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智慧工厂专题:智慧工厂的九大技术走向

发布日期:2016-03-23浏览次数:378
   现在,我们正处于第四波工业浪潮中:新兴的数字技术产业被称为工业4.0,具体即指九项基础技术进步驱动的转型。智慧工厂作为工业4.0最主要的应用实体,起到工业4.0的承载和落实作用。
 
  在智慧工厂中,传感器、机器、工件和IT系统将相互联接起来,超越单个企业扩大到价值链。这些联接系统可以与基于因特网协议的其它系统相互作用,分析数据、进行预测和自动配置来适应变化。智慧工厂可以实现跨设备的数据收集和分析,更加灵活高效地生产出低价高质的商品。这反过来还将提高生产效率、转变经济发展模式、促进工业增长,最终提升企业和地区的竞争力。
 
  国外某著名咨询公司发布报告介绍了智慧工厂在工业4.0时代的九大技术走向,并探讨其潜在的技术和经济效益,为制造商和生产设备供应商提供信息。这九大技术进步已应用于制造业,而随着智慧工厂的广泛应用,它们将改变生产方式:独立和优化的单元将完全整合为自动化的生产流程,改变供应商、生产商和客户之间的传统关系,也改变了人和机器之间的关系。
 
  一、大数据及分析
 
  基于大数据的分析模式最近只在全球制造业大量出现,它的优势在于能够优化产品质量、节约能源,提高设备服务。在工业4.0背景下,将对来自开发系统、生产系统、企业与客户管理系统等不同来源的数据进行全面的整合评估,使其成为支持实时决策的标准。例如,德国的半导体制造商英飞凌已经采用了将单芯片关联的方式,帮助检测有故障的芯片来提高生产质量。
 
  二、自主式机器人
 
  许多行业的生产商长期使用机器人来处理复杂的作业,但机器人却在不断进化,甚至可以在更大的实用程序中使用。它们变得更加自主、灵活、合作。最终,它们将与人类并肩合作,并且人类也要向它们学习。这些机器人将花费更少,并且相比于制造业之前使用的机器人,它们的适用范围更广泛。
 
  在许多行业中,机器人已经被长期使用来处理复杂的任务且仍在不断发展。它们正在变得更加自主灵活,最终将学会与人交往,和人类安全地共同工作并向人类学习。这些机器人将价格更低且用处更大,能够承担更为复杂的角色。在智慧工厂中,各种产品线的机器人是相互连接的,以便他们可以协同工作,并自动调整行动,以配合下一个未完成的产品线。高端传感器和控制单元可保证与人类密切合作。同样,工业机器人供应商ABB推出一款有两支手臂的机器人,它被称为“玉米”,专门设计用来与人类一起组装产品(如电子消费品)。计算机视觉技术的应用保证了安全互动和零件识别的实现。
 
  三、仿真模拟
 
  在工程阶段,运用了3D仿真材料和产品,但在未来,模拟将更广泛地应用于装置运转中。模拟将利用实时数据,在虚拟模型中反映真实世界,包括机器、产品、人等等,这使得运营商可以在虚拟建模中进行测试和优化。例如西门子就开发出了可以模拟的虚拟机器,从而使加工过程减少了80%。
 
  四、水平和垂直系统集成
 
  目前,大多数的IT系统都没有被完全整合,公司、供应商和客户之间联系并不密切,从企业到车间的功能也缺乏完整的一体化。即使是工程本身,从产品到工厂自动化,缺乏完全集成。随着工业4.0的到来,公司和部门间将更具凝聚力,数据整合网络的发展将使价值链实现真正的自动化。
 
  例如,达索系统和云供应商Boostaerospace联手为欧洲航空航天和国防工业建立了一个合作平台——AirDesign。该平台可以作为一个工作空间设计和制造业的合作车间,也可作为一个私有云服务。它负责管理多方之间的交换产品和生产数据的复杂任务。
 
  五、物联网
 
  如今,只有一些制造商的传感器和设备进行了联网和嵌入式计算,它们通常处于一个垂直化的金字塔中,距离进入总体控制系统的智能化和自动化水平仍有一定距离。随着物联网产业的发展,更多的设备甚至更多的未成品将使用标准技术连接,可以进行现场通信,提供实时响应。
 
  驱动和控制系统供应商博世力士乐,生产了一种半自动的阀门生产设施,可以分散地分析生产过程。产品通过无线电频率识别码进行识别,并且工作站能够“获知”每个产品必须执行的生产步骤,从而适时地进行特定的操作。
 
  六、网络安全
 
  许多企业依然依赖于未连接或者脱机的管理和生产系统,而到了工业4.0时代,连接性增强,网络安全威胁也急剧增加。不过人们可以对整个新框架充满信心,工业设备供应商正联手同网络安全公司进行合作和收购。
 
  七、云计算
 
  在工业4.0时代里,更需要跨站点和跨企业的数据共享,与此同时,云技术的性能将提高,只在几毫秒内就能进行反应。其结果是设备数据将存储在云中,生产系统可以提供更多的数据驱动服务,许多工业监测和控制处理也将进入云端。
 
  八、增材制造
 
  企业已开始采用增材制造,比如用3D打印生产单个组件。进入工业4.0,这种增材制造方法将在小批量定制产品的生产中更加广泛地应用,它可以催生多种复杂而轻巧造型设计。高性能且分散的增材制造系统将减少运输距离和库存。例如,航空公司已将增材制造工艺应用于新设计中,既能减轻飞机重量,还能降低钛等原料的费用。
 
  九、增强现实
 
  增强现实技术支持各种服务,比如你可以在仓库里挑选部件并通过移动设备发送维修指令。这些系统目前正处于起步阶段,未来,企业将更加广泛的使用增强现实技术为工人提供实时信息,改进决策和工作程序。目前这种系统已经以谷歌眼镜的形式进入了市场,工人可以透过虚拟现实的眼镜看到实际的场景。另一个应用程序是虚拟培训。西门子已经开发了一个虚拟智慧工厂操作员培训模块,利用增强现实眼镜,创造了以智慧工厂人员处理突发事件的数据为基础的3D环境。
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