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一文读懂智能制造的主线——智能生产

2018年07月03日 08:40:18 点击量： 文章来源：先进制造业

      近年来，全球各主要经济体都在大力推进制造业的再起。在工业4.0、工业互联网、物联网、云盘算等热潮下，全球众多优秀制造企业都开展了智能工厂建设实践。
智能制造
      据中国工程院院长周济介绍，智能生产是智能制造的主线，而智能工厂是智能生产的主要载体。随着新一代人工智能的应用，今后20年，中国企业将要向自学习、自适应、自控制的新一代智能工厂进军。新一代人工智能技术和先进制造技术的融合，将使得生产线、车间、工厂爆发革命性大厘革，提升到历史性的新高度，将从基础上提高制造业质量、效率和企业竞争力。在今后相当一段时间里面，生产线、车间，工厂的智能升级将成为推进智能制造的一个主要战场。
      一、智能工厂的内涵及建设重点
      智能工厂是实现智能制造的重要载体，主要通过构建智能化生产系统、网络化漫衍生产设施，实现生产历程的智能化。智能工厂已经具有了自主能力，可收罗、剖析、判断、计划 ；通过整体可视技术进行推理预测，利用仿真及多媒体技术，将实境扩增展示设计与制造历程。系统中各组成部分可自行组成最佳系统结构，具备协调、重组及扩充特性。已系统具备了自我学习、自行维护能力。因此，智能工厂实现了人与机械的相互协调相助，其实质是人机交互。
人机料法环是对全面质量治理理论中的五个影响产品质量的主要因素的简称。
人，指制造产品的人员 ；
机，制造产品所用的设备 ；
料，指制造产品所使用的原质料 ；
法，指制造产品所使用的要领 ；
环，指产品制造历程中所处的情况。
而智能生产就是以智能工厂为焦点，将人、机、法、料、环连接起来，多维度融合的历程。
      在智能工厂的体系架构中，质量治理的五要素也相应的爆发变革，因为在未来智能工厂中，人类、机械和资源能够相互通信。智能产品“知道”它们如何被制造出来的细节，也知道它们的用途。它们将主动地对制造流程，回覆诸如“我什么时候被制造的”、“对我进行处理应该使用哪种参数”、“我应该被传送到那边”等问题。
      企业基于CPS和工业互联网构建的智能工厂原型，主要包括物理层、信息层、大数据层、工业云层、决策层。其中，物理层包括工厂内差别层级的硬件设备，从最小的嵌入设备和基础元器件开始，到感知设备、制造设备、制造单位和生产线，相互间均实现互联互通。以此为基础，构建了一个“可测可控、可产可管”的纵向集成情况。信息层涵盖企业经营业务各个环节，包括研发设计、生产制造、营销效劳、物流配送等种种经营治理运动，以及由此爆发的众创、个性化定制、电子商务、可视追踪等相关业务。在此基础上，形成了企业内部价值链的横向集成情况，实现数据和信息的流通和交换。
      纵向集成和横向集成均以CPS和工业互联网为基础，产品、设备、制造单位、生产线、车间、工厂等制造系统的互联互通，及其与企业差别环节业务的集成统一，则是通过数据应用和工业云效劳实现，并在决策层基于产品、效劳、设备治理支撑企业最高决策。这些配合构建了一个智能工厂完整的价值网络体系，为用户提供端到端的解决计划。
      由于产品制造工艺历程的明显差别，离散制造业和流程制造业在智能工厂建设的重点内容有所差别。关于离散制造业而言，产品往往由多个零部件经过一系列不连续的工序装配而成，其历程包括许多变革和不确定因素，在一定水平上增加了离散型制造生产组织的难度和配套庞大性。企业经常凭据主要的工艺流程安排生产设备的位置，以使物料的传输距离最小。面向订单的离散型制造企业具有多品种、小批量的特点，其工艺路线和设备的使用较灵活，因此，离散制造型企业越发重视生产的柔性，其智能工厂建设的重点是智能制造生产线。
      二、智能工厂主要建设模式
由于各个行业生产流程差别，加上各个行业智能化情况差别，智能工厂有以下几个差别的建设模式。
      第一种模式是从生产历程数字化到智能工厂。在石化、钢铁、冶金、建材、纺织、造纸、医药、食品等流程制造领域，企业生长智能制造的内在动力在于产品品质可控，偏重从生产数字化建设起步，基于品控需求从产品末端控制向全流程控制转变。
      第二种模式是从智能制造生产单位(装备和产品)到智能工厂。在机械、汽车、航空、船舶、轻工、家用电器和电子信息等离散制造领域，企业生长智能制造的焦点目的是拓展产品价值空间，偏重从单台设备自动化和产品智能化入手，基于生产效率和产品效能的提升实现价值增长。
      第三种模式是从个性化定制到互联工厂。在家电、打扮、家居等距离用户最近的消费品制造领域，企业生长智能制造的重点在于充分满足消费者多元化需求的同时实现规模经济生产，偏重通过互联网平台开展大规模个性定制模式立异。
      三、智能工厂生长重点环节
      智能生产的偏重点在于将人机互动、3D打印等先进技术应用于整个工业生产历程，并对整个生产流程进行监控、数据收罗，便于进行数据剖析，从而形成高度灵活、个性化、网络化的工业链。
      3D打印
      3D打印是一项推翻性的立异技术，被美国自然科学基金会称为20世纪最重要的制造技术立异。制造业的全流程都可以引入3D打印，起到节约本钱、加速进度、减少质料浪费等效果。在设计环节，借助3D打印技术，设计师能够获得更大的自由度和创意空间，可以专注于产品形态创意和功效立异，而不必考虑形状庞漂后的影响，因为3D打印险些可以完成任何形状的物品构建。在生产环节，3D打印可以直接从数字化模型生成零部件，不需要专门的模具制作等工序，既节约了本钱，又能加速产品上市。别的，古板制造工艺在铸造、抛光和组装部件的历程中通� ；岜⒎衔�，而相同部件使用3D打印则可以一次性成形，基本不会爆发废物。在分销环节，3D打印可能会挑战现有的物流分销网络。未来，零部件不再需要从原厂家采购和运输，而是从制造商的在线数据库中下载3D打印模型文件，然后在外地快速打印出来，由此可能导致遍布全球的零部件仓储与配送体系失去保存的意义。
      3D打印经过了近 40 年的生长，龙头公司开始实现显著盈利，市场认可度快速上升，行业收入增长加速。凭据典范的产品生命周期理论，技术产品从导入期进入成恒久的历程中往往体现出加速增长的特征，判断目前3D打印产颐魅正在进入加速成恒久。
      整个3D打印行业工业链或许可分为三个部分，上游基础配件行业，3D打印设备生产企业、3D打印质料生产企业和支持配套企业，下游主要是3D打印的各大应用领域。通常意义上的3D打印行业则主要是指3D打印设备、质料及效劳企业。
      3D 打印已经形成了一条完整的工业链。工业链的每个环节都聚集了一批领先企业。全球规模来看，以Stratasys、3D Systems为代表的设备企业在工业链中占据了主导作用，且这些设备企业通常能够提供质料和打印效劳业务，如具有较强的话语权。
      人机交互
      未来种种交互方法都会进行深度融合，使智能设备会越发自然地与人类生物反应及处理历程同步，包括思维历程、动觉，甚至一个人的文化偏好等，这个领域充满着种种各样新奇的可能性。
      人与机械的信息交换方法随着技术融正当式的加速向更高条理迈进，新型人机交互方法被逐渐应用于生产制造领域。具体体现在智能交互设备柔性化和智能交互设备工业领域应用这两个方面。在生产历程中，智能制造系统可独立担负剖析、判断、决策等任务，突出人在制造系统中的焦点职位，同时在工业机械人、无轨agv等智能设备配合下，更好发挥人的潜能� ；抵悄芎腿说闹悄苷嬲丶稍谝黄�，相互配合，相得益彰。实质是人机一体化。
      传感器
      中国已经基本形成较为完整的工业链结构，在质料、器件、系统、网络等各方面水平不绝完善，自主产品已达6000种，海内建立了三大传感器生产基地，划分为：安徽基地，陕西基地和黑龙江基地。政府对海内传感器工业提出了加速力度加速生长的指导目标，未来的传感器生长将向着智能化的偏向改善。
      工业软件
      智能工厂的建设离不开工业软件的广泛应用。工业软件包括基础和应用软件两大类，其中系统、中间件、嵌入式属于基础技术规模，并不与特定工业治理流程和工艺流程紧密相关，以下提到的工业软件主要指应用软件，包括运营治理类、生产治理类和研发设计类软件等。
      在《中国制造2025》的大配景下，工业企业转变生长模式、加速两化融合成为局势所趋，工业软件以及信息化效劳的需求仍将继续增加，中国继续坚持着全球工业软件市场增永生力军的职位。
具体来看，2016年我国工业软件行业中产品研发类如CAD、CAE、CAM、CAPP等占比约为8.3%，信息治理类如ERP、CRM、HRM等，占比约为15.5% ；生产控制类如MES、PCS、PLC等占比约为13.2% ；其余63%均为嵌入式软件开发。
      分区域来看，华北、华东是工业软件应用最多的区域，合计占到全国一半左右，具体到省市来看，北京、上海、广东、江苏是工业软件实力雄厚的区域，约占中国工业软件市场规模的一半以上。
广泛应用MES（制造执行系统）、APS（先进生产排程）、PLM(产品生命周期治理) 、ERP(企业资源计划)、质量治理等工业软件，实现生产现场的可视化和透明化。在新建工厂时，可以通过数字化工厂仿真软件，进行设备和产线结构、工厂物流、人机工程等仿真，确保工厂结构合理。在推进数字化转型的历程中，必须确保工厂的数据宁静和设备和自动化系统宁静。在通过专业检测设备检出次品时，不但要能够自动与及格品分流，并且能够通过SPC（统计历程控制）等软件，剖析泛起质量问题的原因。
      云制造
      云制造即制造企业将先进的信息技术、制造技术以及新兴物联网技术等交叉融合，工厂产能、工艺等数据都集中于云平台，制造商可在云端进行大数据剖析与客户关系治理，发挥企业最佳效能。
      我们海内，可以看到有航天科工集团开发的面向航天庞大产品的集团企业云制造效劳平台，接入了集团下属各院所和基地拥有富厚的制造资源和能力 ；中车集团面向轨道交通装备的集团企业云制造效劳平台，买通了轨道车辆、工程机械、机电设备、电子设备及相关部件等产品的研发、设计、制造、修理和效劳等业务 ；面向中小企业的云制造平台，也陆续泛起在了装备制造、箱包鞋帽等行业领域。
      云制造为制造业信息化提供了一种崭新的理念与模式，云制造作为一种初生的看法，其未来具有巨大的生长空间。但云制造的未来生长仍面临着众多要害技术的挑战，除了关于云盘算、物联网、语义Web、高性能盘算、嵌入式系统等技术的综合集成，基于知识的制造资源云端化、制造云治理引擎、云制造应用协同、云制造可视化与用户界面等技术均是未来需要攻克的重要技术。
      总结
      建设智能工厂无疑是制造企业转型升级的重要方法，同时应围绕企业的中恒久生长战略，凭据自身产品、工艺、设备和订单的特点，合理计划智能工厂的建设蓝图。在推进规范化、标准化的基础上，从最紧迫需要解决的问题入手，务实推进智能工厂的建设。

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