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目前国内的几种工业4.0技术的特征及应用分析

五度易链 2019-05-29 1674 0

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​ 工业4.0的发展特征也兼具了工业革命的特征,它的发展和实现过程中是生产力和生产关系的变化。在工业4.0时代,技术的发展中将实现和实际的生产紧密结合,这也是工业4.0时代的技术特征。


工业4.0的发展特征也兼具了工业革命的特征,它的发展和实现过程中是生产力和生产关系的变化。在工业4.0时代,技术的发展中将实现和实际的生产紧密结合,这也是工业4.0时代的技术特征。

1.柔性生产

该生产系统所要实现的目标是使生产实现最大的柔性化。自动化和信息化是实现柔性定制个性化生产的手段。AGV小车将毛坯推入代加工区域,而这些毛坯木料的尺寸大小都是不同的,按照顶点顺序进行排列,符合JIO理念。JIO(Just In Order)是继JIT(Just In Time)准时制生产的基础上提出的,要求供应商不仅应按时将零部件送抵生产现场,还要求不同规格零部件的顺序按照要求排列,以便满足混线生产的要求。这样不同型号的产品在装配时,不会因为零件顺序错落而发生装配错误的问题。丰田的JIT只适合单一产品的大批量生产,而JIO则是混线生产,柔性制造模式所必需的供应链运作机制,是生产模式的变革。

目前国内的自动化项目都号称4.0,但绝大部分无法实现柔性制造。所以在笔者看来,中国企业谈4.0只是按照自动化集成去理解,并没有真正领会生产模式变革的意义。

2. 数据追踪

在产品的整个生命周期中会产生很多数据,即所谓的大数据。制造商需要能够利用这些数据对产品进行跟踪,以了解产品的状态。尽管也有相对成熟的解决方案,如MES(制造执行系统),SCADA(现场数据采集系统),APS(先进生产计划系统)等,但是由于缺乏强大的车间级管理系统去协调各生产设备,生产车间的自动化和信息化层始终存在着难以打破的屏障,原因很多此处不展开讨论。而视频中的生产系统则采用相对简单和独立的软件系统,在设备层实现了对生产数据的集成和管理。

首先机器人通过专用的检测设备对入库毛坯进行全检,再扫描条形码,根据读取的产品信息自动调用加工程序(NC代码由产品设计数模自动生成),并自动调整支撑夹具的位置,以适合零件的尺寸。加工完毕后,由于条码在加工过程中被破坏掉,所以再次贴敷条码,并更新产品生产数据,记录设备运行数据,将这些数据通过现场总线传入上位机的生产管理/监控系统。由于每个零件上都有条码,每个条码对于正确的程序,所以不论来料按何种顺序排列,加工过程是不会出现问题的。也就是说生产管理调度软件和生产设备之间是相互独立运行的,就算生产调度出了问题,也不会造成生产程序调用错误。

3.工业视觉

应用在工业领域的机器视觉,也被简称为“工业视觉”,最通俗的理解就是在生产制造的过程中运用机器视觉技术,代替人眼去完成特定的任务,或是让机器设备具备视觉功能以支持其完成自动化的操作。所以也有人认为工业视觉就是智能制造的之“眼”。

为什么要发展工业视觉?与其他被机器取代的人工工作类似,我们可以列举出许多让工业视觉大行其道的理由:首先,机器视觉比人眼的精度高,可以完成许多肉眼无法完成的工作;其次,机器不会疲劳,还可以在一些极端环境下工作,更为可靠;再有,机器还可以响应可见光以外更宽的光谱(如红外),可“见”的范围也更广;另外,对于机器在效率上的优势,大家也一定不会有疑议。当然,除了上述技术层面的原因,工业视觉的经济性也是一个重要因素。这是因为随着全球老龄化进程的加速,劳动力资源供给在减少,而与之关联的是工业制造业的人力成本一直在增加,所以很多经济体原先高速发展所仰仗的人口红利不再,考虑用机器去替代人工也就成了其工业发展必由之路。

以工业视觉应用中占比最大的电子行业为例,有人估算,仅就智能手机玻璃盖板、触摸屏、显示屏外观检查这一个岗位,中国每年就需要近30万人,由此产生的劳务工资是一项庞大的开销。而如果采用工业视觉方案去替代这种重复性的劳动,既是效率之选,也是效益之选。

从技术发展趋势来看,自动化将呈现智能化的特征,大量的智能机器人的应用,将导致自动化生产线更具有柔性,可以实现多种产品的生产,同时随着生产制造现场的自动化设备集成度增加,实现所谓高度自动化,大量的工作将主要由自动化设备来实现,这为无人化工厂的出现提供了可能。

其次,是高度信息化的判定标准。我们需要认识到,生产制造企业的信息化,一般可以通过经营管理系统和生产制造系统来实现,前者主要体现为ERP、CRM和HRM等系统,而后者主要体现为PLM(Product Life cycle Management,产品生命周期管理)、MES(Manufacturing Execution System,制造执行系统)及DNC(Distributed Numerical Control,分布式数控)等系统。具体来讲,经营管理信息化系统主要是为了实现涉及非生产现场的管理内容,而生产制造信息化系统主要是为了解决产品核心价值创造过程的管理,例如产品的研发设计、生产制造等。

与自动化类似,信息化在工业4.0时代也将继续发展,它将主要以更加高度的集成为特征。一些提供智能工厂或数字化工厂解决方案的企业,把ERP、PLM、MES及SCADA(Supervisory Control And Data Acquisition,数据采集与监视控制系统)等系统集成到一起,形成一个完整的解决方案,称为数字化工厂解决方案,的确是一个可行的方式。不过,高度信息化集成带来一个困难,针对具体的企业需求,供应商还需要进行一定的定制化开发和优化。

而工业4.0的发展中最独特的特征是其将实现高度的网络化,这是工业2.0和工业3.0都不具有的发展特点。而工业互联网的发展也需要在其他的技术之间的结合才能实现,实现工业4.0也需要发展相关的技术协同。


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