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智能工厂是实现智能制造的重要载体

www.cechina.cn2018.06.22阅读 1860

  智能工厂是实现智能制造的重要载体,主要通过构建智能化生产系统、网络化分布生产设施,实现生产过程的智能化。企业基于CPS和工业互联网构建的智能工厂原型,主要包括物理层、信息层、大数据层、工业云层、决策层。其中,物理层包含工厂内不同层级的硬件设备,从最小的嵌入设备和基础元器件开始,到感知设备、制造设备、制造单元和生产线,相互间均实现互联互通。以此为基础,构建了一个“可测可控、可产可管”的纵向集成环境。
  信息层涵盖企业经营业务各个环节,包含研发设计、生产制造、营销服务、物流配送等各类经营管理活动,以及由此产生的众创、个性化定制、电子商务、可视追踪等相关业务。在此基础上,形成了企业内部价值链的横向集成环境,实现数据和信息的流通和交换。


  实现柔性自动化。结合企业的产品和生产特点,持续提升生产、检测和工厂物流的自动化程度。
  1、产品品种少、生产批量大的企业可以实现高度自动化,乃至建立黑灯工厂;
  2、小批量、多品种的企业则应当注重少人化、人机结合,不要盲目推进自动化,应当特别注重建立智能制造单元。
  3、工厂的自动化生产线和装配线应当适当考虑冗余,避免由于关键设备故障而停线;
  4、同时,应当充分考虑如何快速换模,能够适应多品种的混线生产。
  5、物流自动化对于实现智能工厂至关重要,企业可以通过AGV、行架式机械手、悬挂式输送链等物流设备实现工序之间的物料传递,并配置物料超市,尽量将物料配送到线边。
  智能装备是智能工厂运作的重要手段和工具。智能装备主要包含智能生产设备、智能检测设备和智能物流设备。制造装备在经历了机械装备到数控装备后,目前正在逐步向智能装备发展。智能化的加工中心具有误差补偿、温度补偿等功能,能够实现边检测、边加工。工业机器人通过集成视觉、力觉等传感器,能够准确识别工件,自主进行装配,自动避让人,实现人机协作。金属增材制造设备可以直接制造零件,DMG MORI已开发出能够实现同时实现增材制造和切削加工的混合制造加工中心。智能物流设备则包括自动化立体仓库、AGV、桁架式机械手、悬挂式输送链等。例如,Fanuc工厂就应用了自动化立体仓库作为智能加工单元之间的物料传递工具。
  除了对生产过程中的质量问题进行及时的处理,分析出规律,减少质量问题的再次发生等技术手段以外,在生产过程中对生产设备的制造过程参数进行实时的采集、及时的干预,也是确保产品质量的一个重要手段。
  通过工业互联网的形式对设备进行采集与管理,如采集设备基本状态,对各类工艺过程数据进行实时监测、动态预警、过程记录分析等功能,可实现对加工过程实时的、动态的、严格的工艺控制,确保产品生产过程完全受控。
  智能工厂应如何建立和管理!
  很多人以为花大钱买回一堆数控设备和机器人就建成了智能工厂。这实际上是一种误解。要建成智能工厂,除了生产流程的自动化外,关键还需要企业的信息化,一硬一软,才能发展。缺了生产流程的信息化改造,就相当于在缺水缺电的地区置办一大堆家电,不能充分发挥智能工厂的核心效能。
  因此,在中国制造2025及工业4.0信息物理融合系统CPS的支持下,离散制造业需要实现生产设备网络化、生产数据可视化、生产文档无纸化、生产过程透明化、生产现场无人化等先进技术应用,做到纵向、横向和端到端的集成www.cechina.cn,以实现优质、高效、低耗、清洁、灵活的生产,从而建立基于工业大数据和“互联网”的智能工厂。


  1、生产设备网络化,实现车间“物联网”
  工业物联网的提出给“中国制造2025”、工业4.0提供了一个新的突破口。物联网是指通过各种信息传感设备,实时采集任何需要监控、连接、互动的物体或过程等各种需要的信息,其目的是实现物与物、物与人,所有的物品与网络的连接,方便识别、管理和控制。传统的工业生产采用M2M(Machineto Machine)的通信模式,实现了设备与设备间的通信,而物联网通过Things to Things的通信方式实现人、设备和系统三者之间的智能化、交互式无缝连接。
  在离散制造企业车间,数控车、铣、刨、磨、铸、锻、铆、焊、加工中心等是主要的生产资源。在生产过程中,将所有的设备及工位统一联网管理,使设备与设备之间、设备与计算机之间能够联网通讯,设备与工位人员紧密关联。
  如:数控编程人员可以在自己的计算机上进行编程,将加工程序上传至DNC服务器,设备操作人员可以在生产现场通过设备控制器下载所需要的程序,待加工任务完成后,再通过DNC网络将数控程序回传至服务器中控制工程网版权所有,由程序管理员或工艺人员进行比较或归档,整个生产过程实现网络化、追溯化管理。
  2、生产数据可视化,利用大数据分析进行生产决策
  “中国制造2025”提出以后,信息化与工业化快速融合,信息技术渗透到了离散制造企业产业链的各个环节,条形码、二维码、RFID、工业传感器、工业自动控制系统、工业物联网、ERP、CAD/CAM/CAE/CAI等技术在离散制造企业中得到广泛应用,尤其是互联网、移动互联网、物联网等新一代信息技术在工业领域的应用,离散制造企业也进入了互联网工业的新的发展阶段,所拥有的数据也日益丰富。离散制造企业生产线处于高速运转,由生产设备所产生、采集和处理的数据量远大于企业中计算机和人工产生的数据,对数据的实时性要求也更高。
  在生产现场,每隔几秒就收集一次数据www.cechina.cn,利用这些数据可以实现很多形式的分析,包括设备开机率、主轴运转率、主轴负载率、运行率、故障率、生产率、设备综合利用率(OEE)、零部件合格率、质量百分比等。首先,在生产工艺改进方面,在生产过程中使用这些大数据,就能分析整个生产流程,了解每个环节是如何执行的。
  企业管理人员需要对生产、流通等各个环节深入了解
  智能工厂可以使生产过程中设备之间实现良好的信息交互,使各个环节紧密配合。智能工厂可以使生产过程中每个环节的生产时间、原料供应以及下一环节的生产情况在设备中及时进行处理。智能化系统平台通过整体的优化,使得各个环节的生产配置最优,各个环节的设备得到了高效的利用。未来工厂生产的产品品种会越来越多,工艺也会越来越复杂,这就需要灵活有效的智能排产来管理生产,达到资源的优化配置和设备的最大使用。
  智能工厂的建立也有利于销售的管理。由于未来产品都是定制化程度越来越高,因此,每类产品(甚至每个产品)的交付信息在生产之初已经确认,智能工厂将利用自身的物流系统或者外部更为高效的物流系统进行配货,并实时掌握产品的配送进展。客户的信息也能进行及时的反馈,使得企业对于产品的优化变得可能而具体。
  智能工厂的建立可以提高保障食品的安全的能力。智能工厂建立以后可以使生产过程中的质量信息得到了有效的采集,确保了产品在出现质量问题时及时发现问题出现的具体环节、具体设备以及具体的人员,进行有效的追踪,。与此同时,得益于质量信息的采集,使得企业对于质量的大数据分析变得可能,通过大量产品的数据分析,发现影响质量的关键因素CONTROL ENGINEERING China版权所有,优化生产过程,使得食品的缺陷率降到最低。
  智能工厂主要建设模式
  智能工厂不仅生产过程应实现自动化、透明化、可视化、精益化,而且,在产品检测、质量检验和分析、生产物流等环节也应当与生产过程实现闭环集成。一个工厂的多个车间之间也要实现信息共享、准时配送和协同作业。
  智能工厂的建设充分融合了信息技术、先进制造技术、自动化技术、通信技术和人工智能技术。每个企业在建设智能工厂时,都应该考虑如何能够有效融合这五大领域的新兴技术,与企业的产品特点和制造工艺紧密结合,确定自身的智能工厂推进方案。
  智能工厂主要建设模式
  由于各个行业生产流程不同,加上各个行业智能化情况不同,智能工厂有以下几个不同的建设模式。
  第一种模式是从生产过程数字化到智能工厂。在石化、钢铁、冶金、建材、纺织、造纸、医药、食品等流程制造领域,企业发展智能制造的内在动力在于产品品质可控控制工程网版权所有,侧重从生产数字化建设起步,基于品控需求从产品末端控制向全流程控制转变。
  第二种模式是从智能制造生产单元(装备和产品)到智能工厂。在机械、汽车、航空、船舶、轻工、家用电器和电子信息等离散制造领域,企业发展智能制造的核心目的是拓展产品价值空间,侧重从单台设备自动化和产品智能化入手,基于生产效率和产品效能的提升实现价值增长。
  第三种模式是从个性化定制到互联工厂。在家电、服装、家居等距离用户最近的消费品制造领域,企业发展智能制造的重点在于充分满足消费者多元化需求的同时实现规模经济生产,侧重通过互联网平台开展大规模个性定制模式创新。


  工业软件是智能工厂创新的主要方向,软件的工业应用能够提高设备的智能化程度,改善设备性能和生产效率,实现机器之间的即时沟通,让整个工业生产线处于更加稳定协作的状态,实现企业资源的优化配置。
  同时,随着产品性能的提升和国内劳动力价格上涨,传统制造业的转型升级面临巨大的压力,工业机器人作为智能制造领域的代表,在产业转型的过程中正发挥着越来越重要的作用。工业机器人作为先进生产力的代表,无论是在推动工业信息化生产,还是在推动工业机器人产业发展方面都发挥着重要作用。
  在智能产品进入生产制造流程中的时候,该产品还会作为一个代理,对周围的环境进行感知和产生影响,例如,在生产线上的智能产品可以对智能生产线发出指令,“请握紧我的左边把柄。”
  智能产品还可以对自己不断进行监测,并根据自身状态和环境做出恰当的反应,例如,已经被某智能生产线加工了10多分钟的智能产品,可能会发出指令,“我已经被加工10分钟,请把我传送到下一个生产线环节。”
  中国作为世界工厂,在机器人应用方面拥有巨大的市场潜力,用机器人来代替人类生产,也将越来越受到企业主的关注。虽然,现在电子电工、船舶、汽车装配还是机器人应用的主要领域,但未来在一般的工业领域,如光伏产业、食品产业以及化纤、医药等行业,都会有工业机器人的应用空间。

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