智能工廠建設之智能工廠特征
在智能製造浪潮下,許多企業(ye) 都積極向智能工廠改革,但是許多企業(ye) 對智能工廠的認知是正確的麽(me) ?許多傳(chuan) 統企業(ye) 認為(wei) 智能工廠就是自動化產(chan) 線與(yu) 工業(ye) 機器人的應用,但是僅(jin) 有自動化生產(chan) 線和工業(ye) 機器人的工廠,還遠遠不能稱為(wei) 智能工廠。
智能工廠不僅(jin) 生產(chan) 過程應實現自動化、透明化、可視化、精益化,而且,在產(chan) 品檢測、質量檢驗和分析、生產(chan) 物流等環節也應當與(yu) 生產(chan) 過程實現閉環集成。一個(ge) 工廠的多個(ge) 車間之間也要實現信息共享、準時配送和協同作業(ye) 。智能工廠的建設充分融合了信息技術、先進製造技術、自動化技術、通信技術和人工智能技術。每個(ge) 企業(ye) 在建設智能工廠時,都應該考慮如何能夠有效融合這五大領域的新興(xing) 技術,與(yu) 企業(ye) 的產(chan) 品特點和製造工藝緊密結合,確定自身的智能工廠推進方案。
天拓四方作為(wei) 國內(nei) 領先的智能製造整體(ti) 解決(jue) 方案服務供應商及智能製造領域的高新技術企業(ye) ,可為(wei) 廣大工業(ye) 企業(ye) 、政府提供自動化控製、電氣傳(chuan) 動及智能製造主營業(ye) 務解決(jue) 方案,並提供集係統集成、數字化工廠項目實施、智能製造創新中心及孵化器建設和智能製造集群整體(ti) 解決(jue) 方案。同時,公司銷售西門子工業(ye) 軟、硬件產(chan) 品,形成了集銷售、維修、服務及OEM客戶和生產(chan) 流程型客戶解決(jue) 方案為(wei) 一體(ti) 的綜合性業(ye) 務和服務。

一、智能工廠的顯著特征
1. 設備互聯互通。能夠實現設備與(yu) 設備互聯(M2M),通過與(yu) 設備控製係統集成,以及外接傳(chuan) 感器等方式,由SCADA(數據采集與(yu) 監控係統)實時采集設備的運行狀態、設備運行參數、設備故障狀態、生產(chan) 完工的信息、物料消耗信息、產(chan) 品質量信息,並通過應用RFID(無線射頻技術)、條碼(一維和二維)等技術,實現生產(chan) 過程的可追溯。
2. 工業(ye) 軟件的廣泛應用。廣泛應用PLM(產(chan) 品生命周期管理)、APS(先進生產(chan) 排程)、MES(製造執行係統)、QMS質量管理等工業(ye) 軟件,實現生產(chan) 現場的可視化和透明化。在新建工廠時,可以通過數字化工廠仿真軟件(Tecnomatix),進行設備和產(chan) 線布局、工廠物流、人機工程等仿真,確保工廠結構合理;在推進數字化轉型的過程中,必須確保工廠的數據安全和設備和自動化係統安全。在通過專(zhuan) 業(ye) 檢測設備檢出次品時,不僅(jin) 要能夠自動與(yu) 合格品分流,而且能夠通過SPC(統計過程控製)等軟件,分析出現質量問題的原因。
3. 結合精益生產(chan) 理念。充分體(ti) 現工業(ye) 工程和精益生產(chan) 的理念,能夠實現按訂單驅動,拉動式生產(chan) ,盡量減少在製品庫存,消除浪費。推進智能工廠建設要充分結合企業(ye) 產(chan) 品和工藝特點。在研發階段也需要大力推進標準化、模塊化和係列化,奠定推進精益生產(chan) 的基礎。
4. 產(chan) 線柔性自動化。結合企業(ye) 的產(chan) 品和生產(chan) 特點,持續提升生產(chan) 、檢測和工廠物流的自動化程度。產(chan) 品品種少、生產(chan) 批量大的企業(ye) 可以實現高度自動化,乃至建立黑燈工廠;小批量、多品種的企業(ye) 則應當注重少人化、人機結合,不要盲目推進自動化,應當特別注重建立智能製造單元。工廠的自動化生產(chan) 線和裝配線應當適當考慮冗餘(yu) ,避免由於(yu) 關(guan) 鍵設備故障而停線;同時,應當充分考慮如何快速換模,能夠適應多品種的混線生產(chan) 。倉(cang) 庫物流自動化對於(yu) 實現智能工廠至關(guan) 重要,企業(ye) 可以通過建立WMS(倉(cang) 庫管理係統)、AGV小車、行架式機械手、懸掛式輸送鏈等倉(cang) 庫物流管理手段,來實現工序之間的物料傳(chuan) 遞,並配置物料超市,盡量將物料配送到線邊。質量檢測的自動化也非常重要,機器視覺在智能工廠的應用將會(hui) 越來越廣泛。此外,還需要仔細考慮如何使用助力設備,減輕工人勞動強度。
5. 注重環境友好,實現綠色製造。當前全球麵臨(lin) 這能源危機,要求企業(ye) 實時的采集設備和產(chan) 線的水電氣能源消耗情況,分析同比與(yu) 環比能源的消耗,製定有效的節能減排措施,實現能源高效利用。在危險和存在汙染的環節,優(you) 先用機器人替代人工,能夠實現廢料的回收和再利用。
6. 實時洞察。從(cong) 生產(chan) 排產(chan) 指令的下達到完工信息的反饋,實現閉環。通過建立生產(chan) 指揮係統,實時洞察工廠的生產(chan) 、質量、能耗和設備狀態信息,避免非計劃性停機。通過建立工廠的Digital Twin(數字映射),方便地洞察生產(chan) 現場的狀態,輔助各級管理人員做出正確決(jue) 策。
二、智能工廠的架構
MES係統在智能工廠建設中的樞紐作用。智能工廠可以分為(wei) 基礎設施層、智能裝備層、智能產(chan) 線層、智能車間層和工廠管控層五個(ge) 層級。
1. 基礎設施層
企業(ye) 首先應當建立有線或者無線的工廠網絡,實現生產(chan) 指令的自動下達和設備與(yu) 產(chan) 線信息的自動采集;形成集成化的車間聯網環境,解決(jue) 不同通訊協議的設備之間,以及PLC、CNC、機器人、儀(yi) 表/傳(chuan) 感器和工控/IT係統之間的聯網問題;利用視頻監控係統對車間的環境,人員行為(wei) 進行監控、識別與(yu) 報警;此外,工廠應當在溫度、濕度、潔淨度的控製和工業(ye) 安全(包括工業(ye) 自動化係統的安全、生產(chan) 環境的安全和人員安全)等方麵達到智能化水平。
2. 智能裝備層
智能裝備是智能工廠運作的重要手段和工具。智能裝備主要包含智能生產(chan) 設備、智能檢測設備和智能物流設備。製造裝備在經曆了機械裝備到數控裝備後,目前正在逐步向智能裝備發展。智能化的加工中心具有誤差補償(chang) 、溫度補償(chang) 等功能,能夠實現邊檢測、邊加工。工業(ye) 機器人通過集成視覺、力覺等傳(chuan) 感器,能夠準確識別工件,自主進行裝配,自動避讓人,實現人機協作。智能物流設備則包括自動化立體(ti) 倉(cang) 庫、智能夾具、AGV、桁架式機械手、懸掛式輸送鏈等。
3. 智能產(chan) 線層
智能產(chan) 線的特點是,在生產(chan) 和裝配的過程中,能夠通過傳(chuan) 感器、數控係統或RFID自動進行生產(chan) 、質量、能耗、設備績效(OEE)等數據采集,並通過電子看板顯示實時的生產(chan) 狀態;通過安燈係統實現工序之間的協作;生產(chan) 線能夠實現快速換模,實現柔性自動化;能夠支持多種相似產(chan) 品的混線生產(chan) 和裝配,靈活調整工藝,適應小批量、多品種的生產(chan) 模式;具有一定冗餘(yu) ,如果生產(chan) 線上有設備出現故障,能夠調整到其他設備生產(chan) ;針對人工操作的工位,能夠給予智能的提示。
4. 智能車間層
要實現對生產(chan) 過程進行有效管控,需要在設備聯網的基礎上,利用製造執行係統(MES)、先進生產(chan) 排產(chan) (APS)、勞動力管理等軟件進行高效的生產(chan) 排產(chan) 和合理的人員排班,提高設備利用率(OEE),實現生產(chan) 過程的追溯,減少在製品庫存,應用人機界麵(HMI),以及工業(ye) 平板等移動終端,實現生產(chan) 過程的無紙化。另外,還可以利用Digital Twin(數字映射)技術將MES係統采集到的數據在虛擬的三維車間模型中實時地展現出來,不僅(jin) 提供車間的VR(虛擬現實)環境,而且還可以顯示設備的實際狀態,實現虛實融合。車間物流的智能化對於(yu) 實現智能工廠至關(guan) 重要。企業(ye) 需要充分利用智能物流裝備實現生產(chan) 過程中所需物料的及時配送。
5. 工廠管控層