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    什么是智慧工廠?

    作者:威海網絡公司 日期:2019-12-31 點擊:132

    當前,智能制造熱度高企,石化、鋼鐵、機械裝備制造、汽車制造、航空航天、飛機制造等行業紛紛開始探索建設智慧工廠?!吨袊圃?025》明確提出要推進制造過程智能化,在重點領域試點建設智慧工廠/數字車間,這必將加速智慧工廠在工業行業領域的應用推廣。隨著機器人使用的不斷擴大,預計未來3-5年,全國將涌現出一批智慧工廠。

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    智慧工廠的內涵及建設重點

    智慧工廠是實現智能制造的重要載體,主要通過構建智能化生產系統、網絡化分布生產設施,實現生產過程的智能化。企業基于CPS和工業互聯網構建的智慧工廠原型,主要包括物理層、信息層、大數據層、工業云層、決策層。其中,物理層包含工廠內不同層級的硬件設備,從最小的嵌入設備和基礎元器件開始,到感知設備、制造設備、制造單元和生產線,相互間均實現互聯互通。以此為基礎,構建了一個“可測可控、可產可管”的縱向集成環境。

    信息層涵蓋企業經營業務各個環節,包含研發設計、生產制造、營銷服務、物流配送等各類經營管理活動,以及由此產生的眾創、個性化定制、電子商務、可視追蹤等相關業務。在此基礎上,形成了企業內部價值鏈的橫向集成環境,實現數據和信息的流通和交換??v向集成和橫向集成均以CPS和工業互聯網為基礎,產品、設備、制造單元、生產線、車間、工廠等制造系統的互聯互通,及其與企業不同環節業務的集成統一,則是通過數據應用和工業云服務實現,并在決策層基于產品、服務、設備管理支撐企業最高決策。這些共同構建了一個智慧工廠完整的價值網絡體系,為用戶提供端到端的解決方案。

    由于產品制造工藝過程的明顯差異,離散制造業和流程制造業在智慧工廠建設的重點內容有所不同。對于離散制造業而言,產品往往由多個零部件經過一系列不連續的工序裝配而成,其過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組織的難度和配套復雜性。企業常常按照主要的工藝流程安排生產設備的位置,以使物料的傳輸距離最小。面向訂單的離散型制造企業具有多品種、小批量的特點,其工藝路線和設備的使用較靈活,因此,離散制造型企業更加重視生產的柔性,其智慧工廠建設的重點是智能制造生產線。

    流程型制造業的特點是管道式物料輸送,生產連續性強,流程比較規范,工藝柔性比較小,產品比較單一,原料比較穩定。對于流程制造業而言,由于原材料在整個物質轉化過程中進行的是物理化學過程,難以實現數字化,而工序的連續性使得上一個工序對下一個工序的影響具有傳導作用,即如果第一道工序的原料不可用,就會影響第二道工序。因此,流程型制造業智慧工廠建設的重點在于實現生產工藝的智能優化和生產全流程的智能優化,即智能感知生產條件變化,自主決策系統控制指令,自動控制設備,在出現異常工況時,即時預測和進行自愈控制,排除異常、實現安全優化運行;在此基礎上,智能感知物流、能源流和信息流的狀況,自主學習和主動響應,實現自動決策。


    智慧工廠發展重點環節

    隨著未來智慧工廠發展浪潮的逼近。未來,將有幾個行業或者領域迎來發展高潮。

    首先是虛擬仿真設計。隨著三維數字化技術的發展,傳統的以經驗為主的模擬設計模式逐漸轉變為基于三維建模和仿真的虛擬設計模式,使未來的智慧工廠能夠通過三維數字建模、工藝虛擬仿真、三維可視化工藝現場應用,避免傳統的“三維設計模型→二維紙質圖紙→三維工藝模型”研制過程中信息傳遞鏈條的斷裂,摒棄二維、三維之間轉換,提高產品研發設計效率,保證產品研發設計質量。

    隨著仿真技術的發展,原有的對工件幾何參數及干涉進行校驗的幾何仿真逐漸轉變成產品加工、裝配、拆卸、切削和成型過程的物理仿真,使未來的智慧工廠實現在復雜虛擬環境下對產品運行生產效果進行仿真分析和驗證,以達到產品開發周期和成本的最低化、產品設計質量的最優化和生產效率的最高化,增強企業的競爭能力。、

    未來我國應著重突破MBD技術、物理仿真引擎系統架構、仿真模型三個環節。

    其次是網絡化智能設備。生產設備的智能化程度將在網絡化條件下得到快速提升,傳統制造模式出現顛覆性的變革,具體表現高度密集的生產設備、生產設備智能化和柔性化制造方式這三個方面。

    隨著技術的進步以及人工成本的逐漸上升,未來工廠內所有工作逐漸由系統控制的核心生產設備來實現,工作人員不直接參與生產第一線工作,只是從事一些新產品開發、生產工藝改進、新機器設備發明創新等高質量復雜勞動。高度密集的生產設備將使未來智慧工廠的生產成本逐漸降低,產品質量將得到大幅提升。

    在生產設備智能化方面,生產設備聯網助力未來工廠日益智能化。生產設備依托安全的生產網絡和系統能夠實現智能校正、智能診斷、智能控制、智能管理等功能和生產設備之間的智能化信息交換,協同性和開放性明顯提升。智能化生產設備的應用,使未來智慧工廠生產過程更加靈活、高效并具有可持續發展性。

    在柔性化制造方式方面,增材制造方式促進智慧工廠日漸綠色化和柔性化。傳統的材料去除加工方法將逐漸被低耗能、低污染甚至無污染的增材制造方式所取代,這種制造方式尤其適合動力設備、航空航天、汽車等高端產品上的關鍵零部件的生產。

    再次是模塊化定制生產。多批次、小產量的生產盈利能力在模塊化生產方式下逐漸得到提升,產品日益滿足消費者個性化需求,具體表現在模塊生產和模塊組裝這兩個方面。

    在模塊生產方面,生產可自由組合的模塊助力智慧工廠日益集約化。傳統的固定生產線將無法滿足客戶定制化需求而逐漸消失,可動態組合的模塊化生產方式將成為主流。在模塊化生產方式下,產品被分解成無數個具有不同用途或性能的模塊。每個模塊將通過制造執行系統被生產出來,杜絕未來智慧工廠的浪費環節,保證質量、優化成本、縮短周期。

    在模塊組裝方面,標準化、通用化模塊之間的組合提升智慧工廠定制化生產盈利能力。根據產品的性能、結構選擇滿足需求的模塊,通過模塊結構的標準化,將選取出的各模塊自由組裝出滿足客戶個性化需求的產品,使未來智慧工廠產品的品種更豐富、功能更齊全、性能更穩定。

    大數據化精益管理。產品的研發、生產和管理方式通過工業大數據挖掘和分析逐漸得到創新,工廠管理日趨精益化。具體表現在客戶價值管理、精益生產和精益供應鏈這三個方面。

    在客戶價值管理方面,基于大數據的客戶價值提升趨勢明顯。隨著移動互聯、工業物聯網等新一代信息技術逐漸滲透到產品生產的各個環節,大數據配套軟硬件的日益完善,安全性和標準化程度的逐步提升,通過對客戶與工業企業之間的交互和交易行為方面大數據的分析,產品的研發設計呈現出眾包化發展趨勢,同時產品售后服務得到不斷改進和完善。

    在精益生產方面,基于大數據的生產制造日益精益化。制造企業通過實時收集生產過程中所產生的大數據,對生產設備診斷、用電量、能耗、質量事故等方面進行分析與預測,能夠及時發現生產過程中的錯誤與瓶頸并進行優化。通過運用大數據技術,未來智慧工廠實現生產制造的精益化,提升生產過程的透明度、綠色性、安全性和產品的質量。

    在精益供應鏈方面,基于大數據的供應鏈優化趨勢顯著。隨著大數據基礎條件的日益成熟,制造企業能夠獲得完整的產品供應鏈方面的大數據,通過對這些大數據的分析,預測零配件價格走勢、庫存等情況,克服傳統供應鏈中缺乏協調和信息共享等問題,避免牛鞭效應的發生,實現供應鏈的優化?;诖髷祿木婀湽芾硐麥p了智慧工廠整個供應鏈條中成本和浪費情況,提升了倉儲和配送效率,實現了無庫存或庫存達到極小。

    最后是柔性化新型人機交互。人與機器的信息交換方式隨著技術融合步伐的加快向更高層次邁進,新型人機交互方式被逐漸應用于生產制造領域。具體表現在智能交互設備柔性化和智能交互設備工業領域應用這兩個方面。

    在智能交互設備柔性化方面,技術和硬件的不斷更新有利于智能交互設備日益柔性化優勢的形成。隨著移動互聯、工業物聯網、云計算、人機交互和識別技術等核心技術的發展,交互設備硬件日趨柔性化,智能交互設備逐漸呈現出設計自由新穎、低功耗、經摔耐用、貼近人體等優勢,這就為未來智慧工廠新型人機交互的實現提供了基礎。

    在智能交互設備工業領域應用方面,柔性化智能交互設備助力智慧工廠新型人機交互方式的實現。隨著技術融合步伐的加快,柔性化智能交互設備從個人消費領域被逐漸引入到制造業,作為生產線裝配及特殊環節工作人員的技術輔助工具,使工作人員與周邊的智能設備進行語音、體感等新型交互。智能交互設備工業領域的應用,提升了未來智慧工廠的透明度和靈活性。

    本文由威海軟件公司半島科技轉載整理2019.12.31

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