工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)的成熟 給制造自動化提供了新突破口
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)濟增長點。
被稱為世界“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，開始一場規(guī)?？涨暗墓I(yè)革命。一間間曾經(jīng)人聲鼎沸的生產(chǎn)車間，逐漸只有機器轟鳴的無人工廠取代。
“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)機器人運用成熟而廣泛，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)，可以直接實施信息技術(shù)改造。
與世界先進水平相比，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、一步到位的絕佳契機。
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)鍵崗位機器人替代、實現(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)機器人、機械手臂等智能設(shè)備的廣泛應(yīng)用，使工廠無人化制造成為可能。
近年來，我國機器人市場快速發(fā)展。2014年，中國工業(yè)機器人銷量達到5.6萬臺，成為全球第一大工業(yè)機器人市場。
預(yù)計到2020年工業(yè)機器人銷量將達到15萬臺，保有量達到80萬臺;到2025年工業(yè)機器人銷量將達到26萬臺，保有量達到180萬臺。
在生產(chǎn)現(xiàn)場，工業(yè)機器人在焊接、搬運、噴涂、加工、裝配、檢測、清潔生產(chǎn)等方面都已實現(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、智能機器人和三坐標測量儀及其他所有柔性化制造單元進行自動化排產(chǎn)調(diào)度，工件、物料、刀具進行自動化裝卸調(diào)度，可以達到無人值守的全自動化生產(chǎn)模式。
還需要進一步研究視覺處理、情景感知、模式識別、自決策自執(zhí)行、可視化等關(guān)鍵技術(shù)，提高機器人產(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、人機交互性能和可靠性性能，提升機器人任務(wù)重構(gòu)、偏差自適應(yīng)調(diào)整的能力，最終實現(xiàn)機器人在人機共存環(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，給制造自動化提供了一個新的突破口。
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，最多通過有線內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)，實現(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)實現(xiàn)信息獲取、實時通信的關(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。
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、高速工業(yè)無線路由器/中繼器、工業(yè)級低功耗遠距/近場通訊設(shè)備、快速自組網(wǎng)工業(yè)無線通訊設(shè)備、工業(yè)協(xié)議轉(zhuǎn)換器/網(wǎng)關(guān)、工業(yè)通訊一致性檢測設(shè)備等工業(yè)通信網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)備;
具有現(xiàn)場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)、主動防御系統(tǒng)、入侵檢測設(shè)備等信息安全保障產(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)標準，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)，實現(xiàn)人、設(shè)備與產(chǎn)品的實時聯(lián)通、精確識別、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，需要促進制造工藝的仿真優(yōu)化、數(shù)字化控制、狀態(tài)信息實時監(jiān)測和自適應(yīng)控制，進而實現(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，這又是一層飛躍.
但提供生產(chǎn)活動的基礎(chǔ)管理，實現(xiàn)自主安全可控，生產(chǎn)過程透明化、智能化，進一步提升生產(chǎn)作業(yè)效率，這還僅僅是智能化的管理體系的最初級一層。
其次，它要實現(xiàn)人、設(shè)備、環(huán)境與物料之間的互聯(lián)互通和綜合管理，實現(xiàn)智能制造過程中的質(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，對從訂單下達到產(chǎn)品完成的整個生產(chǎn)過程進行優(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。
以目前國內(nèi)最先進的海爾中央空調(diào)智能工廠為例，經(jīng)過復(fù)雜精密的布局，實現(xiàn)了全要素、端到端的系統(tǒng)互聯(lián)，驅(qū)動全流程信息互聯(lián)感知的實現(xiàn)。
智能化的控制大腦，是大數(shù)據(jù)分析
僅僅實現(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)分析進行生產(chǎn)決策分析，才是智能化的最高水準。
在智能化工廠，強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)量遠大于企業(yè)中計算機和人工產(chǎn)生的數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)的實時性也更高。
在生產(chǎn)現(xiàn)場，每隔幾秒就收集一次數(shù)據(jù)，利用這些數(shù)據(jù)可以實現(xiàn)很多形式的分析，包括設(shè)備開機率、主軸運轉(zhuǎn)率、主軸負載率、運行率、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工件在機床上加工過程的詳細數(shù)據(jù)。
首先，在生產(chǎn)工藝改進方面，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。一旦有某個流程偏離了標準工藝，就會產(chǎn)生一個報警信號，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，對所有流程進行分析將會大大降低能耗。
最后，經(jīng)過一段時間的積累，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管理者可以在最短的時間內(nèi)掌握生產(chǎn)現(xiàn)場的變化，做出準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，最終實現(xiàn)資源充分有效地得到利用、生產(chǎn)流程暢通，進而最大限度地發(fā)揮生產(chǎn)效率。
還是以目前國內(nèi)最先進的海爾中央空調(diào)智能工廠為例，它的智能工廠轉(zhuǎn)型升級，實現(xiàn)了生產(chǎn)計劃和線邊庫存的信息互聯(lián)，實現(xiàn)物料時序配送到工位，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)測試臺技術(shù)等應(yīng)用，實現(xiàn)與攸關(guān)方、全流程的實時、無縫的用戶互聯(lián)、信息互聯(lián)、虛實互聯(lián)模式。
智能工廠是工廠升級的必然趨勢
“中國制造2025”明確提出推進通過建設(shè)智能工廠，推進中國制造業(yè)的全面變革。
如今，中國制造面臨“山雨欲來風(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，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)型升級和跨越發(fā)展的任務(wù)緊迫而艱巨。
如果企業(yè)不能及時滿足越來越復(fù)雜的需求，就將在新一輪科技革命和產(chǎn)業(yè)變革中，被競爭對手遠遠拋下。
推動智能制造，是解決我國制造業(yè)由大變強的根本路徑。我們認為，加快各行業(yè)傳統(tǒng)生產(chǎn)設(shè)備的自動化-智能化雙重改造，需求迫切。
應(yīng)當在基礎(chǔ)條件好的重點行業(yè)和企業(yè)中，分類實施高度集成的自動化制造、智能化管理流程改造、試點示范及應(yīng)用推廣，建立智能制造標準體系，做到縱向、橫向和端到端的集成，并實現(xiàn)裝備、產(chǎn)品和系統(tǒng)產(chǎn)業(yè)化。
如今，中國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”的智能工廠，并且還在不斷的迭代升級、進化提升，正在引領(lǐng)制造方式變革;令人稱奇。
智能工廠的實施，將顯著提升中國制造業(yè)水平，推動相關(guān)企業(yè)提供更高質(zhì)量、更符合人民群眾消費需求的產(chǎn)品，服務(wù)于我國供給側(cè)改革。在標準制定實施過程中，將鞏固自主技術(shù)布局占位，提高產(chǎn)業(yè)自主話語權(quán)，為我國搶占新一輪產(chǎn)業(yè)革命制高點、爭奪國際市場話語權(quán)提供重要保障。
基于對中國制造業(yè)現(xiàn)狀、市場需求多樣化等方面的全面預(yù)測，未來5～10年，我國的智能生產(chǎn)設(shè)施、數(shù)字化車間/工廠的升級改造速度將進一步加快，制造業(yè)對智能制造與信息設(shè)備的需求也將大幅度增長。預(yù)計我國智能制造與信息設(shè)備市場規(guī)模將以30%左右的增速持續(xù)增長.
朱先生