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智能制造介绍二
2016/6/9 18:32:43   点击:

 2.智能服务(Smart Service)

基于传感器和物联网(IoT),可以感知产品的状态,从而进行预防性维修维护,及时帮助客户更换备品备件,甚至可以通过了解产品运行的状态,帮助客户带来商业机会。还可以采集产品运营的大数据,辅助企业进行市场营销的决策。此外,企业通过开发面向客户服务的APP,也是一种智能服务的手段,可以针对企业购买的产品提供有针对性的服务,从而锁定用户,开展服务营销。全球PLM领导厂商之一,美国PTC公司斥巨资进军物联网和服务生命周期管理领域,成为智能服务领域的领军企业之一。而智能服务最著名的案例,莫过于美国GE公司将卖发动机转为卖飞行小时的服务。

 

3.智能装备(Smart Equipment)

制造装备经历了机械装备到数控装备,目前正在逐步发展为智能装备。智能装备具有检测功能,可以实现在机检测,从而补偿加工误差,提高加工精度,还可以对热变形进行补偿。以往一些精密装备对环境的要求很高,现在由于有了闭环的检测与补偿,可以降低对环境的要求。智能装备一个最基本的要求,就是要提供开放的数据接口,能够支持设备联网,国外叫做M2M(机器与机器互联)。三维打印机本质上是一种数控装备,还不是智能装备。

日本MAZAK的智能机床配备了针对加工热变位、切削震动、机床干涉、主轴监测、维护保养、工作台动态平衡性及语音导航等智能化功能,可以自行监控机床运转状态,并进行自主反馈,从而大幅度提高机床运行效率及安全性。典型的智能制造装备还融合了自动化上下料的装备,一些装备制造企业还提供专用的CAM软件,例如HOMAG(豪迈)集团的木工加工中心。DMG MORI(德玛吉森精机)推出最新的复合加工中心LaserTec65已经融合了增材制造和切削加工(减材制造),可以通过激光堆焊的增材制造工艺快速制造毛坯。Trumpf(通快集团)的激光切割加工中心可以实现三维切割,多台激光加工中心可以共享激光源。这些都属于智能装备。对于工业机器人,如果是单纯按照固定指令执行喷涂、搬运、焊接等工艺的机器人,还不能称为智能装备。但是如果具有了机器视觉,能够准确识别工件,或者自主进行装配,自动避让工人等功能,甚至可以实现人机协作,就属于智能装备。例如,ABB推出的双臂机器人YUMI,就是智能型工业机器人的典范。随着复合材料的广泛应用,复合材料加工与装备的智能装备将具有广阔的市场需求。

华中科技大学李德群院士在成形模拟的基础上将工艺参数自动设置、自适应注射等智能技术应用到注射机上,提出了在线反演的注射速度平滑优化、工艺曲线的二级闭环控制等方法,成功开发出智能型注射机。其智能型注射机能耗低于我国及欧洲最高能耗标准,响应时间、位置精度等关键指标均达到国际先进水平,显著提高了注塑产品的重复精度、良品比例和生产自动化程度。李德群院士介绍,这种智能注射机内置了人工智能算法,具备机器学习能力,通过三次试验就可以准确找到最合适的注射参数,确保产品质量。这种设备已经不仅是Smart,而且具有了Intelligence。

 

4.智能产线(Smart Production line)

很多行业的企业高度依赖自动化生产线,比如钢铁、化工、制药、食品饮料、烟草、芯片制造、电子组装、汽车整车和零部件制造等,实现自动化的加工、装配和检测,一些机械标准件生产也应用了自动化生产线,比如轴承。但是,装备制造企业目前还是以离散制造为主。很多企业的技术改造重点,就是建立自动化生产线、装配线和检测线。美国波音公司的飞机总装厂已建立了U型的脉动式总装线。自动化生产线可以分为刚性自动化生产线和柔性自动化生产线,柔性自动化生产线一般建立了缓冲。为了提高生产效率,工业机器人、吊挂系统在自动化生产线上应用越来越广泛。

目前,很多汽车整车厂已实现了混流生产,在一条装配线上可以同时装配多种车型。食品饮料行业的自动化生产线可以根据工艺配方调整DCS或PLC系统来改变工艺路线,从而生产多种产品。汽车行业正在推行安灯系统,实现生产线的故障报警。汽车行业的总装线往往由多条组装线汇聚而成,比如车身、底盘的总装线汇集到一起,装配成最终的产品。在装配过程中,通过准时按序送货(Just In Sequence)的方式实现混流生产。目前,汽车、家电、轨道交通等行业的企业对生产和装配线进行自动化、智能化改造需求十分旺盛,很多企业在逐渐将关键工位和高污染工位改造为用机器人进行加工、装配或上下料。

目前,智能产线在我国制造企业的应用还处于起步阶段,但必然是发展的方向。智能产线的特点是:在生产和装配的过程中,能够通过传感器或RFID自动进行数据采集,并通过电子看板显示实时的生产状态;能够通过机器视觉和多种传感器进行质量检测,自动剔除不合格品,并对采集的质量数据进行SPC分析,找出质量问题的成因;能够支持多种相似产品的混线生产和装配,灵活调整工艺,适应小批量、多品种的生产模式;具有柔性,如果生产线上有设备出现故障,能够调整到其他设备生产;针对人工操作的工位,能够给予智能的提示。实际上,我认为西门子成都电子工厂的总装线已经达到了智能产线的水平。

 

5. 智能车间 (Smart workshop)

一个车间通常有多条生产线,这些生产线要么生产相似零件或产品,要么有上下游的装配关系。要实现车间的智能化,需要对生产状况、设备状态、能源消耗、生产质量、物料消耗等信息进行实时采集和分析,进行高效排产和合理排班。因此,无论什么制造行业,制造执行系统(MES)成为企业的必然选择。

目前,中国的MES市场非常热门,国际大牌的自动化厂商西门子、罗克韦尔、GE、施耐德电气有MES软件平台,管理软件巨头SAP、ORACLE、EPICOR提供MES软件,德国的MPDV、PSI,国内的浙大中控、和利时、易往、明基逐鹿、艾普工华、元工国际、兰光创新、广州速威等厂商也非常活跃。此外,先进生产排程(APS)系统也已经进入了制造企业选型的视野,开始了初步实践,实现基于实际产能约束的排产,主流厂商有日本的ASPROVA、德国的JobDISPO APS(兰光创新经销),国内的永凯、安达发、易普优等,元工国际也提供了APS解决方案。APS软件对设备产能、工时等基础数据的准确性要求非常高。

对于药品、食品等行业,国家有强制性的追溯要求,需要通过GMP等行业认证,因此推进MES更加紧迫。前文提到的数字化制造(DM)技术也是智能车间的支撑工具,可以帮助企业在建设新厂房时,根据设计的产能科学进行设备布局,提升物流效率,提高工人工作的舒适程度。

MES是一个车间级的综合管理系统,可以帮助企业显著提升设备利用率,提高产品质量,实现生产过程可追溯和上料防错,提高生产效率。需要强调指出的是,纯离散制造企业也可以应用MES系统,但是,MES系统的应用与企业的生产模式息息相关。如果纯离散的制造企业实施了MES之后,又改造为自动化或智能产线,那么MES系统可能会推到重来。因此,企业进行MES应用需要慎之又慎。智能车间必须建立有线或无线的工厂网络,能够实现生产指令的自动下达和设备与产线信息的自动采集。对于机械制造企业,可以通过DNC技术实现设备状态信息和加工代码的上传下达,目前已有成熟的产品,例如兰光创新、盖勒普和英迪致远等。另外,实现车间的无纸化,也是智能车间的重要标志,企业可以应用三维轻量化技术,将设计和工艺文档传递到工位。上海明匠智能公司开发了一个智能网关,可以将基于不同厂商通讯协议的生产现场数据转为OPC标准,解决了车间信息通讯的难题。元工国际联合亚控、航星、中科川思特和研华,推出了设备联网解决方案,一个平台可以联网PLC、CNC、机器人、仪表/传感器和工控/IT系统,统一组态监控和三维实况,并实现模拟生产。

有一项新兴技术可以将MES系统采集到的数据在虚拟的三维车间模型中实时地展现出来,不仅提供车间的VR(虚拟现实)环境,而且还可以显示设备的实际状态,实现虚实融合。西门子和PTC将这项技术作为Digital Twin的一个典型应用。德国PSI、武汉创景也拥有这类产品,天河软件帮助海尔胶州工厂实现了相关应用。此外,智能车间还有一个典型应用,就是视频监控系统不仅记录视频,还可以对车间的环境,人员行为进行监控、识别与报警。例如,有工人没有带安全帽,进入了不允许进入的区域,或者倒地,都可以自动报警。这方面,三星已经有了成功实践。此外,智能车间应当在温度、湿度、洁净度的控制和工业安全(包括工业自动化系统的安全、生产环境的安全和人员安全)等方面达到智能化水平。

  





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