工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)的成熟 給制造自動(dòng)化提供了新突破口
全球正在掀起以智能制造為核心的新一輪工業(yè)革命，新一代信息技術(shù)與制造業(yè)的深度融合，正在引發(fā)影響深遠的產(chǎn)業(yè)變革，形成新的生產(chǎn)方式、產(chǎn)業(yè)形態(tài)、商業(yè)模式和經(jīng)濟增長(cháng)點(diǎn)。
被稱(chēng)為世界“制造中心”的中國，正在德國率先提出的“工業(yè)4.0”概念的基礎上，開(kāi)始一場(chǎng)規?？涨暗墓I(yè)革命。一間間曾經(jīng)人聲鼎沸的生產(chǎn)車(chē)間，逐漸只有機器轟鳴的無(wú)人工廠(chǎng)取代。
“中國制造2025”，以中國制造業(yè)目前的整體發(fā)展水平為基礎，提高制造業(yè)的智能化水平，向無(wú)人工廠(chǎng)、智能制造轉型。這是必然的模式。
德國與中國制造業(yè)基礎不同。德國工業(yè)的設備和車(chē)間制造基礎很好，工業(yè)機器人運用成熟而廣泛，嵌入式系統和自動(dòng)化工程方面也有非常專(zhuān)業(yè)的技術(shù)。
因此，德國“工業(yè)4.0”是針對新一輪科技革命和產(chǎn)業(yè)變革制定的措施，依靠雄厚的技術(shù)基礎，可以直接實(shí)施信息技術(shù)改造。
與世界先進(jìn)水平相比，中國工業(yè)制造水平需要同時(shí)完成自動(dòng)化與信息化改造的雙重任務(wù)。
但這后發(fā)優(yōu)勢，卻給了中國制造業(yè)建設智能工廠(chǎng)，加速轉型、一步到位的絕佳契機。
智能化的物質(zhì)基礎，是自動(dòng)化
從單臺設備自動(dòng)化和產(chǎn)品智能化入手，緊扣關(guān)鍵工序智能化、關(guān)鍵崗位機器人替代、實(shí)現生產(chǎn)效率和產(chǎn)品效能的提升，這是智能化的物質(zhì)基礎。
隨著(zhù)技術(shù)的成熟和造價(jià)的降低，推動(dòng)了工業(yè)機器人、機械手臂等智能設備的廣泛應用，使工廠(chǎng)無(wú)人化制造成為可能。
近年來(lái)，我國機器人市場(chǎng)快速發(fā)展。2014年，中國工業(yè)機器人銷(xiāo)量達到5.6萬(wàn)臺，成為全球第一大工業(yè)機器人市場(chǎng)。
預計到2020年工業(yè)機器人銷(xiāo)量將達到15萬(wàn)臺，保有量達到80萬(wàn)臺;到2025年工業(yè)機器人銷(xiāo)量將達到26萬(wàn)臺，保有量達到180萬(wàn)臺。
在生產(chǎn)現場(chǎng)，工業(yè)機器人在焊接、搬運、噴涂、加工、裝配、檢測、清潔生產(chǎn)等方面都已實(shí)現規?；蓱?。除了節約人工、提升生產(chǎn)效率，更重要的是，它工作效果更加均勻、穩定性更好，產(chǎn)品質(zhì)量可控、可追蹤。這是數字化管理、提升產(chǎn)品品質(zhì)的重要依仗!
而與自動(dòng)化生產(chǎn)線(xiàn)相結合，數控加工中心、智能機器人和三坐標測量?jì)x及其他所有柔性化制造單元進(jìn)行自動(dòng)化排產(chǎn)調度，工件、物料、刀具進(jìn)行自動(dòng)化裝卸調度，可以達到無(wú)人值守的全自動(dòng)化生產(chǎn)模式。
還需要進(jìn)一步研究視覺(jué)處理、情景感知、模式識別、自決策自執行、可視化等關(guān)鍵技術(shù)，提高機器人產(chǎn)品的三維空間定位、建模、搜索與交互技術(shù)，提高控制性能、人機交互性能和可靠性性能，提升機器人任務(wù)重構、偏差自適應調整的能力，最終實(shí)現機器人在人機共存環(huán)境中完成精密復雜任務(wù)的能力。
智能化的信息基礎，是互聯(lián)化
工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)的成熟，給制造自動(dòng)化提供了一個(gè)新的突破口。
物聯(lián)網(wǎng)是指通過(guò)各種信息傳感設備，實(shí)時(shí)采集任何需要監控、連接、互動(dòng)的物體或過(guò)程等各種需要的信息，其目的是實(shí)現物與物、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。
傳統的自動(dòng)化工廠(chǎng)，最多通過(guò)有線(xiàn)內部網(wǎng)絡(luò )，實(shí)現了車(chē)間部分設備與設備間的聯(lián)網(wǎng)通訊，而物聯(lián)網(wǎng)通過(guò)無(wú)線(xiàn)、廣域通信方式，實(shí)現人、設備和系統三者之間的智能化、交互式無(wú)縫連接。
而物聯(lián)網(wǎng)的核心信息設備，是制造過(guò)程各個(gè)環(huán)節實(shí)現信息獲取、實(shí)時(shí)通信的關(guān)鍵基礎。它主要包括基礎通信設備、控制系統、新型工業(yè)傳感器、制造物聯(lián)設備、儀器儀表和檢測設備、工業(yè)信息安全保障產(chǎn)品。
具體而言，包括適應惡劣工業(yè)環(huán)境的高速工業(yè)交換機、高速工業(yè)無(wú)線(xiàn)路由器/中繼器、工業(yè)級低功耗遠距/近場(chǎng)通訊設備、快速自組網(wǎng)工業(yè)無(wú)線(xiàn)通訊設備、工業(yè)協(xié)議轉換器/網(wǎng)關(guān)、工業(yè)通訊一致性檢測設備等工業(yè)通信網(wǎng)絡(luò )基礎設備;
具有現場(chǎng)總線(xiàn)通信功能的分布式控制系統、可編程控制系統、工控機系統、嵌入式控制系統以及數據采集與監視控制系統;光電傳感器、接近傳感器、高分辨率視覺(jué)傳感器、高精度流量傳感器等低功耗、高精度、高可靠的新型工業(yè)傳感器、檢測器;
RFID芯片和讀寫(xiě)設備、工業(yè)便攜/手持智能終端、工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)關(guān)、工業(yè)可穿戴設備等人機信息交互設備;工控系統防火墻/網(wǎng)閘、容災備份系統、主動(dòng)防御系統、入侵檢測設備等信息安全保障產(chǎn)品。
在這些無(wú)處不在的設備基礎之上，需要制訂制造設備信息互聯(lián)互通的接口技術(shù)標準，設備與設備之間、設備與系統之間協(xié)議互操作整體框架，從而構建起面向智能制造的高速、安全可靠的工業(yè)通信網(wǎng)絡(luò )，實(shí)現人、設備與產(chǎn)品的實(shí)時(shí)聯(lián)通、精確識別、有效交互與智能控制。
智能化的管理體系，是自適應控制
在物質(zhì)和信息基礎之上，實(shí)現制造過(guò)程的智能化，還需要建立智能化的自動(dòng)管理體系。
這需要在線(xiàn)成分分析儀、在線(xiàn)無(wú)損檢測裝置、在線(xiàn)高精度三維數字超聲波探傷儀、在線(xiàn)高精度非接觸幾何精度檢測設備，以及諸多工業(yè)傳感器的配合，需要促進(jìn)制造工藝的仿真優(yōu)化、數字化控制、狀態(tài)信息實(shí)時(shí)監測和自適應控制，進(jìn)而實(shí)現整個(gè)過(guò)程的智能管控。
在不間斷單元自動(dòng)化生產(chǎn)的情況下，遠程查看管理單元內的生產(chǎn)狀態(tài)情況，無(wú)人值守的智能管理生產(chǎn)任務(wù)，整個(gè)生產(chǎn)現場(chǎng)無(wú)需人工參與，真正實(shí)現“無(wú)人”智能生產(chǎn)。
這就是智能制造控制系統。從生產(chǎn)現場(chǎng)無(wú)人，到生產(chǎn)過(guò)程無(wú)人，這又是一層飛躍.
但提供生產(chǎn)活動(dòng)的基礎管理，實(shí)現自主安全可控，生產(chǎn)過(guò)程透明化、智能化，進(jìn)一步提升生產(chǎn)作業(yè)效率，這還僅僅是智能化的管理體系的最初級一層。
其次，它要實(shí)現人、設備、環(huán)境與物料之間的互聯(lián)互通和綜合管理，實(shí)現智能制造過(guò)程中的質(zhì)量信息采集和質(zhì)量追溯。
最后，借助信息傳遞，在企業(yè)和供應鏈之間，對從訂單下達到產(chǎn)品完成的整個(gè)生產(chǎn)過(guò)程進(jìn)行優(yōu)化管理，以雙向交互的形式，使計劃、生產(chǎn)、資源三者密切配合，減少企業(yè)內部無(wú)附加值活動(dòng)，有效地指導工廠(chǎng)生產(chǎn)運作過(guò)程，提高企業(yè)及時(shí)交貨能力。
從生產(chǎn)管理直到動(dòng)態(tài)控制，這就是幾十年來(lái)，制造業(yè)孜孜以求的精準制造、敏捷制造、透明制造的能力。
以上這些，就是智能工廠(chǎng)的“神經(jīng)”系統，它依賴(lài)于近年來(lái)飛速發(fā)展的信息、通信、計算技術(shù)，以及人工智能管理成果的快速提升，全面提高智能制造的能力和水平。
以目前國內最先進(jìn)的海爾中央空調智能工廠(chǎng)為例，經(jīng)過(guò)復雜精密的布局，實(shí)現了全要素、端到端的系統互聯(lián)，驅動(dòng)全流程信息互聯(lián)感知的實(shí)現。
智能化的控制大腦，是大數據分析
僅僅實(shí)現生產(chǎn)作業(yè)管理，還不是完整的智能生產(chǎn)。全面解決設備現場(chǎng)自動(dòng)化生產(chǎn)與上層管理系統間的“信息斷層”現象，利用大數據分析進(jìn)行生產(chǎn)決策分析，才是智能化的最高水準。
在智能化工廠(chǎng)，強大的信息化管理滲透到了企業(yè)產(chǎn)業(yè)鏈的各個(gè)環(huán)節，企業(yè)生產(chǎn)線(xiàn)處于高速運轉，由生產(chǎn)設備所產(chǎn)生、采集和處理的數據量遠大于企業(yè)中計算機和人工產(chǎn)生的數據，數據的實(shí)時(shí)性也更高。
在生產(chǎn)現場(chǎng)，每隔幾秒就收集一次數據，利用這些數據可以實(shí)現很多形式的分析，包括設備開(kāi)機率、主軸運轉率、主軸負載率、運行率、故障率、生產(chǎn)率、設備綜合利用率(OEE)、零部件合格率、質(zhì)量百分比等。甚至能能追蹤到每一個(gè)工件在機床上加工過(guò)程的詳細數據。
首先，在生產(chǎn)工藝改進(jìn)方面，使用這些大數據，就能分析整個(gè)生產(chǎn)流程，了解每個(gè)環(huán)節是如何執行的。一旦有某個(gè)流程偏離了標準工藝，就會(huì )產(chǎn)生一個(gè)報警信號，能更快速地發(fā)現錯誤或者瓶頸所在，也就能更容易解決問(wèn)題。
再如，在能耗分析方面，在設備生產(chǎn)過(guò)程中利用傳感器集中監控所有的生產(chǎn)流程，能夠發(fā)現能耗的異?；蚍逯登樾?，由此便可在生產(chǎn)過(guò)程中優(yōu)化能源的消耗，對所有流程進(jìn)行分析將會(huì )大大降低能耗。
最后，經(jīng)過(guò)一段時(shí)間的積累，還可以對產(chǎn)品的生產(chǎn)過(guò)程建立虛擬模型，仿真并優(yōu)化生產(chǎn)流程，當所有流程和績(jì)效數據都能在系統中重建時(shí)，這種透明度將有助于制造企業(yè)改進(jìn)其生產(chǎn)流程。
利用大數據技術(shù)及生產(chǎn)數據可視化，從而確保決策者和各級管理者可以在最短的時(shí)間內掌握生產(chǎn)現場(chǎng)的變化，做出準確的判斷并制定快速的應對措施，保證生產(chǎn)計劃得到合理而快速的修正，最終實(shí)現資源充分有效地得到利用、生產(chǎn)流程暢通，進(jìn)而最大限度地發(fā)揮生產(chǎn)效率。
還是以目前國內最先進(jìn)的海爾中央空調智能工廠(chǎng)為例，它的智能工廠(chǎng)轉型升級，實(shí)現了生產(chǎn)計劃和線(xiàn)邊庫存的信息互聯(lián)，實(shí)現物料時(shí)序配送到工位，行業(yè)首創(chuàng )容器智能裝配線(xiàn)、行業(yè)首創(chuàng )智慧能源管理系統、全球最大智能互聯(lián)測試臺技術(shù)等應用，實(shí)現與攸關(guān)方、全流程的實(shí)時(shí)、無(wú)縫的用戶(hù)互聯(lián)、信息互聯(lián)、虛實(shí)互聯(lián)模式。
智能工廠(chǎng)是工廠(chǎng)升級的必然趨勢
“中國制造2025”明確提出推進(jìn)通過(guò)建設智能工廠(chǎng)，推進(jìn)中國制造業(yè)的全面變革。
如今，中國制造面臨“山雨欲來(lái)風(fēng)滿(mǎn)樓”，在人力成本快速推升的環(huán)境下，制造業(yè)仍然大而不強，在產(chǎn)業(yè)結構水平、資源利用效率、信息化程度、質(zhì)量效益等方面差距明顯，轉型升級和跨越發(fā)展的任務(wù)緊迫而艱巨。
如果企業(yè)不能及時(shí)滿(mǎn)足越來(lái)越復雜的需求，就將在新一輪科技革命和產(chǎn)業(yè)變革中，被競爭對手遠遠拋下。
推動(dòng)智能制造，是解決我國制造業(yè)由大變強的根本路徑。我們認為，加快各行業(yè)傳統生產(chǎn)設備的自動(dòng)化-智能化雙重改造，需求迫切。
應當在基礎條件好的重點(diǎn)行業(yè)和企業(yè)中，分類(lèi)實(shí)施高度集成的自動(dòng)化制造、智能化管理流程改造、試點(diǎn)示范及應用推廣，建立智能制造標準體系，做到縱向、橫向和端到端的集成，并實(shí)現裝備、產(chǎn)品和系統產(chǎn)業(yè)化。
如今，中國已有以海爾為首的知名大型白電制造企業(yè)，做出了在全球家電領(lǐng)域都堪稱(chēng)“罕見(jiàn)”的智能工廠(chǎng)，并且還在不斷的迭代升級、進(jìn)化提升，正在引領(lǐng)制造方式變革;令人稱(chēng)奇。
智能工廠(chǎng)的實(shí)施，將顯著(zhù)提升中國制造業(yè)水平，推動(dòng)相關(guān)企業(yè)提供更高質(zhì)量、更符合人民群眾消費需求的產(chǎn)品，服務(wù)于我國供給側改革。在標準制定實(shí)施過(guò)程中，將鞏固自主技術(shù)布局占位，提高產(chǎn)業(yè)自主話(huà)語(yǔ)權，為我國搶占新一輪產(chǎn)業(yè)革命制高點(diǎn)、爭奪國際市場(chǎng)話(huà)語(yǔ)權提供重要保障。
基于對中國制造業(yè)現狀、市場(chǎng)需求多樣化等方面的全面預測，未來(lái)5～10年，我國的智能生產(chǎn)設施、數字化車(chē)間/工廠(chǎng)的升級改造速度將進(jìn)一步加快，制造業(yè)對智能制造與信息設備的需求也將大幅度增長(cháng)。預計我國智能制造與信息設備市場(chǎng)規模將以30%左右的增速持續增長(cháng).
朱先生