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10分钟彻底读懂什么是智能制造

作者:易企互联 来源:本站 发表时间:2018/5/30 17:08:34 查看:次

当前,智能制造成为业界关注的热点。那么,智能制造究竟是什么?又包含哪些范畴呢?今天,我们就站在制造企业的角度,来系统地分析一下这些问题。虽然关于智能制造的定义尚不唯一,但可以肯定的是,智能制造的“制造”二字,是广义的,指的是“manufacturing”,而绝不仅仅是指生产(Production)。

目前,行业内与智能制造相关的概念很多,列举如下:

数字化制造(Digital Manufacturing)

这是一种软件技术,指的是通过仿真软件对产品的加工与装备过程,以及车间的设备布局、物流、人机工程等进行仿真,目前主要的软件包括西门子的Tecnomatix和达索系统的Delmia。在CIMdata对PLM的定义中,DM属于其中一个领域。

数字化工厂(Digital Factory)

数字化工厂指的是从产品研发、工艺、制造、质量和内部物流等与产品制造价值链相关的各个环节都基于数字化软件和自动化系统进行支撑,能够实现实时的数据采集和分析。这个概念西门子采用较多,西门子有一个数字化工厂集团,专门提供相关的产品和解决方案。

智能工厂(Smart Factory)

智能工厂目前没有统一一致的定义。按照业务流程专家Scheer教授的观点,工业4.0的最底层叫做Real time smart factory。我认为,智能工厂相对于数字化工厂而言,主要强调生产数据、计量数据、质量数据的采集的自动化,不需要人工录入信息,能够实现对采集数据的实时分析,实现PDCA循环。SAP有一个MII系统(制造集成与智能),可以实现对工厂数据的多维度分析。
▲业务流程管理专家Scheer教授对智能工厂的解读

关于智能制造,其内涵是实现整个制造业价值链的智能化和创新,是信息化与工业化深度融合的进一步提升。智能制造融合了信息技术、先进制造技术、自动化技术和人工智能技术。目前智能制造的“智能”还处于Smart的层次,智能制造系统具有数据采集、数据处理、数据分析的能力,能够准确执行指令,能够实现闭环反馈;而智能制造的趋势是真正实现“Intelligent”,智能制造系统能够实现自主学习、自主决策,不断优化。
▲智能制造的关键技术

在智能制造的关键技术当中,智能产品与智能服务可以帮助企业带来商业模式的创新;智能装备、智能产线、智能车间到智能工厂,可以帮助企业实现生产模式的创新;智能研发、智能管理、智能物流与供应链则可以帮助企业实现运营模式的创新;而智能决策则可以帮助企业实现科学决策。智能制造的十项技术之间是息息相关的,制造企业应当渐进式、理性地推进这十项智能技术的应用。以下对这些技术一一进行解读。

1.

智能产品(Smart Product):

智能产品通常包括机械、电气和嵌入式软件,具有记忆、感知、计算和传输功能。典型的智能产品包括智能手机、智能可穿戴设备、无人机、智能汽车、智能家电、智能售货机等。企业应该思考如何在产品上加入智能化的单元,提升产品的附加值。比如在工程机械上添加传感器,可以对产品进行定位和关键零部件的状态监测,为实现智能服务打下基础。
▲智能汽车

2.

智能服务(Smart Service):

基于传感器和物联网(IoT),可以感知产品的状态,从而进行预防性维修维护,及时帮助客户更换备品备件,甚至可以通过了解产品运行的状态,帮助客户带来商业机会。还可以采集产品运营的大数据,辅助企业进行市场营销的决策。此外,企业通过开发面向客户服务的APP,也是一种智能服务的手段,可以针对企业购买的产品提供有针对性的服务,从而锁定用户,开展服务营销。

3.

智能装备(Smart Equipment):

制造装备经历了机械装备到数控装备,目前正在逐步发展为智能装备。智能装备具有检测功能,可以实现在机检测,从而补偿加工误差,提高加工精度,还可以对热变形进行补偿。以往一些精密装备对环境的要求很高,现在由于有了闭环的检测与补偿,可以降低对环境的要求。

例如:DMG MORI(德玛吉森精机)推出最新的复合加工中心LaserTec65已经融合了增材制造和切削加工(减材制造),可以通过激光堆焊的增材制造工艺快速制造毛坯。Trumpf(通快集团)的激光切割加工中心可以实现三维切割,多台激光加工中心可以共享激光源,这些都属于智能装备。对于工业机器人,如果是单纯按照固定指令执行喷涂、搬运、焊接等工艺的机器人,还不能称为智能装备。但是如果具有了机器视觉,能够准确识别工件,或者自主进行装配,自动避让工人等功能,甚至可以实现人机协作,就属于智能装备。例如:ABB推出的双臂机器人YUMI,就是智能型工业机器人的典范。随着复合材料的广泛应用,复合材料加工与装配的智能装备具有广阔的市场需求。

4.

智能产线(Smart Production line):

目前,很多企业的技术改造重点,就是建立自动化生产线、装配线和检测线。美国波音公司的飞机总装厂已建立了U型的脉动式总装线。自动化生产线可以分为刚性自动化生产线和柔性自动化生产线,柔性自动化生产线一般建立了缓冲。为了提高生产效率,工业机器人、吊挂系统在自动化生产线上应用越来越广泛。目前,很多汽车整车厂已实现了混流生产,在一条装配线上可以同时装配多种车型。

而智能产线在我国制造企业的应用还处于起步阶段,但必然是发展的方向。智能产线的特点是:在生产和装配的过程中,能够通过传感器或RFID自动进行数据采集,并通过电子看板显示实时的生产状态;能够通过机器视觉和多种传感器进行质量检测,自动剔除不合格品,并对采集的质量数据进行SPC分析,找出质量问题的成因;能够支持多种相似产品的混线生产和装配,灵活调整工艺,适应小批量、多品种的生产模式;具有柔性,如果生产线上有设备出现故障,能够调整到其他设备生产;针对人工操作的工位,能够给予智能的提示。实际上,西门子成都电子工厂的总装线已经达到了智能产线的水平。

5.

智能车间(Smart workshop):

无论什么制造行业,制造执行系统(MES)成为企业的必然选择。目前,中国的MES市场非常热门,国际大牌的自动化厂商西门子、罗克韦尔、GE、施耐德电气有MES软件平台等,国内的浙大中控、和利时、易往、明基逐鹿、艾普工华、华铁海兴、鑫海智桥等厂商也非常活跃。此外,先进生产排程(APS)系统也已经进入了制造企业选型的视野,开始了初步实践,实现基于实际产能约束的排产。

对于药品、食品等行业,国家有强制性的追溯要求,需要通过GMP等行业认证,因此推进MES更加紧迫。前文提到的数字化制造(DM)技术也是智能车间的支撑工具,可以帮助企业在建设新厂房时,根据设计的产能科学进行设备布局,提升物流效率,提高工人工作的舒适程度。

对于机械制造企业,可以通过DNC技术实现设备状态信息和加工代码的上传下达,目前已有成熟的产品,例如兰光创新、盖勒普和英迪致远等。另外,实现车间的无纸化,也是智能车间的重要标志,企业可以应用三维轻量化技术,将设计和工艺文档传递到工位。
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