智能工廠是實(shí)現(xiàn)智能制造的重要載體，主要通過構(gòu)建智能化生產(chǎn)系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)化分布生產(chǎn)設(shè)施，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過程的智能化。企業(yè)基于CPS和工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)構(gòu)建的智能工廠原型，主要包括物理層、信息層、大數(shù)據(jù)層、工業(yè)云層、決策層。其中，物理層包含工廠內(nèi)不同層級的硬件設(shè)備，從最小的嵌入設(shè)備和基礎(chǔ)元器件開始，到感知設(shè)備、制造設(shè)備、制造單元和生產(chǎn)線，相互間均實(shí)現(xiàn)互聯(lián)互通。以此為基礎(chǔ)，構(gòu)建了一個(gè)“可測可控、可產(chǎn)可管”的縱向集成環(huán)境。
信息層涵蓋企業(yè)經(jīng)營業(yè)務(wù)各個(gè)環(huán)節(jié)，包含研發(fā)設(shè)計(jì)、生產(chǎn)制造、營銷服務(wù)、物流配送等各類經(jīng)營管理活動(dòng)，以及由此產(chǎn)生的眾創(chuàng)、個(gè)性化定制、電子商務(wù)、可視追蹤等相關(guān)業(yè)務(wù)。在此基礎(chǔ)上，形成了企業(yè)內(nèi)部價(jià)值鏈的橫向集成環(huán)境，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)和信息的流通和交換。
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實(shí)現(xiàn)柔性自動(dòng)化。結(jié)合企業(yè)的產(chǎn)品和生產(chǎn)特點(diǎn)，持續(xù)提升生產(chǎn)、檢測和工廠物流的自動(dòng)化程度。
1、產(chǎn)品品種少、生產(chǎn)批量大的企業(yè)可以實(shí)現(xiàn)高度自動(dòng)化，乃至建立黑燈工廠；
2、小批量、多品種的企業(yè)則應(yīng)當(dāng)注重少人化、人機(jī)結(jié)合，不要盲目推進(jìn)自動(dòng)化，應(yīng)當(dāng)特別注重建立智能制造單元。
3、工廠的自動(dòng)化生產(chǎn)線和裝配線應(yīng)當(dāng)適當(dāng)考慮冗余，避免由于關(guān)鍵設(shè)備故障而停線；
4、同時(shí)，應(yīng)當(dāng)充分考慮如何快速換模，能夠適應(yīng)多品種的混線生產(chǎn)。
5、物流自動(dòng)化對于實(shí)現(xiàn)智能工廠至關(guān)重要，企業(yè)可以通過AGV、行架式機(jī)械手、懸掛式輸送鏈等物流設(shè)備實(shí)現(xiàn)工序之間的物料傳遞，并配置物料超市，盡量將物料配送到線邊。
智能裝備是智能工廠運(yùn)作的重要手段和工具。智能裝備主要包含智能生產(chǎn)設(shè)備、智能檢測設(shè)備和智能物流設(shè)備。制造裝備在經(jīng)歷了機(jī)械裝備到數(shù)控裝備后，目前正在逐步向智能裝備發(fā)展。智能化的加工中心具有誤差補(bǔ)償、溫度補(bǔ)償?shù)裙δ埽軌驅(qū)崿F(xiàn)邊檢測、邊加工。工業(yè)機(jī)器人通過集成視覺、力覺等傳感器，能夠準(zhǔn)確識別工件，自主進(jìn)行裝配，自動(dòng)避讓人，實(shí)現(xiàn)人機(jī)協(xié)作。金屬增材制造設(shè)備可以直接制造零件，DMG MORI已開發(fā)出能夠?qū)崿F(xiàn)同時(shí)實(shí)現(xiàn)增材制造和切削加工的混合制造加工中心。智能物流設(shè)備則包括自動(dòng)化立體倉庫、AGV、桁架式機(jī)械手、懸掛式輸送鏈等。例如，F(xiàn)anuc工廠就應(yīng)用了自動(dòng)化立體倉庫作為智能加工單元之間的物料傳遞工具。
除了對生產(chǎn)過程中的質(zhì)量問題進(jìn)行及時(shí)的處理，分析出規(guī)律，減少質(zhì)量問題的再次發(fā)生等技術(shù)手段以外，在生產(chǎn)過程中對生產(chǎn)設(shè)備的制造過程參數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)的采集、及時(shí)的干預(yù)，也是確保產(chǎn)品質(zhì)量的一個(gè)重要手段。
通過工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的形式對設(shè)備進(jìn)行采集與管理，如采集設(shè)備基本狀態(tài)，對各類工藝過程數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測、動(dòng)態(tài)預(yù)警、過程記錄分析等功能，可實(shí)現(xiàn)對加工過程實(shí)時(shí)的、動(dòng)態(tài)的、嚴(yán)格的工藝控制，確保產(chǎn)品生產(chǎn)過程完全受控。
智能工廠應(yīng)如何建立和管理！
很多人以為花大錢買回一堆數(shù)控設(shè)備和機(jī)器人就建成了智能工廠。這實(shí)際上是一種誤解。要建成智能工廠，除了生產(chǎn)流程的自動(dòng)化外，關(guān)鍵還需要企業(yè)的信息化，一硬一軟，才能發(fā)展。缺了生產(chǎn)流程的信息化改造，就相當(dāng)于在缺水缺電的地區(qū)置辦一大堆家電，不能充分發(fā)揮智能工廠的核心效能。
因此，在中國制造2025及工業(yè)4.0信息物理融合系統(tǒng)CPS的支持下，離散制造業(yè)需要實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)設(shè)備網(wǎng)絡(luò)化、生產(chǎn)數(shù)據(jù)可視化、生產(chǎn)文檔無紙化、生產(chǎn)過程透明化、生產(chǎn)現(xiàn)場無人化等先進(jìn)技術(shù)應(yīng)用，做到縱向、橫向和端到端的集成，以實(shí)現(xiàn)優(yōu)質(zhì)、高效、低耗、清潔、靈活的生產(chǎn)，從而建立基于工業(yè)大數(shù)據(jù)和“互聯(lián)網(wǎng)”的智能工廠。
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1、生產(chǎn)設(shè)備網(wǎng)絡(luò)化，實(shí)現(xiàn)車間“物聯(lián)網(wǎng)”
工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)的提出給“中國制造2025”、工業(yè)4.0提供了一個(gè)新的突破口。據(jù)羿戓制造所了解，物聯(lián)網(wǎng)是指通過各種信息傳感設(shè)備，實(shí)時(shí)采集任何需要監(jiān)控、連接、互動(dòng)的物體或過程等各種需要的信息，其目的是實(shí)現(xiàn)物與物、物與人，所有的物品與網(wǎng)絡(luò)的連接，方便識別、管理和控制。傳統(tǒng)的工業(yè)生產(chǎn)采用M2M(Machineto Machine)的通信模式，實(shí)現(xiàn)了設(shè)備與設(shè)備間的通信，而物聯(lián)網(wǎng)通過Things to Things的通信方式實(shí)現(xiàn)人、設(shè)備和系統(tǒng)三者之間的智能化、交互式無縫連接。
在離散制造企業(yè)車間，數(shù)控車、銑、刨、磨、鑄、鍛、鉚、焊、加工中心等是主要的生產(chǎn)資源。在生產(chǎn)過程中，將所有的設(shè)備及工位統(tǒng)一聯(lián)網(wǎng)管理，使設(shè)備與設(shè)備之間、設(shè)備與計(jì)算機(jī)之間能夠聯(lián)網(wǎng)通訊，設(shè)備與工位人員緊密關(guān)聯(lián)。
如：數(shù)控編程人員可以在自己的計(jì)算機(jī)上進(jìn)行編程，將加工程序上傳至DNC服務(wù)器，設(shè)備操作人員可以在生產(chǎn)現(xiàn)場通過設(shè)備控制器下載所需要的程序，待加工任務(wù)完成后，再通過DNC網(wǎng)絡(luò)將數(shù)控程序回傳至服務(wù)器中，由程序管理員或工藝人員進(jìn)行比較或歸檔，整個(gè)生產(chǎn)過程實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)化、追溯化管理。
2、生產(chǎn)數(shù)據(jù)可視化，利用大數(shù)據(jù)分析進(jìn)行生產(chǎn)決策
“中國制造2025”提出以后，信息化與工業(yè)化快速融合，信息技術(shù)滲透到了離散制造企業(yè)產(chǎn)業(yè)鏈的各個(gè)環(huán)節(jié)，條形碼、二維碼、RFID、工業(yè)傳感器、工業(yè)自動(dòng)控制系統(tǒng)、工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)、ERP、CAD/CAM/CAE/CAI等技術(shù)在離散制造企業(yè)中得到廣泛應(yīng)用，尤其是互聯(lián)網(wǎng)、移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)等新一代信息技術(shù)在工業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用，離散制造企業(yè)也進(jìn)入了互聯(lián)網(wǎng)工業(yè)的新的發(fā)展階段，所擁有的數(shù)據(jù)也日益豐富。離散制造企業(yè)生產(chǎn)線處于高速運(yùn)轉(zhuǎn)，由生產(chǎn)設(shè)備所產(chǎn)生、采集和處理的數(shù)據(jù)量遠(yuǎn)大于企業(yè)中計(jì)算機(jī)和人工產(chǎn)生的數(shù)據(jù)，對數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)性要求也更高。
在生產(chǎn)現(xiàn)場，每隔幾秒就收集一次數(shù)據(jù)，利用這些數(shù)據(jù)可以實(shí)現(xiàn)很多形式的分析，包括設(shè)備開機(jī)率、主軸運(yùn)轉(zhuǎn)率、主軸負(fù)載率、運(yùn)行率、故障率、生產(chǎn)率、設(shè)備綜合利用率(OEE)、零部件合格率、質(zhì)量百分比等。首先，在生產(chǎn)工藝改進(jìn)方面，在生產(chǎn)過程中使用這些大數(shù)據(jù)，就能分析整個(gè)生產(chǎn)流程，了解每個(gè)環(huán)節(jié)是如何執(zhí)行的。
企業(yè)管理人員需要對生產(chǎn)、流通等各個(gè)環(huán)節(jié)深入了解
智能工廠可以使生產(chǎn)過程中設(shè)備之間實(shí)現(xiàn)良好的信息交互，使各個(gè)環(huán)節(jié)緊密配合。智能工廠可以使生產(chǎn)過程中每個(gè)環(huán)節(jié)的生產(chǎn)時(shí)間、原料供應(yīng)以及下一環(huán)節(jié)的生產(chǎn)情況在設(shè)備中及時(shí)進(jìn)行處理。智能化系統(tǒng)平臺通過整體的優(yōu)化，使得各個(gè)環(huán)節(jié)的生產(chǎn)配置最優(yōu)，各個(gè)環(huán)節(jié)的設(shè)備得到了高效的利用。未來工廠生產(chǎn)的產(chǎn)品品種會越來越多，工藝也會越來越復(fù)雜，這就需要靈活有效的智能排產(chǎn)來管理生產(chǎn)，達(dá)到資源的優(yōu)化配置和設(shè)備的最大使用。
智能工廠的建立也有利于銷售的管理。由于未來產(chǎn)品都是定制化程度越來越高，因此，每類產(chǎn)品（甚至每個(gè)產(chǎn)品）的交付信息在生產(chǎn)之初已經(jīng)確認(rèn)，智能工廠將利用自身的物流系統(tǒng)或者外部更為高效的物流系統(tǒng)進(jìn)行配貨，并實(shí)時(shí)掌握產(chǎn)品的配送進(jìn)展。客戶的信息也能進(jìn)行及時(shí)的反饋，使得企業(yè)對于產(chǎn)品的優(yōu)化變得可能而具體。
智能工廠的建立可以提高保障食品的安全的能力。智能工廠建立以后可以使生產(chǎn)過程中的質(zhì)量信息得到了有效的采集，確保了產(chǎn)品在出現(xiàn)質(zhì)量問題時(shí)及時(shí)發(fā)現(xiàn)問題出現(xiàn)的具體環(huán)節(jié)、具體設(shè)備以及具體的人員，進(jìn)行有效的追蹤，。與此同時(shí)，得益于質(zhì)量信息的采集，使得企業(yè)對于質(zhì)量的大數(shù)據(jù)分析變得可能，通過大量產(chǎn)品的數(shù)據(jù)分析，發(fā)現(xiàn)影響質(zhì)量的關(guān)鍵因素，優(yōu)化生產(chǎn)過程，使得食品的缺陷率降到最低。
智能工廠主要建設(shè)模式
智能工廠不僅生產(chǎn)過程應(yīng)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化、透明化、可視化、精益化，而且，在產(chǎn)品檢測、質(zhì)量檢驗(yàn)和分析、生產(chǎn)物流等環(huán)節(jié)也應(yīng)當(dāng)與生產(chǎn)過程實(shí)現(xiàn)閉環(huán)集成。一個(gè)工廠的多個(gè)車間之間也要實(shí)現(xiàn)信息共享、準(zhǔn)時(shí)配送和協(xié)同作業(yè)。
智能工廠的建設(shè)充分融合了信息技術(shù)、先進(jìn)制造技術(shù)、自動(dòng)化技術(shù)、通信技術(shù)和人工智能技術(shù)。每個(gè)企業(yè)在建設(shè)智能工廠時(shí)，都應(yīng)該考慮如何能夠有效融合這五大領(lǐng)域的新興技術(shù)，與企業(yè)的產(chǎn)品特點(diǎn)和制造工藝緊密結(jié)合，確定自身的智能工廠推進(jìn)方案。
智能工廠主要建設(shè)模式
由于各個(gè)行業(yè)生產(chǎn)流程不同，加上各個(gè)行業(yè)智能化情況不同，智能工廠有以下幾個(gè)不同的建設(shè)模式。
第一種模式是從生產(chǎn)過程數(shù)字化到智能工廠。在石化、鋼鐵、冶金、建材、紡織、造紙、醫(yī)藥、食品等流程制造領(lǐng)域，企業(yè)發(fā)展智能制造的內(nèi)在動(dòng)力在于產(chǎn)品品質(zhì)可控，側(cè)重從生產(chǎn)數(shù)字化建設(shè)起步，基于品控需求從產(chǎn)品末端控制向全流程控制轉(zhuǎn)變。
第二種模式是從智能制造生產(chǎn)單元(裝備和產(chǎn)品)到智能工廠。在機(jī)械、汽車、航空、船舶、輕工、家用電器和電子信息等離散制造領(lǐng)域，企業(yè)發(fā)展智能制造的核心目的是拓展產(chǎn)品價(jià)值空間，側(cè)重從單臺設(shè)備自動(dòng)化和產(chǎn)品智能化入手，基于生產(chǎn)效率和產(chǎn)品效能的提升實(shí)現(xiàn)價(jià)值增長。
第三種模式是從個(gè)性化定制到互聯(lián)工廠。在家電、服裝、家居等距離用戶最近的消費(fèi)品制造領(lǐng)域，企業(yè)發(fā)展智能制造的重點(diǎn)在于充分滿足消費(fèi)者多元化需求的同時(shí)實(shí)現(xiàn)規(guī)模經(jīng)濟(jì)生產(chǎn)，側(cè)重通過互聯(lián)網(wǎng)平臺開展大規(guī)模個(gè)性定制模式創(chuàng)新。 ![]()
工業(yè)軟件是智能工廠創(chuàng)新的主要方向，軟件的工業(yè)應(yīng)用能夠提高設(shè)備的智能化程度，改善設(shè)備性能和生產(chǎn)效率，實(shí)現(xiàn)機(jī)器之間的即時(shí)溝通，讓整個(gè)工業(yè)生產(chǎn)線處于更加穩(wěn)定協(xié)作的狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)企業(yè)資源的優(yōu)化配置。
同時(shí)，隨著產(chǎn)品性能的提升和國內(nèi)勞動(dòng)力價(jià)格上漲，傳統(tǒng)制造業(yè)的轉(zhuǎn)型升級面臨巨大的壓力，工業(yè)機(jī)器人作為智能制造領(lǐng)域的代表，在產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型的過程中正發(fā)揮著越來越重要的作用。工業(yè)機(jī)器人作為先進(jìn)生產(chǎn)力的代表，無論是在推動(dòng)工業(yè)信息化生產(chǎn)，還是在推動(dòng)工業(yè)機(jī)器人產(chǎn)業(yè)發(fā)展方面都發(fā)揮著重要作用。
在智能產(chǎn)品進(jìn)入生產(chǎn)制造流程中的時(shí)候，該產(chǎn)品還會作為一個(gè)代理，對周圍的環(huán)境進(jìn)行感知和產(chǎn)生影響，例如，在生產(chǎn)線上的智能產(chǎn)品可以對智能生產(chǎn)線發(fā)出指令，“請握緊我的左邊把柄。”
智能產(chǎn)品還可以對自己不斷進(jìn)行監(jiān)測，并根據(jù)自身狀態(tài)和環(huán)境做出恰當(dāng)?shù)姆磻?yīng)，例如，已經(jīng)被某智能生產(chǎn)線加工了10多分鐘的智能產(chǎn)品，可能會發(fā)出指令，“我已經(jīng)被加工10分鐘，請把我傳送到下一個(gè)生產(chǎn)線環(huán)節(jié)。”
中國作為世界工廠，在機(jī)器人應(yīng)用方面擁有巨大的市場潛力，用機(jī)器人來代替人類生產(chǎn)，也將越來越受到企業(yè)主的關(guān)注。雖然，現(xiàn)在電子電工、船舶、汽車裝配還是機(jī)器人應(yīng)用的主要領(lǐng)域，但未來在一般的工業(yè)領(lǐng)域，如光伏產(chǎn)業(yè)、食品產(chǎn)業(yè)以及化纖、醫(yī)藥等行業(yè)，都會有工業(yè)機(jī)器人的應(yīng)用空間。
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