智慧工厂方展方向及基础应用技术

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引言

未来工厂即智慧工厂,智慧工厂是现代工厂信息化发展的新阶段。是在数字化工厂的基础上,利用物联网的技术和设备监控技术加强信息管理和服务;清楚掌握产销流程、提高生产过程的可控性、减少生产线上人工的干预、即时正确地采集生产线数据,以及合理的生产计划编排与生产进度。并加上绿色智能的手段和智能系统等新兴技术于一体,构建一个高效节能的、绿色环保的、环境舒适的人性化工厂。

“智慧工厂”技术与系统作为新型的制造系统,为制造商及其供应商提供了一个制造工艺信息平台,使企业能够对整个制造过程进行设计规划,模拟仿真和管理,并将制造信息及时地与相关部门、供应商共享,从而实现虚拟制造和并行工程,保障生产的顺利进行。在汽车行业,数字化工厂更是发挥着重要的作用。从产品设计到制造开始的工作转换是汽车开发过程中最关键的步骤之一,“数字化工厂”规划系统可以通过详细的规划设计和验证预见所有的制造任务,在提高质量的同时减少设计时间,从而加速汽车开发周期;并且还可以消除浪费,减少为了完成某项任务所需的资源数量等。此外,“数字化工厂”规划系统通过统一的数据平台,实现主机厂内部、生产线供应商、工装夹具供应商等的并行工程。

智慧工厂的三大基础技术。

一是无线感测器。无线感测器将是实现智慧工厂的重要利器。智慧感测是基本构成要素。仪器仪表的智慧化,主要是以微处理器和人工智能技术的发展与应用为主,包括运用神经网路、遗传演算法、进化计算、混沌控制等智慧技术,使仪器仪表实现高速、高效、多功能、高机动灵活等性能,如专家控制系统(expert control system;ECS)、模块逻辑控制器(FLC—Fuzzy Logic controller)等都成为智能工厂相关技术的关注焦点。

二是控制系统网路化(云端智慧工厂)。随着智慧工厂制造流程连接的嵌入式设备越来越多,通过云端架构部署控制系统,无疑已是当今最重要的趋势之一。在工业自动化领域,随着应用和服务向云端运算转移,资料和运算位置的主要模式都已经被改变了,由此也给嵌入式设备领域带来颠覆性变革。如随着嵌入式产品和许多工业自动化领域的典型IT元件,如制造执行系统;(MEs)以及生产计划系统(PPS)的智慧化,以及连线程度日渐提高,云端运算将可提供更完整的系统和服务。一旦完成连线,体系结构、控制方法以及人机协作方法等制造规则,都会因为控制系统网路化而产生变化。此外.由于影像、语音信号等大数据高速率传输对网路频宽的要求,对控制系统网路化,更构成严厉的挑战,而且网路上传递的资讯非常多样化,哪些资料应该先传(如设备故障讯息),哪些资料可以晚点传(如电子邮件),都要靠控制系统的智慧能力,进行适当的判断才能得以实现。

三是工业通信无线化。工业无线网络技术是物联网技术领域最活跃的主流发展方向,是影响未来制造业发展的革命性技术,其通过支持设备间的交互与物联,提供低成本、高可靠、高灵活的新一代泛在制造信息系统和环境。随着无线技术日益普及,各家供应商正在提供一系列软硬体技术,协助在产品中增加通信功能。这些技术支援的通信标准包括蓝牙、Wi-Fi、GPS、LTE以及WiMax。然而,由于工厂需求不像消费市场一样的标准化,必须因应生产需求,有更多弹性的选择,最热门的技术未必是最好的通信标准和客户需要的技术。

智慧工厂发展方向 

“智慧工厂”的概念,其核心是工业化-和信息化的高度融合。智慧工厂是在数字化工厂的基础上,利用物联网的技术和设备监控技术加强信息管理和服务;未来,将通过大数据与分析平台,将云计算中由大型工业机器产生的数据转化为实时信息(云端智能工厂),并加上绿色智能的手段和智能系统等新兴技术于一体,构建一个高效节能的、绿色环保的、环境舒适的人性化工厂。

一是制程管控可视化。由于智慧工厂高度的整合性,在产品制程上,包括原料管控及流程,均可直接实时展示于控制者眼前,此外,系统机具的现况亦可实时掌握,减少因系统故障造成偏差。而制程中的相关数据均可保留在数据库中,让管理者得以有完整信息进行后续规划,也可以依生产线系统的现况规划机具的维护;可根据信息的整合建立产品制造的智能组合。

二是系统监管全方位。通过物联网概念、以传感器做链接使制造设备具有感知能力,系统可进行识别、分析、推理、决策、以及控制功能;这类制造装备,可以说是先进制造技术、信息技术和智能技术的深度结合。当然此类系统,绝对不仅只是在KS内安装一个软件系统而已,主要是透过系统平台累积知识的能力,来建立设备信息及反馈的数据库。从订单开始,到产品制造完成、入库的生产制程信息,都可以在数据厍中一目了然,在遇到制程异常的状况,控制者亦可更为迅速反应,以促进更有效的工厂运转与生产。

三是在制造绿色化方面,除了在制造上利用环保材料、留意污染等问题,并与上下游厂商间,从资源、材料、设计、制造、废弃物回收到再利用处理,以形成绿色产品生命周期管理的循环,更可透过绿色ICT的附加值应用,延伸至绿色供应链的协同管理、绿色制程管理与智慧环境监控等,协助上下游厂商与客户之间共同创造符合环保的绿色产品。

“智慧工厂”的发展,是智能工业发展的新方向。特征体现在制造生产上:

一、系统具有自主能力:可采集与理解外界及自身的资讯,并以之分析判及规划自身行为

二、整体可视技术的实践:结合讯号处理、推理预测、仿真及多媒体技术,将实境扩增展示现实生活中的设计与制造过程。

三、协调、重组及扩充特性:系统中各组承担为可依据工作任务,自行组成最佳系统结构。

四、自我学习及维护能力:透过系统自我学习功能,在制造过程中落实资料库补充、更新,及自动执行故障诊断,并具备对故障排除与维护,或通知对的系统执行的能力。

五、人机共存的系统:人机之间具备互相协调合作关系,各自在不同层次之间相辅相成。

来源:银大职业发展工作室

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