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我国智能工厂发展趋势分析

导读: 《中国制造2025》明确提出要推进制造过程智能化,在重点领域试点建设智能工厂/数字化车间,这必将加速智能工厂在工业行业领域的应用推广。预计未来3-5年,全国将涌现出一批智能工厂。

  当前,智能制造热度高企,石化、钢铁、机械装备制造、汽车制造、航空航天、飞机制造等行业纷纷开始探索建设智能工厂。《中国制造2025》明确提出要推进制造过程智能化,在重点领域试点建设智能工厂/数字化车间,这必将加速智能工厂在工业行业领域的应用推广。预计未来3-5年,全国将涌现出一批智能工厂。

  智能工厂的内涵及建设重点

  智能工厂是实现智能制造的重要载体,主要通过构建智能化生产系统、网络化分布生产设施,实现生产过程的智能化。企业基于CPS和工业互联网构建的智能工厂原型,主要包括物理层、信息层、大数据层、工业云层、决策层。其中,物理层包含工厂内不同层级的硬件设备,从最小的嵌入设备和基础元器件开始,到感知设备、制造设备、制造单元和生产线,相互间均实现互联互通。以此为基础,构建了一个“可测可控、可产可管”的纵向集成环境。信息层涵盖企业经营业务各个环节,包含研发设计、生产制造、营销服务、物流配送等各类经营管理活动,以及由此产生的众创、个性化定制、电子商务、可视追踪等相关业务。在此基础上,形成了企业内部价值链的横向集成环境,实现数据和信息的流通和交换。纵向集成和横向集成均以CPS和工业互联网为基础,产品、设备、制造单元、生产线、车间、工厂等制造系统的互联互通,及其与企业不同环节业务的集成统一,则是通过数据应用和工业云服务实现,并在决策层基于产品、服务、设备管理支撑企业最高决策。这些共同构建了一个智能工厂完整的价值网络体系,为用户提供端到端的解决方案。

  由于产品制造工艺过程的明显差异,离散制造业和流程制造业在智能工厂建设的重点内容有所不同。对于离散制造业而言,产品往往由多个零部件经过一系列不连续的工序装配而成,其过程包含很多变化和不确定因素,在一定程度上增加了离散型制造生产组织的难度和配套复杂性。企业常常按照主要的工艺流程安排生产设备的位置,以使物料的传输距离最小。面向订单的离散型制造企业具有多品种、小批量的特点,其工艺路线和设备的使用较灵活,因此,离散制造型企业更加重视生产的柔性,其智能工厂建设的重点是智能制造生产线。

  流程型制造业的特点是管道式物料输送,生产连续性强,流程比较规范,工艺柔性比较小,产品比较单一,原料比较稳定。对于流程制造业而言,由于原材料在整个物质转化过程中进行的是物理化学过程,难以实现数字化,而工序的连续性使得上一个工序对下一个工序的影响具有传导作用,即如果第一道工序的原料不可用,就会影响第二道工序。因此,流程型制造业智能工厂建设的重点在于实现生产工艺的智能优化和生产全流程的智能优化,即智能感知生产条件变化,自主决策系统控制指令,自动控制设备,在出现异常工况时,即时预测和进行自愈控制,排除异常、实现安全优化运行;在此基础上,智能感知物流、能源流和信息流的状况,自主学习和主动响应,实现自动决策。

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