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面向工业4.0的智能工厂建设

文章来源:本站人气:1088发表时间:2016/4/9 11:49:07

   未来无论是工厂还是物流,都将在自动化基础上向智能化发展。而如何建设一个面向4.0的智能工厂和智能物流系统,以及从工业4.0到中国制造2025,我们能说什么、看什么和做什么?

   面向工业4.0的智能工厂

   智能工厂是构成工业4.0的核心元素。在智能工厂内不仅要求单体设备是智能的,而且要求工厂内的所有设施、设备与资源(机器、物流器具、原材料、产品等)实现互通互联,以满足智能生产和智能物流的要求。通过互联网等通信网络,使工厂内外的万物互联,形成全新的业务模式。

从某种意义上说,工业4.0是用CPS系统对生产设备进行智能升级,使其可以智能地根据实时信息进行分析、判断、自我调整、自动驱动生产,构成一个具有自律分散型系统(ADS)的智能工厂,最终实现制造业的大规模、低成本定制化生产。

   在建设智能工厂时,要重点关注??榛?、数字化、自动化和智能化四大技术课题。??榛鞘迪种悄芄こЧ婺;涂突枨蟾鲂曰ㄖ频那疤崽跫?,这需要主要零部件供应商向??楣┯ι套?,全程参与产品设计、供应模式选择以及单元化物流的规划。

   数字化,纵向看是实现工厂内各个层面,乃至每台设备数字化建模与互联互通;横向看,是打造从客户需求,到产品设计、供应商集成、制造以及物流服务的全流程供应链集成体系。

   智能化,制造企业应搭建一个虚实融合系统,根据客户个性化定制需求,实现虚拟的设计、制造与装配,再通过智能工厂完成生产制造过程,有效解决定制产品周期长、效率低、成本高的问题。由此,在智能工厂里企业可与客户实现零距离对话,客户也可通过多种方式参与到产品“智造”全过程中来。

   面向工业4.0的智能生产

   工业4.0时代,随着信息技术向制造业全面渗入,可实现对生产要素的高灵活配置和大规模定制化生产,由此打破传统的生产流程、生产模式及管理方式。

   未来是智能联网式生产的时代,不仅是单一工厂、而是企业多个工厂之间将通过联网构建起虚拟制造体系,为企业生产提供全面智能支持。而标准化、??榛褪只牟飞杓?,是实现智能生产的前提。

   德国汽车工业已率先引入低成本客户化定制的概念,产品设计实现了标准化与??榛?,生产制造实现了全面信息化与深度自动化,基本达到了智能生产、智能装配、智能物流以及智能供应链管理。

   以宝马3系为例,从325i到335i多个车型的发动机共用同一产线,绝大部分硬件是通用的,只是通过选配不同的电控和软件产品来实现发动机产品多样化,这种低成本、定制化生产的核心基础即是标准化。为此,宝马能在不改变生产节拍的前提下,实现每台下线车型都能满足大规模定制的市场需求,即每一台宝马汽车都是根据客户化定制生产出来的。

   工业4.0时代的制造企业不再自上而下地推动生产,而是从客户需求开始,实现订单、客户化设计,采购、物流、生产计划到生产的全流程拉式生产,并通过虚实融合实现各环节的互通互联。这种高效灵活的拉动生产方式也代表着制造业未来的发展方向。

   面向工业4.0的智能物流

   工业4.0时代,客户需求高度个性化,产品创新周期继续缩短,生产节拍不断加快,这些不仅是智能生产面临的重要课题,也是对支撑生产的物流系统提出的巨大挑战。

   智能物流是工业4.0核心组成部分。在工业4.0智能工厂框架内,智能物流是联接供应、制造和客户的重要环节,也是构建未来智能工厂的基石。智能单元化物流技术、自动物流装备以及智能物流信息系统是打造智能物流的核心元素。

   作为欧洲权威的物流规划和应用研究机构、工业4.0物流技术研发和应用研究的前沿阵地,德国物流研究院(Fraunhofer IML)自主研发了inBin智能周转箱技术。通过在周转箱上加装感知与智能控制单元,实现了物流单元的智能化。

   智能箱既能自主管理箱内的库存,又能向上级系统及时报告智能箱的状态,实现自动要货和补货的功能?;谥悄芟涞氖渌拖低晨刹捎梅稚⒖刂萍际?,智能箱不再是被动单元,而是给输送系统发号施令的“主人”。在智能箱的指挥下,输送系统可以自动地将箱子送达目的地。

   另一方面,可通过智能箱与智能物流设备(如穿梭车)集成,实现面向工业4.0的智能、高效、灵活的物流系统。2003年,德国物流研究院率先研制出全球首台轻型高速穿梭车Multi Shuttle,开启了高柔性自动化物流系统的新纪元。在Multi Shuttle基础上,德国物流研究院于2011年研发出可在货架和地面行走的两栖穿梭车“魔浮”Multi Shuttle Move,打通了物流与生产环节的传统壁垒。

   2014年又推出可自行攀爬的蜘蛛车Rack Racer,打破了穿梭车技术的最后一个瓶颈——提升机对流量的限制。与传统穿梭小车不同的是,Multi Shuttle Move每台小车都能独立“思考”。即在行走过程中,需要与哪些设备联网通信,遇到障碍物如何处理......都可以智能地独立解决。