体系架构：BOL、MOL与EOL控制分析

图12.4为基于泛在感知计算的离散型智能工厂参考体系架构，包括6层，分别为生产资源层、业务环境层、信息交互层、信息处理层、智能服务层和系统支撑层，各个层次的具体含义如下所述。

图12.4　基于泛在感知计算的离散型智能工厂参考体系架构

1.生产资源层

生产资源层由智能化的生产资源、系统构成，具体包括：

（1）智能仓库。除了具备典型自动化仓库的基本特征以外，还作为整个生产物流的一部分，根据生产需求信息和物流运作信息，采取一定的策略实现生产库存的最优化和生产补给的自动化。

（2）智能产品、智能工具、零部件。利用自动识别技术对产品、智能工具、零部件进行身份唯一标识，同时能够实时记录和更新自身的属性信息和状态信息，为制造、物流和管理智能化提供基础条件。

（3）智能物流系统。主要由各种物流搬运单元（搬运机器人、机械手等）、物流运输单元（移动式物流设备、传送带等）、物流存放单元（物流堆栈）组成。智能物流系统的特点是物流对象自动识别、自动判断执行动作、实时物流调度。

（4）智能机床及智能加工单元。具备上述智能设备所描述的特征。此外，智能加工单元可以看作是智能机床、智能机器人和智能物流系统相结合的、封闭的柔性制造生产单元。

（5）智能装配生产线。具有工件、产品、工具自动识别，自动工艺加载与生产指导，自动需求统计等功能，兼顾自动化装配和自动测量等自动化技术，最大限度地降低和辅助人为活动。

（6）智能环境监测。通过无处不在的传感器网络实时监测包括声、热、光、电等能够反映制造环境信息，与企业管理和生产相关的环境状态信息，同时能够智能地调整相应系统，实现环境智能化。

2.业务环境层(www.xing528.com)

业务环境层包含了产品全生命周期范围内的各个业务环节，可划分为BOL、MOL和EOL等3个阶段（唐任仲等，2011）。其中BOL可具体分为研发、采购、加工、装配等，在这一阶段，产品主要由制造企业进行控制，供应商负责原材料、零部件的供应；MOL包括使用、维护（维修）等阶段，在这一阶段，产品主要由客户进行控制，通过产品产生对客户有利的效益，制造企业可能参与进来对产品进行远程监控和维修；EOL包括回收、报废等阶段，这一阶段需要客户和制造企业一起参与，根据产品的具体情况，对产品进行拆卸和再利用。产品在BOL、MOL和EOL等3个阶段产生了大量的信息，这些信息需要按照合理的粒度和时间点进行采集。

3.信息交互层

信息交互层建立在业务环境层的基础上，包含了大量的智能感知计算设备，主要是对产品全生命周期范围内业务过程流里的数据进行实时采集、传输、预处理和访问。典型的智能感知计算设备包括RFID系统、电子看板、移动电脑、PDA、ZigBee节点等，通过这些设备，能第一时间采集到各种信息。同时，制造系统中的管理人员、操作工等可以通过这些智能感知计算设备，按照自己的需求，设定访问或查询条件，访问制造资源、制造过程的状态信息，访问的结果多以图形和报表的形式返回。

4.信息处理层

信息处理层主要是对信息交互层产生的原始数据和简单事件进行进一步的加工、处理，提取其语义信息。对数据和事件的处理依赖于一系列的智能算法和技术，如针对数据进行挖掘和分析的有效方法有聚类分析（Clustering Analysis，CA）、决策树分析（Decision Tree Analysis，DTA）、神经元网络（Neutral Network，NN）、关联规则分析（Association Rule Analysis，ARA）等；而针对简单事件进行处理的方法则有复杂事件处理技术（Complex Event Process，CEP），目前已经在事件驱动的架构（Event-Driven Architecture，EDA）中得到广泛应用。通过这些智能算法，使大量简单的原始数据和事件映射和转换为高层的信息、复杂事件及知识，为进一步实现对制造系统的反馈控制奠定基础。

5.智能服务层

第5层为智能服务层，是支撑智能工厂各种应用的核心，实现支持多系统多协议的信息交互、感知信息处理与智能化应用、感知层资源管控与维护以及支持外部系统访问与集成应用等基本功能，主要根据经过处理的信息或知识对制造系统进行必要的反馈控制和调整。智能服务层中包含了两种类型的智能体：一是智能服务组件（Intelligent Service Component，ISC）。智能服务组件以面向服务的架构（Service-Oriented Architecture，SOA）实现，每个智能服务组件实际上就是一个存储在计算机系统中的智能模型，服务组件提供一个接口，可以响应外部的服务请求，被外部服务请求者调用。不同的服务组件还可以按照一定的服务规则进行编排，从而组合完成更多样化、更复杂的服务请求。二是所谓的人件（Human Ware，HW）。人件包括人（尤其是专家）的思维、知识和经验，并具有良好的学习能力和适应能力，对智能服务组件是一种极佳的补充，能较好地弥补智能服务组件的局限性。人件和智能服务组件共同构成了智能制造系统的大脑，能根据信息快速进行决策，动态地对制造系统的行为进行控制。目前，该层相应的技术和系统产品尚不成熟，与大规模应用尚存在较大差距，需要开展针对生产过程的信息处理与挖掘技术、工业异构系统集成服务以及工业语义中间件等关键技术的研究，解决资源之间异构带来的信息共享、流程协同和管理维护等问题，并开发智能化的软件系统和工具。

6.系统支撑层

第6层为系统支撑层，主要包含互联网、无线网、物联网等网络系统，数据库和防火墙。智能工厂是基于泛在信息的智能制造模式，需要实现人、机、物之间随时随地的通信。人与人、人与物、物与物之间能通信，必须由一个畅通的、安全的、智能的网络系统作支撑。基于无线传感网络、工业现场总线、工业以太网、互联网等各种有线及无线网络通信，通过标准化的异构网络互联技术、智能接入技术、智能路由等新技术、新设备，构建起新型的、一体化的、能够无缝接入的智能化网络系统，为企业生产管理和工业控制系统通信提供一个标准的、安全的、统一的信息传输环境。系统支撑层提供了智能工厂运行的保证：通过互联网、无线网、物联网等网络系统，制造业务人员能通过各种类型的智能感知计算设备随时随地访问所需要的资源、获取所需要的服务，而不受到设备、场所的限制；通过数据库，智能制造环境中的各类原始数据、智能信息能被有效、合理地进行存储，对于大型集团公司的智能制造系统，其数据可存储在企业自备的服务器集群中，对于中小企业，可存储在信息服务提供商（典型的如Google、Amazon等）的云存储端；通过防火墙等信息安全措施，能切实保证智能制造系统应用的安全性，尤其是对RFID标签进行有效保护，防止信息泄露。