數(shù)字化智能工廠的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)管理要點(diǎn)

在數(shù)字化智能工廠的生產(chǎn)管理中，除了傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫管理（永久性數(shù)據(jù)）還有許多應(yīng)用包含了對(duì)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)存取和實(shí)時(shí)管理，如柔性自動(dòng)化生產(chǎn)線制造單元的工作狀態(tài)等，所以在研究數(shù)字化智能工廠的軟件時(shí)，就必須首先研究對(duì)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的管理。

實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫是數(shù)據(jù)和事務(wù)都有定時(shí)特性或顯式的定時(shí)限制的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫。實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫是一個(gè)新的數(shù)據(jù)庫研究領(lǐng)域，它在概念、方法和技術(shù)上都與傳統(tǒng)數(shù)據(jù)庫有很大的不同，其核心問題是事物處理既要確保數(shù)據(jù)的一致性，又要保證事物的正確性，而它們都與定時(shí)限制相關(guān)聯(lián)。

近十幾年來，數(shù)據(jù)庫技術(shù)日趨與其他相關(guān)技術(shù)結(jié)合，涌現(xiàn)了許多新型的數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)，如分布式數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)、并行數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)、實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)等。在制造業(yè)生產(chǎn)中，生產(chǎn)控制、過程控制、自動(dòng)化、CAD/CAM、CIMS這些應(yīng)用和傳統(tǒng)應(yīng)用有不同的特征。

一方面，要維護(hù)大量共享數(shù)據(jù)和控制數(shù)據(jù)，另一方面，這些應(yīng)用與傳統(tǒng)應(yīng)用活動(dòng)相比有很強(qiáng)的時(shí)間性，要求在規(guī)定的時(shí)刻和一定的時(shí)間內(nèi)完成其處理，所處理的數(shù)據(jù)也往往是“短暫”的，即有一定的時(shí)效性，過時(shí)則有新的數(shù)據(jù)產(chǎn)生，而使當(dāng)前的決策或推導(dǎo)變成無效。所以，這種應(yīng)用對(duì)實(shí)時(shí)性要求很高，并且對(duì)數(shù)據(jù)的處理和歸檔，事務(wù)優(yōu)先級(jí)要求相對(duì)很高。

在開發(fā)數(shù)字化智能工廠管理軟件之前，首先要對(duì)本企業(yè)的數(shù)據(jù)流進(jìn)行詳細(xì)地的研討，因?yàn)檫@是基礎(chǔ)性的工作，圖1是根據(jù)某企業(yè)生產(chǎn)管理流程規(guī)劃的數(shù)據(jù)流。它體現(xiàn)了各部門之間實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)傳輸、相應(yīng)的數(shù)據(jù)庫等內(nèi)容。在數(shù)據(jù)流中應(yīng)有三種類型的數(shù)據(jù)：

(1)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)

實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)是數(shù)據(jù)流中從柔性制造單元實(shí)時(shí)采集的數(shù)據(jù)以及對(duì)單元實(shí)時(shí)傳送的程序數(shù)據(jù)等，實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)可以是從永久數(shù)據(jù)庫來，但對(duì)制造單元來說，它具有時(shí)間性，隨著時(shí)間的推移，實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)便失效了。

(2)歷史數(shù)據(jù)

財(cái)務(wù)、倉(cāng)儲(chǔ)、物流、銷售、設(shè)計(jì)等部分都要對(duì)產(chǎn)品（數(shù)字化產(chǎn)品）進(jìn)行查詢、統(tǒng)計(jì)等工作，如財(cái)務(wù)根據(jù)本月每人的作業(yè)數(shù)據(jù)進(jìn)行工資計(jì)算（自動(dòng)計(jì)算），物流部門要對(duì)產(chǎn)品生產(chǎn)中用料等進(jìn)行統(tǒng)計(jì)以制訂采購(gòu)計(jì)劃等。

(3)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)

在歷史數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上統(tǒng)計(jì)出的數(shù)據(jù)可以歸為統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，比如作業(yè)統(tǒng)計(jì)、倉(cāng)庫數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)等。同樣實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)也可以用于統(tǒng)計(jì)操作，如流量型數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)操作很容易計(jì)算出產(chǎn)品的產(chǎn)量、產(chǎn)出比等。

實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫在現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)中是一個(gè)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備（柔性制造單元、設(shè)備等）的數(shù)據(jù)收集器，是其他應(yīng)用軟件的數(shù)據(jù)來源的其他應(yīng)用程序必經(jīng)的數(shù)據(jù)通道。實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)負(fù)責(zé)把其他應(yīng)用程序要寫的控制數(shù)據(jù)回寫到現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備，管理實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，歸檔、維護(hù)歷史數(shù)據(jù)，并提供OPC訪問接口；實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫也向外提供ODBC接口，用于連接實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫。實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)至少應(yīng)包含實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫組態(tài)工具、實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫接口、實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)輸入/輸出處理、數(shù)據(jù)察看和維護(hù)工具等內(nèi)容。

數(shù)據(jù)化的硬件必須由智能的軟件進(jìn)行管理，對(duì)一個(gè)制造業(yè)企業(yè)來講，其軟件從大的方面可以歸結(jié)為四大部分：辦公自動(dòng)化軟件（OA）、數(shù)字化車間管理軟件（CPC）、物料管理軟件（MRP）、產(chǎn)品數(shù)字化管理軟件（PDM）。

數(shù)字化車間管理軟件主要是對(duì)生產(chǎn)數(shù)據(jù)流的管理，它主要包含對(duì)加工程序的管理、制造單元（現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備）的狀態(tài)監(jiān)測(cè)、日程管理及刀具的管理四部分。按需求的來源不同，企業(yè)內(nèi)部的物料可分為獨(dú)立需求和相關(guān)需求兩種類型。獨(dú)立需求是指需求量和需求時(shí)間由企業(yè)外部的需求來決定，例如，客戶訂購(gòu)的產(chǎn)品、科研試制需要的樣品、售后維修需要的備品備件等；相關(guān)需求是指根據(jù)物料之間的結(jié)構(gòu)組成關(guān)系由獨(dú)立需求的物料所產(chǎn)生的需求，例如，半成品、零部件、原材料等的需求。

MRP的基本任務(wù)主要有兩個(gè)：從最終產(chǎn)品的生產(chǎn)計(jì)劃(獨(dú)立需求)導(dǎo)出相關(guān)物料(原材料、零部件等)的需求量和需求時(shí)間(相關(guān)需求)；根據(jù)物料的需求時(shí)間和生產(chǎn)(訂貨)周期來確定其開始生產(chǎn)(訂貨)的時(shí)間。

MRP的基本內(nèi)容是編制零件的生產(chǎn)計(jì)劃和采購(gòu)計(jì)劃。然而，要正確編制零件計(jì)劃，首先必須落實(shí)產(chǎn)品的出產(chǎn)進(jìn)度計(jì)劃，用MRPⅡ的術(shù)語就是主生產(chǎn)計(jì)劃(Master Production Schedule，MPS)，這是MRP展開的依據(jù)。MRP還需要知道產(chǎn)品的零件結(jié)構(gòu)，即物料清單(Bill Of Material，BOM)，才能把主生產(chǎn)計(jì)劃展開成零件計(jì)劃；同時(shí)，必須知道庫存數(shù)量才能準(zhǔn)確計(jì)算出零件的采購(gòu)數(shù)量。MRP必須與其他部門相關(guān)聯(lián)（數(shù)據(jù)庫的來源）。

產(chǎn)品數(shù)字化是數(shù)字化智能工廠的核心內(nèi)容，所有的數(shù)據(jù)都與之有關(guān)聯(lián)，產(chǎn)品的數(shù)字化是從設(shè)計(jì)部門開始的，實(shí)質(zhì)上，產(chǎn)品的數(shù)字化也就是產(chǎn)品的參數(shù)化，一系列的參數(shù)代表了產(chǎn)品的所有特征，而這些特征是其他管理軟件的基礎(chǔ)，其結(jié)構(gòu)可用圖6表示。它至少應(yīng)包含諸如備份、查詢、特殊定貨信息、零件信息輸出、配置信息輸出等內(nèi)容。

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