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2019-06-12 08:28:01 0

在中國制造2025及工業4.0信息物理融合系統CPS的支持下,離散制造業需要實現生産設備網絡化、生産數據可視化、生産文檔無紙化、生産過程透明化、生産現場無人化等先進技術應用,建立基于工業大數據和"互聯網"的智能工廠。

最近幾年,歐美國家最早針對流程工業提出了"智能工廠"的概念。流程工業智能工廠由商業智能、運營智能、操作智能三個層次組成,由于自身的自動化水平較高,因此實施智能工廠相對比較容易。與流程工業相比,離散制造業首先在底層制造環節由于生産工藝的複雜性,如車、銑、刨、磨、鑄、鍛、鉚、焊對生産設備的智能化要求很高,投資很大。特别是裝備制造業、家電、汽車、機械、模具、航空航天、消費電子等産品大都要求産品智能化,設計智能。

因此,在中國制造2025及工業4.0信息物理融合系統CPS的支持下,離散制造業需要實現生産設備網絡化、生産數據可視化、生産文檔無紙化、生産過程透明化、生産現場無人化等先進技術應用,做到縱向、橫向和端到端的集成,以實現優質、高效、低耗、清潔、靈活的生産,從而建立基于工業大數據和"互聯網"的智能工廠。

生産設備網絡化,實現車間"物聯網"

工業物聯網的提出給"中國制造2025"、工業4.0提供了一個新的突破口。物聯網是指通過各種信息傳感設備,實時采集任何需要監控、連接、互動的物體或過程等各種需要的信息,其目的是實現物與物、物與人,所有的物品與網絡的連接,方便識别、管理和控制。

傳統的工業生産采用M2M的通信模式,實現了設備與設備間的通信,而物聯網通過Things to Things的通信方式實現人、設備和系統三者之間的智能化、交互式無縫連接。

在離散制造企業車間,數控車、銑、刨、磨、鑄、鍛、鉚、焊、加工中心等是主要的生産資源。在生産過程中,将所有的設備及工位統一聯網管理,使設備與設備之間、設備與計算機之間能夠聯網通訊,設備與工位人員緊密關聯。

如:數控編程人員可以在自己的計算機上進行編程,将加工程序上傳至DNC服務器,設備操作人員可以在生産現場通過設備控制器下載所需要的程序,待加工任務完成後,再通過DNC網絡将數控程序回傳至服務器中,由程序管理員或工藝人員進行比較或歸檔,整個生産過程實現網絡化、追溯化管理。

生産數據可視化,利用大數據分析進行生産決策

"中國制造2025"提出以後,信息化與工業化快速融合,信息技術滲透到了離散制造企業産業鍊的各個環節,條形碼、二維碼、RFID、工業傳感器、工業自動控制系統、工業物聯網、ERP、CAD/CAM/CAE/CAI等技術在離散制造企業中得到廣泛應用,尤其是互聯網、移動互聯網、物聯網等新一代信息技術在工業領域的應用,離散制造企業也進入了互聯網工業的新的發展階段,所擁有的數據也日益豐富。離散制造企業生産線處于高速運轉,由生産設備所産生、采集和處理的數據量遠大于企業中計算機和人工産生的數據,對數據的實時性要求也更高。

在生産現場,每隔幾秒就收集一次數據,利用這些數據可以實現很多形式的分析,包括設備開機率、主軸運轉率、主軸負載率、運行率、故障率、生産率、設備綜合利用率(OEE)、零部件合格率、質量百分比等。首先,在生産工藝改進方面,在生産過程中使用這些大數據,就能分析整個生産流程,了解每個環節是如何執行的。

一旦有某個流程偏離了标準工藝,就會産生一個報警信号,能更快速地發現錯誤或者瓶頸所在,也就能更容易解決問題。利用大數據技術,還可以對産品的生産過程建立虛拟模型,仿真并優化生産流程,當所有流程和績效數據都能在系統中重建時,這種透明度将有助于制造企業改進其生産流程。

再如,在能耗分析方面,在設備生産過程中利用傳感器集中監控所有的生産流程,能夠發現能耗的異常或峰值情形,由此便可在生産過程中優化能源的消耗,對所有流程進行分析将會大大降低能耗。

生産文檔無紙化,實現高效、綠色制造

構建綠色制造體系,建設綠色工廠,實現生産潔淨化、廢物資源化、能源低碳化是中國制造2025實現"制造大國"走向"制造強國"的重要戰略之一。目前,在離散制造企業中産生繁多的紙質文件,如工藝過程卡片、零件藍圖、三維數模、刀具清單、質量文件、數控程序等等,這些紙質文件大多分散管理,不便于快速查找、集中共享和實時追蹤,而且易産生大量的紙張浪費、丢失等。

生産文檔進行無紙化管理後,工作人員在生産現場即可快速查詢、浏覽、下載所需要的生産信息,生産過程中産生的資料能夠即時進行歸檔保存,大幅降低基于紙質文檔的人工傳遞及流轉,從而杜絕了文件、數據丢失,進一步提高了生産準備效率和生産作業效率,實現綠色、無紙化生産。

生産過程透明化,智能工廠的"神經"系統

"中國制造2025"明确提出推進制造過程智能化,通過建設智能工廠,促進制造工藝的仿真優化、數字化控制、狀态信息實時監測和自适應控制,進而實現整個過程的智能管控。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行業,企業發展智能制造的核心目的是拓展産品價值空間,側重從單台設備自動化和産品智能化入手,基于生産效率和産品效能的提升實現價值增長。

因此其智能工廠建設模式為推進生産設備(生産線)智能化,通過引進各類符合生産所需的智能裝備,建立基于制造執行系統MES的車間級智能生産單元,提高精準制造、敏捷制造、透明制造的能力。

離散制造企業生産現場,MES在實現生産過程的自動化、智能化、數字化等方面發揮着巨大作用。

首先,MES借助信息傳遞對從訂單下達到産品完成的整個生産過程進行優化管理,減少企業内部無附加值活動,有效地指導工廠生産運作過程,提高企業及時交貨能力。其次,MES在企業和供應鍊間以雙向交互的形式提供生産活動的基礎信息,使計劃、生産、資源三者密切配合,從而确保決策者和各級管理者可以在最短的時間内掌握生産現場的變化,做出準确的判斷并制定快速的應對措施,保證生産計劃得到合理而快速的修正、生産流程暢通、資源充分有效地得到利用,進而最大限度地發揮生産效率。

生産現場無人化,真正做到"無人"工廠

"中國制造2025"推動了工業機器人、機械手臂等智能設備的廣泛應用,使工廠無人化制造成為可能。在離散制造企業生産現場,數控加工中心、智能機器人和三坐标測量儀及其他所有柔性化制造單元進行自動化排産調度,工件、物料、刀具進行自動化裝卸調度,可以達到無人值守的全自動化生産模式。

在不間斷單元自動化生産的情況下,管理生産任務優先和暫緩,遠程查看管理單元内的生産狀态情況,如果生産中遇到問題,一旦解決,立即恢複自動化生産,整個生産過程無需人工參與,真正實現"無人"智能生産。