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智能生产制造,工业4.0的精髓在哪里?

发表于:2019-08-15 10:59 作者:新闻小编 来源:新闻小编

1、引言

智能生产需要实现两种不同性质的自动化,一种是生产装备的自动化,另一种是数据流动的自动化。

生产装备的自动化对制造企业而言是非常容易理解的,它是通过自动化的机床、机器人等各类自动化设备实现生产设备的过程自动化,但数据流动的自动化又该如何理解?在智能工厂中,数据是如何自动化流动的?需要经过几关?

2、数据自动流动是工业4.0的精髓

在德国工业4.0战略中,有纵向集成、端对端集成、横向集成3项集成,这是工业4.0中非常重要的概念,是实现企业内、企业间价值流集成的关键。

纵向集成主要是将各种不同层面的IT系统集成在一起,例如,执行器与传感器、控制、生产管理、制造和执行及企业计划等不同层面(摘自德国工业4.0战略计划实施建议)。从信息化角度来看,就是在企业内实现研发、计划、工艺、生产、服务等各环节间的数据自动流动,如图1所示。

图1纵向集成和网络化制造系统

端对端集成则是通过产品全价值链和为客户需求而协作的不同公司,使现实世界与数字世界完成整合。端对端集成更加突出了以产品的研发、生产、销售、服务等为主线,实现企业间的数据自动流动,如图2所示。

图2端对端集成

作为3项集成中的最高层次,横向集成是指将各种使用不同制造阶段和商业计划的IT系统集成在一起,这其中既包括一个公司内部的材料、能源和信息的配置,也包括不同公司间的配置(价值网络),即以产品供应链为主线,通过数据在企业之间的自动流动,实现一种社会化协同生产,如图3所示。

图3横向集成

由图3可知,在企业内部的市场、销售、管理、计划、生产、工程各环节以及外部的设计人员、客户、供应商、分包商等众多角色之间实现了数据的自动有序流动。

通过德国工业4.0对3项集成的定义可以看出,工业4.0愿景中,在企业内部、企业之间、社会化的智能制造及服务中,数据自动有序的流动是实现智能制造的重要技术。

3、企业内部的数据自动流动是打造智能工厂的基础

未来的企业是价值驱动的企业,是数据自动流动的企业,而数据自由有序的流动是智能工厂的前提与基础。

机器联机器畅通数据流

现在的电脑、手机等终端都接入了网络。试想一下,如果这些智能终端不能联网工作而只能单机工作,单是影响工作效率不说,几天下来,我们就可能要崩溃了:没有网络,怎么工作?同样,一台机器即便自身的智能化程度非常高,能发挥的作用毕竟是有限的。

通过专业的设备物联网系统,将网口、串口等不同的接口形式,不同的数字,数控铣床、数控车床、加工中心、机器人等不同的数字化机器进行联网,实现机器的互联互通,可彻底改变以前机器信息化孤岛的局面,从而可以发挥机器集群控制的优势,形成机器群体的数字化、网络化、智能化,实现集约化、网络化、柔性化的生产模式。

联网实现了机器与机器的通信,而机器远程采集则实现了机器与人的交互。通过通信协议、传感器和网络等技术,对数控机床、热处理设备(如熔炼、压铸、热处理、涂装等设备)、机器人、自动化生产线等各类数字化机器进行数据的远程自动采集,可监控每台机器的实时状态和异常情况,对故障停机、关键工艺参数超差等重要事件,可通过计算机系统或手机短信等形式及时送达相关人员,实现机器状态透明化、实时化的管理。通过机器的远程诊断与主动式预测性维护,智能系统就像医生一样,在机器还没出现故障之前就得到及时预警、保养、维修,为机器的健康、经济、高效运行提供了保障。

机器互联互通使得以前的哑机器能与外界交流,变得耳聪目明了,这也是智能化中联接促进智能的一个典型应用。机器的数字化和网络化,加速了赛博物理系统(CPS)的形成。机器+CPS让机器具有了群体协作能力及智能化的认知能力。

人、机、物间数据自动流动,自组织的智能制造

通过互联网+制造模式,实现人、机、物相互联接和自组织的制造。在这方面,有些先进企业已经进行了很多有益的探索,并取得了良好的应用效果。

博世是德国智能制造的一个样板企业。在洪堡的物流中心,设备与工件之间已经借由互联网和传感器建立起了实时联系:每个工件或者装工件的塑料盒里都有记录产品信息的无线射频识别电子标签(RFID),每经过一个生产环节,读卡器会自动读出相关信息,反馈到控制中心由工作人员进行相应处理,绝大部分生产活动都可以实现自组织。比如,工件在什么位置,在什么机床上加工,加工的时间长短,物料库存情况以及是否需要补料等。这些信息直接与生产管理软件无缝集成在一起,生产过程中的所有数据均可在网络上实现高效、实时的流动和可视化展现,可轻松有效地解决生产过程中遇到的问题。新系统投入使用后,工厂库存减少了30%,生产效率提高了10%,由此节约的资金可达几千万欧元。

在博世北京工厂中,所有的机床也实现了互联。一台计算机管理所有的数控机床,程序集中存储在中心服务器中,每台机床需要加工程序时会远程自动下载,机床的状态一目了然,开机、关机、运行,加工什么产品,加工产品数量,故障信息,机床的利用率等,所有信息都自动、准确地显示出来,实现了生产过程的透明化和自组织。

人、机器、物料是企业生产的三要素,通过数字化手段实现互联互通和物理实体世界与数字虚体世界的深度融合,从而将制造业逐步推向智能化。联接产生协作,联接产生效益,联接产生自组织,联接产生智能。

虚拟世界与现实世界间数据自由流动,打造中国经济双引擎

2016年5月25日,李克强总理在贵阳出席中国大数据产业峰会暨中国电子商务创新发展峰会时指出,大数据新业态代表的创新理念要和传统行业长期孕育的工匠精神相结合,推动虚拟世界与现实世界融合发展,重塑产业链、供应链、价值链,促进新动能蓬勃发展、传统动能焕发生机,打造中国经济双引擎,实现双中高。

4、互联网+实现企业内外的数据自动流动

现在,互联网+已经深入制造业,通过互联网+,可以消除企业与消费者的距离,实现零距离交互的营销等商业活动,更可以发挥互联网在社会资源配置中的优化和集成作用,形成更先进的生产管理新形态。

(1)互联网+数据流动,实现制造端与消费端的零距离交互

为实现从大规模制造向个性化定制的转型,早在2012年海尔就开始了互联工厂的实践,致力于打造按需设计、按需制造、按需配送的体系。海尔通过去中介化、去产品化与用户零距离地打造了用户交互定制平台,用户可以远程查看自己所购产品生产的全过程。定制选择、订单流转、生产过程、物流运输等各个环节中,用户都将不再是被动的等待者,而是全流程的参与者、监管者。智能化的交互定制平台将用户、企业融为一体,极大地拓展了企业智能制造的范围,企业内外互联互通、协同生产,用户与企业的关系更加紧密。

(2)互联网+数据流动,重构企业生产管理新模式

随着用工成本快速升高、市场需求频繁变化、竞争进一步激烈以及数字化、网络化、智能化等新技术的快速普及,为适应市场发展,满足个性化、社会化、敏捷化的智能制造模式的需要,将来的工厂一定会改变当前麻雀虽小,五脏俱全的局面,一定会向充分利用社会资源方面发展,包括订单、人员、物料、设备的共享,也一定会淡化工厂之间的边界,甚至推倒横亘在工厂与社会之间的围墙,打破封闭、独立的生产模式,构建成开放的、服务型的平台,数据将在工厂内外、人机物之间、信息系统与机器之间通畅地流动,工厂不只是生产产品,更是生产数据,数据将成为企业的核心竞争力,工厂将不再是今天的工厂。

在这方面,青岛海尔模具公司走在了行业的前面。为解决企业接单能力与企业人员成本这对矛盾,该公司于2013年开始着手打造模具云设计平台,以期达到充分利用社会资源,改变以前工作全部由企业员工完成的封闭局面。现在,在这个平台上,活跃着数百位经过技能认证、信用审核通过的企业外部工程师,企业将工作分解后在平台上发布,这些被称为云端资源的工程师会根据技术要求、价格、工期等信息实现远程接单,任务交付并验收通过后,通过在线实时支付薪酬,整个工作全部通过网络实现了联接、协作。这样,通过众包这种社会化协作模式,社会上各种技能的技术人员,包括国企、外企、民营企业以及学校中有初级技能的学生,均可利用自己的时间资源和智力资源,承接与自己技能匹配的工作,获取相应的报酬,实现自身剩余智慧的价值。对企业而言,通过互联网+的思想,在不增加员编制的情况下,可以将企业人力资源迅速提升数倍乃至数十倍,企业在效率提升、成本降低以及市场竞争力、抗风险能力等方面,都有了质的提升。

这种云设计平台是一个典型的以工厂为中心,众多云端资源配合的社会化协作模式。将来的工厂为解决供需信息不透明、不匹配的矛盾,避免工厂产能过剩或订单找不到合适工厂的情况发生,必然要打破自身组织的围墙,将自己的订单、设备、物料、人员等信息通过社会化的平台进行分享,实现企业企业、企业个人等多组织形态的社会化协作,构建网状的社会化制造生态圈。

如同青岛海尔模具公司探索的这种商业模式,未来,企业将不再是一个相对封闭的组织,而是一个可充分利用社会资源的、社会化的、具有高度智能调度和超级加工能力的组织。该组织不属于任何企业,可以随时随地把他们的加工能力分享出去,承接世界上任何人、任何组织的订单。

5、智能工厂,数据自动流动无极限

未来的工厂,一切以客户价值为导向,承载知识的数据沿着产品价值方向而自由流动,从市场需求、产品研发、生产计划、生产执行、市场营销到售后服务,数据在收集、分析、决策、执行中增值,虚实精准映射,数字虚体世界指导、控制着物理实体世界的生产,解决了物理实体世界中的不确定性、多样性和复杂性等问题,确保正确的数据在正确的时间发送给正确的人和机器,并进行正确的执行。同时,物理实体世界又通过反馈优化着数字虚体世界。虚实两世界相互融合,共轭发展,共同实现智能化生产。

6、结束语

将数字化设备、产品联入网络,联接一切可以联接的数字化事物。实现企业信息化之间、设备之间、信息化系统与设备之间以及企业内外之间的信息化集成与联接,赛博空间、物理实体通过数据流动而深度融合,并相互促进。

虚虚联接、实实联接、虚实联接、内外联接,网联一切可以联接的数字化事物。联接产生价值,联接产生新的商业模式。

未来的企业是价值驱动的企业,是数据自动流动的企业,而数据自由有序的流动是智能工厂的前提与基础。

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