基于工業互聯網平臺上——智能工廠實現的幾點建議

來源:龍騰智控總經理王海清

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關鍵詞:工業互聯網 智能工廠 制造業

    當前,我國制造企業面臨著巨大的轉型壓力。一方面,勞動力成本迅速攀升、產能過剩、競爭激烈、客戶個性化需求日益增長等因素,迫使制造企業從低成本競爭策略轉向建立差異化競爭優勢。在工廠層面,制造企業面臨著招工難,以及缺乏專業技師的巨大壓力,必須實現減員增效,迫切需要推進智能工廠建設。另一方面,物聯網、協作機器人、增材制造、預測性維護、機器視覺等新興技術迅速興起,伴隨工業互聯網的起步和發展,為制造企業推進智能工廠建設提供了良好的技術支撐。再加上國家和地方政府的大力扶持,使各行業越來越多的大中型企業開啟了智能工廠建設的征程。

    智能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。智能工廠已經具有了自主能力,可采集、分析、判斷、規劃;通過整體可視技術進行推理預測,利用仿真及多媒體技術,將實境擴增展示設計與制造過程。系統中各組成部分可自行組成最佳系統結構,具備協調、重組及擴充特性。已系統具備了自我學習、自行維護能力。因此,智能工廠實現了人與機器的相互協調合作,其本質是人機交互。

    社會需求需要構建基于工業互聯網平臺上的智能制造,但是智能制造和工業互聯網的基礎是制造業,所以基于制造業的三硬:裝備、工具和材料,再加上三軟:工業軟件、工業大數據、工業人工智能,形成智能制造整體的體系架構,同時來構建工業互聯網的平臺。

    在工業互聯網平臺上智能制造實現了各方面作用和目標,基于過去幾十年積累的制造經驗,來開發專業云,比如精密工具云、CNC 加工云、SMT 精密云、組裝云、傳感器、機器人,這些專業云未來會支撐產業云,像家電,車聯網、大健康產業的產業云,通過這個架構體系來實現制造業形態的轉跨和資源的優化配置。

    另外一個就是要通過我們構建的智能制造,再加上工業互聯網平臺,實現跨領域、跨行業的賦能,來為其他更多的行業提供制造業工業互聯網平臺的基礎。

     

     

    一、智能工廠主要建設模式

    由于各個行業生產流程不同,加上各個行業智能化情況不同,智能工廠有以下幾個不同的建設模式。

    第一種模式是從生產過程數字化到智能工廠。

    在石化、鋼鐵、冶金、建材、紡織、造紙、醫藥、食品等流程制造領域。

    企業發展智能制造驅動力:在于產品品質可控。

    方法路線:生產數字化建設起步,基于品控需求從產品末端控制向全流程控制轉變。

    流程工廠智能工廠建設模式為:

    一是推進生產過程數字化,構建覆蓋全流程的動態透明可追溯體系,基于統一的可視化平臺實現產品生產全過程跨部門協同控制;

    二是推進生產管理一體化,促進企業內部資源和信息的整合和共享;

    三是推進供應鏈協同化,提高工廠內外供應鏈運行效率;

    四是整體打造大數據化智能工廠,推進端到端集成,開展個性化定制業務。

    第二種模式是從智能制造生產單元(裝備和產品)到智能工廠。

    在機械、汽車、航空、船舶、輕工、家用電器和電子信息等離散制造領域。

    企業發展智能制造驅動力是拓展產品價值空間。

    方法路線:從單臺設備自動化和產品智能化入手,基于生產效率和產品效能的提升實現價值增長。

    因此其智能工廠建設模式為:

    一是推進生產設備(生產線)智能化

    通過引進各類符合生產所需的智能裝備,建立基于CPS系統的車間級智能生產單元,提高精準制造、敏捷制造能力。

    二是拓展基于產品智能化的增值服務

    利用產品的智能裝置實現與CPS系統的互聯互通,支持產品的遠程故障診斷和實時診斷等服務;

    三是推進車間級與企業級系統集成

    實現生產和經營的無縫集成和上下游企業間的信息共享,開展基于橫向價值網絡的協同創新。

    四是推進生產與服務的集成

    基于智能工廠實現服務化轉型,提高產業效率和核心競爭力。

    第三種模式是從個性化定制到互聯工廠。

    在家電、服裝、家居等距離用戶最近的消費品制造領域

    企業發展智能制造驅動力:在于充分滿足消費者多元化需求的同時實現規模經濟生產。

    方法路線:通過互聯網平臺開展大規模個性定制模式創新。

    因此其智能工廠建設模式為:

    一是推進個性化定制生產,引入柔性化生產線,搭建互聯網平臺,促進企業與用戶深度交互、廣泛征集需求,基于需求數據模型開展精益生產;

    二是推進設計虛擬化,依托互聯網逆向整合設計環節,打通設計、生產、服務數據鏈,采用虛擬仿真技術優化生產工藝;

    三是推進制造網絡協同化,變革傳統垂直組織模式,以扁平化、虛擬化新型制造平臺為紐帶集聚產業鏈上下游資源,發展遠程定制、異地設計、當地生產的網絡協同制造新模式。

    關于工業4.0的階段和實施先決條件,北航劉強教授說過一段話非常經典的“三不要原則”:

     

     

    ● 第一,不要在不具備成熟的工藝下做自動化,工藝如果不成熟,就最好先做生產線,這是工業2.0解決的問題。

    ● 第二,不要在管理不成熟的時候做信息化,這是工業3.0解決的問題。

    ● 第三,不要在不具備網絡化和數字化的基礎時做智能化,這是工業4.0解決的問題。 

    劉教授的“三不要原則”在實際落實中,基于各種原因,落實不充分。我國制造企業在推進智能工廠建設方面,還存在諸多問題與誤區:

    ① 盲目購買自動化設備和自動化產線。

    ②  尚未實現設備數據的自動采集和車間聯網。

    ③ 工廠運營層還是黑箱。

    ④  設備績效不高。

    ⑤ 依然存在大量信息化孤島和自動化孤島。

    究其原因,是智能制造和智能工廠涵蓋領域很多,系統極其復雜,企業還缺乏深刻理解。在這種狀況下,制造企業不能貿然推進,搞“大躍進”,以免造成企業的投資打水漂。

    應當依托有實戰經驗的咨詢服務機構,結合企業內部的IT、自動化和精益團隊,高層積極參與,根據企業的產品和生產工藝,做好需求分析和整體規劃,在此基礎上穩妥推進,才能取得實效。

    無論是工業互聯網、工業4.0、還是智能制造,其出發點、思考問題的角度和所關注的應用領域各有差異,但它們都是共享著一個核心理念,即把互聯網的核心技術——計算和通訊網絡技術,更加廣泛、深入地應用在工業系統和基本設施中,以實現信息技術與生產運營技術的深度融合;它們都要達到一個共同目的,即通過對物理實體狀態和環境的實時感知,在信息空間通過計算做出最佳的決策,動態地優化物理資源的使用。

    (審核編輯: 智匯張瑜)

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