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深刻解读自动化制造业的未来:智能工厂

发表于:2019-08-14 11:04 作者:新闻小编 来源:新闻小编

  工业4.0是德国政府提出的高科技战略计划,旨在提升制造业的智能化水平,建立具有适应性、资源效率及人因工程学的智能工厂(或称智慧工厂)。智能工厂作为工业4.0项目的三大主题之首,着重研究智能化生产系统及过程,以及网络化分布式生产设施的实现。

  智能工厂的概念最早由美国罗克韦尔自动化有限公司CEO奇思诺斯布希于2009年提出,其核心是工业化和信息化的高度融合。智能工厂是在数字化工厂的基础上,利用物联网的技术和设备监控技术加强信息管理和服务。未来,将通过大数据与分析平台,将云计算中由大型工业机器产生的数据转化为实时信息(云端智能工厂),并结合绿色智能的手段和智能系统等新兴技术,构建一个高效节能的、绿色环保的、环境舒适的人性化工厂。

  智能工厂到底有多智能?

  智能工厂通过信息物理系统(Cyber-Physical System简称CPS)来建立一个完整的网路系统,这当中包括了相互连结的智能机械、仓储系统及高效的产品设备等,这些设备可以独立自主的运作,或者互相交换讯息、互相控制,并且以嵌入式系统来监测生产环境。当指令经过CPS系统时,纵向需要经过工厂和公司的商业流程,横向则连接了可以实时管理的衍生价值体系,这两方面共同构建了嵌入式制造的系统网络。从生产机台的运动控制到整体工厂运作无不讲究智能,未来的工厂工人,将不再只是单调地操作机器,而是将自己的经验储存到系统中,更加智能地与生产机器沟通互动。

  智能工厂的三个特质:可视化、监管全方位、绿色化

  目前智能工厂概念仍众说纷纭,其基本特征主要有制程管控可视化、系统监管全方位及制造绿色化三个层面。

  制程管控可视化

  由于智能工厂高度的整合性,在产品制程上,包括原料管控及流程,均可直接实时展示于控制者眼前,此外,系统机具的状况亦可实时掌握,减少因系统故障造成偏差。而制程中的相关数据均可保留在数据库中,让管理者得以有完整信息进行后续规划,也可以依生产线系统的现况规划机具的维护。

  系统监管全方位

  通过物联网概念、以传感器做链接使制造设备具有感知能力,系统可进行识别、分析、推理、决策以及控制,这类制造装备,可以说是先进制造技术、信息技术和智能技术的深度结合。从订单开始,到产品制造完成、入库的生产制程信息,都可以在数据厍中一目了然,在遇到制程异常的状况,控制者亦可更为迅速地作出反应,以促进更有效的工厂运转与生产。

  制造绿色化

  除了在制造上利用环保材料、留意污染等问题之外,需与上下游厂商间从资源、材料、设计、制造、废弃物回收到再利用处理等方面形成绿色产品生命周期管理的循环,协助上下游厂商与客户之间共同创造符合环保的绿色产品。

  建设智能工厂需要哪些基础技术?

  智能工厂的建设主要基于以下三大基础技术。

  无线感测器

  无线感测器将是实现智能工厂的重要利器。仪器仪表的智慧化,主要是以微处理器和人工智能技术的发展与应用为主,包括运用神经网路、遗传演算法等智慧技术,使仪器仪表实现高速、高效、多功能、高机动灵活等性能,如专家控制系统(Expert Control System,ECS)、模块逻辑控制器(FLCFuzzy Logic Controller)等都成为智能工厂相关技术的关注焦点。

  控制系统网络化(云端智能工厂)

  在工业自动化领域,随着应用和服务向云端运算转移,资料和运算位置的主要模式都已改变,云端运算将可提供更完整的系统和服务。一旦完成连线,体系结构、控制方法以及人机协作方法等制造规则,都会因为控制系统网络化而产生变化。此外,由于影像、语音信号等大数据高速率传输对网络带宽的要求,对控制系统网络化,更构成严厉的挑战,而且网络上传递的资讯的多样化都要靠控制系统的智慧能力,进行适当的判断才能得以实现。

  工业通信无线化

  工业无线网络技术通过支持设备间的交互与物联,提供低成本、高可靠、高灵活的新一代制造信息系统和环境。随着无线技术日益普及,各家供应商正在提供一系列软硬体技术,协助在产品中增加通信功能。这些技术支援的通信标准包括蓝牙、Wi-Fi、GPS、LTE以及WiMax。

  未来的智能工厂使得许多沿用多年、占据主导地位的工业自动化技术正面临被淘汰、被更新换代的命运,而一批原先认为是高端的工业自动化技术,也随着智能工厂概念的到来,快速地走入实际应用中,成为新时代的宠儿:

  以工业PC为基础的低成本工控自动化将成为主流;

  PLC进入第六代微型化、网络化、PC化和开放性;

  DCS系统走向测控管一体化设计;

  控制系统向现场总线(FCS)方向发展;

  仪器仪表向数字化、智能化、网络化、微型化发展;

  数控技术向智能化、开放性、网络化、信息化发展;

  工业控制网络向有线和无线相结合的方向发展;

  工业控制软件向标准化、网络化、智能化和开放性方向发展。

  数控系统也得跟着聪明起来!

  数控系统的开放性不仅是工业4.0时代对数控系统提出的新要求,同时也为大型生产活动的自动化、信息化创造了有利条件。

  北京精雕JD50数控系统也在向标准化、网络化、智能化和开放性的方向不断完善,已经具备以下性能特点:

  支持PLC、宏程序、在线测量及数据处理等系统扩展应用

  采用开放式体系架构,硬件平台提供多种总线接口,可灵活实现与各类外部设备的连接,为大型加工企业的自动化改造提供了软、硬件支持

  提供包括加工文件操作、机床信息获取、机床状态监控、机床远程控制在内的四大类网络接口,可以轻松接入客户工厂的信息化管理系统

  支持半导体设备通讯标准接口SECS,支持包括HSMS、SECS-Ⅱ和GEM在内的三层标准协议,能快速接入高度自动化的半导体制造厂的CIMS(Computer Integrated Manufacturing System,计算机集成制造管理系统)

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