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行業(yè)知識(shí)

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轉(zhuǎn)型企業(yè)智能工廠的思考與建設(shè)重點(diǎn)

發(fā)表時(shí)間:2019-02-25 11:46:08

一、智能工廠的內(nèi)涵及建設(shè)重點(diǎn)

  智能工廠是實(shí)現(xiàn)智能制造的重要載體,主要通過(guò)構(gòu)建智能化生產(chǎn)系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)化分布生產(chǎn)設(shè)施,實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過(guò)程的智能化。智能工廠已經(jīng)具有了自主能力,可采集、分析、判斷、規(guī)劃;通過(guò)整體可視技術(shù)進(jìn)行推理預(yù)測(cè),利用仿真及多媒體技術(shù),將實(shí)境擴(kuò)增展示設(shè)計(jì)與制造過(guò)程。系統(tǒng)中各組成部分可自行組成最佳系統(tǒng)結(jié)構(gòu),具備協(xié)調(diào)、重組及擴(kuò)充特性。已系統(tǒng)具備了自我學(xué)習(xí)、自行維護(hù)能力。因此,智能工廠實(shí)現(xiàn)了人與機(jī)器的相互協(xié)調(diào)合作,其本質(zhì)是人機(jī)交互。


  在智能工廠的體系架構(gòu)中,質(zhì)量管理的五要素也相應(yīng)的發(fā)生變化,因?yàn)樵谖磥?lái)智能工廠中,人類、機(jī)器和資源能夠互相通信。智能產(chǎn)品知道它們?nèi)绾伪恢圃斐鰜?lái)的細(xì)節(jié),也知道它們的用途。它們將主動(dòng)地對(duì)制造流程,回答諸如我什么時(shí)候被制造的對(duì)我進(jìn)行處理應(yīng)該使用哪種參數(shù)、我應(yīng)該被傳送到何處等問(wèn)題。


  企業(yè)基于CPS和工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)構(gòu)建的智能工廠原型,主要包括物理層、信息層、大數(shù)據(jù)層、工業(yè)云層、決策層。其中,物理層包含工廠內(nèi)不同層級(jí)的硬件設(shè)備,從最小的嵌入設(shè)備和基礎(chǔ)元器件開始,到感知設(shè)備、制造設(shè)備、制造單元和生產(chǎn)線,相互間均實(shí)現(xiàn)互聯(lián)互通。以此為基礎(chǔ),構(gòu)建了一個(gè)可測(cè)可控、可產(chǎn)可管的縱向集成環(huán)境。信息層涵蓋企業(yè)經(jīng)營(yíng)業(yè)務(wù)各個(gè)環(huán)節(jié),包含研發(fā)設(shè)計(jì)、生產(chǎn)制造、營(yíng)銷服務(wù)、物流配送等各類經(jīng)營(yíng)管理活動(dòng),以及由此產(chǎn)生的眾創(chuàng)、個(gè)性化定制、電子商務(wù)、可視追蹤等相關(guān)業(yè)務(wù)。在此基礎(chǔ)上,形成了企業(yè)內(nèi)部?jī)r(jià)值鏈的橫向集成環(huán)境,實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)和信息的流通和交換。


  縱向集成和橫向集成均以CPS和工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)為基礎(chǔ),產(chǎn)品、設(shè)備、制造單元、生產(chǎn)線、車間、工廠等制造系統(tǒng)的互聯(lián)互通,及其與企業(yè)不同環(huán)節(jié)業(yè)務(wù)的集成統(tǒng)一,則是通過(guò)數(shù)據(jù)應(yīng)用和工業(yè)云服務(wù)實(shí)現(xiàn),并在決策層基于產(chǎn)品、服務(wù)、設(shè)備管理支撐企業(yè)最高決策。這些共同構(gòu)建了一個(gè)智能工廠完整的價(jià)值網(wǎng)絡(luò)體系,為用戶提供端到端的解決方案。

  由于產(chǎn)品制造工藝過(guò)程的明顯差異,離散制造業(yè)和流程制造業(yè)在智能工廠建設(shè)的重點(diǎn)內(nèi)容有所不同。對(duì)于離散制造業(yè)而言,產(chǎn)品往往由多個(gè)零部件經(jīng)過(guò)一系列不連續(xù)的工序裝配而成,其過(guò)程包含很多變化和不確定因素,在一定程度上增加了離散型制造生產(chǎn)組織的難度和配套復(fù)雜性。企業(yè)常常按照主要的工藝流程安排生產(chǎn)設(shè)備的位置,以使物料的傳輸距離最小。面向訂單的離散型制造企業(yè)具有多品種、小批量的特點(diǎn),其工藝路線和設(shè)備的使用較靈活,因此,離散制造型企業(yè)更加重視生產(chǎn)的柔性,其智能工廠建設(shè)的重點(diǎn)是智能制造生產(chǎn)線。

  二、智能工廠主要建設(shè)模式

  由于各個(gè)行業(yè)生產(chǎn)流程不同,加上各個(gè)行業(yè)智能化情況不同,智能工廠有以下幾個(gè)不同的建設(shè)模式。

  第一種模式是從生產(chǎn)過(guò)程數(shù)字化到智能工廠。在石化、鋼鐵、冶金、建材、紡織、造紙、醫(yī)藥、食品等流程制造領(lǐng)域,企業(yè)發(fā)展智能制造的內(nèi)在動(dòng)力在于產(chǎn)品品質(zhì)可控,側(cè)重從生產(chǎn)數(shù)字化建設(shè)起步,基于品控需求從產(chǎn)品末端控制向全流程控制轉(zhuǎn)變。

  第二種模式是從智能制造生產(chǎn)單元(裝備和產(chǎn)品)智能工廠。在機(jī)械、汽車、航空、船舶、輕工、家用電器和電子信息等離散制造領(lǐng)域,企業(yè)發(fā)展智能制造的核心目的是拓展產(chǎn)品價(jià)值空間,側(cè)重從單臺(tái)設(shè)備自動(dòng)化和產(chǎn)品智能化入手,基于生產(chǎn)效率和產(chǎn)品效能的提升實(shí)現(xiàn)價(jià)值增長(zhǎng)。

  第三種模式是從個(gè)性化定制到互聯(lián)工廠。在家電、服裝、家居等距離用戶最近的消費(fèi)品制造領(lǐng)域,企業(yè)發(fā)展智能制造的重點(diǎn)在于充分滿足消費(fèi)者多元化需求的同時(shí)實(shí)現(xiàn)規(guī)模經(jīng)濟(jì)生產(chǎn),側(cè)重通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)開展大規(guī)模個(gè)性定制模式創(chuàng)新。

  三、智能工廠發(fā)展重點(diǎn)環(huán)節(jié)

  智能生產(chǎn)的側(cè)重點(diǎn)在于將人機(jī)互動(dòng)、3D打印等先進(jìn)技術(shù)應(yīng)用于整個(gè)工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程,并對(duì)整個(gè)生產(chǎn)流程進(jìn)行監(jiān)控、數(shù)據(jù)采集,便于進(jìn)行數(shù)據(jù)分析,從而形成高度靈活、個(gè)性化、網(wǎng)絡(luò)化的產(chǎn)業(yè)鏈。

 

3D打印

      3D打印是一項(xiàng)顛覆性的創(chuàng)新技術(shù),被美國(guó)自然科學(xué)基金會(huì)稱為20世紀(jì)最重要的制造技術(shù)創(chuàng)新。制造業(yè)的全流程都可以引入3D打印,起到節(jié)約成本、加快進(jìn)度、減少材料浪費(fèi)等效果。在設(shè)計(jì)環(huán)節(jié),借助3D打印技術(shù),設(shè)計(jì)師能夠獲得更大的自由度和創(chuàng)意空間,可以專注于產(chǎn)品形態(tài)創(chuàng)意和功能創(chuàng)新,而不必考慮形狀復(fù)雜度的影響,因?yàn)?/span>3D打印幾乎可以完成任何形狀的物品構(gòu)建。在生產(chǎn)環(huán)節(jié),3D打印可以直接從數(shù)字化模型生成零部件,不需要專門的模具制作等工序,既節(jié)約了成本,又能加快產(chǎn)品上市。此外,傳統(tǒng)制造工藝在鑄造、拋光和組裝部件的過(guò)程中通常會(huì)產(chǎn)生廢料,而相同部件使用3D打印則可以一次性成形,基本不會(huì)產(chǎn)生廢料。在分銷環(huán)節(jié),3D打印可能會(huì)挑戰(zhàn)現(xiàn)有的物流分銷網(wǎng)絡(luò)。未來(lái),零部件不再需要從原廠家采購(gòu)和運(yùn)輸,而是從制造商的在線數(shù)據(jù)庫(kù)中下載3D打印模型文件,然后在本地快速打印出來(lái),由此可能導(dǎo)致遍布全球的零部件倉(cāng)儲(chǔ)與配送體系失去存在的意義。


  3D打印經(jīng)過(guò)了近 40 年的發(fā)展,龍頭公司開始實(shí)現(xiàn)顯著盈利,市場(chǎng)認(rèn)可度快速上升,行業(yè)收入增長(zhǎng)加速。根據(jù)典型的產(chǎn)品生命周期理論,技術(shù)產(chǎn)品從導(dǎo)入期進(jìn)入成長(zhǎng)期的過(guò)程中往往表現(xiàn)出加速增長(zhǎng)的特征,判斷目前3D打印產(chǎn)業(yè)正在進(jìn)入加速成長(zhǎng)期。

 

      整個(gè)3D打印行業(yè)產(chǎn)業(yè)鏈大概可分為三個(gè)部分,上游基礎(chǔ)配件行業(yè),3D打印設(shè)備生產(chǎn)企業(yè)、3D打印材料生產(chǎn)企業(yè)和支持配套企業(yè),下游主要是3D打印的各大應(yīng)用領(lǐng)域。通常意義上的3D打印行業(yè)則主要是指3D打印設(shè)備、材料及服務(wù)企業(yè)。


人機(jī)交互

  未來(lái)各類交互方式都會(huì)進(jìn)行深度融合,使智能設(shè)備會(huì)更加自然地與人類生物反應(yīng)及處理過(guò)程同步,包括思維過(guò)程、動(dòng)覺(jué),甚至一個(gè)人的文化偏好等,這個(gè)領(lǐng)域充滿著各種各樣新奇的可能性。

 

     人與機(jī)器的信息交換方式隨著技術(shù)融合步伐的加快向更高層次邁進(jìn),新型人機(jī)交互方式被逐漸應(yīng)用于生產(chǎn)制造領(lǐng)域。具體表現(xiàn)在智能交互設(shè)備柔性化和智能交互設(shè)備工業(yè)領(lǐng)域應(yīng)用這兩個(gè)方面。在生產(chǎn)過(guò)程中,智能制造系統(tǒng)可獨(dú)立承擔(dān)分析、判斷、決策等任務(wù),突出人在制造系統(tǒng)中的核心地位,同時(shí)在工業(yè)機(jī)器人、無(wú)軌agv等智能設(shè)備配合下,更好發(fā)揮人的潛能。機(jī)器智能和人的智能真正地集成在一起,互相配合,相得益彰。本質(zhì)是人機(jī)一體化。

 
傳感器

      
  中國(guó)已經(jīng)基本形成較為完整的產(chǎn)業(yè)鏈結(jié)構(gòu),在材料、器件、系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)等各方面水平不斷完善,自主產(chǎn)品已達(dá)6000種,國(guó)內(nèi)建立了三大傳感器生產(chǎn)基地,分別為:安徽基地,陜西基地和黑龍江基地。政府對(duì)國(guó)內(nèi)傳感器產(chǎn)業(yè)提出了加快力度加快發(fā)展的指導(dǎo)方針,未來(lái)的傳感器發(fā)展將向著智能化的方向改善。

 
工業(yè)軟件

  智能工廠的建設(shè)離不開工業(yè)軟件的廣泛應(yīng)用。工業(yè)軟件包括基礎(chǔ)和應(yīng)用軟件兩大類,其中系統(tǒng)、中間件、嵌入式屬于基礎(chǔ)技術(shù)范圍,并不與特定工業(yè)管理流程和工藝流程緊密相關(guān),以下提到的工業(yè)軟件主要指應(yīng)用軟件,包括運(yùn)營(yíng)管理類、生產(chǎn)管理類和研發(fā)設(shè)計(jì)類軟件等。

  在《中國(guó)制造2025》的大背景下,工業(yè)企業(yè)轉(zhuǎn)變發(fā)展模式、加快兩化融合成為大勢(shì)所趨,工業(yè)軟件以及信息化服務(wù)的需求仍將繼續(xù)增加,中國(guó)繼續(xù)保持著全球工業(yè)軟件市場(chǎng)增長(zhǎng)生力軍的地位。

  具體來(lái)看,2016年我國(guó)工業(yè)軟件行業(yè)中產(chǎn)品研發(fā)類如CAD、CAECAM、CAPP等占比約為8.3%,信息管理類如ERP、CRM、HRM等,占比約為15.5%;生產(chǎn)控制類如MES、PCS、PLC等占比約為13.2%;其余63%均為嵌入式軟件開發(fā)。

  分區(qū)域來(lái)看,華北、華東是工業(yè)軟件應(yīng)用最多的區(qū)域,合計(jì)占到全國(guó)一半左右,具體到省市來(lái)看,北京、上海、蘇州、江蘇是工業(yè)軟件實(shí)力雄厚的區(qū)域,約占中國(guó)工業(yè)軟件市場(chǎng)規(guī)模的一半以上。

 

      廣泛應(yīng)用MES(制造執(zhí)行系統(tǒng))、APS(先進(jìn)生產(chǎn)排程)、PLM(產(chǎn)品生命周期管理) 、ERP(企業(yè)資源計(jì)劃)、質(zhì)量管理等工業(yè)軟件,實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)的可視化和透明化。在新建工廠時(shí),可以通過(guò)數(shù)字化工廠仿真軟件,進(jìn)行設(shè)備和產(chǎn)線布局、工廠物流、人機(jī)工程等仿真,確保工廠結(jié)構(gòu)合理。在推進(jìn)數(shù)字化轉(zhuǎn)型的過(guò)程中,必須確保工廠的數(shù)據(jù)安全和設(shè)備和自動(dòng)化系統(tǒng)安全。在通過(guò)專業(yè)檢測(cè)設(shè)備檢出次品時(shí),不僅要能夠自動(dòng)與合格品分流,而且能夠通過(guò)SPC(統(tǒng)計(jì)過(guò)程控制)等軟件,分析出現(xiàn)質(zhì)量問(wèn)題的原因。
  
云制造

  云制造即制造企業(yè)將先進(jìn)的信息技術(shù)、制造技術(shù)以及新興物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)等交叉融合,工廠產(chǎn)能、工藝等數(shù)據(jù)都集中于云平臺(tái),制造商可在云端進(jìn)行大數(shù)據(jù)分析與客戶關(guān)系管理,發(fā)揮企業(yè)最佳效能。


  云制造為制造業(yè)信息化提供了一種嶄新的理念與模式,云制造作為一種初生的概念,其未來(lái)具有巨大的發(fā)展空間。但云制造的未來(lái)發(fā)展仍面臨著眾多關(guān)鍵技術(shù)的挑戰(zhàn),除了對(duì)于云計(jì)算、物聯(lián)網(wǎng)、語(yǔ)義Web、高性能計(jì)算、嵌入式系統(tǒng)等技術(shù)的綜合集成,基于知識(shí)的制造資源云端化、制造云管理引擎、云制造應(yīng)用協(xié)同、云制造可視化與用戶界面等技術(shù)均是未來(lái)需要攻克的重要技術(shù)。

標(biāo)簽:智能工廠
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