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推進智能制造落地,成功駕馭智慧工廠這一新風口

2019-02-27 09:17 性質:轉載 作者:電氣行家 來源:電氣行家
智慧工廠是現代工廠信息化發展的新階段,是在數字化工廠的基礎上,利用物聯網技術和設備監控技術加強信息管理和服務;清楚掌握產銷流程、提高生產過程的可控性、減少生產線上人工的干...


智慧工廠是現代工廠信息化發展的新階段,是在數字化工廠的基礎上,利用物聯網技術和設備監控技術加強信息管理和服務;清楚掌握產銷流程、提高生產過程的可控性、減少生產線上人工的干預、即時正確地采集生產線數據,以及合理的生產計劃編排與生產進度。并加上綠色智能的手段和智能系統等新興技術于一體,構建一個高效節能的、綠色環保的、環境舒適的人性化工廠。一般而言,智慧工廠的基本概念,至少應該包含制程管控可視化、系統監管全方位及制造綠色化等三層面。

1)制程管控可視化。在制程管控的同時,減少因系統故障造成偏差。而制程中的相關數據均可保留在數據庫中,讓管理者有完整信息進行后續生產規劃,也可以依生產線系統的現況規劃機具的維修保養,也因為信息的整合,可據此建立產品制造的智能組合。

2)系統監管全方位是讓制造設備都具有感知能力,以傳感器做鏈接,系統可進行識別、分析、推理、決策、以及控制功能。這類制造裝備,可以說是先進制造技術、信息技術和智能技術的深度結合。值得注意的是,相關解決方案,并非只是安裝感測軟硬件,而是要建立一個擁有完整設備信息及回饋機制的資料庫,通過系統平臺累積各種信息,讓決策者掌握產品完成時程,即從訂單開始,到產品制造完成、入庫的生產制程信息,都可在資料庫中一目了然,在遇到制程異常時,決策者亦可更為迅速反應,以促進工廠有效運轉與生產,為市場提供更進一步服務。

3)在制造綠色化方面,除了在制造上利用環保材料、留意污染等問題,并與上下游廠商間,從資源、材料、設計、制造、廢棄物回收到再利用處理,以形成綠色產品生命周期管理的循環,更可通過綠色ICT(Information Communication Technology 信息技術與通信技術)的加值應用,延伸至綠色供應鏈的協同管理、綠色制程管理與智能環境監控等,協助上下游廠商與客戶之間共同創造符合環保的綠色產品。

智慧工廠早期多注重制程的智能化,這主要是來自于高科技產業的快速發展,通過計算機平臺系統,直接監控機臺及生產線,適合應用在較為精密的產業上。如半導體芯片等相關制程,多需要在極度潔凈的無塵環境工作,人的變因反而有可能造成產品制程復雜化,因此自動化乃至于智能制造成為這類高科技廠商的最佳選擇。

從系統架構來看,智能制造可以將整個系統分為全方位制造系統、可重組智能系統以及智能化維護系統三個組合。毫無疑問,智能制造的確是自動化的未來發展方向,在制造過程的各個環節,幾乎都可廣泛應用人工智能技術,如專家系統可以用于工程設計、工藝過程設計、生產調度,以及故障診斷等技術,亦可將神經網絡和模糊控制技術等先進技術,應用于產品配方、生產調度等流程,實現制程智能化。

美國ARC將智慧工廠定義為:以制造為中心的數字制造、以設計為中心的數字制造、以管理為中心的數字制造,并考慮了原材料、能源供應、產品銷售的銷售供應,提出用工程技術、生產制造、供應鏈這三個維度來描述工廠的全部活動。通過建立描述這三個維度的信息模型,利用適當的軟件,能夠完整表達圍繞產品設計、技術支持、生產制造以及原材料供應、銷售和市場相關的所有環節的活動。實時數據的支持,實時下達指令指導這些活動,全面優化的并在三個維度之間交互,稱為數字化工廠或智慧工廠,如圖1所示。



數字化工廠以產品全生命周期的相關數據為基礎,在計算機虛擬環境中,對整個生產過程進行仿真、評估和優化,并進一步擴展到整個產品生命周期的新型生產組織方式。數字化工廠主要解決產品設計和產品制造之間的“鴻溝”,實現產品生命周期中的設計,制造、裝配、物流等各個方面的功能,降低設計到生產制造之間的不確定性,在虛擬環境下將生產制造過程壓縮和提前,并得以評估與檢驗,從而縮短產品設計到生產的轉化的時間,并且提高產品的可靠性與成品率。

近年來,制造業面臨的競爭日趨激烈,消費者的需求瞬息萬變,造成產品生命周期愈來愈短,定制化的產品日趨多樣,制造成本亦跟著難以控制;此外,更加復雜的其它因素變項,使得廠商必須隨時面對不穩定的訂單、少量多樣的生產、生產良率的控制,以及備料庫存壓力等相關問題,從中尋求一個能夠同時提升生產力及競爭力的關鍵策略,成為廠商關切方向。而整合平臺、軟件、硬件及機臺的共同發展,讓系統整合制造更加完整;讓工廠精確地管理原料、制程及產品,不但能夠因此降低成本,此外亦能提升效能。制造的智能化,讓制程更加精確,亦確立了工廠自動化的新型態,向智慧工廠邁進。

工廠的信息化建設發展經歷了從IP網絡架構設計,到體現總控中心的信息管理,再到目前對工廠IT系統、通信系統、安防系統、火災報警系統及其它弱電系統的信息綜合管理。可以確定的是,智慧工廠的目標就是設法將IT與生產應用完美融合。

因此,IT基礎設施將是貫穿智慧工廠架構的最重要一環,它不僅傳遞信息,也承擔著提供和制定標準的作用,更是未來信息整合的基礎。智慧工廠未來也將著眼于如何打造一個現代信息通信環境,提供工廠全面的系統整合管理解決方案,讓工廠可以直接并即時的獲取制造設備的生產、運行和質量數據,并利用整合的信息系統解決各類問題。

發展智能制造,我國具備一定基礎優勢。我國工業化和信息化深度融合已推行多年,信息技術廣泛應用于制造業設計、生產等全流程,數字化工具、數控裝備等市場普及率迅速擴大,有效提高了我國制造業的自動化和智能化水平。我國還在物聯網、移動互聯網等領域具有先發優勢。今年政府工作報告中提到的“互聯網+”行動計劃,正是要推動移動互聯網、云計算、大數據、物聯網等與現代制造業結合,推動制造業向智能制造轉型。

無論是發達國家還是發展中國家,世界各國都已取得這樣的共識:制造業是一個國家的重要支柱產業,對國家的繁榮富強和國防安全至關重要。我國已是制造大國,但還不是制造強國。與發達國家相比,我國的智能制造水平還有一定差距。高端傳感器、重要操作系統和數字化基礎的智能化水平還有待提高,工業機器人的普及應用還遠遠不夠,互聯網與工業的融合發展還有很大空間。尚不具備全面推廣智能制造的基礎與條件,因此,要以試點示范為引領,逐步解決智能制造裝備及其關鍵部件受制于人、高端工業軟件缺乏等問題,搭建起智能制造基礎理論和技術體系,迅速提升制造業整體自動化和數字化程度,從而逐步推廣智能制造應用。

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