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制造業(yè)的雙重任務(wù)：自動化與信息化
DANBACH ROBOT

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  全球正在掀起以智能制造為核心的新輪工業(yè)革命，新代信息技術(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)增長點(diǎn)。
    被稱為“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(chǔ)上，開始場規(guī)?？涨暗墓I(yè)革命。間間曾經(jīng)人聲鼎沸的生產(chǎn)車間，逐漸只有機(jī)器轟鳴的無人工廠取代。
    中國擁有數(shù)百萬家工廠，機(jī)器設(shè)備更是多達(dá)數(shù)十億臺。與此同時，中國還擁有全較多的電子設(shè)備，包括很多傳感器和其他電子設(shè)備，這將共同構(gòu)成工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)的支柱。不過，中國政府卻希望升我國的制造基地。
    “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(chǔ)，提高制造業(yè)的智能化水平，向無人工廠、智能制造轉(zhuǎn)型。這是必然的模式。
    德國與中國制造業(yè)基礎(chǔ)不同。德國工業(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)和自動化工程方面也有非常專業(yè)的技術(shù)。因此，德國“工業(yè)4.0”是針對新輪科技革命和產(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。
    與先進(jìn)水平相比，中國工業(yè)制造水平需要同時完成自動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(shè)智能工廠，加速轉(zhuǎn)型、步到位的絕佳契機(jī)。
    智能化的物質(zhì)基礎(chǔ)，是自動化
    從單臺設(shè)備自動化和產(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)的成熟和造價的降低，推動了工業(yè)機(jī)器人、機(jī)械手臂等智能設(shè)備的廣泛應(yīng)用，使工廠無人化制造成為可能。
    近年來，我國機(jī)器人市場快速發(fā)展。2014 年，中國工業(yè)機(jī)器人銷量達(dá)到5.6 萬臺，成為全球大工業(yè)機(jī)器人市場。預(yù)計到2020 年工業(yè)機(jī)器人銷量將達(dá)到15 萬臺，保有量達(dá)到80 萬臺;到2025 年工業(yè)機(jī)器人銷量將達(dá)到26 萬臺，保有量達(dá)到180 萬臺。
    在生產(chǎn)現(xiàn)場，工業(yè)機(jī)器人在焊接、搬運(yùn)、噴涂、加工、裝配、檢測、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)測量儀及其他所有柔性化制造單元進(jìn)行自動化排產(chǎn)調(diào)度，工件、物料、刀具進(jìn)行自動化裝卸調(diào)度，可以達(dá)到無人值守的全自動化生產(chǎn)模式。
    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)制造過程的智能化，還需要建立智能化的自動管理體系。
    這需要在線成分分析儀、在線無損檢測裝置、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)時監(jiān)測和自適應(yīng)控制，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)整個過程的智能管控。
    在不間斷單元自動化生產(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，無人值守的智能管理生產(chǎn)任務(wù)，整個生產(chǎn)現(xiàn)場無需人工參與，真正實(shí)現(xiàn)“無人”智能生產(chǎn)。
    這就是智能制造控制系統(tǒng)。從生產(chǎn)現(xiàn)場無人，到生產(chǎn)過程無人，這又是層飛躍。
    但提供生產(chǎn)活動的基礎(chǔ)管理，實(shí)現(xiàn)自主安全可控，生產(chǎn)過程透明化、智能化，進(jìn)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較初層。
    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)智能制造過程中的質(zhì)量信息采集和質(zhì)量追溯。
    較后，借助信息傳遞，在企業(yè)和供應(yīng)鏈之間，對從訂單下達(dá)到產(chǎn)品完成的整個生產(chǎn)過程進(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(nèi)部無附加值活動，有效地指導(dǎo)工廠生產(chǎn)運(yùn)作過程，提高企業(yè)及時交貨能力。
    從生產(chǎn)管理直到動態(tài)控制，這就是幾十年來，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。
    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)場自動化生產(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，才是智能化的較高水準(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)中計算機(jī)和人工產(chǎn)生的數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)的實(shí)時性也更高。
    在生產(chǎn)現(xiàn)場，每隔幾秒就收集次數(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。甚至能能追蹤到每個工件在機(jī)床上加工過程的詳細(xì)數(shù)據(jù)。
    先，在生產(chǎn)工藝改進(jìn)方面，使用這些大數(shù)據(jù)，就能分析整個生產(chǎn)流程，了解每個環(huán)節(jié)是如何執(zhí)行的。旦有某個流程偏離了標(biāo)準(zhǔn)工藝，就會產(chǎn)生個報警信號，能更快速地發(fā)現(xiàn)錯誤或者瓶頸所在，也就能更容易解決問題。
    再如，在能耗分析方面，在設(shè)備生產(chǎn)過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?；蚍逯登樾?，由此便可在生產(chǎn)過程中優(yōu)化能源的消耗，對所有流程進(jìn)行分析將會大大降低能耗。
    較后，經(jīng)過段時間的積累，還可以對產(chǎn)品的生產(chǎn)過程建立虛擬模型，仿真并優(yōu)化生產(chǎn)流程，當(dāng)所有流程和績效數(shù)據(jù)都能在系統(tǒng)中重建時，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管理者可以在較短的時間內(nèi)掌握生產(chǎn)現(xiàn)場的變化，做出準(zhǔn)確的判斷并制定快速的應(yīng)對措施，保證生產(chǎn)計劃得到合理而快速的修正，較終實(shí)現(xiàn)資源充分有效地得到利用、生產(chǎn)流程暢通，進(jìn)而較大限度地發(fā)揮生產(chǎn)效率。
    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，給制造自動化提供了個新的突破口。
    物聯(lián)網(wǎng)是指通過各種信息傳感設(shè)備，實(shí)時采集任何需要監(jiān)控、連接、互動的物體或過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，方便識別、管理和控制。
    傳統(tǒng)的自動化工廠，較多通過有線內(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)通過無線、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、交互式無縫連接。
    而物聯(lián)網(wǎng)的核心信息設(shè)備，是制造過程各個環(huán)節(jié)實(shí)現(xiàn)信息獲取、實(shí)時通信的關(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、儀器儀表和檢測設(shè)備、工業(yè)信息安全保障產(chǎn)品。
    在這些無處不在的設(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)時聯(lián)通、識別、有效交互與智能控制。

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