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     智能制造解決方案

智能制造應當包含智能制造技術和智能制造系統,智能:智能制造標準化參考模型;智能制造的本質是實現貫穿企業設備層、控制層、管理層;系統架構:系統架構自下向上分為五層,其中:(1)設備層:包括傳感器、儀器儀表、條碼、射頻識別;(2)控制層:包括可編程邏輯控制器(PLC)、數據采集;(3)管理層:由控制車間、工廠進行生產的系統所構成。

工業4.0智能工廠整體框架

智能制造應當包含智能制造技術和智能制造系統,智能制造系統不僅能夠在實踐中不斷地充實知識庫,具有自學習功能,還有搜集與理解環境信息和自身的信息,并進行分析判斷和規劃自身行為的能力。

智能制造標準化參考模型

智能制造的本質是實現貫穿企業設備層、控制層、管理層等不同層面的縱向集成,跨企業價值網絡的橫向集成,以及從產品全生命周期的端到端集成,標準化是確保實現全方位集成的關鍵途徑。結合智能制造技術架構和產業結構,從系統架構、價值鏈和產品生命周期等三個維度構建了智能制造標準化參考模型,有助于認識和理解智能制造標準的對象、邊界、各部分的層級關系和內在聯系。

系統架構

系統架構自下向上分為五層,其中:

(1)設備層:包括傳感器、儀器儀表、條碼、射頻識別、數控機床、機器人等感知和執行單元等;

(2)控制層:包括可編程邏輯控制器(PLC)、數據采集與監視控制系統(SCADA)、分布式控制系統(DCS)、車間集中控制系統(SFC)、工業無線控制系統(WIA)等;

(3)管理層:由控制車間/工廠進行生產的系統所構成,主要包括制造執行系統(MES),及產品生命周期管理軟件(PLM) 等;

(4)企業層:由企業的生產計劃、采購管理、銷售管理、人員管理、財務管理等信息化系統所構成,實現企業生產的整體管控,主要包括企業資源計劃(ERP)系統、供應鏈管理(SCM)系統和客戶關系管理(CRM)系統等;

(5)網絡層:由產業鏈上不同企業通過互聯網共享信息實現協同研發、配套生產、物流配送、制造服務等。

價值鏈

價值鏈包括五層,其中:

(1)制造資源代表現實世界的物理實體,例如文件、圖紙、設備、車間、工廠等,人員也可視為制造資源的一個組成部分。

(2)系統集成代表通過二維碼、射頻識別、軟件、網絡等信息技術集成原材料、零部件、能源、設備等各種制造資源。由小到大實現從智能裝備/產品到智能生產單元、智能生產線、數字化車間、智能工廠,乃至智能制造系統的集成。

(3)互聯互通是指采用局域網、互聯網、移動網、專線等通信技術,實現制造資源間的連接及制造資源與企業管理系統間的連接。

(4)信息融合是指在系統集成和互聯互通的基礎上,利用云計算、大數據等新一代信息技術,在保障信息安全的前提下,實現企業內部、企業間乃至更大范圍的信息協同共享。

(5)新興業態包括個性化定制、網絡協同開發、工業云服務、電子商務等服務型制造模式。

產品生命周期

產品生命周期包括了設計、生產、物流、銷售和服務等5個環節。在智能制造的大趨勢下,企業從主要提供產品向提供產品和服務轉變,價值鏈得以延伸。

智能制造標準體系框架

依據智能制造標準化參考模型和重點技術領域,構建智能制造標準體系框架,包括“00 總體”、“01智能裝備/產品”、“02工業互聯網/物聯網”、“03智能工廠/數字化車間”、“04工業云和大數據”、“05服務型制造”和“06 行業應用”等7個部分。

其中,總體標準包括基礎、安全、管理、評價和可靠性等五大類,位于智能制造標準體系框架的最底層,其研制的基礎共性標準支撐著標準體系框架上層虛線框內關鍵技術標準的各個領域;智能裝備/產品標準位于智能制造標準體系框架的關鍵技術標準(虛線框內)的最底層,與智能制造實際生產聯系最為緊密;在智能裝備/產品標準之上是智能工廠/數字化車間標準,是對智能制造軟裝備和硬裝備的綜合集成,該標準領域在智能制造標準體系框架中起著承上啟下的作用;工業云和大數據標準領域位于智能工廠標準領域之上,集成了智能裝備/產品領域和智能工廠/數字化車間領域的核心數據,并與工業互聯網/物聯網標準領域相結合,支撐生產型制造向服務型制造轉型;服務型制造標準領域位于關鍵技術標準(虛線框內)的最頂層,對智能制造的新模式、新業態進行標準研究;工業互聯網/物聯網標準領域位于智能制造標準體系框架的關鍵技術標準(虛線框內)的最右側,打通物理世界和信息世界,貫穿關鍵技術標準的4個領域。行業應用標準位于智能制造標準體系框架的頂層,面向行業具體需求,對總體標準和關鍵技術標準進行細化和落地,用于指導各行業推進智能制造。

智能制造標準體系

在對智能制造重點標準化領域進行深入研究分析的基礎上,提出了智能制造標準體系。 智能制造重點技術領域智能裝備/產品,指具有感知、分析、推理、決策、控制功能的制造裝備/產品,是先進制造技術、信息技術和智能技術的集成和深度融合。智能裝備/產品能夠實現對自身狀態、環境的自感知,具有故障診斷功能;具有網絡通信功能;具有自適應能力,能夠根據感知的信息調整自身的運行模式,使裝備/產品處于最優狀態;能夠提供運行數據或用戶使用的習慣數據,支撐數據分析與挖掘,實現創新性應用。

智能工廠/數字化車間

(1)以智能工廠為方向的流程制造

在智能工廠中,工廠總體設計、工程設計、工藝流程及布局均已建立了較完善的系統模型,并進行了模擬仿真、設計,相關的數據進入企業核心數據庫;配置了符合設計要求的數據采集系統和先進控制系統;建立了實時數據庫平臺,并與過程控制、生產管理系統實現互通集成,工廠生產實現基于工業互聯網的信息共享及優化管理;建立了制造執行系統(MES),并與企業資源計劃管理系統(ERP)集成,實現生產模型化分析決策,過程的量化管理,成本和質量的動態跟蹤;建立了企業資源計劃管理系統(ERP),在供應鏈管理中實現了原材料和產成品配送的管理與優化。

 

(2)以數字化車間為方向的離散制造

在數字化車間中,車間/工廠總體設計、工藝流程及布局均已建立數字化模型,并進行模擬仿真,實現規劃、生產、運營全流程數字化管理;采用三維計算機輔助設計(CAD)、計算機輔助工藝規劃(CAPP)、設計和工藝路線仿真、可靠性評價等先進技術;產品信息能夠貫穿于設計、制造、質量、物流等環節,實現產品的全生命周期管理(PLM);建立了生產過程數據采集和監視控制系統(SCADA),能充分采集生產現場信息,并與車間制造執行系統實現數據集成和分析;建立了制造執行系統(MES),實現全過程閉環管理,并與企業資源計劃管理系統(ERP)集成;建立了車間級的工業通信網絡。利用云計算、大數據等新一代信息技術,在保障信息安全的前提下,實現經營、管理和決策的智能優化。

工業互聯網/物聯網

工業互聯網是開放、全球化的網絡,是全球工業系統與高級計算、分析、感知技術以及互聯網連接融合的結果。工業互聯網將物聯網、移動互聯網、云計算、大數據等新一代信息技術創新成果充分應用在各工業領域,從而達到提高生產力和工作效率、降低成本、減少資源使用的目標。工業互聯網是涵蓋了從生產到服務、從設備層到網絡層、從制造資源到信息融合的多領域、多層級、多維度的融合體。

工業云/大數據

(1)工業云

工業云是在“制造即服務”理念的基礎上,借鑒了云計算和物聯網技術發展起來的新概念。工業云的核心是支持制造業在廣泛的網絡資源環境下,為產品提供高附加值、低成本和全球化制造的服務。

(2)大數據

大數據是工業領域完成相關信息化(包括企業內部的數據采集和集成,產業鏈橫向的數據采集和集成,以及客戶/用戶和互聯網上的大量外部數據)所產生的海量數據的基礎上,經過深入分析和挖掘,為制造企業提供看待價值網絡的全新視角,從而為制造業創造更大價值。

服務型制造

服務型制造的含義是指為了實現制造價值鏈中各利益相關者的價值增值,通過產品和服務的融合、客戶全程參與、企業相互提供生產性服務和服務性生產,實現分散化制造資源的整合和各自核心競爭力的高度協同,達到高效創新的一種制造模式。服務型制造業企業提供發展個性化定制服務、全生命周期管理、網絡精準營銷和在線支持服務等業務;提供系統集成總承包服務,提供整體解決方案;提供面向行業的社會化、專業化服務;具有企業財務公司、金融租賃公司等金融機構形式;發展大型制造設備、生產線等融資租賃服務。

2015年5月,國務院正式發布《中國制造2025》,意在通過三個十年跨入制造強國陣列。此舉雖與德國工業4.0異曲同工,但現實國情懸殊很大。工業4.0以德國強大工業基礎為依托,強調智能工廠和智能生產,其實質是實現信息化和自動化技術的高度集成。中國雖然成為世界最大的制造基地,但產業基礎與德國完全不一樣,所以對中國制造業轉型升級來說,工業4.0可以學習,但難以參照,“中國制造2025”必須要有符合國情的參照樣本。

智能工廠是中國制造2025的金鑰匙

為什么要實現智能制造?“中國制造2025”已上升為國家戰略高度,未來10年,隨著“中國制造2025”強國戰略規劃的實施,中國的制造業將發生根本性變化。中國制造業企業朝著以工業互聯網信息通信技術和信息集成平臺為基本架構,以智能研發、智能制造、智能管理和智能服務為核心目標的智能工廠建設方向發展。推進以智能制造為核心的智能工廠建設,既是全球制造業發展的必然趨勢,也是實現“中國制造2025”發展目標的主攻方向,是中國邁進世界強國大門的金鑰匙。

 

 

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