第6章智能服務(wù)6.1智能服務(wù)概述6.2數(shù)字化網(wǎng)絡(luò)化智能化技術(shù)對(duì)制造服務(wù)賦能6.3智能制造服務(wù)數(shù)據(jù)采集與建模6.4生產(chǎn)系統(tǒng)預(yù)測(cè)性維護(hù)6.1智能服務(wù)概述6.1.1智能制造服務(wù)相關(guān)概念服務(wù)：以滿足客戶需求為目的，在服務(wù)提供者與客戶之間產(chǎn)生一系列增值活動(dòng)。制造業(yè)服務(wù)包括產(chǎn)品研發(fā)、加工制造、銷(xiāo)售維護(hù)以及相關(guān)物流等服務(wù)內(nèi)容。制造業(yè)服務(wù)化：制造企業(yè)運(yùn)營(yíng)模式由出售單一產(chǎn)品轉(zhuǎn)變?yōu)椤爱a(chǎn)品+服務(wù)”，在產(chǎn)品價(jià)值鏈中加大服務(wù)比重，成為用戶服務(wù)提供商。服務(wù)型制造：制造業(yè)服務(wù)化+服務(wù)活動(dòng)工業(yè)化，可分為：

①面向產(chǎn)品制造的服務(wù)--承接外包業(yè)務(wù)的服務(wù)，即代工服務(wù)；

②面向產(chǎn)品服務(wù)的制造--產(chǎn)品提供商為用戶提供全生命周期服務(wù)。

前者為服務(wù)企業(yè)為制造企業(yè)的服務(wù)，后者為制造企業(yè)為終端用戶

提供的服務(wù)。智能制造服務(wù)：基于工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)和智能化技術(shù)，將企業(yè)已有制造服務(wù)資源虛擬化封裝，通過(guò)各類(lèi)服務(wù)終端實(shí)施服務(wù)運(yùn)行與管控，獲取分析服務(wù)企業(yè)、制造企業(yè)和終端用戶等主體在制造服務(wù)活動(dòng)中的關(guān)系和需求，在需求的時(shí)間、給特定的對(duì)象提供所需的定制化服務(wù)。6.1.2智能制造服務(wù)體系架構(gòu)--包含設(shè)備層、數(shù)據(jù)層、交互層、

技術(shù)層、應(yīng)用層五層結(jié)構(gòu)。智能制造服務(wù)體系架構(gòu)1）設(shè)備層：包括服務(wù)器、傳感器、交換機(jī)、互聯(lián)網(wǎng)等硬件設(shè)備，為

智能制造服務(wù)提供硬件的支持。2）數(shù)據(jù)層：包括服務(wù)數(shù)據(jù)采集、存儲(chǔ)與管理等功能，利用大量歷史

數(shù)據(jù)和實(shí)時(shí)服務(wù)數(shù)據(jù)，以供智能制造服務(wù)功能的實(shí)現(xiàn)與實(shí)施。3）交互層：包括文本、圖像、語(yǔ)音、視頻等不同信息媒介，為服務(wù)

提供商、制造商以及最終用戶提供雙向交互接口。4）技術(shù)層：包括服務(wù)數(shù)據(jù)采集、用戶需求識(shí)別挖掘、需求特征庫(kù)創(chuàng)

建，以及服務(wù)事務(wù)的管理、調(diào)度、匹配、決策等功能，該層是智

能制造服務(wù)體系的核心。5）應(yīng)用層：包括產(chǎn)品需求分析、研發(fā)設(shè)計(jì)、加工制造、運(yùn)營(yíng)配置、

物流管理、維護(hù)回收、服務(wù)評(píng)估等產(chǎn)品生命周期各類(lèi)服務(wù)應(yīng)用。智能制造服務(wù)體系架構(gòu)的五層結(jié)構(gòu)：1）市場(chǎng)調(diào)研與需求分析服務(wù)：通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、云計(jì)算等技術(shù)，對(duì)市場(chǎng)需求進(jìn)行挖掘，建立服務(wù)需求模型，應(yīng)用智能算法對(duì)企業(yè)服務(wù)能力與用戶需求匹配，提出滿足用戶服務(wù)需求的解決方案。2）研發(fā)設(shè)計(jì)服務(wù)：①設(shè)計(jì)任務(wù)外包或眾包，構(gòu)建設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)MRO(維護(hù)、維修、運(yùn)維)服務(wù)系統(tǒng)；②以服務(wù)形式將已有設(shè)計(jì)知識(shí)和技術(shù)資源提供給用戶；③由設(shè)計(jì)者自身興趣驅(qū)動(dòng)的開(kāi)源設(shè)計(jì)和創(chuàng)客設(shè)計(jì)服務(wù)。3）加工制造服務(wù)：包括加工信息、制造知識(shí)、現(xiàn)場(chǎng)管理、數(shù)字化制造、生產(chǎn)過(guò)程監(jiān)控、物流配送等多方面服務(wù)內(nèi)容。通過(guò)合理選擇CPS、物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)及智能計(jì)算技術(shù)，開(kāi)展以數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)為特征的智能化加工制造服務(wù)。4）庫(kù)存與物流：通過(guò)企業(yè)庫(kù)存及其物流智能化管理，進(jìn)行物流路徑及倉(cāng)儲(chǔ)規(guī)劃、物料訂單智能派送、貨物輸送與車(chē)輛智能配置等智能化服務(wù)，以提高物流效率，提升倉(cāng)儲(chǔ)利用率，降低儲(chǔ)運(yùn)成本。5）服務(wù)需求配置與運(yùn)行：采用云計(jì)算對(duì)服務(wù)資源和服務(wù)請(qǐng)求進(jìn)行動(dòng)態(tài)配置管理，實(shí)現(xiàn)服務(wù)匹配、報(bào)價(jià)、跟蹤等信息智能管理，監(jiān)控服務(wù)運(yùn)行狀態(tài)，以最優(yōu)的配置與運(yùn)行滿足用戶需求，6）維護(hù)與回收：包括產(chǎn)品遠(yuǎn)程維護(hù)、故障診斷、維修調(diào)試、報(bào)廢回收等服務(wù)內(nèi)容，提高產(chǎn)品服務(wù)維護(hù)效率和及時(shí)性。6.1.3智能制造服務(wù)技術(shù)的應(yīng)用6.2數(shù)字化網(wǎng)絡(luò)化智能化技術(shù)對(duì)制造服務(wù)賦能6.2.1數(shù)字化產(chǎn)品服務(wù)1）創(chuàng)建企業(yè)產(chǎn)品電子技術(shù)手冊(cè)：在產(chǎn)品電子手冊(cè)中提供產(chǎn)品目錄、產(chǎn)品結(jié)構(gòu)、爆炸圖、仿真動(dòng)畫(huà)等技術(shù)內(nèi)容，以滿足產(chǎn)品操作、維護(hù)、應(yīng)用培訓(xùn)等服務(wù)需求。2）產(chǎn)品實(shí)物可視化展示與分析：可通過(guò)產(chǎn)品MBD模型，動(dòng)態(tài)顯示零部件位置和功能作用，進(jìn)行產(chǎn)品質(zhì)量關(guān)聯(lián)分析，給出產(chǎn)品故障最佳排除方案。3）產(chǎn)品維護(hù)虛擬仿真：通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)虛擬仿真，以驗(yàn)證評(píng)價(jià)產(chǎn)品維護(hù)方法，探討維護(hù)拆裝的可操作性，評(píng)估人體在工作環(huán)境下行為表現(xiàn)，從而制定維護(hù)維修的最佳操作方案。4）制作產(chǎn)品技術(shù)數(shù)據(jù)包（TDP）：把產(chǎn)品服務(wù)所需的TDP延伸到維護(hù)現(xiàn)場(chǎng)，可隨時(shí)查閱所需操作指南、設(shè)計(jì)資料、交互電子手冊(cè)，同時(shí)將現(xiàn)場(chǎng)信息返回企業(yè)MRO系統(tǒng)，以提高服務(wù)效率與服務(wù)質(zhì)量。某公司基于iPad的技術(shù)數(shù)據(jù)包6.2.2網(wǎng)絡(luò)化營(yíng)銷(xiāo)服務(wù)網(wǎng)絡(luò)化營(yíng)銷(xiāo)：通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)直接將產(chǎn)品生產(chǎn)端和市場(chǎng)端進(jìn)行鏈接，可使

企業(yè)產(chǎn)品能夠快速響應(yīng)用戶多樣化需求，改善企業(yè)服務(wù)效率和質(zhì)量，

增加產(chǎn)品附加值，為企業(yè)帶來(lái)更高經(jīng)濟(jì)效益。1、電子商務(wù)（或電商）：是通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)所進(jìn)行的各種商業(yè)活動(dòng)，是市場(chǎng)營(yíng)銷(xiāo)數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化和智能化發(fā)展的基礎(chǔ)，其優(yōu)勢(shì)：改變了制造商與用戶關(guān)系。用戶可及時(shí)反饋對(duì)產(chǎn)品及其服務(wù)需求，并得到制造商信息咨詢(xún)、預(yù)測(cè)性維護(hù)、遠(yuǎn)程升級(jí)等售后服務(wù)支持，有利于制造商提高產(chǎn)品用戶滿意度。簡(jiǎn)化了產(chǎn)品生產(chǎn)、銷(xiāo)售及其物流過(guò)程。通過(guò)網(wǎng)絡(luò)直接將產(chǎn)品銷(xiāo)售給用戶，節(jié)省了中間商務(wù)成本。促進(jìn)“以產(chǎn)品為中心”向“以用戶為中心”經(jīng)營(yíng)理念轉(zhuǎn)變。有助于生產(chǎn)商快速掌握市場(chǎng)動(dòng)態(tài)，提高用戶需求準(zhǔn)確度，實(shí)現(xiàn)“以銷(xiāo)定產(chǎn)”，可有效解決企業(yè)產(chǎn)品積壓等傳統(tǒng)問(wèn)題。有助企業(yè)快速把握市場(chǎng)未來(lái)趨勢(shì)，促進(jìn)企業(yè)產(chǎn)品的創(chuàng)新升級(jí)，提升市場(chǎng)占有率和競(jìng)爭(zhēng)力。例如：美國(guó)戴爾是計(jì)算機(jī)廠商，早在1996年就開(kāi)始推行電子商務(wù)經(jīng)營(yíng)，

通過(guò)網(wǎng)絡(luò)接受客戶訂貨服務(wù)，公司為每臺(tái)銷(xiāo)售產(chǎn)品都貼上標(biāo)簽，客

戶可通過(guò)標(biāo)簽便可得到相應(yīng)服務(wù)，目前戴爾一半以上產(chǎn)品銷(xiāo)售是通

過(guò)電子商務(wù)完成的。戴爾電子商務(wù)邏輯新零售：線上電商+線下體驗(yàn)，一種線上線下相互融合的銷(xiāo)售服務(wù)鏈。例：安踏是我國(guó)體育用品公司，之前實(shí)施批發(fā)分銷(xiāo)運(yùn)營(yíng)模式，市場(chǎng)反

應(yīng)遲緩，市場(chǎng)分析不準(zhǔn)確，常造成庫(kù)存積壓等現(xiàn)象。2012年起開(kāi)展

以消費(fèi)者體驗(yàn)為導(dǎo)向、線上線下密切結(jié)合的新零售模式：線上：與互聯(lián)網(wǎng)公司深度合作設(shè)立了電子商務(wù)公司，配置優(yōu)秀的企劃

管理人員，配置信息、物流、客服及管控等部門(mén)技術(shù)支持。線下：將原有的經(jīng)銷(xiāo)網(wǎng)點(diǎn)實(shí)體店改造成為“智慧門(mén)店”?？蛻暨M(jìn)入該“智慧門(mén)店”，安踏“優(yōu)Mall”高清攝像系統(tǒng)判斷客戶性別、年齡特征等特征，便在店內(nèi)大屏幕上展現(xiàn)相關(guān)品牌；客戶取鞋試穿時(shí)，設(shè)置在鞋底上RFID系統(tǒng)能夠感知，以記錄判斷該品牌對(duì)顧客的吸引度；客戶最終購(gòu)買(mǎi)，通過(guò)掃碼完成支付作業(yè)；若某品牌缺貨，可在公司云平臺(tái)貨架上搜索下單，此后可將所需品牌直接送達(dá)指定地點(diǎn)；客戶購(gòu)買(mǎi)結(jié)算后，便自動(dòng)記錄到到公司客戶系統(tǒng)CRM，以作為日后精準(zhǔn)營(yíng)銷(xiāo)的基礎(chǔ)。

安踏通過(guò)公司這種新零售模式，贏得了市場(chǎng)，獲得國(guó)內(nèi)排名第一、全球排名第三的市場(chǎng)地位。2、新零售模式

新零售模式市場(chǎng)特征：產(chǎn)品作為一定功能的載體，為用戶帶來(lái)的效能是其價(jià)值的本源，產(chǎn)品效能增值服務(wù)現(xiàn)已成為產(chǎn)品服務(wù)的重要組成。1）產(chǎn)品效能升級(jí)服務(wù)。利用軟件更新便利靈活的特點(diǎn)，通過(guò)產(chǎn)品

嵌入式系統(tǒng)的升級(jí)可大幅改變產(chǎn)品功能和服務(wù)效能。例如電動(dòng)汽

車(chē)借助車(chē)載攝像頭和超聲波雷達(dá)，通過(guò)軟件升級(jí)可使汽車(chē)由手控

駕駛升級(jí)為自動(dòng)駕駛或輔助自動(dòng)駕駛。2）產(chǎn)品內(nèi)容增值服務(wù)。智能產(chǎn)品可為客戶定制產(chǎn)品內(nèi)容增值服務(wù)。

例如小米在其電視產(chǎn)品中預(yù)裝了深度定制的MIUI系統(tǒng)，可為客戶

提供應(yīng)用、出行、娛樂(lè)等全景深高品質(zhì)的數(shù)字化生活體驗(yàn)，使小

米電視市場(chǎng)銷(xiāo)售量躍居行業(yè)前列。3）基于平臺(tái)的系統(tǒng)運(yùn)營(yíng)增值服務(wù)。系統(tǒng)運(yùn)營(yíng)服務(wù)平臺(tái)為供需雙方

建立起直接連接互動(dòng)關(guān)系，可使客戶享受到供應(yīng)商所提供的有效

管理和控制的“效能服務(wù)”。例如陜汽集團(tuán)基于“天行健車(chē)聯(lián)網(wǎng)”

汽車(chē)物流服務(wù)運(yùn)營(yíng)平臺(tái)，為用戶提供運(yùn)輸金融、貨源信息匹配、

運(yùn)輸監(jiān)控、燃油加注優(yōu)惠、車(chē)輛故障檢測(cè)與遠(yuǎn)程維護(hù)等各種服務(wù)，

既為客戶創(chuàng)造了價(jià)值，也為自己帶來(lái)了巨大的經(jīng)濟(jì)收益，客戶在

每一環(huán)節(jié)、每一公里運(yùn)營(yíng)，都為陜汽集團(tuán)帶來(lái)源源不斷的收益。6.2.3產(chǎn)品效能增值服務(wù)6.3智能制造服務(wù)數(shù)據(jù)采集與建模6.3.1智能制造服務(wù)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)智能制造服務(wù)數(shù)據(jù)采集：需要通過(guò)對(duì)每臺(tái)設(shè)備配置CPS功能節(jié)點(diǎn)，對(duì)各

個(gè)加工工位配置RFID識(shí)別裝置，對(duì)現(xiàn)場(chǎng)員工配置社交傳感器S2ensor，

以構(gòu)建“人、機(jī)、物”互聯(lián)互通的數(shù)據(jù)采集網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)。1、加工設(shè)備CPS功能節(jié)點(diǎn)的配置

CPS功能節(jié)點(diǎn)組成機(jī)械裝備本體：是CPS節(jié)點(diǎn)的主體單元，其它模塊圍繞該主體配置；不同傳感單元：由依附于主體單元的一系列傳感器構(gòu)成；控制/執(zhí)行單元：由PLC、嵌入式系統(tǒng)以及執(zhí)行機(jī)構(gòu)等控制單元組成，用于生產(chǎn)指令的控制與調(diào)節(jié)；人機(jī)交互界面：為操作者提供控制指令及參數(shù)的輸入界面；網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)關(guān)模塊：包括以太網(wǎng)、ZigBee網(wǎng)、Wi-Fi等，以實(shí)現(xiàn)CPS節(jié)點(diǎn)與其它控制節(jié)點(diǎn)的互聯(lián)互通；應(yīng)用功能模塊：包括數(shù)據(jù)采集、計(jì)算處理、傳輸存儲(chǔ)與共享等模塊，以實(shí)現(xiàn)CPS節(jié)點(diǎn)的功能配置、規(guī)則化運(yùn)行、狀態(tài)監(jiān)控、自主決策與健康管理等。通過(guò)上述CPS節(jié)點(diǎn)配置，是各節(jié)點(diǎn)擁有唯一的資源標(biāo)識(shí)，通過(guò)不同感知裝置以采集生產(chǎn)設(shè)備或產(chǎn)品的運(yùn)行數(shù)據(jù)、工作狀態(tài)、加工環(huán)境等實(shí)時(shí)生產(chǎn)數(shù)據(jù)。加工設(shè)備CPS功能節(jié)點(diǎn)組成：生產(chǎn)線每個(gè)加工工位配置RFID讀寫(xiě)器，形成自身探測(cè)空間；每個(gè)在線的加工工件綁定一個(gè)RFID標(biāo)簽；通過(guò)RFID讀寫(xiě)器發(fā)出的射頻信號(hào)，在其探測(cè)空間內(nèi)可讀取工件標(biāo)簽；構(gòu)成工件與工位相對(duì)位置關(guān)系“進(jìn)入-停留-離開(kāi)”狀態(tài)；對(duì)應(yīng)有各工位設(shè)備“空閑準(zhǔn)備”“加工執(zhí)行”“加工結(jié)束”狀態(tài)。2、加工工位RFID識(shí)別裝置配置加工工位RFID配置O（Sin，Sstay，Sout，Ein，Eout，t1，t2）RFID識(shí)別狀態(tài)模型RFID識(shí)別狀態(tài)模型：

RFID標(biāo)簽與讀寫(xiě)器關(guān)系狀態(tài)模型可用下式表示：式中，Sin、Sstay、Sout為標(biāo)簽進(jìn)入、停留和離開(kāi)狀態(tài)；

Ein、Eout為進(jìn)入和離開(kāi)時(shí)的觸發(fā)事件；

t1，t2對(duì)應(yīng)于事件Ein、Eout觸發(fā)時(shí)間S2ensor概念：用于人-人、人-機(jī)社交活動(dòng)中主觀和客觀數(shù)據(jù)采集、

計(jì)算、處理和存儲(chǔ)的一種軟硬件結(jié)合體，如智能手機(jī)、平板電腦、

可穿戴無(wú)線移動(dòng)設(shè)備等。S2ensor應(yīng)用場(chǎng)景：可用于H2H、H2M/M2H、M2M等不同社交場(chǎng)景。H2H：包括客戶、供應(yīng)商以及企業(yè)員工之間的點(diǎn)對(duì)點(diǎn)交互。H2M/M2H：作用于企業(yè)員工與CPS節(jié)點(diǎn)間的交互活動(dòng)。M2M：作用于CPS節(jié)點(diǎn)控制系統(tǒng)間的信息交流。S2ensor配置：將不同類(lèi)型的S2ensor通過(guò)移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)綁定到生產(chǎn)系統(tǒng)相

關(guān)人員或CPS節(jié)點(diǎn)，以構(gòu)成“人、機(jī)、物”互聯(lián)互通的物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)。S2ensor應(yīng)用場(chǎng)景3、現(xiàn)場(chǎng)員工社交傳感器S2ensor配置4、基于物聯(lián)網(wǎng)支持的智能制造服務(wù)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)通過(guò)CPS節(jié)點(diǎn)、RFID裝置以及S2ensor有效配置，可構(gòu)建基于物聯(lián)網(wǎng)的

智能制造服務(wù)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)?；谖锫?lián)網(wǎng)智能制造服務(wù)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的構(gòu)建：CPS節(jié)點(diǎn)構(gòu)建：在企業(yè)物理層，通過(guò)私有網(wǎng)關(guān)將一臺(tái)臺(tái)加工設(shè)備與不同傳感器、執(zhí)行件、控制器等連接，以形成一個(gè)個(gè)CPS節(jié)點(diǎn)。生產(chǎn)車(chē)間資源的互聯(lián)互通：通過(guò)公有網(wǎng)關(guān)及網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議，將生產(chǎn)車(chē)間的各CPS節(jié)點(diǎn)、RFID裝置進(jìn)行連接，以實(shí)現(xiàn)工廠車(chē)間內(nèi)的物理資源互聯(lián)互通。工廠制造資源互聯(lián)互通：由不同類(lèi)型的網(wǎng)絡(luò)資源和API接口，可實(shí)現(xiàn)跨越工廠的企業(yè)制造資源互聯(lián)互通，以提供企業(yè)生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)的傳輸、存儲(chǔ)、計(jì)算、應(yīng)用與共享。智能服務(wù)數(shù)據(jù)采集：通過(guò)所構(gòu)建的智能制造服務(wù)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，可采集生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)時(shí)大數(shù)據(jù)，分析挖掘生產(chǎn)系統(tǒng)性能特征，以獲取產(chǎn)品質(zhì)量、設(shè)備性能及系統(tǒng)維護(hù)規(guī)律性知識(shí)，為企業(yè)用戶提供更為高效的智能服務(wù)。1、加工單元服務(wù)建模設(shè)：某加工單元有待加工區(qū)、加工服務(wù)區(qū)和加工待運(yùn)區(qū)三區(qū)域，每個(gè)區(qū)

域配置各自RFID讀寫(xiě)器；綁定有RFID標(biāo)簽的工件依次經(jīng)過(guò)這三個(gè)區(qū)域，

加工完成后被輸送到下一加工單元。6.3.2智能制造服務(wù)對(duì)象模型

通過(guò)對(duì)各個(gè)加工單元分別建模，將之連接便構(gòu)成生產(chǎn)系統(tǒng)的整體模型。加工單元RFID事件驅(qū)動(dòng)服務(wù)模型

加工單元RFID事件驅(qū)動(dòng)服務(wù)模型2、生產(chǎn)線服務(wù)建模

生產(chǎn)線不同配置形式：互替式配置：為并聯(lián)配置結(jié)構(gòu)，各加工單元功能可相互替代?；パa(bǔ)式配置：為串聯(lián)配置結(jié)構(gòu)，各加工單元功能為相互補(bǔ)充?；旌鲜脚渲茫宏P(guān)鍵工序采用互替式，其它工序按互補(bǔ)式配置。生產(chǎn)線加工單元不同配置形式生產(chǎn)線服務(wù)模型：可由各加工單元模型經(jīng)串聯(lián)或并聯(lián)連接構(gòu)建而成。生產(chǎn)線服務(wù)模型

式中，∩為串聯(lián)連接；∪為并聯(lián)連接1）生產(chǎn)工藝流程的跟蹤管理主動(dòng)式RFID標(biāo)簽：該標(biāo)簽不僅能夠被唯一識(shí)別，還能主動(dòng)發(fā)起通

信并可寫(xiě)入相關(guān)工藝信息，而一般RFID標(biāo)簽只能被動(dòng)被識(shí)別。智能工件：綁定有主動(dòng)式RFID標(biāo)簽工件，能夠與CPS節(jié)點(diǎn)配合，記

載當(dāng)前工藝數(shù)據(jù)，可參與生產(chǎn)系統(tǒng)自主控制的智能制造過(guò)程。生產(chǎn)過(guò)程的跟蹤管理：當(dāng)智能工件進(jìn)入某加工單元，被該單元RFID讀寫(xiě)器自動(dòng)識(shí)別并發(fā)出加工啟動(dòng)信號(hào)；喚醒單元CPS節(jié)點(diǎn)工作，包括單元控制器、各類(lèi)傳感器等；單元控制器按既定程序控制加工設(shè)備進(jìn)行生產(chǎn)加工；各類(lèi)傳感器啟動(dòng)采集現(xiàn)場(chǎng)參數(shù)，供單元CPS分析、跟蹤、監(jiān)控；單元加工任務(wù)完成后，CPS將加工參數(shù)寫(xiě)入智能工件標(biāo)簽，將加工工件放入已加工緩存區(qū)；搬運(yùn)工具將已加工工件搬運(yùn)到下一加工單元。為此，由各單元RFID事件驅(qū)動(dòng)實(shí)現(xiàn)整個(gè)生產(chǎn)流程的跟蹤管理。6.3.3基于RFID事件驅(qū)動(dòng)的智能制造服務(wù)活動(dòng)在制品：指正在加工尚未完成的所有產(chǎn)品。在制品控制管理：以保證各生產(chǎn)環(huán)節(jié)銜接協(xié)調(diào)，有節(jié)奏均衡生產(chǎn)，

減少在制品占用量，避免在制品積壓所造成的浪費(fèi)。精益生產(chǎn)在制品管理：以看板為管理工具，通過(guò)記載有產(chǎn)品名稱(chēng)、

編碼、用途、加工地點(diǎn)等在制品信息卡片進(jìn)行管理?？窗骞芾恚阂钥窗遄鳛楣ぷ髦噶罱M織生產(chǎn)，沒(méi)有看板不允許生產(chǎn)、

不可以領(lǐng)取物料，可有效控制在制品數(shù)量，防止過(guò)量生產(chǎn)和傳送。看板管理不足：不夠直觀，難以與數(shù)字化系統(tǒng)共享共用?；赗FID事件的在制品管理：可真正做到按需求進(jìn)行生產(chǎn)和傳送，

可實(shí)現(xiàn)一件件生產(chǎn)和傳送一件，能夠最大限度減少在制品儲(chǔ)備和

庫(kù)存，可清晰展現(xiàn)生產(chǎn)線上每一個(gè)在制品所在位置和工作狀態(tài)。2）在制品控制管理生產(chǎn)調(diào)度：對(duì)生產(chǎn)系統(tǒng)中的關(guān)鍵工序進(jìn)行控制、協(xié)調(diào)和平衡。傳統(tǒng)生產(chǎn)調(diào)度管理：基于調(diào)度人員經(jīng)驗(yàn)及對(duì)生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)了解基礎(chǔ)上，通

過(guò)生產(chǎn)調(diào)度、生產(chǎn)平衡、事故分析等不同會(huì)議進(jìn)行生產(chǎn)協(xié)調(diào)，分析

存在問(wèn)題及解決措施，調(diào)整協(xié)調(diào)生產(chǎn)系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)平衡，存在經(jīng)驗(yàn)依

賴(lài)度高，調(diào)度周期長(zhǎng)，費(fèi)時(shí)費(fèi)力。RFID事件驅(qū)動(dòng)的調(diào)度管理：依據(jù)RFID序列事件及生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，

易于分析判斷生產(chǎn)系統(tǒng)存在的瓶頸及生產(chǎn)資源的冗余，通過(guò)不同單

元CPS節(jié)點(diǎn)功能，優(yōu)化調(diào)整生產(chǎn)參數(shù)，可動(dòng)態(tài)平衡整個(gè)生產(chǎn)進(jìn)程。3）生產(chǎn)調(diào)度管理4）基于數(shù)字孿生的智能制造運(yùn)維服務(wù)

生產(chǎn)線數(shù)字孿生體：是與物理生產(chǎn)線鏡像的虛擬生產(chǎn)線，可在虛擬空

間內(nèi)對(duì)物理生產(chǎn)線運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行仿真優(yōu)化，進(jìn)行相關(guān)的運(yùn)維服務(wù)。幾何仿真--根據(jù)生產(chǎn)線各類(lèi)加工設(shè)備的幾何連接關(guān)系，按生產(chǎn)工藝流程進(jìn)行仿真，檢查是否存在幾何結(jié)構(gòu)干涉與碰撞現(xiàn)象。運(yùn)動(dòng)學(xué)仿真--通過(guò)加工過(guò)程仿真，驗(yàn)證加工工藝的合理性和經(jīng)濟(jì)性，優(yōu)化設(shè)備布局，調(diào)整運(yùn)行程序和生產(chǎn)節(jié)拍，檢查系統(tǒng)存在瓶頸，改善優(yōu)化生產(chǎn)工藝流程。動(dòng)力學(xué)仿真--應(yīng)用機(jī)床動(dòng)力學(xué)、切削熱力學(xué)、機(jī)電耦合動(dòng)力學(xué)模型等對(duì)生產(chǎn)線數(shù)字孿生體進(jìn)行動(dòng)力學(xué)仿真，優(yōu)化工藝參數(shù)，實(shí)現(xiàn)高質(zhì)量、穩(wěn)定性生產(chǎn)。

通過(guò)數(shù)字孿生體不同類(lèi)型的仿真與優(yōu)化，可觀察生產(chǎn)線運(yùn)行狀態(tài)以及工序間生產(chǎn)節(jié)拍的協(xié)調(diào)性，動(dòng)態(tài)調(diào)整和優(yōu)化生產(chǎn)工藝參數(shù)，完成智能制造過(guò)程的運(yùn)維服務(wù)。物理生產(chǎn)線實(shí)體與生產(chǎn)線數(shù)字孿生體相互間的映射關(guān)系6.4生產(chǎn)系統(tǒng)預(yù)測(cè)性維護(hù)6.4.1生產(chǎn)系統(tǒng)維護(hù)理念的進(jìn)化1）事后維護(hù)：系統(tǒng)發(fā)生故障后進(jìn)行維護(hù)，往往會(huì)導(dǎo)致生產(chǎn)能力下降，

質(zhì)量品質(zhì)變差、甚至?xí)l(fā)生嚴(yán)重事故。2）預(yù)防性維護(hù)：是一種定期維護(hù)方法，但難以確定維護(hù)的時(shí)間周

期，周期長(zhǎng)可能會(huì)發(fā)生意外事故，周期短其維護(hù)次數(shù)多，成本高。3）經(jīng)濟(jì)性維護(hù)：是將系統(tǒng)生命周期成本與性能劣化導(dǎo)致的經(jīng)濟(jì)損失

成本進(jìn)行綜合，以確定最終維護(hù)方式，但其成本難以評(píng)估。4）預(yù)測(cè)性維護(hù)：通過(guò)對(duì)系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)連續(xù)在線監(jiān)控，結(jié)合歷史數(shù)

據(jù)和影響系統(tǒng)壽命完整性要素分析，以大數(shù)據(jù)智能、機(jī)械學(xué)習(xí)、

特征識(shí)別與診斷等方法，預(yù)測(cè)系統(tǒng)故障產(chǎn)生趨勢(shì)，提前制定維護(hù)

計(jì)劃方案的一種前瞻性維護(hù)方法。預(yù)測(cè)性維護(hù)是基于對(duì)系統(tǒng)狀態(tài)的持續(xù)監(jiān)控，通過(guò)建立剩余壽命預(yù)測(cè)模型的一種智能系統(tǒng)維護(hù)方法。生產(chǎn)系統(tǒng)故障往往是由于元器件或材料性能漸進(jìn)式衰退所引發(fā)，對(duì)設(shè)備性能退化和剩余壽命評(píng)估是預(yù)測(cè)性維護(hù)具有較好的實(shí)際應(yīng)用前景。下圖是中科院合肥所提出的生產(chǎn)設(shè)備預(yù)測(cè)性維護(hù)系統(tǒng)架構(gòu)。6.4.2預(yù)測(cè)性維護(hù)基本思路生產(chǎn)設(shè)備預(yù)測(cè)性維護(hù)系統(tǒng)架構(gòu)生產(chǎn)設(shè)備預(yù)測(cè)性維護(hù)流程：1）數(shù)據(jù)獲取與處理：以設(shè)備傳感器采集的現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)和歷史數(shù)據(jù)，

以作為設(shè)備剩余壽命預(yù)測(cè)模型建模及模型訓(xùn)練的數(shù)據(jù)源。2）建立及訓(xùn)練模型：應(yīng)用所獲取的數(shù)據(jù)，選擇合適的機(jī)器學(xué)習(xí)算法，

建立設(shè)備剩余壽命預(yù)測(cè)模型，通過(guò)模型訓(xùn)練，獲得不同工況條件

下的設(shè)備剩余壽命預(yù)測(cè)模型。3）設(shè)備工況監(jiān)測(cè)及失效分析：實(shí)時(shí)采集當(dāng)前設(shè)備運(yùn)行數(shù)據(jù)，根據(jù)

所建立的預(yù)測(cè)模型及工況識(shí)別庫(kù)，分析判斷當(dāng)前設(shè)備是否存在

失效可能。4）剩余壽命預(yù)測(cè)：若當(dāng)前設(shè)備功能尚未失效，通過(guò)模型對(duì)其剩余

壽命進(jìn)行計(jì)算預(yù)測(cè)。5）建立專(zhuān)家維護(hù)策略庫(kù)：根據(jù)設(shè)備商所提供的維護(hù)策略、使用者

維護(hù)經(jīng)驗(yàn)及設(shè)備模型仿真，建立可行的設(shè)備維護(hù)專(zhuān)家策略庫(kù)。6）設(shè)備維護(hù)作業(yè)實(shí)施：若設(shè)備預(yù)測(cè)模型識(shí)別判斷出當(dāng)前設(shè)備失效，

根據(jù)故障類(lèi)型，采用相應(yīng)策略進(jìn)行維修實(shí)施；若設(shè)備尚未失效，

根據(jù)該設(shè)備剩余工作壽命以確定設(shè)備維護(hù)和保養(yǎng)策略。不同的設(shè)備其預(yù)測(cè)模型可能結(jié)構(gòu)多樣，須根據(jù)不同的設(shè)備對(duì)象及其功能，建立不同的設(shè)備剩余壽命預(yù)測(cè)模型?；谑Ｓ嗍褂脡勖Ｐ蚏UL的預(yù)測(cè)性維護(hù)，可有效保障生產(chǎn)系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性和安全性，現(xiàn)已被廣泛應(yīng)用于航空航天、武器裝備、石油化工裝備、高鐵及道路橋梁隧道等領(lǐng)域。

6.4.3預(yù)測(cè)性維護(hù)建模技術(shù)基于RUL模型的生產(chǎn)系統(tǒng)預(yù)測(cè)性維護(hù)閉環(huán)框架。1、退化模型--是采用數(shù)學(xué)公式來(lái)表征設(shè)備性能退化與其影響因素間

的關(guān)系，常用的有物理退化和經(jīng)驗(yàn)退化兩類(lèi)模型。1）物理退化模型--根據(jù)設(shè)備所承受的應(yīng)力應(yīng)變、疲勞損傷、斷裂

力學(xué)及能量消耗等物理量，通過(guò)微分或差分方程將設(shè)備多種影

響因素與疲勞壽命關(guān)系建立的退化模型，如Paris、Forman金屬

材料疲勞擴(kuò)展裂紋預(yù)測(cè)模型等。

不足：簡(jiǎn)單設(shè)備且影響因素單一時(shí)其預(yù)測(cè)精度較高，但實(shí)際生產(chǎn)

性能退化與較多因素有關(guān)，外部環(huán)境復(fù)雜多變，其模型難以建立。2）經(jīng)驗(yàn)退化模型--依賴(lài)于充足的歷史數(shù)據(jù)和經(jīng)驗(yàn)知識(shí)，基于經(jīng)驗(yàn)

方法建立，可較好解釋設(shè)備退化演變規(guī)律。如基于概率論框架

的經(jīng)驗(yàn)退化模型，包括維納過(guò)程、伽馬過(guò)程、逆高斯過(guò)程等都

能較好描述設(shè)備退化過(guò)程的時(shí)變和不確定特征。常用RUL預(yù)測(cè)模型：有退化模型和數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)模型兩大類(lèi)。2、數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)模型：具有強(qiáng)大的