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目前國內(nèi)的幾種工業(yè)4.0技術(shù)的特征及應(yīng)用分析

五度易鏈 2019-05-29 1849 0

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大數(shù)據(jù)治理

全面提升數(shù)據(jù)價值

賦能業(yè)務(wù)提質(zhì)增效

? 工業(yè)4.0的發(fā)展特征也兼具了工業(yè)革命的特征,它的發(fā)展和實現(xiàn)過程中是生產(chǎn)力和生產(chǎn)關(guān)系的變化。在工業(yè)4.0時代,技術(shù)的發(fā)展中將實現(xiàn)和實際的生產(chǎn)緊密結(jié)合,這也是工業(yè)4.0時代的技術(shù)特征。


工業(yè)4.0的發(fā)展特征也兼具了工業(yè)革命的特征,它的發(fā)展和實現(xiàn)過程中是生產(chǎn)力和生產(chǎn)關(guān)系的變化。在工業(yè)4.0時代,技術(shù)的發(fā)展中將實現(xiàn)和實際的生產(chǎn)緊密結(jié)合,這也是工業(yè)4.0時代的技術(shù)特征。

1.柔性生產(chǎn)

該生產(chǎn)系統(tǒng)所要實現(xiàn)的目標是使生產(chǎn)實現(xiàn)最大的柔性化。自動化和信息化是實現(xiàn)柔性定制個性化生產(chǎn)的手段。AGV小車將毛坯推入代加工區(qū)域,而這些毛坯木料的尺寸大小都是不同的,按照頂點順序進行排列,符合JIO理念。JIO(Just In Order)是繼JIT(Just In Time)準時制生產(chǎn)的基礎(chǔ)上提出的,要求供應(yīng)商不僅應(yīng)按時將零部件送抵生產(chǎn)現(xiàn)場,還要求不同規(guī)格零部件的順序按照要求排列,以便滿足混線生產(chǎn)的要求。這樣不同型號的產(chǎn)品在裝配時,不會因為零件順序錯落而發(fā)生裝配錯誤的問題。豐田的JIT只適合單一產(chǎn)品的大批量生產(chǎn),而JIO則是混線生產(chǎn),柔性制造模式所必需的供應(yīng)鏈運作機制,是生產(chǎn)模式的變革。

目前國內(nèi)的自動化項目都號稱4.0,但絕大部分無法實現(xiàn)柔性制造。所以在筆者看來,中國企業(yè)談4.0只是按照自動化集成去理解,并沒有真正領(lǐng)會生產(chǎn)模式變革的意義。

2. 數(shù)據(jù)追蹤

在產(chǎn)品的整個生命周期中會產(chǎn)生很多數(shù)據(jù),即所謂的大數(shù)據(jù)。制造商需要能夠利用這些數(shù)據(jù)對產(chǎn)品進行跟蹤,以了解產(chǎn)品的狀態(tài)。盡管也有相對成熟的解決方案,如MES(制造執(zhí)行系統(tǒng)),SCADA(現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)),APS(先進生產(chǎn)計劃系統(tǒng))等,但是由于缺乏強大的車間級管理系統(tǒng)去協(xié)調(diào)各生產(chǎn)設(shè)備,生產(chǎn)車間的自動化和信息化層始終存在著難以打破的屏障,原因很多此處不展開討論。而視頻中的生產(chǎn)系統(tǒng)則采用相對簡單和獨立的軟件系統(tǒng),在設(shè)備層實現(xiàn)了對生產(chǎn)數(shù)據(jù)的集成和管理。

首先機器人通過專用的檢測設(shè)備對入庫毛坯進行全檢,再掃描條形碼,根據(jù)讀取的產(chǎn)品信息自動調(diào)用加工程序(NC代碼由產(chǎn)品設(shè)計數(shù)模自動生成),并自動調(diào)整支撐夾具的位置,以適合零件的尺寸。加工完畢后,由于條碼在加工過程中被破壞掉,所以再次貼敷條碼,并更新產(chǎn)品生產(chǎn)數(shù)據(jù),記錄設(shè)備運行數(shù)據(jù),將這些數(shù)據(jù)通過現(xiàn)場總線傳入上位機的生產(chǎn)管理/監(jiān)控系統(tǒng)。由于每個零件上都有條碼,每個條碼對于正確的程序,所以不論來料按何種順序排列,加工過程是不會出現(xiàn)問題的。也就是說生產(chǎn)管理調(diào)度軟件和生產(chǎn)設(shè)備之間是相互獨立運行的,就算生產(chǎn)調(diào)度出了問題,也不會造成生產(chǎn)程序調(diào)用錯誤。

3.工業(yè)視覺

應(yīng)用在工業(yè)領(lǐng)域的機器視覺,也被簡稱為“工業(yè)視覺”,最通俗的理解就是在生產(chǎn)制造的過程中運用機器視覺技術(shù),代替人眼去完成特定的任務(wù),或是讓機器設(shè)備具備視覺功能以支持其完成自動化的操作。所以也有人認為工業(yè)視覺就是智能制造的之“眼”。

為什么要發(fā)展工業(yè)視覺?與其他被機器取代的人工工作類似,我們可以列舉出許多讓工業(yè)視覺大行其道的理由:首先,機器視覺比人眼的精度高,可以完成許多肉眼無法完成的工作;其次,機器不會疲勞,還可以在一些極端環(huán)境下工作,更為可靠;再有,機器還可以響應(yīng)可見光以外更寬的光譜(如紅外),可“見”的范圍也更廣;另外,對于機器在效率上的優(yōu)勢,大家也一定不會有疑議。當然,除了上述技術(shù)層面的原因,工業(yè)視覺的經(jīng)濟性也是一個重要因素。這是因為隨著全球老齡化進程的加速,勞動力資源供給在減少,而與之關(guān)聯(lián)的是工業(yè)制造業(yè)的人力成本一直在增加,所以很多經(jīng)濟體原先高速發(fā)展所仰仗的人口紅利不再,考慮用機器去替代人工也就成了其工業(yè)發(fā)展必由之路。

以工業(yè)視覺應(yīng)用中占比最大的電子行業(yè)為例,有人估算,僅就智能手機玻璃蓋板、觸摸屏、顯示屏外觀檢查這一個崗位,中國每年就需要近30萬人,由此產(chǎn)生的勞務(wù)工資是一項龐大的開銷。而如果采用工業(yè)視覺方案去替代這種重復(fù)性的勞動,既是效率之選,也是效益之選。

從技術(shù)發(fā)展趨勢來看,自動化將呈現(xiàn)智能化的特征,大量的智能機器人的應(yīng)用,將導(dǎo)致自動化生產(chǎn)線更具有柔性,可以實現(xiàn)多種產(chǎn)品的生產(chǎn),同時隨著生產(chǎn)制造現(xiàn)場的自動化設(shè)備集成度增加,實現(xiàn)所謂高度自動化,大量的工作將主要由自動化設(shè)備來實現(xiàn),這為無人化工廠的出現(xiàn)提供了可能。

其次,是高度信息化的判定標準。我們需要認識到,生產(chǎn)制造企業(yè)的信息化,一般可以通過經(jīng)營管理系統(tǒng)和生產(chǎn)制造系統(tǒng)來實現(xiàn),前者主要體現(xiàn)為ERP、CRM和HRM等系統(tǒng),而后者主要體現(xiàn)為PLM(Product Life cycle Management,產(chǎn)品生命周期管理)、MES(Manufacturing Execution System,制造執(zhí)行系統(tǒng))及DNC(Distributed Numerical Control,分布式數(shù)控)等系統(tǒng)。具體來講,經(jīng)營管理信息化系統(tǒng)主要是為了實現(xiàn)涉及非生產(chǎn)現(xiàn)場的管理內(nèi)容,而生產(chǎn)制造信息化系統(tǒng)主要是為了解決產(chǎn)品核心價值創(chuàng)造過程的管理,例如產(chǎn)品的研發(fā)設(shè)計、生產(chǎn)制造等。

與自動化類似,信息化在工業(yè)4.0時代也將繼續(xù)發(fā)展,它將主要以更加高度的集成為特征。一些提供智能工廠或數(shù)字化工廠解決方案的企業(yè),把ERP、PLM、MES及SCADA(Supervisory Control And Data Acquisition,數(shù)據(jù)采集與監(jiān)視控制系統(tǒng))等系統(tǒng)集成到一起,形成一個完整的解決方案,稱為數(shù)字化工廠解決方案,的確是一個可行的方式。不過,高度信息化集成帶來一個困難,針對具體的企業(yè)需求,供應(yīng)商還需要進行一定的定制化開發(fā)和優(yōu)化。

而工業(yè)4.0的發(fā)展中最獨特的特征是其將實現(xiàn)高度的網(wǎng)絡(luò)化,這是工業(yè)2.0和工業(yè)3.0都不具有的發(fā)展特點。而工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展也需要在其他的技術(shù)之間的結(jié)合才能實現(xiàn),實現(xiàn)工業(yè)4.0也需要發(fā)展相關(guān)的技術(shù)協(xié)同。


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