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(yuǎn)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(jì)增長(zhǎng)點(diǎn)。
被稱為世界“制造中心”的中國(guó)，正在德國(guó)率先提出的“工業(yè)4.0”概念的基礎(chǔ)上，開(kāi)始一場(chǎng)規(guī)模空前的工業(yè)革命。一間間曾經(jīng)人聲鼎沸的生產(chǎn)車間，逐漸只有機(jī)器轟鳴的無(wú)人工廠取代。
“中國(guó)制造2025”，以中國(guó)制造業(yè)目前的整體發(fā)展水平為基礎(chǔ)，提高制造業(yè)的智能化水平，向無(wú)人工廠、智能制造轉(zhuǎn)型。這是必然的模式。
德國(guó)與中國(guó)制造業(yè)基礎(chǔ)不同。德國(guó)工業(yè)的設(shè)備和車間制造基礎(chǔ)很好，工業(yè)機(jī)器人運(yùn)用成熟而廣泛，嵌入式系統(tǒng)和自動(dòng)化工程方面也有非常專業(yè)的技術(shù)。
因此，德國(guó)“工業(yè)4.0”是針對(duì)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(chǔ)，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(guó)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(shì)，卻給了中國(guó)制造業(yè)建設(shè)智能工廠，加速轉(zhuǎn)型、一步到位的絕佳契機(jī)。
智能化的物質(zhì)基礎(chǔ)，是自動(dòng)化
從單臺(tái)設(shè)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(jī)器人替代、實(shí)現(xiàn)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(chǔ)。
隨著技術(shù)的成熟和造價(jià)的降低，推動(dòng)了工業(yè)機(jī)器人、機(jī)械手臂等智能設(shè)備的廣泛應(yīng)用，使工廠無(wú)人化制造成為可能。
近年來(lái)，我國(guó)機(jī)器人市場(chǎng)快速發(fā)展。2014年，中國(guó)工業(yè)機(jī)器人銷量達(dá)到5.6萬(wàn)臺(tái)，成為全球第一大工業(yè)機(jī)器人市場(chǎng)。
預(yù)計(jì)到2020年工業(yè)機(jī)器人銷量將達(dá)到15萬(wàn)臺(tái)，保有量達(dá)到80萬(wàn)臺(tái);到2025年工業(yè)機(jī)器人銷量將達(dá)到26萬(wàn)臺(tái)，保有量達(dá)到180萬(wàn)臺(tái)。
在生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)，工業(yè)機(jī)器人在焊接、搬運(yùn)、噴涂、加工、裝配、檢測(cè)、清潔生產(chǎn)等方面都已實(shí)現(xiàn)規(guī)?；蓱?yīng)用。除了節(jié)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(wěn)定性更好，產(chǎn)品質(zhì)量可控、可追蹤。這是數(shù)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)線相結(jié)合，數(shù)控加工中心、智能機(jī)器人和三坐標(biāo)測(cè)量?jī)x及其他所有柔性化制造單元進(jìn)行自動(dòng)化排產(chǎn)調(diào)度，工件、物料、刀具進(jìn)行自動(dòng)化裝卸調(diào)度，可以達(dá)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(shí)別、自決策自執(zhí)行、可視化等關(guān)鍵技術(shù)，提高機(jī)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(jī)交互性能和可靠性性能，提升機(jī)器人任務(wù)重構(gòu)、偏差自適應(yīng)調(diào)整的能力，最終實(shí)現(xiàn)機(jī)器人在人機(jī)共存環(huán)境中完成精密復(fù)雜任務(wù)的能力。
智能化的信息基礎(chǔ)，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(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(guò)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(shí)別、管理和控制。
傳統(tǒng)的自動(dòng)化工廠，最多通過(guò)有線內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)了車間部分設(shè)備與設(shè)備間的聯(lián)網(wǎng)通訊，而物聯(lián)網(wǎng)通過(guò)無(wú)線、廣域通信方式，實(shí)現(xiàn)人、設(shè)備和系統(tǒng)三者之間的智能化、交互式無(wú)縫連接。
而物聯(lián)網(wǎng)的核心信息設(shè)備，是制造過(guò)程各個(gè)環(huán)節(jié)實(shí)現(xiàn)信息獲取、實(shí)時(shí)通信的關(guān)鍵基礎(chǔ)。它主要包括基礎(chǔ)通信設(shè)備、控制系統(tǒng)、新型工業(yè)傳感器、制造物聯(lián)設(shè)備、儀器儀表和檢測(cè)設(shè)備、工業(yè)信息安全保障產(chǎn)品。
具體而言，包括適應(yīng)惡劣工業(yè)環(huán)境的高速工業(yè)交換機(jī)、高速工業(yè)無(wú)線路由器/中繼器、工業(yè)級(jí)低功耗遠(yuǎn)距/近場(chǎng)通訊設(shè)備、快速自組網(wǎng)工業(yè)無(wú)線通訊設(shè)備、工業(yè)協(xié)議轉(zhuǎn)換器/網(wǎng)關(guān)、工業(yè)通訊一致性檢測(cè)設(shè)備等工業(yè)通信網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)備;
具有現(xiàn)場(chǎng)總線通信功能的分布式控制系統(tǒng)、可編程控制系統(tǒng)、工控機(jī)系統(tǒng)、嵌入式控制系統(tǒng)以及數(shù)據(jù)采集與監(jiān)視控制系統(tǒng);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(cè)器;
RFID芯片和讀寫設(shè)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(shè)備等人機(jī)信息交互設(shè)備;工控系統(tǒng)防火墻/網(wǎng)閘、容災(zāi)備份系統(tǒng)、主動(dòng)防御系統(tǒng)、入侵檢測(cè)設(shè)備等信息安全保障產(chǎn)品。
在這些無(wú)處不在的設(shè)備基礎(chǔ)之上，需要制訂制造設(shè)備信息互聯(lián)互通的接口技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，設(shè)備與設(shè)備之間、設(shè)備與系統(tǒng)之間協(xié)議互操作整體框架，從而構(gòu)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(xiàn)人、設(shè)備與產(chǎn)品的實(shí)時(shí)聯(lián)通、精確識(shí)別、有效交互與智能控制。
智能化的管理體系，是自適應(yīng)控制
在物質(zhì)和信息基礎(chǔ)之上，實(shí)現(xiàn)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。
這需要在線成分分析儀、在線無(wú)損檢測(cè)裝置、在線高精度三維數(shù)字超聲波探傷儀、在線高精度非接觸幾何精度檢測(cè)設(shè)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(shù)字化控制、狀態(tài)信息實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和自適應(yīng)控制，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)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(yuǎn)程查看管理單元內(nèi)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(xiàn)場(chǎng)無(wú)需人工參與，真正實(shí)現(xiàn)“無(wú)人”智能生產(chǎn)。
這就是智能制造控制系統(tǒng)。從生產(chǎn)現(xiàn)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(chǔ)管理，實(shí)現(xiàn)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(jí)一層。
其次，它要實(shí)現(xiàn)人、設(shè)備、環(huán)境與物料之間的互聯(lián)互通和綜合管理，實(shí)現(xiàn)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(yīng)鏈之間，對(duì)從訂單下達(dá)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(jì)劃、生產(chǎn)、資源三者密切配合，減少企業(yè)內(nèi)部無(wú)附加值活動(dòng)，有效地指導(dǎo)工廠生產(chǎn)運(yùn)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(zhǔn)制造、敏捷制造、透明制造的能力。
以上這些，就是智能工廠的“神經(jīng)”系統(tǒng)，它依賴于近年來(lái)飛速發(fā)展的信息、通信、計(jì)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(guó)內(nèi)最先進(jìn)的海爾中央空調(diào)智能工廠為例，經(jīng)過(guò)復(fù)雜精密的布局，實(shí)現(xiàn)了全要素、端到端的系統(tǒng)互聯(lián)，驅(qū)動(dòng)全流程信息互聯(lián)感知的實(shí)現(xiàn)。
智能化的控制大腦，是大數(shù)據(jù)分析
僅僅實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)作業(yè)管理，還不是完整的智能生產(chǎn)。全面解決設(shè)備現(xiàn)場(chǎng)自動(dòng)化生產(chǎn)與上層管理系統(tǒng)間的“信息斷層”現(xiàn)象，利用大數(shù)據(jù)分析進(jìn)行生產(chǎn)決策分析，才是智能化的最高水準(zhǔn)。
在智能化工廠，強(qiáng)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(jié)，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)，數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)性也更高。
在生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)，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(kāi)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。甚至能能追蹤到每一個(gè)工件在機(jī)床上加工過(guò)程的詳細(xì)數(shù)據(jù)。
首先，在生產(chǎn)工藝改進(jìn)方面，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。一旦有某個(gè)流程偏離了標(biāo)準(zhǔn)工藝，就會(huì)產(chǎn)生一個(gè)報(bào)警信號(hào)，能更快速地發(fā)現(xiàn)錯(cuò)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(shè)備生產(chǎn)過(guò)程中利用傳感器集中監(jiān)控所有的生產(chǎn)流程，能夠發(fā)現(xiàn)能耗的異常或峰值情形，由此便可在生產(chǎn)過(guò)程中優(yōu)化能源的消耗，對(duì)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(duì)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(dāng)所有流程和績(jī)效數(shù)據(jù)都能在系統(tǒng)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(shù)據(jù)技術(shù)及生產(chǎn)數(shù)據(jù)可視化，從而確保決策者和各級(jí)管理者可以在最短的時(shí)間內(nèi)掌握生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)的變化，做出準(zhǔn)確的判斷并制定快速的應(yīng)對(duì)措施，保證生產(chǎn)計(jì)劃得到合理而快速的修正，最終實(shí)現(xiàn)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(guó)內(nèi)最先進(jìn)的海爾中央空調(diào)智能工廠為例，它的智能工廠轉(zhuǎn)型升級(jí)，實(shí)現(xiàn)了生產(chǎn)計(jì)劃和線邊庫(kù)存的信息互聯(lián)，實(shí)現(xiàn)物料時(shí)序配送到工位，行業(yè)首創(chuàng)容器智能裝配線、行業(yè)首創(chuàng)智慧能源管理系統(tǒng)、全球最大智能互聯(lián)測(cè)試臺(tái)技術(shù)等應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)與攸關(guān)方、全流程的實(shí)時(shí)、無(wú)縫的用戶互聯(lián)、信息互聯(lián)、虛實(shí)互聯(lián)模式。
智能工廠是工廠升級(jí)的必然趨勢(shì)
“中國(guó)制造2025”明確提出推進(jìn)通過(guò)建設(shè)智能工廠，推進(jìn)中國(guó)制造業(yè)的全面變革。
如今，中國(guó)制造面臨“山雨欲來(lái)風(fēng)滿樓”，在人力成本快速推升的環(huán)境下，制造業(yè)仍然大而不強(qiáng)，在產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)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(zhuǎn)型升級(jí)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)滿足越來(lái)越復(fù)雜的需求，就將在新一輪科技革命和產(chǎn)業(yè)變革中，被競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手遠(yuǎn)遠(yuǎn)拋下。
推動(dòng)智能制造，是解決我國(guó)制造業(yè)由大變強(qiáng)的根本路徑。我們認(rèn)為，加快各行業(yè)傳統(tǒng)生產(chǎn)設(shè)備的自動(dòng)化-智能化雙重改造，需求迫切。
應(yīng)當(dāng)在基礎(chǔ)條件好的重點(diǎn)行業(yè)和企業(yè)中，分類實(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(yīng)用推廣，建立智能制造標(biāo)準(zhǔn)體系，做到縱向、橫向和端到端的集成，并實(shí)現(xiàn)裝備、產(chǎn)品和系統(tǒng)產(chǎn)業(yè)化。
如今，中國(guó)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“罕見(jiàn)”的智能工廠，并且還在不斷的迭代升級(jí)、進(jìn)化提升，正在引領(lǐng)制造方式變革;令人稱奇。
智能工廠的實(shí)施，將顯著提升中國(guó)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(fèi)需求的產(chǎn)品，服務(wù)于我國(guó)供給側(cè)改革。在標(biāo)準(zhǔn)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)自主話語(yǔ)權(quán)，為我國(guó)搶占新一輪產(chǎn)業(yè)革命制高點(diǎn)、爭(zhēng)奪國(guó)際市場(chǎng)話語(yǔ)權(quán)提供重要保障。
基于對(duì)中國(guó)制造業(yè)現(xiàn)狀、市場(chǎng)需求多樣化等方面的全面預(yù)測(cè)，未來(lái)5～10年，我國(guó)的智能生產(chǎn)設(shè)施、數(shù)字化車間/工廠的升級(jí)改造速度將進(jìn)一步加快，制造業(yè)對(duì)智能制造與信息設(shè)備的需求也將大幅度增長(zhǎng)。預(yù)計(jì)我國(guó)智能制造與信息設(shè)備市場(chǎng)規(guī)模將以30%左右的增速持續(xù)增長(zhǎng).
朱先生