智能工廠:自動化製造(zào)業的未來
“工業4.0”是德(dé)國政府提出的高科技戰略計(jì)劃,旨在提升製造業的智能化(huà)水平,建立具有適應性、資源效率及人因工程學的智能工廠(或稱智慧(huì)工廠)。智能工廠作為“工業4.0”項目的三大主題之首,著重研究智能化生產係統(tǒng)及過(guò)程,以及網絡化分布式生產(chǎn)設施的實現。
“智能工廠”的概念最早由美國羅(luó)克韋爾自動化有限公司CEO奇思·諾斯布希於2009年提出,其核(hé)心是工業化和信息化的高度融合。智能工廠是在數字化工廠(chǎng)的基礎上,利用物聯網(wǎng)的技術和設備監控(kòng)技術加強(qiáng)信息管理和服務。未來,將通過大數據(jù)與分析平台(tái),將雲計算中由(yóu)大型工業機器產(chǎn)生的數據轉化為實時信息(雲端智能工廠),並結合綠色智能(néng)的手段和智能係統等新興技術,構建一個高效節能的、綠色(sè)環保的、環境舒適的人性化工廠。
智能工廠(chǎng)到底有多智能?
智能工廠通過“信息物理係統(Cyber-Physical System簡稱CPS)”來建立一個完整的網路(lù)係統(tǒng),這(zhè)當中包括了相互連結的智能機械、倉儲係統及高效的產品設備等,這些設(shè)備可以獨(dú)立自主(zhǔ)的運作,或者互相交換訊息、互相控製,並且以嵌入式係統來監測生產環境。當指令經過CPS係統時,縱向需要經過工廠和公司的商業流程,橫向(xiàng)則連(lián)接了可以實時管理的(de)衍生價值體係,這兩(liǎng)方麵共同構(gòu)建了嵌入式製(zhì)造的係統(tǒng)網絡。從生產機台(tái)的運動控製到整體工廠運作無不講究智能,未來的工廠工人,將不再隻(zhī)是單調地操作機器,而是將自己的經驗儲存到係(xì)統中,更加智能(néng)地與生產機器(qì)溝通互動。
智能工廠(chǎng)的三個特質:
可視化(huà)、監管全方(fāng)位、綠色化
目前智(zhì)能工(gōng)廠概念仍眾說紛紜(yún),其基本特(tè)征主要有製程管控可視(shì)化、係統監管全方位及製造綠色化三個層麵。
製程管控可(kě)視化
由於(yú)智能工廠高度的整合性,在產品製程上,包括原(yuán)料管控及流程,均可直接實時展示於(yú)控製者眼前,此外,係統機具的狀況亦可實時掌(zhǎng)握,減少因係統故障造成偏差。而製程中(zhōng)的相關數據均(jun1)可保留在數據庫中,讓管理者得以有完整信息進行後續規劃,也可以依生產線係統的(de)現況規劃(huá)機具的維護。
係統監管全方位
通過物聯網概念、以傳感器做鏈接使製造設備具有感知能力,係統可進行識別、分析、推理、決策以及控製,這類製造裝備,可以說是(shì)先進(jìn)製造技術、信息技術和智能技術的深度結(jié)合。從訂(dìng)單開始,到產品製(zhì)造完成(chéng)、入庫的生產製程信息,都可(kě)以在數據厙中一目了然,在遇到製程異常的狀(zhuàng)況,控製者亦可更為迅速地作出反應,以促進更有效的工廠(chǎng)運轉與生產。
製造綠(lǜ)色化
除了在製造上利用環保材料、留意汙染等問題之外,需與上下遊廠商間從資源、材料、設計、製造、廢棄(qì)物回(huí)收(shōu)到再利(lì)用處理等方麵形成(chéng)綠(lǜ)色產品生(shēng)命周期管理的循環,協助上下遊(yóu)廠(chǎng)商與客(kè)戶之間共同創造符合環保的綠色產品。
建設智能工廠需要哪些基礎技(jì)術?
智能工(gōng)廠(chǎng)的建設(shè)主要基於以下三大基礎技術(shù)。
無(wú)線(xiàn)感測器
無線感測(cè)器將是實現智能工廠(chǎng)的重要利器。儀器儀表的智慧化,主要是以微處理器和人工智能技術的發(fā)展與應(yīng)用為主,包括運(yùn)用神經(jīng)網路、遺傳演算法等智慧技術,使儀器(qì)儀表實現高速、高(gāo)效、多功能(néng)、高機動靈活等性(xìng)能,如專家控製係統(Expert Control System,ECS)、模塊邏輯控製器(qì)(FLC—Fuzzy Logic Controller)等都成為智能工廠相關技術的關注焦點。
控製係(xì)統網(wǎng)絡化(雲端智能工廠)
在工業自動化領域,隨著應用和服務向雲端運算轉移,資料和運算位置的主要模式都已改(gǎi)變,雲端運算將可提供更完整的係統和服(fú)務。一旦完成連線,體係結構(gòu)、控製方法以及人(rén)機協作方法等製造規則,都(dōu)會(huì)因為(wéi)控製係統網(wǎng)絡化而產生變化。此外,由於(yú)影像、語音信號等大數據高速率傳(chuán)輸對網絡帶寬的要求,對控製係統網絡化,更(gèng)構成嚴厲的挑戰,而且網絡上傳遞的資訊的多樣化都要靠控製係統(tǒng)的智慧(huì)能力,進行適當的判斷才能得以實現。
工業通信無線化
工業無線網絡技術(shù)通過(guò)支持設備間的交(jiāo)互與物聯,提供低(dī)成本、高可靠、高靈活的新一(yī)代製造信息係統(tǒng)和環境。隨著(zhe)無線技術日益普及,各家供應商正在提供一係列軟硬體技術(shù),協助在產品中增(zēng)加通信功能。這些(xiē)技術支(zhī)援的通信標準(zhǔn)包括藍牙、Wi-Fi、GPS、LTE以及WiMax。
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