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工厂数字化与智能化的四个阶段

www.cechina.cn2018.05.31阅读 4620

  近几年,伴随着信息技术向工业渗透,工业大数据工业物联网数字化工厂工业互联网平台等一批新的智能制造方案开始成为热门词汇。不过我国制造业门类齐全,各行各业都有,而且数字化和智能化程度各不相同,不同企业适合不同的方案。为方便对制造企业的数字化和智能化进行分析,亿欧智库认为可以将企业数字化和智能化划分成四大阶段进行讨论。


  一、自动化产线与生产装备


  不论是离散制造企业,还是流程加工企业,使用自动化装备进行生产,也就是实现工厂的装备自动化,都是智能制造的基本方式。自动化行业发展了很多年,很多行业都有专门的自动化解决方案商,近两年机器人也被越来越多的企业所采用。使用自动化装备实现机器换人,直观地提升生产效率,只要投资回收期在可接受范围内,是企业最了解,也意愿最强的升级改造方案。
  二、设备联网与数据采集


  智能化生产以信息化为基础,而将工厂里各式设备接入网络,采集设备的数据,则是信息化的基础。针对不同工业设备,数据采集有不同的方式:
  有数据接口的设备控制工程网版权所有,如机器人,机床控制工程网版权所有,PLC控制器,智能化仪器仪表等,将设备数据传输到网关。
  没有现成数据的设备,通过安装传感器或进行智能化改造,增加通讯能力,基于有线或无线方式,将数据传输到网关。
  数据传输到网关后,网关基于边缘计算进行数据就地分析和存储,或将数据、分析结果汇总,通过有线或无线的方式,传输到公有或私有云服务器进行显示和后续分析。
  设备的联网接入需要达成三个层次:互联(硬件接口的连接)、互通(软件层面的数据格式与规范)、语义互操作(语义的定义与规范),其中前两个层次相对简单,第三个层次由于标准不统一,实现起来较难,不过也有OPC UA等协议正逐步成为推荐的规范标准。
  三、数据打通与直接应用


  1.新型MES/ERP软件
  除了设备处采集的数据,工厂生产管理软件中,也存在很多数据。过去这些数据以离散的数据孤岛存在,彼此信息隔离CONTROL ENGINEERING China版权所有,各级管理数据不能很好的综合分析。如今一些企业开始通过新型管理软件,对工厂的数据进行整合打通,并在此基础上提供更高效的信息传递、生产管理和协同。新形态管理软件名称以MES/ERP等呈现,但功能基本是实现过去MES、ERP、CRM甚至OA等功能的综合集成。很多企业提供给工厂的通常不只是一套软件,而是整套工厂改造的解决方案。
  2.远程运维系统


  基于设备联网,一些企业为自家产品或装备制造企业提供装备远程运维解决方案。通过在装备中加装物联网设备,使装备厂商可以远程随时随地对设备进行监控、升级和维护等操作,更好的了解产品的使用状况,完成产品全生命周期的信息收集,指导产品设计和售后服务。基于IoT可以远程监控的指标如:设备分布,状态,用户活跃度监测;行业、地区、企业用量统计分析;远程异常报警,故障分析,授权开关机设备监测等。
  在设备联网的基础上,还可以开展诸如设备租赁、设备保险、精准供应链等创新业务。
  3.AR辅助作业


  AR眼镜可以在不影响工人双手操作的情况下进行信息显示,在工人进行生产操作、操作培训、设备巡检、设备维修等场景时控制工程网版权所有,AR眼镜额外提供设备的图纸、运行数据、结构原理、操作步骤等信息引导或辅助操作人员执行操作。还可以基于AR眼镜,将现场图像传给远程专家,方便远程专家实时指导。
  四、数据智能分析与应用
  1.工业大数据
  大数据技术兴起后,诞生了一批以工业大数据应用为核心应用方向的企业,开展在工业的各个领域的应用CONTROL ENGINEERING China版权所有,主要应用方向有:预防性维修、智能生产优化、智慧供应链、智能营销等,其中侧重生产环节的主要是预防性维修和生产环节优化。
  预防性维修主要面向设备的运用环节,基于AI进行灰度建模,提前对故障进行预测,减少设备停机,提高设备利用率,避免停机损失,将设备维修从事后维修转向预防性维修。生产过程优化是在制造过程数字化监控的基础上,用大数据、人工智能算法建立模型,研究不同参数变化对设备状态与整体生产过程的影响,并根据实时数据与现场工况动态调优,提供智能设备故障预警、工艺参数最优推荐、降低能耗、提升良品率等一项或多项功能。
  2.数字化双胞胎


  在工厂全面数字化的基础上,产品研发类企业通过数字化双胞胎,从而实现更高阶段智能化迈进。数字化双胞胎以数字化方式为真实产品、设备、工厂等物理对象创建虚拟模型,模拟其在现实环境中的行为特征,创建对应的仿真数字化模型,完整真实在数字世界中再现整个企业,使企业在实际投入生产之前即能在虚拟环境中优化、仿真和测试,在生产过程中也可同步优化整个企业流程。数字化双胞胎具体包括“产品数字化双胞胎”、“生产工艺流程数字化双胞胎”和“设备数字化双胞胎”三个领域。
  以上四个阶段并不是严格按顺序进行的,各阶段不是孤立的,边界比较模糊,很多具体应用方案可能跨越其中多个阶段。工厂的改造也不一定都是从自动化装备开始 。多数情况下客户工厂需要的方案跨越了数字化改造的多个阶段,但不同供应商的业务侧重点和覆盖范围各不相同,不少供应商或工厂实施的是跨越多阶段的方案,但自身技术和能力会侧重其中某个阶段的工作。也有一些企业声称提供智能工厂整体解决方案。
  在单个工厂数字化的基础上,工厂还可以通过C2M模式与消费者建立连接,通过工业互联网平台,与整个行业和产业上下游建立起连接。

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