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离散制造业中智能工厂的五个方向
更新时间:2016-03-29 浏览数:

      最近几年,欧美国家最早的针对流程工业提出了“智能工厂”的概念。流程工业的智能工厂由商业智 能、运营智能、操作智能这三个层次组成,由于自身的自动化的水平较高,因此实施智能工厂相对来 说比较容易。与流程工业相比,离散制造业首先在底层制造的环节由于生产工艺的复杂性,如车、铣 、刨、磨、铸、锻、铆、焊对生产设备的智能化的要求很高,投资很大。特别是装备的制造业、家电 、汽车、机械、模具、航空航天、消费电子等产品大都要求产品的智能化,设计的智能化。因此,在 中国制造2025及工业4.0信息物理融合的系统CPS的支持下,离散制造业需要实现生产设备的网络化、 生产的数据可视化、生产文档的无纸化、生产的过程透明化、生产现场的无人化等先进技术的应用, 做到纵向、横和端到端的集成,以实现优质、高效、低耗、清洁、灵活的生产,从而建立基于工业的 大数据和“互联网+”的智能工厂。

 

  《中国制造2025》的提出引发了的强烈的反响,关于中国制造向“中国智造”转型的话题成为中国乃 至国际社会瞩目的焦点。“中国制造2025” 旨在加快推动新一代的信息技术与制造技术的融合发展 ,把智能制造作为两化深度融合的主攻的方向。在重点的领域建设智工厂/数化的车间,加快人机的 智能交互、工业机器人、智能的物流管理等技术和装备在生产过程中的应用,促进制造工艺的仿真优 化、数字化的控制、状态信息实时监测和自适应的控制。

 

  

  1.生产数据的可视化,利用大数据分析进行生产的决策

 

  中国制造2025”提出之后,信息化与工业化的快速的融合,信息技术渗透到了离散制造企业的产业链 的各个环节,条形码、二维码、RFID、工业传的感器、工业的自动控制的系统、工业物联网、ERP、 CAD/CAM/CAE/CAI等技术在离散制造企业中得到了广泛的应用,尤其是互联网、移动互联网、物联网 等新一代的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新发展阶段,所拥有的数 据也日益的丰富。离散制造企业的生产线处于高速的运转,由生产的设备所产生、采集和处理的数据 量远大于企业中的计算机和人工产生的数据,对数据的实时性的要求也更高。

 

  在生产的现场,每隔几秒就会收集一次数据,利用这些数据可以实现了很多形式的分析,包括设备的 开机率、主轴的运转率、主轴的负载率、运行率、故障率、生产率、设备的综合的利用率(OEE)、零 部件的合格率、质量百分比等。首先,在生产的工艺改进方面,在生产的过程中使用这些大数据,就 能分析整个生产的流程,了解每个的环节是如何执行的。一旦有某个流程偏离了标准的工艺,就会产 生一个报警的信号,能更快速地发现错误或者瓶颈的所在,也就能更容易的解决问题。利用大数据技 术,还可以对产品的生产的过程建立虚拟的模型,仿真并优化生产的流程,当所有的流程和绩效的数 据都能在系统中重建时,这种透明度将有助于制造企业改进其生产的流程。再如,在能耗的分析方面 ,在设备生产的过程中利用传感器集中监控所有的生产流程,能够发现能耗的异常或峰值的情形,由 此便可在生产的过程中优化能源的消耗,对所有的流程进行分析将会大大的降低能耗。

 

  2.生产设备的网络化,实现了车间的“物联网”

 

  工业物联网的提出给“中国制造2025”、工业4.0提供了一个新突破口。物联网是指通过各种信息的 传感设备,实时的采集任何需要监控、连接、互动的物体及过程等各种需要的信息,其目的则是要实 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。传统的工业的生产采用M2M (Machine to Machine) 的通信模式,实现设备与设备之间的通信,而物联网则通过Things to  Things 的通信的方式实现人、设备和系统这三者之间的智能化、交互式无缝的连接。

 

  在离散制造企业的车间,数控车、铣、刨、磨、铸、锻、铆、焊、加工中心等是主要的生产的资源。 在生产的过程中,将所有的设备及工位统一的联网管理,使设备与设备之间、设备与计算机之间能够 实现联网通讯,设备与工位人员紧密的关联。如:数控编程的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的服务器,设备的操作人员可以在生产的现场通过设备的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之中,由程序管理员或工艺人员 进行比较或者归档,整个生产的过程实现网络化、追溯化的管理。

 

  3.生产现场的无人化,真正做到了“无人”工厂

 

  “中国制造2025”推动了工业机器人、机械手臂等智能设备的广泛的应用,使工厂无人化制造成为了 可能。在离散制造企业的生产现场,数控的加工中心、智能机器人和三坐标测量仪及其他所有柔性化 的制造单元进行自动化的排产调度,工件、物料、刀具进行自动化装卸的调度,可以达到无人值守的 全自动化的生产模式(Lights Out MFG)。在不间断单元的自动化生产的情况下,管理的生产任务优 先和暂缓,远程查看管理单元内的生产状态的情况,如果生产中遇到问题,一旦解决,立即恢复自动 化的生产,整个生产过程无需人工的参与,真正实现了“无人”智能生产。

 

  实现从制造业的大国向制造业的强国的“升级”,“中国制造2025”成为最有力的战略驱动。离散制 造业智能工厂的五个方向的提出,旨在借助全球先进的智能工厂的整体解决方案(MES-SFC)这一生 产力的引擎,打破组织的边界,将企业的整个生产现场都纳入到管理的网络中,正深刻地改变着制造 的模式、流程乃至整个的制造业的结构,这一具有未来竞争力的创新的成果将有力的推动整个制造业 的转型升级,也让离散制造企业得到了独一无二的新技术的体验,并为行业树立成功的典范。

 

  4.生产过程的透明化,智能工厂的“神经”系统

 

  “中国制造2025”明确的提出了推进制造过程的智能化,通过建设智能的工厂,促进制造工艺仿真的 优化、数字化的控制、状态信息实时的监测和自适应的控制,进而实现整个过程的智能管控。在机械 、汽车、航空、船舶、轻工、家用的电器和电子信息等的离散制造行业,企业发展智能制造的核心的 目的是拓展产品的价值空间,侧重从单台设备的自动化和产品的智能化入手,基于生产的效率和产品 效能的提升实现价值的增长。因此其智能工厂的建设模式为推进生产设备(生产线)的智能化,通过 引进各类的符合生产所需的智能的装备,建立基于制造执行系统MES的车间级的智能生产的单元,提 高精准的制造、敏捷的制造、透明的制造的能力。

 

  离散制造企业的生产现场, MES在实现生产过程中的自动化、智能化、数字化等方面发挥着巨的大作 用。首先,MES借助信息的传递对从订单的下达到产品的完成的整个的生产过程进行优化的管理,减 少企业内部的无附加值的活动,有效地指导工厂的生产运作的过程,提高企业的及时交货的能力。其 次,MES在企业和供应链间的以双向交互的形式提供了生产活动的基础信息,使计划、生产、资源三 者密切的配合,从而确保了决策者和各级管理者可以在最短的时间内掌握生产的现场的变化,做出了 准确的判断并制定快速的应对的措施,保证了生产的计划得到合理而快速的修正、生产的流程畅通、 资源充分有效地得到了利用,进而最大限度地发挥了生产的效率。

 

  5.生产文档无纸化,实现高效、绿色制造

 

  构建绿色的制造体系,建设绿色的工厂,实现生产的洁净化、废物的资源化、能源的低碳化是中国制 造2025实现“制造大国”走向“制造强国”的重要的战略之一。目前,在离散制造企业中产生了繁多 的纸质的文件,如工艺过程的卡片、零件蓝图、三维数模、刀具清单、质量文件、数控的程序等等, 这些纸质的文件大多分散管理,不便于快速的查找、集中的共享和实时的追踪,而且易产生大量的纸 张的浪费、丢失等。生产文档进行无纸化的管理后,工作人员在生产的现场即可快速的查询、浏览、 下载所需要的生产信息,生产的过程中产生的资料能够即时的进行归档保存,大幅的降低基于纸质文 档的人工传递及流转,从而杜绝了文件、数据的丢失,进一步提高了生产准备的效率和生产作业的效 率,实现绿色、无纸化的生产。