基于信息化制造系统的实践考核硬件系统研究

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[摘 要]介绍了我国制造业信息化的发展状况以及我国制造业信息化过程中的主要问题，针对现有情况，试图找到一种高度信息化的制造生产模式。根据想要达到的生产模式的需求，选择了EPLAN作为研究的软件平台。利用这要的模式，进行了初步的探索，对实际应用中简单的电气设计及装备进行了实验，并得到了良好的结果。

[关键词]制造业信息化；EPLAN；硬件系统

中图分类号：TP368.1 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2014）18-0120-02

1.我国制造业信息化发展现状

信息化概念诞生于上个世纪60年代的日本，西方社会普遍使用的“信息化”概念和浪潮起源于上个世纪70年代，随着人类第三次技术革命浪潮的来临而在全球范围内兴起。国际通用的信息化定义是：“培育、发展以智能化工具为代表的新的生产力并使之造福于社会的历史过程”[1]。而制造业信息化则是指将信息技术、现代管理技术、自动化技术以及制造技术相结合，带动产品的设计方法、制造工具、企业管理模式、企业间协作关系等方面的创新，实现产品设计制造和企业管理的信息化、制造装备的数字化、生产过程控制的智能化以及咨询服务的网络化，从而全面提升制造业的综合竞争力。

随着中国加入WTO后与世界市场联系的深入以及经济全球化与信息化程度的加深，全球化制造已成为制造业发展的一个重要趋势；同时，计算机技术、信息处理技术、通信技术的飞速发展使得世界经济已经进入一个崭新的信息经济时代。在这样的大的时代背景下，制造业信息化成为当今世界制造业发展的一个大趋势。

目前，国际上正在进行新一轮产业结构调整。这一轮产业结构调整的主要特点是，由于发达国家的劳务成本不断攀升，很多产品的生产制造将向包括中国在内的发展中国家转移。由于我国经济连年高速增长，社会政治稳定，加之有比较便宜且素质较好的人力资源，因此我国成为很多跨国公司的首选之地。[2]虽然我国制造业庞大，但生产技术仍处于较低水平，生产规模小，知名品牌较少，远不是制造强国，目前还只是中低档商品的世界制造工厂。[3]造成这种局面的因素有很多，既有各个企业自身管理上的问题，又有外部环境的问题，比如在管理上墨守成规、观念陈旧；在产品开发上力量薄弱，技术含量低，设计手段落后，设计质量不高、预见性差；产品设计、制造周期长且费用高，不能快速响应市场，因此缺乏市场影响力和市场规模，无法适应如今产品生命周期缩短，生产趋于单间小批量格局的快速多变的市场环境。因此，在当下这个信息技术已经成为当代社会最为活跃的生产力的时代，面对更加激烈的国际市场竞争，我国要想迅速提高我国制造业国际竞争力，必须加快制造业信息化进程。

信息技术对制造业的影响不仅是形成了一批高新技术产业，为制造业的发展注入了强大活力，更重要的是其向传统制造业的高度渗透，带动了设计、生产与经营管理的自动化和数字化，促进了制造资源在全球范围内的流动和优化配置，加速了制造业全球化的进程。

世界范围内，许多跨国公司应用现代集成制造系统技术已经实现了设计、制造、管理、经营一体化，加强了在国际市场上的垄断地位。我国正在加强发展制造仿真和并行工程、柔性制造技术和车间资源快速重组及设备无故障运行技术、制造信息的分布集成、产品数据管理和互联网络辅助制造、开发先进制造工艺和快速制造技术、智能化决策支持系统建造和制造智能的累积等领域。

制造业信息化是利用信息技术改造传统产业，实现信息化带动工业化的突破口。经过数十年的发展，西方发达国家制造业信息化已经发展到相对成熟的阶段，尤其是在信息化领域 的底层核心技术，如线性与非线性限元分析解算器、底层核心系统及仿真技术等方面已经取得了长足发展。而我国制造业信息化虽然历经30年的发展也已取得一些成就，但是由于制造业基础薄弱、技术落后，其信息化并不是一帆风顺的。尤其是遭遇2009年的经济危机后，我国制造业信息化受到巨大影响，其深度和广度均落后于金融、电信以及一些大型公共服务业。由于企业对信息化的迫切性认识不足，当前我国多数企业的制造业信息化建设还依赖于政府和软件厂商的推动，企业自身研发的信息化技术非常少。此外，我国制造业的信息化发展不平衡，不同规模的企业之间信息化水平存在巨大差距。与国外相比，我国制造业信息化水平还存在巨大差距，整体应用水平偏低。

2.我国制造业信息化存在的主要问题以及意义

对于当前我国制造业大而不强的局面以及我国制造业信息化程度低、发展缓慢其主要问题在于：

（1）劳动生产率及工业增加值率低，总体仍然停留在劳动密集型阶段，能耗高、污染大，平均能耗是工业发达国家制造业的1倍，而产生的平均污染是其2倍甚至更高，技术含量和附加值均较低；

（2）制造工艺装备落后，优质高效低耗

工艺的普及率不足10%，数控机床、精密设备严重缺乏，绝大部分集成电路制造装备、石化装备、轿车工业装备等依赖进口。此外，我国当前制造业低水平产能严重过剩，高水平产能却严重不足。技术创新能力薄弱，军工制造业不能适应现代化战争的需要，产业结构不尽合理，制造业结构偏轻，装备制造业薄弱。

（3）企业对信息化的重要性和迫切性认识不够。

（4）受制于规模和资金、人才等资源的缺乏，企业信息化技术实施效果也差强人意。目前我国制造业有超过一半的企业没有应用任何信息化技术，只有1/4的企业建立了基础信息网络，仅有不到1%的企业建立了成熟的信息化体系。

（5）由于缺乏标准规范的管理和指导，制造业信息化软硬件市场存在无序竞争，大大阻碍了我国制造业信息化发展。

（6）缺乏高水平的技术咨询专业队伍。信息技术产品技术含经营与管理提高库存准确率，还可以减少基于纸面的管理和相关费用。

制造业在工业化过程中发挥的主导作用决定了制造业的不可替代性。它是一国经济和社会发展的物质基础，农业、国防的现代化和科学技术现代化均离不开制造业的发展。因此，制造业在这场变革中首当其冲，是调整的主要着力点之一，也是我国新阶段经济发展的主要增长点之一，提高和发展制造业对于我国来说具有非常重要的战略意义和现实意义。

3.软件平台的选择――EPLAN

针对以上问题，我们选择开发设计为切入点进行研究，试图找到一条信息高度集成的生产制造流程。我们可以轻松找到的一些已经被广泛使用的，向制造业高度渗透的，能够带动设计、生产与经营管理自动化和数字化，促进了制造资源在全球范围内的流动和优化配置，加速了制造业全球化的产物，其中CAD技术是最突出代表。CAD技术已广泛应用于机械、电子、航天航空、汽车等各个领域，成为提高产品与工程技术水平、降低消耗、缩短产品开发周期、大幅提高劳动生产率和产品质量的重要手段。

尽管CAD技术日渐成熟并被广泛使用，但是它已经逐渐满足不了制造企业对生产环节信息高度标准化、自动化和信息化的要求。在经过多方考察之后，我们决定使用EPLAN软件作为平台，期待实现以设备数据库为基础，以EPLAN软件为平台和设计输出端口，以自动化工业系统作为产品装配终端的信息高度集中化的工业制造流程。

EPLAN能够满足我们对于所构思的信息化制造系统工业流程的大部分要求。首先，EPLAN的平台是以EPLAN Electric P8电气设计为核心平台，同时将液压，气动，工艺流程，仪表控制，柜体安装板三维布置仿真设计及制造等多种专业的设计和管理统一扩展到此平台上，实现了跨专业多领域的集成设计。该软件采用独特的数据库结构，满足了项目设计对数据快速读取和存储，多用户协调设计，大项目的管理，批量数据处理，防止数据丢失，灵活的个性配置，跨专业的设计需要。此外，EPLAN独特的数据结构，决定了它既是面向图形的又是面向对象的软件，这又满足了目前市场为主导的发展趋势。其次，EPLAN倡导标准化，因为能够标准化大大减少设计及生产等流程中的诸多重复劳动，大幅缩短设计周期。EPLAN的标准化实施包括：系统标准化（权限、项目结构、存储方式、修订管理等）、设计标准化（工程设计方法、主数据、优选部件等）、供应商标准化（数据交换、项目一致性检查、工程设计方法等）等部分，能够充分优化设计过程。第三，EPLAN在帮助企业完成标准化后，可通过二次开发为企业实现自动化设计。这一过程中，该软件具有同步性、自动性、纠错性、扩展性的特点。最后，EPLAN作为电气信息化解决方案提供商，与ERP系统、PDM系统及机械设计信息化系统一起为企业构建了从设计到生产的完整的信息化解决方案。EPLAN API（应用程序编程接口）可以在线集成到PDM，ERP或机械系统，与之无缝结合，还可以访问独立的开发者网络，共享经验和开发工具。

正是因为EPLAN的以上特点，才使得我们决定使用EPLAN作为我们的研究平台。它的特点能够完全满足我们对于构建信息高度集成的制造工业系统流程的思路。

4.用于硬件考核系统的应用实例

在达成了构建“数据库―EPLAN设计―组装”这样的思路后，团队结合了实际工作需要决定将实验目标锁定在我学院主要实训课程《低压电气运行维修》内的考核项目作为研究内容，其中包括了照明电路的设计和多种电机控制电路的设计。我们结合我校库存器件情况，在EPLAN内丰富的数据库内加以选择，根据《低压电气运行维修》课程内需要的硬件考核系统通过EPLAN绘制图纸并根据图纸进行安装。由于是实验性研究，因此在资金有限的情况下，最后的组装步骤只能暂时通过手工完成。但在工业生产中，一些国家，如德国，已经能够将EPLAN设计和实际组装的步骤通过程序控制机器人完成。

以电动机星角降压启动电路为例，该电路原理图如图一；

然后，我们使用EPLAN进行绘图，如图二，并得到图纸；

根据得到的图纸，通过器件安装，得到相应的电路考核模块，既能够作为该课程考核时的工具，又可以作为样板在课上对学生进行直观展示。

根据以上的设计思路，团队共完成了课程需要的各类考核系统二十余个，能够基本满足该课程教学和考核的需要。通过实践，我们团队认为利用EPLAN自身的有点，如果在装备环节的自动化控制上如果能够高度结合，那么利用这一信息化程度集中的制造生产流程就能够使得原本繁琐重复的开发设计过程、低效耗能耗费大量人力的装备过程以及容易混乱的库存管理过程变得简单、直接、高效，而这正是我们积极进行尝试的出发点。加快制造业信息化进程， 促进先进制造技术的发展是一项非常紧迫的任务，偶们团队希望能够通过小规模的实验，给传统的制造业提供一些如何信息化的思路。也算是我们为中国制造业信息化进程所做的一些微小尝试和绵薄贡献。

参考文献

[1] 范晨辉，制造企业信息化发展现状及问题研究；经营与管理，Vol.19 NO.4，2012；

[2] 伊佳.中国制造业―尚待开发的处女地[J].电子商务世界，2002-05-15.