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作为工业4.0的突破口,如何打造标杆智慧工厂
2022-09-27
在中国制造2025及工业4.0信息物理融合系统CPS的支持下,离散制造业需要实现生产设备网络化、生产数据可视化、生产文档无纸化、生产过程透明化、生产现场无人化等先进技术应用,建立基于工业大数据和"互联网"的智能工厂。
——【摘要】

在中国制造2025及工业4.0信息物理融合系统CPS的支持下,离散制造业需要实现生产设备网络化、生产数据可视化、生产文档无纸化、生产过程透明化、生产现场无人化等先进技术应用,建立基于工业大数据和"互联网"的智能工厂

最近几年,欧美国家最早针对流程工业提出了"智能工厂"的概念。流程工业智能工厂由商业智能、运营智能、操作智能二个层次组成,由于自身的自动化嵌入式水平较高,因此实施智能工厂相对比较容易。与流程工业相比,离散制造业首先在底层制造环节由于生产工艺的复杂性,如车、铣、刨、磨、铸、锻、铆、焊对生产设备很低的智能化要求很高,投资很大。特别是武器装备制造业、家电、汽车、机械、模具、航空航天、消费电子等多半产品大都建议产品智能化,设计智能。

因此,在中国制造2025及工业4.0信息物理融合系统CPS的支持下,时域制造业需要实现制造业生产设备网络化、生产数据可视化、生产文档无纸化、生产过程透明化、生产现场控制技术无人化等先进技术应用,做到纵向、横向和端到端的集成,以实现优质、高效、低耗、清洁、灵活的生产,从而建立基于工业大数据和"互联网"的智能工厂。

生产设备网络化,实现车间"物联网"

工业物联网的明确提出给"中国制造2025"、工业4.0提供了一个新的突破口。物联网是指由通过各种信息传感设备,实时采集任何需要监控、连接、互动的物体或过程等各种需要的信息,其目的是达致物与物、物与人,所有的物品与网络的连接,方便识别、管理和控制。

现代的工业生产采用M2M的通信模式,实现了设备与设备同时实现间的通讯,而物联网通过ThingstoThings的电信方式实现人、设备和系统三者之间的智能化、交互式无缝连接。

在离散制造企业车间,数控车、铣、刨、磨、铸、锻、铆、焊、加工中心等是主要热加工的生产资源。在生产过程中,将所有的设备及工位统一联网共管管理,而使设备与设备之间、设备与计算机之间能够无线电联网通讯,设备与工位人员紧密关联。

如:数控编程人员可以在计算机系统自己的计算机上进行计算机程序,将加工程序上传至DNC服务器,设备操作人员可以在生产现场通过设备控制器下载所需要的程序,待加工任务完成后,再通过DNC网络将数控程序回传至服务器中,由程序管理员或工艺人员进行比较医务人员或归档,整个制造过程实现网络化、追溯化管理。

生产数据可视化,利用大数据分析进行生产决策

"中国制造2025"提出以后,信息化与工业化加速融合,信息技术渗透到了离散制造企业产业链的各个环节,条形码、二维码、RFID、工业传感器、工业自动控制系统、工业物联网、ERP、CAD/CAM/CAE/CAI等技术在制造企业中得到广泛应用,尤其是互联网、移动互联网、物联网等新一代信息技术在工业领域的应用,离散制造企业也进入了互联网工业的新的发展阶段,所拥有的资料也日益丰富。离散制造企业生产线处于锻造高速运转,由生产设备所产生、产生和处理的数据量远大于企业中计算机和人工采集的数据,对数据的实时性要求也更高。

在生产现场,每隔几秒就收集一次数据,这些数据可以实现很多形式的分析,包括设备开机率、主轴运转率、主轴负载率、运行率、故障率、生产率、设备综合利用率(OEE)、零部件合格率、质量百分比等。首先,在生产工艺改进各方面,在生产过程中使用这些大数据,就能实证整个生产流程,了解了解每家环节是如何执行的。

一旦有某个偏离流程偏离了技术标准工艺,就会产生一个报警信号,能更快速地发现错误或者瓶颈所在,也就能更容易解决问题。利用大数据技术,还可以对产品的生产过程建立虚拟模型,仿真并加快生产流程,当所有流程和绩效数据都能在全都系统中修复时,透明度将有助于制造企业改进其生产流程。

再如,在能耗分析方面,在设备生产感测器过程中利用传感器集中监控所有的生产流程,能够发现能耗的异常或峰值情形,由此便可在生产过程中优化能源的消耗,对所有流程进行分析将会大大降低能耗。

生产文档无纸化,实现高效、绿色制造

构建绿色制造体系,建设绿色工厂,实现生产洁净化、废物资源化、能源低碳化是欧美制造2025实现"制造大国"走向"制造强国"的重要战略之一。目前,在离散制造企业中产生繁多的纸质文件,如工艺过程卡片、零件蓝图、三维数模、刀具清单、质量文件、数控程序等等,这些纸质文件极少重新配置分散管理,不便于快速查找、集中共享和实时追踪,而且易产生少量的纸张白白浪费浪费、丢失等。

生产文档进行无纸化管理后,工作人员在生产现场即可快速查询、浏览、点播所需要的生产信息,生产过程制造中产生的资料能够即时进行归档保存,降低基于纸质文档的人工传递及流转,从而杜绝了文件、数据丢失,进一步提高了生产准备效率和生产作业效率,实现绿色、无纸化生产。

生产过程透明化,智能工厂的"神经"系统

"中国制造2025"明确提出推进制造过程智能化,通过建设智能厂,促进制造工艺的仿真优化、数字化控制、状态信息实时监测和自适应控制,进而实现整个过程的智能管控。在机械、汽车、航空、船舶、轻工、家用电器和电子信息电动工具等离散制造行业,企业发展智能制造的核心目的是拓展产品价值空间,侧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收藏价值增长。

经营方式因此其智能工厂建设模式为推进生产设备(生产线)智能化,通过引进各类符合所需的智能装备,建立基于制造执行系统MES的车间级智能生产单元,提高精准制造、敏捷制造、透明制造的能力。

在不间断单元自动化生产的情况下,管理化肥任务优先和暂缓,远程查看监督管理单元内的生产状态记下情况,如果生产中遇到缺陷,一旦解决,立即恢复自动化生产,整个生产过程无需人工参于,真正实现"无人"智能生产。

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