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【深度】工厂数字化与智能化的四个阶段

作者:天津市工业和信息化部来源:中国电子报、优发国际_优发娱乐国际_优发国际娱乐官网发布时间:2018-06-04 我要评论
  近几年,伴随着信息技术向工业渗透,工业大数据、工业物联网、数字化工厂、工业互联网平台等一批新的智能制造方案开始成为热门词汇。不过我国制造业门类齐全,各行各业都有,而且数字化和智能化程度各不相同,不同企业适合不同的方案。为方便对制造企业的数字化和智能化进行分析,亿欧智库认为可以将企业数字化和智能化划分成四大阶段进行讨论。   一、自动化产线与生产装备   不论是离散制造企业,还是流程加工企业,使用自动化装备进行生产,也就是实现工厂的装备自动化,都是智能制造的基本方式。自动化行业发展了很多年,很多行业都有专门的自动化解决方案商,近两年机器人也被越来越多的企业所采用。使用自动化装备实现机器换人,直观地提升生产效率,只要投资回收期在可接受范围内,是企业最了解,也意愿最强的升级改造方案。   二、设备联网与数据采集   智能化生产以信息化为基础,而将工厂里各式设备接入网络,采集设备的数据,则是信息化的基础。针对不同工业设备,数据采集有不同的方式:   有数据接口的设备,如机器人,机床,PLC控制器,智能化仪器仪表等,将设备数据传输到网关。   没有现成数据的设备,通过安装传感器或进行智能化改造,增加通讯能力,基于有线或无线方式,将数据传输到网关。   数据传输到网关后,网关基于边缘计算进行数据就地分析和存储,或将数据、分析结果汇总,通过有线或无线的方式,传输到公有或私有云服务器进行显示和后续分析。   设备的联网接入需要达成三个层次:互联(硬件接口的连接)、互通(软件层面的数据格式与规范)、语义互操作(语义的定义与规范),其中前两个层次相对简单,第三个层次由于标准不统一,实现起来较难,不过也有OPC UA等协议正逐步成为推荐的规范标准。   三、数据打通与直接应用   1.新型MES/ERP软件   除了设备处采集的数据,工厂生产管理软件中,也存在很多数据。过去这些数据以离散的数据孤岛存在,彼此信息隔离,各级管理数据不能很好的综合分析。如今一些企业开始通过新型管理软件,对工厂的数据进行整合打通,并在此基础上提供更高效的信息传递、生产管理和协同。新形态管理软件名称以MES/ERP等呈现,但功能基本是实现过去MES、ERP、CRM甚至OA等功能的综合集成。很多企业提供给工厂的通常不只是一套软件,而是整套工厂改造的解决方案。   2.远程运维系统   基于设备联网,一些企业为自家产品或装备制造企业提供装备远程运维解决方案。通过在装备中加装物联网设备,使装备厂商可以远程随时随地对设备进行监控、升级和维护等操作,更好的了解产品的使用状况,完成产品全生命周期的信息收集,指导产品设计和售后服务。基于IoT可以远程监控的指标如:设备分布,状态,用户活跃度监测;行业、地区、企业用量统计分析;远程异常报警,故障分析,授权开关机设备监测等。   在设备联网的基础上,还可以开展诸如设备租赁、设备保险、精准供应链等创新业务。   3.AR辅助作业   AR眼镜可以在不影响工人双手操作的情况下进行信息显示,在工人进行生产操作、操作培训、设备巡检、设备维修等场景时,AR眼镜额外提供设备的图纸、运行数据、结构原理、操作步骤等信息引导或辅助操作人员执行操作。还可以基于AR眼镜,将现场图像传给远程专家,方便远程专家实时指导。   四、数据智能分析与应用   1.工业大数据   大数据技术兴起后,诞生了一批以工业大数据应用为核心应用方向的企业,开展在工业的各个领域的应用,主要应用方向有:预防性维修、智能生产优化、智慧供应链、智能营销等,其中侧重生产环节的主要是预防性维修和生产环节优化。   预防性维修主要面向设备的运用环节,基于AI进行灰度建模,提前对故障进行预测,减少设备停机,提高设备利用率,避免停机损失,将设备维修从事后维修转向预防性维修。生产过程优化是在制造过程数字化监控的基础上,用大数据、人工智能算法建立模型,研究不同参数变化对设备状态与整体生产过程的影响,并根据实时数据与现场工况动态调优,提供智能设备故障预警、工艺参数最优推荐、降低能耗、提升良品率等一项或多项功能。   2.数字化双胞胎   在工厂全面数字化的基础上,产品研发类企业通过数字化双胞胎,从而实现更高阶段智能化迈进。数字化双胞胎以数字化方式为真实产品、设备、工厂等物理对象创建虚拟模型,模拟其在现实环境中的行为特征,创建对应的仿真数字化模型,完整真实在数字世界中再现整个企业,使企业在实际投入生产之前即能在虚拟环境中优化、仿真和测试,在生产过程中也可同步优化整个企业流程。数字化双胞胎具体包括“产品数字化双胞胎”、“生产工艺流程数字化双胞胎”和“设备数字化双胞胎”三个领域。   以上四个阶段并不是严格按顺序进行的,各阶段不是孤立的,边界比较模糊,很多具体应用方案可能跨越其中多个阶段。工厂的改造也不一定都是从自动化装备开始。多数情况下客户工厂需要的方案跨越了数字化改造的多个阶段,但不同供应商的业务侧重点和覆盖范围各不相同,不少供应商或工厂实施的是跨越多阶段的方案,但自身技术和能力会侧重其中某个阶段的工作。也有一些企业声称提供智能工厂整体解决方案。   在单个工厂数字化的基础上,工厂还可以通过C2M模式与消费者建立连接,通过工业互联网平台,与整个行业和产业上下游建立起连接。
来源:天津市工业和信息化部            责任编辑:马利亚

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