【分享】“智慧工廠”解決方案
 
 
      自從2015年5月19日，總理宣布中國(guó)制造2025計(jì)劃，把智能制造作為國(guó)家戰(zhàn)略以來(lái)，幾年的時(shí)間，關(guān)于工業(yè)4.0和中國(guó)制造2025各種信息紛至沓來(lái)，耳熟能詳。那么今天的智慧工廠究竟發(fā)展如何，有什么特征？主要運(yùn)用技術(shù)又是什么呢？
 
 

 
 
什么是智慧工廠？
智慧工廠是現(xiàn)代工廠信息化發(fā)展的新階段。是在數(shù)字化工廠的基礎(chǔ)上，利用物聯(lián)網(wǎng)的技術(shù)和設(shè)備監(jiān)控技術(shù)加強(qiáng)信息管理和服務(wù)；清楚掌握產(chǎn)銷流程、提高生產(chǎn)過(guò)程的可控性、減少生產(chǎn)線上人工的干預(yù)、即時(shí)正確地采集生產(chǎn)線數(shù)據(jù)，以及合理的生產(chǎn)計(jì)劃編排與生產(chǎn)進(jìn)度。
 

 
 
“智慧工廠”發(fā)展特征
“智慧工廠”的發(fā)展，是智能工業(yè)發(fā)展的新方向，特征體現(xiàn)在制造生產(chǎn)上：
1.系統(tǒng)具有自主能力：可采集與理解外界及自身的資訊，并以之分析判及規(guī)劃自身行為
2.整體可視技術(shù)的實(shí)踐：結(jié)合訊號(hào)處理、推理預(yù)測(cè)、仿真及多媒體技術(shù)，將實(shí)境擴(kuò)增展示現(xiàn)實(shí)生活中的設(shè)計(jì)與制造過(guò)程。
3.協(xié)調(diào)、重組及擴(kuò)充特性：系統(tǒng)中各組承擔(dān)為可依據(jù)工作任務(wù)，自行組成最佳系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。
4.自我學(xué)習(xí)及維護(hù)能力：透過(guò)系統(tǒng)自我學(xué)習(xí)功能，在制造過(guò)程中落實(shí)資料庫(kù)補(bǔ)充、更新，及自動(dòng)執(zhí)行故障診斷，并具備對(duì)故障排除與維護(hù)，或通知對(duì)的系統(tǒng)執(zhí)行的能力。
5.人機(jī)共存的系統(tǒng)：人機(jī)之間具備互相協(xié)調(diào)合作關(guān)系，各自在不同層次之間相輔相成。
 

 
 
“智慧工廠”痛點(diǎn)分析
在智能工廠領(lǐng)域，用戶痛點(diǎn)有很多，比如從業(yè)務(wù)維度考慮，用戶的需求通常包括：
· 
如何確保訂單準(zhǔn)時(shí)交付
· 
· 
如何縮短訂單生產(chǎn)過(guò)程時(shí)間
· 
· 
如何減少機(jī)臺(tái)產(chǎn)線停機(jī)等待時(shí)間
· 
· 
如何減少采購(gòu)提前期
· 
· 
如何減少缺料情況
· 
· 
如何減少物料、成品、半成品、在制品庫(kù)存
· 
· 
如何減少生產(chǎn)、管理的人力成本
· 
· 
如何讓生產(chǎn)管理透明化、可視化、可量化
· 
· 
如何提高產(chǎn)品質(zhì)量，降低制造成本
· 
· 
如何應(yīng)對(duì)多變的生產(chǎn)訂單
· 
· 
如何管理復(fù)雜的產(chǎn)品和工藝
· 
· 
如何監(jiān)控生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)
· 
· 
如何保證產(chǎn)品質(zhì)量
· 
· 
如何提供完整準(zhǔn)確的制造數(shù)據(jù)
· 
以上都是企業(yè)經(jīng)營(yíng)者需要解決的問(wèn)題，但從管理而言，固化到具體指標(biāo)上，包括以下指標(biāo)：
· 
OEE（全局設(shè)備效率 Overall Equipment Effectiveness）。
· 
· 
訂單準(zhǔn)時(shí)交付率
· 
· 
新產(chǎn)品成功導(dǎo)入率
· 
· 
經(jīng)營(yíng)利潤(rùn)率
· 
 

 
 
智慧工廠優(yōu)勢(shì)？
智慧工廠管理平臺(tái)為企業(yè)帶來(lái)的六大優(yōu)勢(shì)：
1、生產(chǎn)效率成倍提升
對(duì)生產(chǎn)信息的智能化分析和跟蹤，不斷挖掘設(shè)備以及作業(yè)潛能，提高生產(chǎn)效率，持續(xù)改善管理目標(biāo)。
2、產(chǎn)品品質(zhì)的持續(xù)改善
實(shí)時(shí)采集生產(chǎn)信息、記錄生產(chǎn)數(shù)據(jù)、管控生產(chǎn)過(guò)程、全面監(jiān)控生產(chǎn)流程、關(guān)注生產(chǎn)品質(zhì)，事后分析持續(xù)改善產(chǎn)品品質(zhì)。
3、實(shí)現(xiàn)雙向質(zhì)量追溯
生產(chǎn)期間的預(yù)防、監(jiān)控和分析等質(zhì)量管控方法，從而提高產(chǎn)品質(zhì)量水平。
4、實(shí)現(xiàn)精益生產(chǎn)　
觸發(fā)式自動(dòng)數(shù)據(jù)采集，減少錄入環(huán)節(jié)，為各級(jí)生產(chǎn)管理人員提供所需實(shí)時(shí)生產(chǎn)數(shù)據(jù)。
5、實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)透明化
實(shí)時(shí)采集生產(chǎn)信息，全面了解生產(chǎn)進(jìn)度，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)的全透明化管理。
6、提高生產(chǎn)執(zhí)行能力　　
采用先進(jìn)的制造物聯(lián)技術(shù)，規(guī)范管理、將車間生產(chǎn)透明化，提高制造企業(yè)的核心競(jìng)爭(zhēng)力。     
 

 
 
智慧工廠實(shí)現(xiàn)技術(shù)
 

無(wú)線感測(cè)技術(shù)
 
無(wú)線感測(cè)器將是未來(lái)實(shí)現(xiàn)智慧工廠的重要利器。智慧感測(cè)是基本構(gòu)成要素，但如果要讓制造流程有智慧判斷的能力，儀器、儀表、感測(cè)器等控制系統(tǒng)的基本構(gòu)成要素，仍是關(guān)注焦點(diǎn)。儀器儀表的智慧化，主要是以微處理器和人工智慧技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用為主，包括運(yùn)用神經(jīng)網(wǎng)路、遺傳演算法、進(jìn)化計(jì)算、溷沌控制等智慧技術(shù)，使儀器儀表實(shí)現(xiàn)高速、高效、多功能、高機(jī)動(dòng)靈活等性能。
如專家控制系統(tǒng)(expert control system;ECS)就是一種而具有大量的專門知識(shí)與經(jīng)驗(yàn)的程式系統(tǒng)。它運(yùn)用人工智慧技術(shù)和電腦技術(shù)，根據(jù)某領(lǐng)域一個(gè)或多個(gè)專家提供的知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)，進(jìn)行推理和判斷，模擬人類專家的決策過(guò)程，解決那些需要人類專家才能解決好的復(fù)雜問(wèn)題。
此外，模塊控制器(FC-Fuzzy Controller)，也稱模塊邏輯控制器(FLC-Fuzzy Logic Controller)，也是智慧工廠相關(guān)技術(shù)的關(guān)注焦點(diǎn)。由于模塊控制技術(shù)具有處理不確定性、不精確性和模塊資訊的能力，對(duì)無(wú)法建造數(shù)學(xué)模型的被控過(guò)程，能進(jìn)行有效的控制，能解決一些用常規(guī)控制方法不能解決的問(wèn)題，也讓模塊控制在工業(yè)控制領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。
 

控制系統(tǒng)網(wǎng)路化
 
隨著工廠制造流程連接的嵌入式設(shè)備越來(lái)越多，透過(guò)云端架構(gòu)部署控制系統(tǒng)，無(wú)疑已是當(dāng)今最重要的趨勢(shì)之一。
在工業(yè)自動(dòng)化領(lǐng)域，隨著應(yīng)用和服務(wù)向云端運(yùn)算轉(zhuǎn)移，資料和運(yùn)算位置的主要模式都已經(jīng)被改變了，由此也給嵌入式設(shè)備領(lǐng)域帶來(lái)顛覆性變革。如隨著嵌入式產(chǎn)品和許多工業(yè)自動(dòng)化領(lǐng)域的典型IT元件，如制造執(zhí)行系統(tǒng)(manufacturing execution systems;MES)以及生產(chǎn)計(jì)劃系統(tǒng)(production planning systems;PPS)的智慧化，以及連線程度日漸提高，云端運(yùn)算將可提供更完整的系統(tǒng)和服務(wù)，生產(chǎn)設(shè)備將不再是過(guò)去單一而獨(dú)立的個(gè)體。但將孤立的嵌入式設(shè)備接入工廠制造流程，甚至是云端，其實(shí)具有高度的顛覆性，必定會(huì)對(duì)工廠制造流程產(chǎn)生重大的影響。一旦完成連線，一切的制造規(guī)則都可能會(huì)改變。
包括體系結(jié)構(gòu)、控制方法以及人機(jī)協(xié)作方法等，都會(huì)因?yàn)榭刂葡到y(tǒng)網(wǎng)路化，而產(chǎn)生變化，如控制與通信的耦合、時(shí)間延遲、資訊調(diào)度方法、分散式控制方式與故障診斷等，都使得自動(dòng)控制理論在網(wǎng)路環(huán)境下的控制方法和演算法，都需要不斷地創(chuàng)新。
此外，由于影像、語(yǔ)音信號(hào)等大資料量、高速率傳輸對(duì)網(wǎng)路頻寬的要求，對(duì)控制系統(tǒng)網(wǎng)路化，更構(gòu)成嚴(yán)厲的挑戰(zhàn)。因?yàn)楣I(yè)生產(chǎn)流程不容許一點(diǎn)點(diǎn)差錯(cuò)，網(wǎng)路傳遞的封包資訊不能有一點(diǎn)點(diǎn)漏失，而且網(wǎng)路上傳遞的資訊非常多樣化，哪些資料應(yīng)該先傳(如設(shè)備故障訊息)，哪些資料可以晚點(diǎn)傳(如電子郵件)，都要靠控制系統(tǒng)的智慧能力，進(jìn)行適當(dāng)?shù)呐袛嗖拍艿靡詫?shí)現(xiàn)。
 

工業(yè)通信無(wú)線化
 
工業(yè)通信無(wú)線化也是當(dāng)前智慧工廠探討比較熱烈的問(wèn)題。根據(jù)專家分析，到2013年，全球工廠自動(dòng)化中的無(wú)線通訊系統(tǒng)應(yīng)用，將每年增加約40%。隨著無(wú)線技術(shù)日益普及，各家供應(yīng)商正在提供一系列軟硬體技術(shù)，協(xié)助在產(chǎn)品中增加通信功能。這些技術(shù)支援的通信標(biāo)準(zhǔn)包括藍(lán)牙、Wi-Fi、GPS、LTE以及WiMax 。
然而，在增加無(wú)線連網(wǎng)功能時(shí)，晶片及相關(guān)軟體的選擇極具挑戰(zhàn)性，包括優(yōu)化性能、功耗、成本和規(guī)模，都必須加以考慮，更重要的是，由于工廠需求不像消費(fèi)市場(chǎng)一樣的標(biāo)準(zhǔn)化，必須適應(yīng)生產(chǎn)需求，有更多彈性的選擇，最熱門的技術(shù)未必是最好的通信標(biāo)準(zhǔn)和客戶需要的技術(shù)。
此外，無(wú)線技術(shù)雖然在布建便利性方面，對(duì)比有線顯然有相當(dāng)?shù)膬?yōu)勢(shì)，但無(wú)線技術(shù)目前的完善、可靠性、確定性與即時(shí)性、相容性等還有待加強(qiáng)。因此，工業(yè)無(wú)線技術(shù)的定位，目前仍應(yīng)是傳統(tǒng)有線技術(shù)的延伸，多數(shù)儀表以及自動(dòng)化產(chǎn)品雖會(huì)嵌入無(wú)線傳輸?shù)墓δ?，但要舍棄有線技術(shù)，目前還言之過(guò)早。
 

 
 
結(jié)語(yǔ)
中國(guó)制造2025、德國(guó)工業(yè)4.0、美國(guó)工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)，本質(zhì)上都是智能制造、智能管理，在提升國(guó)家在制造業(yè)的競(jìng)爭(zhēng)力。智慧工廠將是未來(lái)工廠發(fā)展的一大趨勢(shì)，那么再這樣的一大趨勢(shì)之下，打造智能化的工廠也將成為剛需。