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天拓分享|智能制造与智能工厂的主要特征

文章出处:天拓四方    责任编辑:zhou 发布时间:2018-11-19

01、智能制造的主要特征

智能工厂有三大特征。
智能制造是新工业革命的核心,它并不在于进一步提高设备的效率和精度,而是更加合理化和智能化地使用设备,通过智能运维实现制造业的价值最大化;它聚焦生产领域,但又是一次全流程、端到端的转型过程,会让研发、生产、产品、渠道、销售、客户管理等一整条生态链为之发生剧变。对工业企业来说,在生产和工厂侧,它依然可以规模化、标准化、自动化为基础,但它还需被赋予柔性化、定制化、可视化、低碳化的新特性;在商业模式侧,会出现颠覆性的变化——生产者影响消费者的模式被消费者需求决定产品生产的模式取而代之;在国家层面,则需要建立一张比消费互联网更加安全可靠的工业互联网。
智能制造作为广义的概念包含了五个方面:产品智能化、装备智能化、生产方式智能化、管理智能化和服务智能化。

产品智能化。产品智能化是把传感器、处理器、存储器、通信模块、传输系统融入各种产品,使得产品具备动态存储、感知和通信能力,实现产品可追溯、可识别、可定位。计算机、智能手机、智能电视、智能机器人、智能穿戴都是物联网的“原住民”,这些产品从生产出来就是网络终端。而传统的空调、冰箱、汽车、机床等都是物联网的“移民”,未来这些产品都需要连接到网络世界。专家估计,到2020年这些物联网的“原住民”和“移民”加起来将超过500亿个,且这个进程将持续10年、20年甚至50年。

装备智能化。通过先进制造、信息处理、人工智能等技术的集成和融合,可以形成具有感知、分析、推理、决策、执行、自主学习及维护等自组织、自适应功能的智能生产系统以及网络化、协同化的生产设施,这些都属于智能装备。在工业4.0时代,装备智能化的进程可以在两个维度上进行:单机智能化,以及单机设备的互联而形成的智能生产线、智能车间、智能工厂。需要强调的是,单纯的研发和生产端的改造不是智能制造的全部,基于渠道和消费者洞察的前段改造也是重要的一环。二者相互结合、相辅相成,才能完成端到端的全链条智能制造改造。

生产方式智能化。个性化定制、极少量生产、服务型制造以及云制造等新业态、新模式,其本质是在重组客户、供应商、销售商以及企业内部组织的关系,重构生产体系中信息流、产品流、资金流的运行模式,重建新的产业价值链、生态系统和竞争格局。工业时代,产品价值由企业定义,企业生产什么产品,用户就买什么产品,企业定价多少钱,用户就花多少钱——主动权完全掌握在企业手中。而智能制造能够实现个性化定制,不仅打掉了中间环节,还加快了商业流动,产品价值不再有企业定义,而是由用户来定义——只有用户认可的,用户参与的,用户愿意分享的,用户不说你坏的产品,才具有市场价值。

管理智能化。随着纵向集成、横向集成和端到端集成的不断深入,企业数据的及时性、完整性、准确性不断提高,必然使管理更加准确、更加高效、更加科学。

服务智能化。智能服务是智能制造的核心内容,越来越多的制造企业已经意识到了从生产型制造向生产服务型制造转型的重要性。今后,将会实现线上与线下并行的O2O服务,两股力量在服务智能方面相向而行,一般力量是传统制造业不断拓展服务,另一股力量是从消费互联网进入产业互联网,比如微信未来连接的不仅是人,还包括设备和设备、服务和服务、人和服务。个性化的研发设计、总集成、总承包等新服务产品的全生命周期管理,会伴随着生产方式的变革不断出现。

工业4.0要建立一个智能生态系统,当智能无所不在、连接无处不在,数据无处不在的时候,设备和设备之间、人和人之间、物和物之间、人和物之间的联系就会越来越紧密,最终必然出现一个系统连接另一个系统、小系统组成大系统、大系统构成更大系统的情况——对于工业4.0的目标智能制造而言,它就是系统的系统。

在德国乃至全球,一个超复杂的巨系统正在形成。车间里的一部机器,通过更新操作系统实现功能升级,通过工业应用程序实现各种功能即插即用,通过应用程序编程接口不断扩展制造生态系统,所有的机器、产品、零部件、能源、原材料,所有的研发工具、测试验证平台、虚拟产品和工厂,所有的产品管理、生产管理、运营流程管理,所有的研发、生产、管理、销售、员工、各级供应商、销售商以及成千上万个客户,都将是这一系统的重要组成部分。

02、智能工厂的主要特征

智能工厂有三大特征。

第一,信息基础设施高度互联,包括生产设备、机器人、操作人员、物料和成品。

第二,有实时系统,可以及时进行信息传输和对接。

第三,从柔性化、敏捷化、智能化到信息化,这是智能工厂的发展趋势。每个阶段,柔性化对环境的调整能力能够实现不同产品需要,实现多品种小批量生产,同时能控制这种个性化生产所带来的成本飙升问题。

在工业3.0时代,工厂的最底层加工单元包括了3个环节,分别是传感器(相当于眼睛)、可编程控制器(PLC,相当于大脑)和执行器(相当于手足)。在加工单元的上层是车间,这里主要是生产过程执行管理系统(MES),通俗说就是,这个系统负责拿到任务,并进行任务的分配。再到上面,则是企业资源计划(ERP)系统、产品生命周期管理(PLM)系统、供应链管理(SCM)系统和客户关系管理(CRM)系统等上层系统。其中,ERP负责企业内部资源的配置和协调,而PLM负责产品从开发到报废的“管理”,SCM负责企业资源和外部的对接,而CRM的作用在于促进企业和消费者的沟通。

以上技术都是工业3.0已有技术,但工业4.0对他们提出了新要求,一是必须更加智能,反应更快。比如一辆汽车,未来的PLM系统甚至可以跟踪其使用过程,通过对其生产、损耗等数据的分析,最终“决定”其在接近使用年限之时,应该全面报废还是“器官移植”——回收有用的旧部件。

另外,工业4.0要求技术更加集成化,即以上这些系统要实现横向和纵向的集成,从而实现更加智能化。智能化生产的图景如下:产品从设计到制造的所有环节都被打通,PLM的设计数据直接进入ERP系统,后者立即调配工厂资源,如需外界供货则由SCM系统自动调配。而借助于CRM系统,整个生产过程可以和客户保持实时沟通,比如顾客通过视频看到产品不符合自己口味,可以立即让生产线进行调整。

工业4.0意味着智能工厂自己可以运转、连接并和机器进行交流,产品设备之间可以通信。所以德国人把工业4.0定义为“机器制造机器”,每台机器都是有生命力的,工厂越来越像一个人,有智商高低的区别。随着工厂“智商”的提高,其智能化程度越来越高。

智能工厂是现代工厂信息化发展的新阶段,是在数字化工厂的基础上,利用物联网技术、设备监控技术加强信息管理和服务,清楚的掌握产销流程,提高生产过程的可控性,减少生产线上的人工干预,即时准确地采集生产线数据,以合理编排生产计划与生产进度,并通过绿色智能手段和智能系统等新兴技术的运用,构建一个高效节能、绿色环保、环境舒适的人性化工厂。
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