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    • 【工業4.0】工業4.0時代下的智能制造(下)

      智能制造基本內涵與關鍵技術

      到底什么是智能制造?我們認為智能制造是先進制造技術與信息技術的深度融合,是我國傳統產業轉型升級和戰略性新興產業發展的共同使能技術。智能制造是制造科學的研究前沿,革新傳統制造的科學基礎、技術體系與應用模式,使制造技術從“經驗試湊”轉向“科學計算”從而實現基于科學的制造。數字化和智能化是新一代產業變革的切入點和核心。

      我們可以分析一下,目前我國比較重要的行業,比如航天航空航海;國家支柱產業,比如汽車制造、電子制造,目前主要存在三個問題,第一“造不出”,第二“造不好”,第三“造不及”。解決了這三個問題最后才能實現快速產品開發、高效開發。智能制造的概念是一個系統概念,從裝備到車間,到整個系統都涉及到概念與體系。這里面涉及到智能設備、智能系統和智能檢測,最后要實現信息、數據在這個系統里面采集、分析、優化。智能制造和大數據應該是緊密相關的,做PLM的人都知道,如果沒有數據就沒有經驗知識,物聯網時代使大數據的采集非常方便。

      圖2 大數據循環

      智能制造包括幾個方面第一是產品,中國制造業要升級,首先是產品升級,要做一些高附加值的產品,或者說我們做的產品價錢很低,制造成本非常高,那肯定是沒有辦法持續的。第二是全產品生命周期、全價值鏈的考慮。第三,能夠適應不同行業工況的變化,可以靈活決策。德國工業4.0也好,智能化以后,實際上是信息化和工業化的融合,就是CPS的概念。

      智能制造的技術路線,通過軟件和網絡進行產品開發、產和服務溝通,在設計和制造商,機器與產品實時進行信息和指令交互,進行全過程的虛擬仿真。設備和工藝要能支持智能制造,所以自主控制和優化。

      智能制造不是可以一蹴而就的,要分階段實施。首先是數字化,數字化沒有做好就想做智能化是比較困難的。第二網絡化,利用自組織網絡,動態配置資源,實現研究、設計、生產和銷售各種資源重組。第三智能化,這里面存在發展周期的問題。

      智能制造有三個集成,第一個是產品集成,從客戶需求到產品開發到產品生產、產品服務,整個過程的數據每個產品都是唯一的,是可以檢測的。第二制造過程集成,從設計、生產、物流、營銷,怎么利用全行業的資源組織生產。第三個是制造體系集成,從單個裝備到生產線,然后到整個制造車間,全面實現PCM、MES、ERP集成。

      智能制造的發展方向,第一產品智能化,產品的提升是制造業的根本,產品智能化可以分為幾個階段,比如說汽車,汽車以前是一個機械產品,現在汽車變成了電子產品,因為汽車里面的傳感器價值已經超過了機械,以后會變成智能產品。現在比較簡單,是人機交互,語言可以識別你的身份,進一步發展可以咨詢工況,最高階段是無人駕駛。不只是在汽車行業如此,像家電、飛機、航空都是這樣的發展過程。

      智能制造發展方向的裝備智能化,以后智能裝備特點可能是將專家的知識和經驗融合感知、決策、執行等制造中,賦予產品制造在線學習和知識進化能力,這樣會使產品越用越好用,實現自學自律制造。在車間智能化,這里面需要對裝備、生產線、物流,包括整個生態體系做全面的監控,這樣生產一件產品和一批產品質量是一樣的,所以這是一個柔性化生產。還有供應鏈智能化,現在很多大企業都是做總裝的,供應鏈、零部件依托其他的供應商,以前的物流是純物流,零部件到廠里儲備好了才能開始組裝。現在先進的企業是拉的,需要多少供應商提供多少,是零庫存。

      再看一下制造模式的改變,現在制造企業的形態,從第一次工業革命以后發生了很大的變化,從生產線的組織然后到工廠,再向公司轉變,又向網絡轉變。網絡改變了溝通方式,現在很多人都用手機溝通。網絡也改變了交易模式,馬云的阿里巴巴在美國上市,成為全球第一大企業,以前的工廠模式是不可能實現的,所以網絡改變了交易模式。再看網絡改變生產的模式,現在生產是全自動生產方式,我們認為這個生產模式是有可能的,以后資源的配置可能需要通過網絡招標組織,利用全球最好的資源做制造。現在資源的分配相對不均衡,未來的企業會有兩種企業,一種是極小型一種是極大型,極小型企業做一些概念創新,可以在家里工作,幾個人就可以把這個概念設計制造出來,制造出來以后通過3D打印把它制造出來。制造的概念有很多,最核心的是人工智能技術、集成技術和數字制造技術。

      人是很智能的,人的大腦對應的是決策和學習,人的四肢相當于電機,人的感官就相當于傳感器。這里面包含數字化制造的核心技術,還有機器人技術,現在機器人非常熱,以后每個制造車間里面有大量的機器人工作。我們最近得出一個數據,2012年中國工業機器人銷量為達到8萬臺,已經成為世界第一了。另外還有智能傳感,要想把數據采集基礎就必須和物聯網、傳感器結合。

      三、智能機器人技術及應用

      我下面簡單介紹一下我們做的工作,機器人是一個綜合概念。機器人在工業的應用比較早,我國最早是噴涂機器人,漆對人體有傷害。第一條生產線在十堰東風,之后做焊接工作,現在機器人用的最多的還是焊接車間,需要速度很快。現在最新的發展是機械加工,用機器人打磨,前段時間上海有一個企業發生粉塵爆炸,用機器人可以避免這個問題,因為人工打磨對人體傷害很大,而且效率很低,機器人打磨可以提高效率和精度。現在中國的產品想要出口到國外就必須是機器人打磨,他們認為工人打磨是非人道的。

      四、基于RFID的智能工廠技術

      RFID是非劫持式的自動知識技術,可讀可寫,而且可以批量進行。RFID技術有很多功能,第一可識別,第二可定位,第三可感知,第四可聯網。RFID技術應用在各個方面,比如車間、物流等等。RFID在智能制造中有很多應用,可以提升產品智能化形象,提高產品設計、生產、銷售、售后、維修全程的質量和服務水平,實現產品全生命周期。

      在數字化車間中,RFID也有幾方面的應用,包括輔具管控、智能維護和混流制造。混流就是希望生產線上的每一個產品都不一樣。我們在上海通用五菱、美的家用空調產線上都有采用到RFID技術。在物流方面,RFID的使用面也非常廣泛,物流以前是被動的,RFID可以由被動向主動感知。

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