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2016年10月7日 星期五



Industrie 4.0 - "Smart Factory"



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來源:智能製造門戶



關於智慧製造的邏輯,有很多角度,包括智慧製造與快速反應;智慧製造與人工智慧;智慧化與自動化;智慧化與代替人;智慧製造與知識管理;智慧製造與雲計算、大數據;智慧製造的必要性可行性等。

要把智慧製造的邏輯理清楚,就必須把這些概念之間的關係理清楚。

智慧製造與快速反應
如果把這些角度中,選取最適合代表智慧製造的角度,大概有兩個方面:一個是ICT技術(數位化、網路化),這是手段;一個是快速反應,這是目標。



把快速反應作為目標時,ICT技術只是手段之一,還要配合軟體、硬體、組織、商業模式手段。但ICT技術同時是關鍵性、標誌性的手段:恰恰是ICT技術的進步,卻為智慧製造發出洪荒之力——ICT技術的迅速發展,才使得過去的一些設想有條件變成現實。

ICT技術是怎樣促進快速反應的呢?有幾個方面的原因:

第一,可以用資訊實現多方的協同工作。一條新的資訊可能涉及到多個部門的工作(如產品設計的改動)。如果可以共享資訊,就可以把串行工作變成並行,並減少協同中的差錯。

第二,可以實現知識的複用。一個人發現的知識(包括產品部件的設計),可以被其他人、被後繼者重用,省下了不必要的開發。

第三,物質資源的共享(分享經濟),減少了獲得資源的時間。

第四,縮短了決策週期。把資訊全面整盒起來,就可以讓電腦做出科學的決策、而不是人去控制或團隊開會決策,大大縮短從資訊感知到執行的時間。在工業4.0的體系中,縮短生產組織的決策週期,可能是成敗的關鍵之一。

第五,提高工作效率的工具。電腦仿真、CAD等手段,使得人們可以在數位世界裡做試驗,從而以提高效率。


智慧製造與人工智慧
智慧製造與人工智有著微妙的關係。我們知道,人工智原本有三個學派:電腦學派、生理學派和控制論學派。與智製造關係最為密切的是控制論學派。

從控制論產生的那一刻起,就關注資訊和通信,就重視資訊處理與行為活動的結合,就把感知、決策、執行的綜合看做是(智的)生命體與(傳統)機器的跟本區別。工業4.0中的核心概念之一是虛擬實體系統CPS(Cyber-Physical System),而這個概念來自於控制論。

智慧化與自動化
我們認為智化是自動化的延伸和發展。智製造與傳統自動化又有什麼不同呢?其中一個重要差別是:資訊的來源和協同的範圍大大擴張了。

控制論產生的時候,對象往往是機器級別的,現在這是車間、工廠、企業、供應鏈、乃至全球。協同的範圍擴大了、關注的問題要多得多。

過去的自動化主要針對批量生產。在智製造的時代,產品更新換代速度快、批量小,甚至可能要在流水線上,生產客製化訂製的產品。與大批量生產相比,生產組織高度複雜、品質控制難度大增、成本和能耗可能會顯著升高,採購和供貨的壓力大。


這些相關的新問題,必須被迅速感知、及時處理。從技術上看,在過去的自動化產線上,人們一般試圖把生產的「邊界」盡量固定下來、通過抑制干擾來保證品質、成本和效率;在智化產線上,更強調出現問題,即時應對這些干擾。

這時,智製造的相關技術,如大數據監控、資訊整合就成了「雪中送炭」。然而,無論如何,我們都希望不必要的干擾盡量地少、時間和資源的浪費盡量地少。

這樣,生產管理才能盡可能簡單、盡可能高效。我們發現:如果精益生產搞得好,推進智製造就是比較容易。

智慧化與代替人
化的首要目標往往是快速反應,而不是代替人。但是,代替人確實也是目的之一、甚至是非常重要的目標。其實,讓機器代替人進行決策和執行,有利於快速反應,並取得更好的控制效果。

所以,機器人、無人工廠等技術,常常能促進智化的發展。一般的語境下,自動化多數是指實體設備或產線的自動化,而在智製造的時代,同時強調知識和數據流動的自動化。

要實現快速反應,除了ICT技術,還要配套其他的東西。首先,從資訊感知的角度看,有些資訊的獲取,不是僅憑ICT技術就能解決的。

比如,要快速響應,可能需要獲得用戶和供應商的資訊。但這要有商業模式和法規的支撐才行。

其次,從決策的角度看,在可以預見的未來,人類會在很多方面作為主要的決策者,而這就要有組織模式的支持。

第三,決策的執行往往需要有實體設備的支持。

第四,智體系的改進和學習提升,離不開人的參與。


智慧製造與知識管理
製造與知識管理有什麼關係呢?智體現在決策的過程和效果上;決策是用知識處理資訊,而資訊是用數據承載的。由此可見,(用數位結構和程序描述)知識是實現智製造不可缺少的環節。

前面曾經談到智製造與精益生產的關係,潛伏著這樣的觀點:智製造所需要的知識,可能是碎片化的——把碎片化、非結構化的知識,如何管理起來,是我們不得不面對的挑戰。


智慧製造與雲計算、大數據
製造與雲計算、大數據什麼關係?筆者認為,雲計算是工具性的、要根據工作的需要來配置,大數據一般是輔助性的,主要從事後台的工作。它們可以讓智製造系統運行得更好,但未必是必需的。

智慧製造的必要性可行性
推進智製造有必要性又有可行性。在社會層面,勞動力危機、老齡化是支撐必要性的重要因素;在企業層面,快速響應市場變化是關鍵因素。其可行性是與過去相比較而言的、是ICT技術的發展導致的。

但是,推進智製造技術會遇到「玻璃牆」:比如,研發設計與服務要佔到足夠大的比重;產品品質要盡可能地佔據制高點。如果沒有這些條件,企業可能就先要進行轉型,因為智製造未必能解決落後企業的問題——就像御廚解決不了吃不飽飯的問題。

轉型不僅是企業家的事,也是政府的事。政府需要建立一個推崇高質量的健康市場、而不是品質逆淘汰的劣質市場。


                                                                                                                                                                                                                             



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