AloT助力下,智能工厂是否能达到TA的“终极形态”?

智能制造转型是必然的趋势,同时也是制造业未来发展的重要方向。不管是人口结构的变化,导致持续人力成本上升,还是市场需求的快速更新,对工厂提出柔性化的需求。未来的生产线必须是高效、节能、和敏捷响应性的,以应对不确定性的外部环境变化。目前全球各国都开始意识到先进技术对制造业的重要作用,德国提出了工业4.0战略,希望利用信息物理系统提升制造业水平,美国推出了工业互联网,欲通过联网机器的监测分析洞察新机遇。与此同时,日本制定智能社会5.0发展路线图,试图超越德国工业4.0.而中国也在大力推动智能制造转型升级,大规模的机器换人,向物联网+制造的全新模式迈进。
互联网实现了“人人互联”和“人物互联”,而物联网则是在“互联网”概念的基础上,将其用户端延伸和扩展到任何物品与物品之间,进行信息交换和通信的一种网络概念。通过信息传递设备把物与物、物与人、人与人相联,使得信息在三者之间交换并被处理、并被运用。工业物联网技术可以帮助工厂建立一个万物互联的交叉型网络体系,可以影响工厂中所有工业生产设备,从而实现人与设备、设备与设备之间、设备与产品、乃至产品与客户、管理、物流等进行自发性连接与沟通,并自动向最优解决方案调整,从而构建一个高度灵活性、个性化、利用最少资源进行最高效生产的工业生产体系。
智能工厂的设计理念是“四维合一”,即工业化、信息化、可视化、智能化。实现四者深度融合的关键技术是信息化技术,信息化技术必须是以采集到工厂各个环节的数据为基础的,智能工厂就是以数据为基础的信息管理平台,也可以说是一个以工厂设备基础数据为核心的数据仓库,为工厂的日常运营、维护、扩建和检维修项目提供了完整、准确和可信的基础数据。那么这种基础数据从何而来?毫无疑问,正是基于工业物联网技术的应用。
在当前智能制造的热潮之下众多制造企业都开展了智能工厂的建设实践
●   西门子安贝格电子工厂实现了多品种工控机的混线生产●   施耐德电气实现了电气开关制造和包装过程的全自动化●   三菱电机名古屋制作所采用人机结合的新型机器人装配产  线,实现从自动化到智能化的转变,显著提高了单位生产面积的产量●   FANUC公司实现了机器人和伺服电机生产过程的高度自动化和智能化,并利用自动化立体仓库在车间内的各个智能制造单元之间传递物料,实现了最高720小时无人值守●   美国哈雷戴维森公司广泛利用以加工中心和机器人构成的智能制造单元,实现大批量定制●   全球重卡巨头MAN公司搭建了完备的厂内物流体系,利用AGV装载进行装配的部件和整车,便于灵活调整装配线,并建立了物料超市,取得明显成效。

 

那么,智能工厂的规划建设需要考虑哪些方面呢?
一、数据与算法数据与算法
要实现智能工厂的有效运作,制造企业应当采用适当的方式持续创建和收集数据流,管理和储存产生的大量信息,并通过多种较为复杂的方式分析数据,且基于数据采取相应行动。智能工厂内部数据可以多种形式存在,且用途广泛,例如与环境状况相关的离散信息,包括湿度、温度或污染物。要建立更加成熟的智能工厂,所收集的数据集可能会随着时间的推移涉及越来越多的流程。例如,如果要对某一次实践结果加以利用,就需要收集和分析一组数据集。而如果要对更多的实践结果加以利用或从某一次实践操作上升至整个行业,就需要收集和分析更多不同的数据集和数据类型(结构化相对非结构化),还需考虑数据分析和存储,以及数据管理能力。数据也代表数字孪生,这是高度成熟的智能工厂结构具备的特征。数字孪生通过数字化形式, 以较高的水平呈现某对象或流程过去及当前的行为。数字孪生需针对生产、环境和产品情况持续开展实际的数据测量。基于强大的处理能力,数字孪生可从产品或系统情况中获取重要信息,反映现实世界中设计与流程的变化。
二、技术
智能工厂的有效运作有赖于各类资产的相互关联和中央控制系统的集中控制。工厂资产即工厂设备,如原料处理系统、工具、泵、阀门等。制造执行系统或数字化供应网络堆栈均属中央控制系统。数字化供应网络堆栈是一个多层次集成枢纽,是全面获取智能工厂和广泛的数字化供应网络数据的唯一入口。该系统通过收集和综合信息,为决策制定提供支持。但各企业也需考虑其他技术,包括交易和企业资源规划系统、物联网以及分析平台,同时也应当考虑边缘加工和云存储等需求。这就需要企业运用工业4.0时代所特有的各类数字化和物理技术——包括分析技术、增材制造、机器人技术、高性能计算、人工智能、认知技术、高级材料以及增强现实——将不同资产和设备关联起来,对数据加以处理,实现经营活动的数字化。

三、流程与管理

智能工厂最重要的特征之一是其自优化、自适应以及生产过程自动化的能力。该特征能够从根本上改变传统流程和管理模式。自主系统能够在没有人工参与的情况下制定并实施许多决策,并在诸多情况下将制定决策的责任从人工转移到了机器,或者说仅由少数人制定决策。

 

此外,智能工厂的互联范围也将有可能扩展到工厂以外,工厂与供应商、客户以及其他工厂的关联度将进一步增强。该等类型的协作也可能会引发新的流程和管理模式问题。随着对工厂更加深入和全面的了解,以及生产和供应网络的扩大,制造企业也可能面临各种不同的新问题。企业可能需要考虑和重新设计决策制定流程,以适应新的转变。

四、人员

智能工厂并不一定都会成为“黑灯工厂”,人员仍将是工厂运营的关键。但智能工厂可能会在运营以及信息技术/运营技术组织架构方面发生重大变化,导致人员职位出现变动,从而适应新的流程和功能。一些职位由于可能被机器人(物理和逻辑)、流程自动化以及人工智能取代,因此已没有存在的必要。而其他一些职位的功能可能会因虚拟/增强现实以及数据可视化等新技术的加持而得以增强。

人员和流程管理变革离不开灵活、适当的变革管理方案。组织变革管理将对采用智能工厂解决方案发挥重要作用。员工能够保持积极的工作状态,相信自己能够通过所在职位创造更大价值;工厂能够采取创新的招聘方式,并且重视跨部门职位,这都是打造成功智能工厂的必备条件。

五、综合因素

要做好智能工厂的建设,需要从各个视角综合考虑,从投资预算、技术先进性、投资回收期、系统复杂性、生产的柔性等多方面进行综合权衡、统一规划;它是一个十分复杂的系统工程,需要企业的生产、工艺、IT、自动化、设备和精益等部门通力协作;同时,也需要引入专业的工业设计和智能制造咨询服务机构深入合作。

或许你觉得智能工厂离你有些远,其实不然,日常生活中各类消费品的消费趋势都将向个性化定制转变,很多产品都来自于智能工厂,就连你脚上穿的鞋子,也和智能工厂有着异曲同工之妙。
黑金刚科技是一家集设备、软件研发、生产制造、产品销售于一体的高科技上市企业。公司拥有以“智能工业、智能机器人”为核心的两大板块,是一家专注于鞋业智能制造整体解决方案的运营商。黑金刚自主研发了柔性化,智能化,自动化,绿色化的智能制鞋生产线,将鞋业制造模式,由大规模集中式生产,升级为小量、多样、个性化的生产。从定制、下单、生产、配送,它就是一座微型的智能工厂。

黑金刚智能工厂案例视频

一、个性化定制
随着时代发展,”定制”一词的意义逐渐丰富起来。提起”定制”,普遍大众最常与”DIY”一词混合在一起。毕竟”定制”的词义含有”为自己量身定做”的意思,与”DIY”(我自己的东西自己动手做)的意思源出一撤,两者主体意思都是为”自己服务”。”DIY定制”的另外一个解释方法为:Design It Yourself ,译为自己设计。一双好的鞋子,辅以个性化的款式设计,除了舒适性,更体现了穿着者的个性,彰显独一无二的品味。消费者通过网络客户端,打开DIY定制操作界面,然后在鞋材库中随意挑选搭配、哪怕是楦型、款式、工艺、材料、颜色、细节处理等其中的微小环节,都可以亲自作出决定,甚至也可以使用手机相册中的图片进行图案设计,设计完成之后,点击保存、下单,一双属于自己的个性鞋子就完成了,智能工厂收到订单则会自行生产,而你只要坐等收货就可以啦。
二、AR可视化
从产品下订单、生产规划再到物料准备、生产线调整,整个制造全过程在虚拟的信息空间中重构,消费者、工厂的管理人员和工程师都能作为监控方。管理人员和工程师可以通过AR智能眼镜连接信息化管理平台,对整个生产过程进行实时巡检和调控。AR在工业制造领域有巨大的潜力,我们希望AR不仅仅是可视化的工具,而是通过可视化、跨平台、低成本的特性,让工厂走出传统的束缚,敢于突破创新,以最快的速度占据制高点。

三、万物互联
智能工厂在接收到客户订单的生产指令后,通过智能终端与ERP/MES的无缝连接,让整个工厂内部的生产运营信息快速、及时、自动的传输到工厂内部现场的任何工作站点或机器设备,使订单、工序、设备、人员进行关联,并及时采集产量、质量、能耗、加工精度和设备状态等数据信息,将信息及时反馈到数据中心,实现工厂内部信息的及时沟通及生产过程的全程追溯。
四、智能生产
每个配件、材料都有唯一的识别码,使用AVG输送车运输至生产线,通过鞋类生产全套自动化设备完成自动生产。黑金刚科技拥有高智能化,完整的柔性智能制鞋生产线,该生产线涵盖了包括鞋底照射生产线在内的鞋类生产全套工序,整线将每小时200双制鞋产能从原来148人降至38人,节省人工110人。
五、分拣配送
生产完成后,通过智能仓储系统、智能物流,按照订单的先后顺序,完成配送。
智能物流仓储系统是以立体仓库和配送分拣中心为产品的表现形式,由立体货架、有轨巷道堆垛机、出入库托盘输送机系统、检测阅读系统、通讯系统、自动控制系统、计算机监控管理等组成,综合了自动化控制、自动输送、场前自动分拣及场内自动输送,通过货物自动录入、管理和查验货物信息的软件平台,实现仓库内货物的物理运动及信息管理的自动化及智能化。随着新一代RFID、传感器、GPS、云计算等信息技术广泛应用于物流运输、仓储、包装、装卸搬运、流通加工、配送、信息服务等各个环节,物流系统将更加智能化、网络化、自动化、可视化、系统化。
在工业物联网的驱动下,同样的能耗和时长,机器可以完成的工作会更加丰富,效率也会得到极大的提升。而智能工厂还远未达到“终极形态”,而是一个不断演变的解决方案——一个不断挖掘灵活性、互联性和透明度等众多特性的解决方案。黑金刚科技对制鞋行业的未来规划将分阶段实现,从数字工厂到智能工厂,最后实现云数据平台服务。