我們拿出來一個整體解決方案，包括最後要制定標準，因為企業做到一定程度，你需要把這個東西標準化，那麽中控參與了很多國際標準的制定。

同時，我們也通過示範項目，把原來的一些大規模級應用的企業、行業再進行標準化，把我們的智能制造為用戶做一個更好的提升。

這是整個中控智能制造的一個實施平臺，剛才講到安全的、節能環保的解決方案，我們還有一個智能優化解決方案，圍繞著安全、體質、降本、增效的目標。還有三個解決方案的聯合體，一個實施平臺，多個行業的方案。

這裏面也提一下智能工廠關鍵的技術。我們歸納了八個點，一個是數字化移交，第二個核心裝備需要國產化，如果很多裝備都是進口的，很多東西做不好，這裏面中控幾乎所有的核心裝備都能提供。還有控制優化，針對我們的工藝優化，高效協同，在廣泛創新和應用一體化這個平臺都需要一個高效協同。互聯互通也是，你一個系統信息都不能互聯互通，怎麽可能構成一個我們的智能工廠？還有節能減排，在設備、裝置全場這個級別需要進行優化策略。

工信部也發布了網絡安全的一些管理方面的要求，另外就是互聯網+安全，隨著工廠信息化、智能化水平的提高，隨著互聯網接入，在風險辨識、預控、應急指揮方面要求越來越高，這是我們總結的一些關鍵技術。

這裏面我們剛才講了三個實施平臺，我們叫彩虹防禦安全工廠整體解決方案，這個功能是工廠運行過程中本身應該具備的功能安全。這裏面大家看到很多機器人，這個機器人如果你走過去，它根本探測不到你，就誤傷了工人，這個功能安全可能不夠，需要這一塊再增加。風險管控，還有信息安全，這一系列的東西我們都有一個整體解決方案。

它從幾個層次，分別針對人員、環境、資產三個安全對象的時序，兩個安全維度，七項安全技術，最終一個目標就是全方位地守護園區安全。這個分別是針對我們規劃設計、生產護航、危機應對的三個層次，我們從全生命周期管理角度來進行安全技術體系的設計。

這個是我們的產品體系，因為剛才講到的是從技術體系來說的，這是針對產品體系，從下面的一些設計，再到運行，像這裏介紹的 TCS900 是我們的一個具備三級安全移控系統。像這樣的系統它的目標主要是針對工廠在應急處理，它能夠把系統正常地控制，否則缺少這樣一個系統，它很有可能就會爆炸，這樣一個系統它需要通過國際認證，要求就很高。

智能優化工廠

智能優化工廠，從我們的智能決策、智能運營、智能操作、智能結構、智能檢測、智能控制六個板塊，這是我們智能的一些軟件。還有一個平臺是我們綠色工廠的解決方案，針對節能降耗、環保治理、固廢綜合利用等不同層次上都有解決方案。

剛才講到的都是我們的一些設計架構，接下來我想給各位說幾個我們在實踐中的一些突破。我們拿剛才提到的四個示範項目，第一個示範項目是神華寧煤，它是百萬級烯烴裝備的制造，我們用了一種全新的模式，三項標準、八套國產系統、三大先進技術、一個指導方向，分別對應在這裏，我們《中國制造 2025》在這裏一層一層體現出來。

通過這麽一個神華寧煤項目的實施，整個生產過程可視化，並且三維可視，把它的產供銷一體化，企業制造的時候，生產歸生產、銷售歸銷售，計劃、協調、調度優化、操作執行優化、生產物流優化，在生產設備和監管上都進行了安全保護。

這個是效益，像提質增效方面，處理能力提升了 1.5%，對一個企業來說 1.5% 的效益也是很好的，變量波動降低 30%，這個對我的產品穩定性有很好的提高，還有一個雙烯烴的收氯也有所提升，生產波動減小 10%。在安全防禦方面，實現事故源頭管理，事故事件由 25.8% 降到 11.3%，因為在實際生產過程中，現在還做不到零事故。另外在燃料成本、蒸汽消耗、設備利用率方面都有所提高。

第二個就是東北制藥的項目，是大宗原料和醫藥中間體的模式，這裏面也一樣，在生產自動化、品控信息、防禦自動化這一塊都做了，這個是效果，降低能耗、物耗、降低運行費用、提高運行效率方面都有了很好提高。比如說這裏面人員從 50 個人的車間，現在可以變到 10 個人的一個車間。

這個是我們第三個新疆天業循環經濟智能產業園區，它能耗降低 2.37%。這是九江石化的，最後看數字來說的話，員工總數減少 122%，班組數量減少 13%，外操作室數量減少 35%。

最後也提一下，作為企業，我們做事情的最終用戶需求是我們智能制造的基礎，我們在全局規劃、統一資源、信息分享、目標導向、有序建設方面都是以用戶需求來做的。為客戶創造價值是我們中控價值觀裏面的第一條，所以我們一定會把我們的行業積累、工業的 Konwhow 和用戶的內生需求結合在一起為用戶做。

我們中控在智能制造中有四點體會，簡單提一下，在頂層設計以創造價值為核心，另外我們建立的智能工廠就像我們的大腦，最後標準化基礎設施是保障，中控在實踐中探索前行，為中國的智能制造做一個榜樣

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