智能工廠作為工業(yè)智能化發(fā)展的重要實(shí)踐模式,已經(jīng)引發(fā)行業(yè)的廣泛關(guān)注。到底什么是智能工廠?智能工廠的核心架構(gòu)是怎樣的?能為企業(yè)的轉(zhuǎn)型提供哪些支撐?這都是企業(yè)比較關(guān)心的話題。
一、智能工廠、數(shù)字化工廠與智能制造
不可忽視的是,往往很多企業(yè)在提及這些概念時(shí),容易將這些概念混為一談,數(shù)字化工廠、智能工廠以及智能制造之間到底是否可以互相替換,這些概念之間是否存在區(qū)別?
1.數(shù)字化工廠
對于數(shù)字化工廠,德國工程師協(xié)會(huì)的定義是:
數(shù)字化工廠(df)是由數(shù)字化模型、方法和工具構(gòu)成的綜合網(wǎng)絡(luò),包含仿真和3d/虛擬現(xiàn)實(shí)可視化,通過連續(xù)的沒有中斷的數(shù)據(jù)管理集成在一起。數(shù)字化工廠集成了產(chǎn)品、過程和工廠模型數(shù)據(jù)庫,通過先進(jìn)的可視化、仿真和文檔管理,以提高產(chǎn)品的質(zhì)量和生產(chǎn)過程所涉及的質(zhì)量和動(dòng)態(tài)性能:
在國內(nèi),對于數(shù)字化工廠接受度最高的定義是:
2.智能工廠
智能工廠是在數(shù)字化工廠的基礎(chǔ)上,利用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)和監(jiān)控技術(shù)加強(qiáng)信息管理服務(wù),提高生產(chǎn)過程可控性、減少生產(chǎn)線人工干預(yù),以及合理計(jì)劃排程。同時(shí),集初步智能手段和智能系統(tǒng)等新興技術(shù)于一體,構(gòu)建高效、節(jié)能、綠色、環(huán)保、舒適的人性化工廠。
智能工廠已經(jīng)具有了自主能力,可采集、分析、判斷、規(guī)劃;通過整體可視技術(shù)進(jìn)行推理預(yù)測,利用仿真及多媒體技術(shù),將實(shí)境擴(kuò)增展示設(shè)計(jì)與制造過程。系統(tǒng)中各組成部分可自行組成最佳系統(tǒng)結(jié)構(gòu),具備協(xié)調(diào)、重組及擴(kuò)充特性。已系統(tǒng)具備了自我學(xué)習(xí)、自行維護(hù)能力。因此,智能工廠實(shí)現(xiàn)了人與機(jī)器的相互協(xié)調(diào)合作,其本質(zhì)是人機(jī)交互。
3.智能制造
智能工廠是在數(shù)字化工廠基礎(chǔ)上的升級版,但是與智能制造還有很大差距。
智能制造系統(tǒng)在制造過程中能進(jìn)行智能活動(dòng),諸如分析、推理、判斷、構(gòu)思和決策等。通過人與智能機(jī)器的合作,去擴(kuò)大、延伸和部分地取代技術(shù)專家在制造過程中的腦力勞動(dòng)。它把制造自動(dòng)化擴(kuò)展到柔性化、智能化和高度集成化。
智能制造系統(tǒng)不只是“人工智能系統(tǒng),而是人機(jī)一體化智能系統(tǒng),是混合智能。系統(tǒng)可獨(dú)立承擔(dān)分析、判斷、決策等任務(wù),突出人在制造系統(tǒng)中的核心地位,同時(shí)在智能機(jī)器配合下,更好發(fā)揮人的潛能。機(jī)器智能和人的智能真正地集成在一起,互相配合,相得益彰。本質(zhì)是人機(jī)一體化。
二、智能制造系統(tǒng)
國內(nèi)很多企業(yè)都在炒作智能制造,但是絕大多數(shù)企業(yè)還處在部分使用應(yīng)用軟件的階段,少數(shù)企業(yè)也只是實(shí)現(xiàn)了信息集成,也就是可以達(dá)到數(shù)字化工廠的水平;極少數(shù)企業(yè),能夠?qū)崿F(xiàn)人機(jī)的有效交互,也就是達(dá)到智能工廠的水平。
1.智能加工中心與生產(chǎn)線
2.智能化立體倉庫和物流運(yùn)輸系統(tǒng)
3.智能化生產(chǎn)執(zhí)行過程控制
4.智能化生產(chǎn)控制中心
同時(shí),智能輔助系統(tǒng)將從執(zhí)行例行任務(wù)中解放出來,使他們能夠?qū)W⒂趧?chuàng)新;靈活的工作組織能夠幫助工人把生活和工作實(shí)現(xiàn)更好地結(jié)合,個(gè)體顧客的需求將得到滿足。
三、智能制造戰(zhàn)略核心
1.三元戰(zhàn)略
美國與德國的工業(yè)發(fā)展戰(zhàn)略核心均為cps(cyber- physical system)系統(tǒng),是典型的二元戰(zhàn)略。美國是c(cyber,包括:數(shù)字、信息、網(wǎng)絡(luò)等虛擬世界)+p(physical,包括機(jī)器、設(shè)備、設(shè)施等實(shí)體世界),德國是p+c,兩國均是基于高素質(zhì)勞動(dòng)者、國家人力匱乏、企業(yè)高協(xié)同化、高法制化的基礎(chǔ)之上而提出的戰(zhàn)略!
2.六維智能
四、智能工廠核心架構(gòu)
工業(yè)4.0是什么?每個(gè)人站在不同的角度會(huì)有不同的理解,是互聯(lián)、集成(縱向、橫向、端到端)、數(shù)據(jù)、創(chuàng)新、服務(wù)、轉(zhuǎn)型或是cps、是智能工廠、是智能制造亦或是國家戰(zhàn)略、企業(yè)目標(biāo)。工業(yè)4.0核心內(nèi)容就是建一個(gè)網(wǎng)絡(luò)、三項(xiàng)集成、大數(shù)據(jù)分析、八項(xiàng)計(jì)劃和研究兩個(gè)主題。
1.建一個(gè)網(wǎng)絡(luò)(cps)
cps讓物理設(shè)備具有計(jì)算、通信、精確控制、遠(yuǎn)程協(xié)調(diào)和自治等五大功能,從而實(shí)現(xiàn)虛擬網(wǎng)絡(luò)世界與現(xiàn)實(shí)物理世界的融合,將網(wǎng)絡(luò)空間的高級計(jì)算能力有效的運(yùn)用于現(xiàn)實(shí)世界中,從而在生產(chǎn)制造過程中,與設(shè)計(jì)、開發(fā)、生產(chǎn)有關(guān)的所有數(shù)據(jù)將通過傳感器采集并進(jìn)行分析,形成可自律操作的智能生產(chǎn)系統(tǒng)。
2.三個(gè)集成
工業(yè)4.0中的三項(xiàng)集成包括:橫向集成、縱向集成與端對端的集成。
3.數(shù)據(jù)處理:大數(shù)據(jù)分析
隨著信息物理系統(tǒng)的推廣,智能裝備和終端的普及以及各種各樣傳感器的使用,將會(huì)帶來無所不在的感知和無所不在的連接,所有的生產(chǎn)裝備、感知設(shè)備、聯(lián)網(wǎng)終端,包括生產(chǎn)者本身都在源源不斷地產(chǎn)生數(shù)據(jù),這些數(shù)據(jù)將會(huì)滲透到企業(yè)運(yùn)營、價(jià)值鏈乃至產(chǎn)品的整個(gè)生命周期,是工業(yè)4.0和制造革命的基石。
總體來說,工業(yè)4.0關(guān)注的企業(yè)數(shù)據(jù)分為四類:
產(chǎn)品相關(guān)的數(shù)據(jù),俗稱企業(yè)主數(shù)據(jù);
運(yùn)營數(shù)據(jù),一般稱為交易數(shù)據(jù)
整個(gè)價(jià)值鏈上的數(shù)據(jù),如供應(yīng)商、分銷商、客戶等數(shù)據(jù),也是屬于企業(yè)主數(shù)據(jù)管理的范疇
對企業(yè)經(jīng)營分析有價(jià)值的外部數(shù)據(jù)。