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2018年10月17日 星期三

Smart Manufacturing Innovation






來源:创新研究 作者:政策研究室  

智慧工廠是實現智慧製造的重要載體,主要透過建構智慧化生產系統、網路化分布生產設施,實現生產過程的智慧化。


智慧工廠已經具有了自主能力,可採集、分析、判斷、規劃;透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製造過程。

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,智慧工廠實現了人與機器的相互協調合作,其本質是人機交互。

一、智慧工廠主要建設模式
由於各個行業生產流程不同,加上各個行業智慧化情況不同,智慧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位化到智慧工廠。在石化、鋼鐵、冶金、建材、紡織、造紙、醫藥、食品等流程製造領域,企業發展智慧製造的內在動力,在於產品品質可控,側重從生產數位化建設起步,基於品控需求從產品末端控制,向全流程控制轉變。

因此其智慧工廠建設模式為:
一是推進生產過程數位化,在生產製造、過程管理等單個環節資訊化系統建設的基礎上,建構覆蓋全流程的動態透明,可追溯體系,基於統一的可視化平台,實現產品生產全過程,跨部門協同控制

是推進生產管理一體化,搭建企業CPS系統,深化生產製造與營運管理、採購銷售等核心業務系統整合,促進企業內部資源和資訊的整合和共享

三是推進供應鏈協同化,基於原材料採購和配送需求,將CPS系統,拓展至供應商和物流企業,橫向整合供應商,和物料配送協同資源和網路,實現外部原材料供應,和內部生產配送的系統化、流程化,提高工廠內外供應鏈運行效率

四是整體打造大數據化智慧工廠,推進端到端整合,開展客製化訂製業務。


第二種模式是從智慧製造生產單元(裝備和產品)到智慧工廠。在機械、汽車、航空、船舶、輕工、家用電器和電子資訊等離散製造領域,企業發展智慧製造的核心目的,是拓展產品價值空間,側重從單台設備自動化和產品智慧化入手,基於生產效率和產品效能的提升,實現價值成長。

因此其智慧工廠建設模式為:
一是推進生產設備(生產線)智慧化,透過引進各類符合生產所需的智慧裝備,建立基於CPS系統的車間級智慧生產單元,提高精準製造、敏捷製造能力。

二是拓展基於產品智慧化的增值服務,利用產品的智慧裝置,實現與CPS系統的互聯互通,支持產品的遠端故障診斷,和即時診斷等服務

三是推進車間級與企業級系統整合,實現生產和經營的無縫整合,和上下游企業間的資訊共享,開展基於橫向價值網路的協同創新。

四是推進生產與服務的整合,基於智慧工廠實現服務化轉型,提高產業效率和核心競爭力。


例如,廣州數控透過利用工業乙太網,將單元級的傳感器、工業機器人、數控機床,以及各類機械設備,與車間級的柔性生產線總控制台相連,利用乙太網將總控台,與企業管理級的各類伺服器相連,再透過互聯網將企業管理系統,與產業鏈上下游企業相連,打通了產品全生命週期,各環節的數據通道,實現了生產過程的遠端數據採集分析,和故障監測診斷。

三一重工的18號廠房是總裝車間,有混凝土機械、路面機械、港口機械等多條裝配線,透過在生產車間建立「部件工作中心島」,即單元化生產,將每一類部件,從生產到下線所有工藝集中在一個區域內,猶如在一個獨立的「島嶼」內,完成全部生產。

這種組織方式,打破了傳統流程化生產線,呈直線佈置的弊端,在保證結構件製造工藝不改變、生產人員不增加的情況下,實現了減少佔地面積、提高生產效率、降低運行成本的目的。

目前,三一重工已建成車間智慧監控網路,和刀具管理系統、公共製造資源定位,與物料跟蹤管理系統、計劃、物流、品質管控系統、生產控制中心(PCC)中央控制系統等智慧系統,還與其他單位,共同研發了智慧上下料機械手臂。

基於DNC系統的車間設備智慧監控網路、智慧化立體倉庫,與AGV運輸軟硬體系統、基於RFID設備及無線傳感網路的物料,和資源跟蹤定位系統、高級計劃排程系統(APS)、製造執行系統(MES)、物流執行系統(LES)、在線上品質檢測系統(SPC)、生產控制中心管理決策系統等關鍵核心智慧裝置,實現了對製造資源跟蹤、生產過程監控,計劃、物流、品質整合化管控下的均衡化混流生產。


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製造領域,企業發展智慧製造的重點,在於充分滿足消費者多元化需求的同時,實現規模經濟生產,側重透過互聯網平台,展開大規模個性定制模式創新。

因此其智慧工廠建設模式為:
一是推進個性化定制生產,引入柔性化生產線,搭建互聯網平台,促進企業與用戶深度交互、廣泛徵集需求,基於需求數據模型開展精益生產

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

三是推進製造網路協同化,變革傳統垂直組織模式,以扁平化、虛擬化新型製造平台為紐帶,集聚產業鏈上下游資源,發展遠端定制、異地設計、當地生產的網路協同製造新模式。


二、全球智慧工廠建設的現狀
近年來,全球各主要經濟體,都在大力推進製造業的復興。在工業4.0、工業互聯網、物聯網、雲計算等熱潮下,全球眾多優秀製造企業都開展了智慧工廠建設實踐。

例如,西門子安貝格電子工廠,實現了多品種工控機的混線生產;

FANUC公司實現了機器人,和伺服電機生產過程的高度自動化和智慧化,並利用自動化立體倉庫,在車間內的各個智慧製造單元之間傳遞物料,實現了最高720小時無人值守

施耐德電氣,實現了電氣開關製造,和包裝過程的全自動化

美國哈雷戴維森公司,廣泛利用以加工中心,和機器人構成的智慧製造單元,實現大批量客製化

三菱電機名古屋製作,所採用人機結合的新型機器人,裝配產線,實現從自動化到智慧化的轉變,顯著提高了單位生產面積的產量全球重卡巨頭MAN公司搭建了完備的廠內物流體系,利用AGV裝載,進行裝配的部件和整車,便於靈活調整裝配線,並建立了物料超市,取得明顯成效。

當前,客戶個性化需求日益成長等因素,迫使製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,製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,迫切需要推進智慧工廠建設。

另一方面,物聯網、協作機器人、增材製造、預測性維護、機器視覺等新興技術迅速興起,為製造企業推進智慧工廠建設,提供了良好的技術支撐。



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