如何打造智能數字化工廠(chǎng)？
德國有“工業(yè)4.0”，美國有“工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)”，中國有“中國制造2025”，這些戰略項目的提出無(wú)不揭示著(zhù)當今社會(huì )對于制造業(yè)的高度重視。在傳統的工廠(chǎng)生產(chǎn)中，人力是生產(chǎn)線(xiàn)上的“主力軍”，而隨著(zhù)“智能制造”工業(yè)革命浪潮的興起，“智能工廠(chǎng)”越來(lái)越成為各大企業(yè)爭相建設的目標。
中國是一個(gè)人口大國，廉價(jià)的勞動(dòng)力使得其曾一度被稱(chēng)為“世界工廠(chǎng)”。資金短缺、技術(shù)含量低成為過(guò)去很長(cháng)一段時(shí)間中國制造業(yè)的顯著(zhù)特點(diǎn)。隨著(zhù)國力的增強，沉睡的“東方雄獅”覺(jué)醒，中國在“智能制造”領(lǐng)域大量投入研發(fā)力量，力圖趕超世界先進(jìn)生產(chǎn)力國家水平。
何謂“智能工廠(chǎng)“
要了解智能工廠(chǎng)，得先從數字化工廠(chǎng)說(shuō)起。對于數字化工廠(chǎng)，德國工程師協(xié)會(huì )的定義是：
數字化工廠(chǎng)(DF)是由數字化模型、方法和工具構成的綜合網(wǎng)絡(luò )，包含仿真和3D/虛擬現實(shí)可視化，通過(guò)連續的沒(méi)有中斷的數據管理集成在一起。數字化工廠(chǎng)集成了產(chǎn)品、過(guò)程和工廠(chǎng)模型數據庫，通過(guò)先進(jìn)的可視化、仿真和文檔管理，以提高產(chǎn)品的質(zhì)量和生產(chǎn)過(guò)程所涉及的質(zhì)量和動(dòng)態(tài)性能。
智能工廠(chǎng)是在數字化工廠(chǎng)的基礎上，利用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)和監控技術(shù)加強信息管理服務(wù)，提高生產(chǎn)過(guò)程可控性、減少生產(chǎn)線(xiàn)人工干預，以及合理計劃排程。同時(shí)，集初步智能手段和智能系統等新興技術(shù)于一體，構建高效、節能、綠色、環(huán)保、舒適的人性化工廠(chǎng)。
智能工廠(chǎng)已經(jīng)具有了自主能力，可采集、分析、判斷、規劃;通過(guò)整體可視技術(shù)進(jìn)行推理預測，利用仿真及多媒體技術(shù)，將實(shí)境擴增展示設計與制造過(guò)程。系統中各組成部分可自行組成最佳系統結構，具備協(xié)調、重組及擴充特性。已系統具備了自我學(xué)習、自行維護能力。因此，智能工廠(chǎng)實(shí)現了人與機器的相互協(xié)調合作，其本質(zhì)是人機交互。
智能工廠(chǎng)核心架構
工業(yè)4.0是究竟是什么?也許不是一兩話(huà)可以說(shuō)清楚的。但簡(jiǎn)單來(lái)看，工業(yè)4.0核心內容就是建一個(gè)網(wǎng)絡(luò )、三項集成、大數據分析、八項計劃和研究?jì)蓚€(gè)主題。
一個(gè)網(wǎng)絡(luò )(CPS)
CPS使得物理設備具有計算、通信、精確控制、遠程協(xié)調和自治等五大功能，從而實(shí)現虛擬網(wǎng)絡(luò )世界與現實(shí)物理世界的融合，將網(wǎng)絡(luò )空間的高級計算能力有效的運用于現實(shí)世界中，從而在生產(chǎn)制造過(guò)程中，與設計、開(kāi)發(fā)、生產(chǎn)有關(guān)的所有數據將通過(guò)傳感器采集并進(jìn)行分析，形成可自律操作的智能生產(chǎn)系統。
三個(gè)集成
工業(yè)4.0中的三項集成包括：橫向集成、縱向集成與端對端的集成。
工業(yè)4.0將無(wú)處不在的傳感器、嵌入式終端系統、智能控制系統、通信設施通過(guò)CPS形成一個(gè)智能網(wǎng)絡(luò )，使人與人、人與機器、機器與機器以及服務(wù)與服務(wù)之間能夠互聯(lián)，從而實(shí)現橫向、縱向和端對端的高度集成，集成是實(shí)現工業(yè)4.0的重點(diǎn)也是難點(diǎn)。
大數據分析
隨著(zhù)信息物理系統的推廣，智能裝備和終端的普及以及各種各樣傳感器的使用，將會(huì )帶來(lái)無(wú)所不在的感知和無(wú)所不在的連接，所有的生產(chǎn)裝備、感知設備、聯(lián)網(wǎng)終端，包括生產(chǎn)者本身都在源源不斷地產(chǎn)生數據，這些數據將會(huì )滲透到企業(yè)運營(yíng)、價(jià)值鏈乃至產(chǎn)品的整個(gè)生命周期，是工業(yè)4.0和制造革命的基石。
技術(shù)難題亟待解決
智能工廠(chǎng)建設是制造業(yè)的未來(lái)發(fā)展趨勢，很多國內的優(yōu)秀企業(yè)都提出了智能工廠(chǎng)的建設目標，甚至有些企業(yè)已經(jīng)開(kāi)始嘗試去建設自己的智能工廠(chǎng)。新事物的成長(cháng)過(guò)程總是漫長(cháng)而曲折的，在智能工廠(chǎng)建設過(guò)程中，還有一些難題亟待攻克。
首先，信息的收集和分析體系。對于智能工廠(chǎng)來(lái)說(shuō)，其核心要求之一是要實(shí)現信息流、物資流和管理流合一。而這樣的雄心需要強大的數據收集和分析體系去支持。對于中國企業(yè)來(lái)說(shuō)，長(cháng)期處于產(chǎn)業(yè)鏈的低端環(huán)節使得其在信息的收集和分析能力上有所欠缺，很多中國企業(yè)連工廠(chǎng)的管理通報都并不完備，即使是行業(yè)的領(lǐng)軍企業(yè)，也在前幾年才消滅了企業(yè)內部的信息孤島，建成了企業(yè)內部統一的信息管理體系。
其次，智能工廠(chǎng)涉及多個(gè)層面和技術(shù)領(lǐng)域，智能生產(chǎn)過(guò)程中的生產(chǎn)決策、供應鏈優(yōu)化問(wèn)題等的解決需要借助仿真系統來(lái)解決。隨著(zhù)ISA95[8]標準的推廣，其中對企業(yè)－控制系統集成模型的層次定義對工廠(chǎng)仿真模型的定義產(chǎn)生了巨大的影響。宏觀(guān)的仿真模型如ＥＲＰ層的供應鏈模型，微觀(guān)的仿真模型如PCS層的裝置生產(chǎn)過(guò)程模型。
最艱難的挑戰是無(wú)處不在的快速互聯(lián)網(wǎng)基礎設施，以及網(wǎng)絡(luò )-物理系統的標準界面。對于制造平臺的大數據應用，我們需要安全與保護，這樣，行業(yè)內的人們才會(huì )信任這種與工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)連接的新型聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，才會(huì )有更多的企業(yè)加入智能工廠(chǎng)的開(kāi)發(fā)和使用。
“路漫漫其修遠兮，吾將上下而求索”。智能工廠(chǎng)建設既是一項系統工程，同時(shí)也需要企業(yè)去逐步建設。中國制造業(yè)產(chǎn)業(yè)升級迫在眉睫，但若一味盲目跟風(fēng)也不可行，只有量體裁衣、腳踏實(shí)地、不斷摸索才是通向智能工廠(chǎng)的大道。
朱先生