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基于信息物理系统构建智能工厂,最后构建的是生产模式的变革_天博app官网下载
2021-06-17 [955]
本文摘要:工业4.0在德国被指出是第四次工业革命,主要是指,在“智能工厂”利用“智能补”将“智能物料”生产沦为“智能产品”,整个过程跨越以“网络协同”,从而提高生产效率,延长生产周期,降低生产成本。

工业4.0在德国被指出是第四次工业革命,主要是指,在“智能工厂”利用“智能补”将“智能物料”生产沦为“智能产品”,整个过程跨越以“网络协同”,从而提高生产效率,延长生产周期,降低生产成本。它的典型特征是:融合性与革命性,是新一代信息技术与工业化深度融合的产物,是一种新的生产方式,推展传统大规模批量生产向大规模自定义生产改变。一、智能工厂“工业4.0”只不过就是基于信息物理系统构建智能工厂,最后构建的是生产模式的变革。(一)智能工厂概念“工业4.0”从嵌入式系统向信息物理系统(CPS)演化,构成智能工厂。

智能工厂作为未来第四次工业革命的代表,大大向构建物体、数据以及服务等无缝连接的互联网(物联网、数据网和服务互联网)的方向发展。物联网和服务互联网分别坐落于智能工厂的三层信息技术基础架构的底层和顶层。最顶层中,与生产计划、物流、能耗和经营管理涉及的ERP、SCM、CRM等,和产品设计、技术涉及的PLM处在最上层,与服务互联网抱住连接。中间一层,通过CPS物理信息系统构建与生产设备和生产线掌控、调度等涉及功能。

从智能物料供应,到智能产品的生产量,全线贯通整个产品生命周期管理。最底层则通过物联网技术构建掌控、继续执行、传感,构建智能生产(图1)。图1智能工厂的三层信息技术基础架构(二)智能工厂的三项构建构建意味著以计算机应用为核心,是信息技术在制造业应用于发展的高级阶段,反对生产过程的各个环节。

高度集成化需要极大地提高企业的生产效率、有效地的组织各方资源、激励有所不同链条中的员工的生产积极性,将企业从有所不同个体变成不具备极强凝聚力的团队,使人员的组织管理、任务分配、工作协商、信息交流、设计资料与资源共享等再次发生根本性变化。“工业4.0”通过CPS,将生产设备、传感器、嵌入式系统、生产管理系统等融合成一个智能网络,使得设备与设备以及服务与服务之间需要网络,从而构建纵向、横向和端对端的高度构建。纵向构建是指网络协同生产的企业间通过价值链以及信息网络所构建的一种资源信息分享与资源整合,保证了各企业间的无缝合作,获取动态产品与服务的机制。纵向构建主要反映在网络协同合作上,主要是所指从企业的构建到企业间的构建,南北企业间产业链、企业集团甚至跨国集团这种基于企业业务管理系统的构建,产生新的价值链和商业模式的创意(图2)。

图2智能工厂的纵向构建横向构建是指基于智能工厂中的网络化的生产体系,构建分散式生产,替代传统的集中式中央掌控的生产流程。横向构建主要反映在工厂内的科学管理上,从侧重于产品的设计和生产过程,跑到了产品仅有生命周期的构建过程,创建有效地的横向的生产体系(图3)。图3智能工厂的横向构建端对端构建是指跨越整个价值链的工程化信息系统构建,以确保大规模个性化自定义的实行。端对端构建以价值链为导向,构建末端到端的生产流程,构建信息世界和物理世界的有效地统合。

端对端构建就是指工艺流程角度来检视智能生产,主要反映在分段生产上,将由单元技术产品通过构建平台,构成企业的构建平台系统,并朝着工厂综合能力平台发展(图4)。图4智能工厂的端到端的构建智能工厂的三项构建,从多年来以信息分享为构建的重点,跑到了过程构建的阶段,并大大向智能发展的构建阶段迈向。“工业4.0”推展在现有高端水平上的横向、纵向以及末端到端的,还包括企业内部、企业与网络协同合作企业之间以及企业和顾客之间的全方位的统合。

从过去集成化思想在制造业中发展历程以及给制造业带给的效果评价来看,制造业早已更加必不可少以先进设备技术为反对的全方位统合。可以说道,基于全方位统合的集成化思维是制造业新思维之一。而且,制造业今后的发展也终将以“借势借力、统合资源”的全方位统合为基本思路。

二、智能设备在未来的智能工厂,每个生产环节清晰可见、高度半透明,整个车间有序且高效地运转。“工业4.0”中,自动化设备在原先的掌控功能基础上,可选一定新功能,就可以构建产品生命周期管理、安全性、可追踪性与节约能源性等智能化拒绝。

这些为生产设备加到的新功能是指通过为生产线配备众多传感器,让设备具备感官能力,将所感官的信息通过无线网络传输到云计算数据中心,通过大数据分析决策更进一步使得自动化设备具备自律管理的智能功能,从而构建设备智能化。“工业4.0”中,在生产线、生产设备中配有的传感器,需要动态捕捉数据,然后经过无线通信相连互联网,传输数据,对生产本身展开动态的监控。设备传感和掌控层的数据与企业信息系统融合构成了信息物理系统(CPS),使得生产大数据传遍云计算数据中心展开存储、分析,构成决策并反过来指导设备运转。

设备的智能化必要要求了“工业4.0”所拒绝的智能生产水平。生产效率是生产企业首先不会考虑到的问题。在明确生产流程方面,“工业4.0”对企业的意义在于,它需要将各种生产资源,还包括生产设备、工厂工人、业务管理系统和生产设施构成一个闭环网络,进而通过物联网和系统服务应用于,构建跨越整个智能产品和系统的价值链网络的纵向、横向的链接和端对端的数字化构建,从而提升生产效率,最后构建智能工厂。

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通过智能工厂生产系统在集中价值网络上的纵向相连,就可以在产品开发、生产、销售、物流、服务的过程中,利用软件和网络的监测、交流交流,根据近期情况,灵活性、动态地调整生产工艺,而仍然是几乎遵照几个月或者几年前的计划。“工业4.0”通过CPS系统将有所不同设备通过数据交互相连到一起,让工厂内部、外部包含一个整体。

而这种“一体化”只不过是为了构建生产生产的“分散化”。“工业4.0”中,生产模式将从“由集中式中央掌控向分散式强化掌控”改变,“分散化”后的生产将显得比流水线的自动化方式更为灵活性。流水线作业的主要特点是:物料通过流水线传输,操作者工人在工位上一动,大大地非常简单反复一个相同的动作。

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益处是可以防止操作者工人在车间内往返休息、替换工具等劳动环节,从而明显地提高工作效率(图5)。图5生产生产场景图及演进过程随着PLC(ProgrammableLogicController,可编程逻辑控制器)的经常出现和普及,自动化技术获得了重大突破。

PLC使得一些逻辑关联简单的操作者可以由设备自动已完成。同时,数控机床技术的发展,使得零部件需要在机床上按照图纸已完成若干简单的加工工作。此外,使用机械手等工业机器人技术,也使得替代操作者工人的非常简单反复的相同作业沦为有可能。所以,在流水线上,经过分解成的、由标准化动作构成的操作者很更容易被自动化的机器来已完成。

也就是,流水线很更容易构建自动化。过去30多年是全球化发展最慢的一段时期,发达国家通过产业移往将大量劳动密集型产业移往到劳动力成本较低的发展中国家。对于大量劳动密集型产业来说,自动化水平较高的流水线的综合成本往往要低于自动化水平较低的生产线。

但是,自动化流水线也有其弊端。无法灵活性地生产,无法符合个性化自定义,而且重复性较低、比较简单、感官能力拒绝强劲的操作者更加合适人工来做到。更佳地符合个性化市场需求,提升生产线的柔性是制造业长年执着的目标。

“工业4.0”报告中叙述的动态配备的生产方式主要是指专门从事作业的机器人(工作站)需要通过网络动态采访所有有关信息,并根据信息内容,自律转换生产方式以及替换生产材料,从而调整沦为最给定模式的生产作业。动态配备的生产方式需要构建为每个客户、每个产品展开有所不同的设计、零部件包含、产品订单、生产计划、生产生产、物流配送,杜绝整个链条中的浪费环节。

与传统生产方式有所不同,动态配备的生产方式在生产之前,或者生产过程中,都需要随时更改最初的设计方案。例如,目前的汽车生产主要是按照事前设计好的工艺流程展开的生产线生产方式。

尽管也不存在一些混流生产方式,但是生产过程中,一定要在由众多机械构成的生产线上展开,所以会构建产品设计的多样化。管理这些生产线的MES(生产继续执行管理系统)原本应当带来生产线更好的灵活性,但是受到包含生产线的众多机械的硬件制约,无法充分发挥出有更加多的功能,起到十分受限(图6)。图6传统汽车生产中严苛按照顺序的生产流程同时,在有所不同生产线上操作者的工人产于于各个车间,他们都会掌控整个生产流程,所以也不能充分发挥出有在某项相同工作上的起到。

这样一来,很难动态符合客户的市场需求。“工业4.0”刻画的智能工厂中,相同的生产线概念消失了,采行了可以动态、有机地新的包含的模块化生产方式。例如,生产模块可以视作一个“信息物理系统”,正在展开组装的汽车需要自律在生产模块间来回,拒绝接受所需的组装作业。

其中,如果生产、零部件供给环节经常出现瓶颈,需要及时调度其他车型的生产资源或者零部件,之后展开生产。也就是,为每个车型自律性自由选择合适的生产模块,展开动态的组装作业。

在这种动态配备的生产方式下,可以充分发挥出有MES原本的综合管理功能,需要动态管理设计、组装、测试等整个生产流程,既保证了生产设备的运转效率,又可以使生产种类构建多样化(图7)。


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