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德国工业4.0眼里“工业互联网”与“智能制造”
来源: 发布时间:2019-10-15 点击:59
三、智能物料
  “工业4.0”时代,在智能工厂中,CRM(Customer Relationship Management,客户关系管理)、PDM(Product Data Management,产品数据管理)、SCM(Supply chain management,供应链管理)等软件管理系统可能都将互联。届时,接到顾客订单后的一瞬间,工厂就会立即自动地向原材料或零部件供应商采购原材料或零部件。
  原材料或零部件到货后,将被赋予数据,“这是给某某客户生产的某某产品的某某工艺中的原材料或零部件”,使“原材料或零部件”带有信息。带有信息的原材料或零部件也就意味着拥有自己的用途或目的地,成为了“智能物料”。如果,在生产过程中,当原材料或零部件一旦被错误配送到其他生产线,它就会通过与生产设备开展“对话”,返回属于自己的正确的生产线;如果,生产机器之间的原材料不够用,同样,生产机器也可以向订单系统进行“交涉”,来增加原材料或零部件数量(图8)。

  图8 带有二维码的智能物料(作者拍摄于索菲亚家具定制工厂)

  最终,即便是原材料或零部件嵌入到产品内之后,由于它还保存着路径流程信息,将会很容易实现追踪溯源(图9)。

  图9 带有二维码的智能零部件

  据媒体报道,SAP全球高级副总裁、全球研发网络总裁柯曼先生在2014中国信息产业经济年会上做了主题为“SAP中国的工业4.0和物联网之道”的演讲。柯曼认为,在“工业4.0”里,所有的事情都变得数字化了。
  每个产品都有自己独立的ID,企业可以突破地理空间的限制,实现远程操作与服务。建立在大数据预测的基础上,企业能够根据预测结果,为客户量身提供更为延后或者提前的服务,进一步降低风险和成本。在生产的过程中,企业也能够实现更好的能源管理和弹性生产。
  四、智能产品
  越来越多的事实表明,信息技术特别是互联网技术的发展和应用正以前所未有的广度和深度,加快推进制造业生产方式、制造模式的深刻变革。随之而来的是,产品本身属性的变化(图10)。

  图10 产品的智能化

  当前的汽车或许不再是一个“机械”,是一个由传感器、天线、接收器、显示仪等等众多的电子零部件组成的“电子产品”(图11)。

  图11 产品智能化演进过程

  随着互联网,尤其是移动互联网的发展,汽车开始与更多的外围设备、外围系统互动,传递信息、共享信息。通过与智能交通系统(ITS)联网,可以实时获取交通信息、道路以及加油站信息等;通过接收卫星导航,实现丰富的定位信息服务;通过智能手机、平板电脑等外围设备实现更加具有扩展性的应用。汽车已经从一个“电子产品”进一步变身为一个“网络网络”。未来的汽车能否与网络互联,可能成为汽车市场竞争中的决定性因素。
  可以说,信息技术在国民经济和社会发展中发挥着越来越重要作用。传统的通信系统、飞机控制系统、汽车电子、家电、武器装备、电子玩具等以嵌入式系统为代表的物理产品在社会生活的各个领域广泛存在。而它们随着计算、网络和控制技术的发展,以及未来制造业需求的提高,都不断地从物理产品演变成为“电子产品”或者“网络产品”(图12)。

  图12 产品意义的变化

  五、网络协同
  通过互通互联,云计算、大数据这些新的互联网技术,和以前的自动化的技术结合在一起,生产工序实现纵向系统上的融合,生产设备和设备之间,工人与设备之间的合作,把整个工厂内部的联结起来,形成信息物理系统,互相之间可以合作、可以响应,能够开展个性化的生产制造,可以调整产品的生产率,还可以调整利用资源的多少、大小,采用最节约资源的方式。
  “工业4.0”的智能制造,重点研究智能化生产系统及过程,以及网络化分布式生产设施的实现,其核心就是在整个工业生产过程中的应用中,通过信息物理系统(CPS),利用物联网的技术、软件技术和通信技术,加强信息管理和服务,提高生产过程的可控性,从而实现研发、生产、制造工艺及工业控制等全方位的信息覆盖,全面控制各种信息,确保各个生产制造环节都能处于最优状态。从而引导制造业向智能化转型。
  工厂内的协同
  对于一个制造业企业来说,其内部的信息是以制造为核心的,包括生产管理、物流管理、质量管理、设备管理、人员及工时管理等和生产相关的各个要素。传统的制造管理是以单个车间/工厂为管理单位,管理的重点是生产,管理的范围是制造业内部。
  但是,随着信息技术的进步,很多制造型企业在发展的不同时期,根据管理的不同时期的需求,不断地开发了不同的系统,并在企业内部逐步使用,如库存管理系统、生产管理系统、质量管理系统、产品生命周期管理系统、供应量管理系统系统等等。不同的系统来实现不同的功能,有些系统采用自主开发或不同供应商的系统所组成。随着企业的发展,要求不同的生产元素管理之间的协同性,以避免制造过程中的信息孤岛,因此对各个系统之间的接口和兼容性的需求越来越高,即各个系统之间的内部协同越来越重要。
  例如,对于采用两套各自独立的系统来管理生产和库存的话,生产实施之前,生产管理系统需要掌控某项生产计划的实施以及物料资源的供应,而如果库存管理系统和生产管理系统相对独立,就无法实现协同,生产所需要的物料信息不能反馈给库存系统,库存系统也不能得到生产所需要物料的需求信息。在生产完成之后,生产系统汇总生产结果与实际的物料使用信息,但是由于生产管理系统与库存管理系统采用的是不同的独立系统,库存管理系统并不能实时得到物料使用信息,致使实际库存情况和系统的结果不能保持一致。为了弥补信息的断层,不得不从库存管理系统和生产管理系统之间进行数据信息的手工导入和导出,经常进行周期性的人工盘点,才能做到使用情况与库存信息的匹配。
  随着对于制造的敏捷性及精益制造的要求不断提高,靠人工导入导出信息已经不能满足制造业信息化的需求,这就要求在不同系统之间进行网络协同,做到实时的信息传递与共享。
  工厂间的协同
  未来制造业中,每个工厂是独立运作的模式,每个工厂都有独立运行的生产管理系统,或者采用一套生产管理系统来管理所有的工厂的操作。但是随着企业的发展,企业设置有不同的生产基地及多个工厂,工厂之间往往需要互相调度,合理地利用人力、设备、物料等资源,企业中每个工厂之间的信息的流量越来越多,实时性的要求越来越高,同时每个工厂的数据量和执行的速度的要求也越来越高。这就要求不同工厂之间能够做到网络协同,确保实时的信息传递与共享(图13)。

  图13 工厂与工厂之间的网络协同

  在全球化与互联网时代,协同不仅仅是组织内部的协作,而且往往要涉及到产业链上、下游组织之间的协作。一方面,通过网络协同,消费者与制造业企业共同进行产品设计与研发,满足个性化定制需求;另一方面,通过网络协同,配置原材料、资本、设备等生产资源,组织动态的生产制造。缩短产品研发周期,满足差异化市场需求。
  “工业4.0”中的横向集成代表生产系统的结合,这是一个全产业链的集成。以往的工厂生产中,产品或零部件生产只是一个独立过程,之间没有任何联系,没有进一步的逻辑控制。外部的网络协同制造使得一个工厂根据自己的生产能力和生产档期,只生产某一个产品的一部分,外部的物流、外部工厂的生产,包括销售等整个的全产业链能够联系起来。这样一来,就实现了价值链上的横向产业融合。
  全球化分工使得各项生产要素加速流动,市场趋势变化和产品个性化需求对工厂的生产响应时间和柔性化生产能力提出了更高的要求。“工业4.0”时代,生产智能化通过基于信息化的机械、知识、管理和技能等多种要素的有机结合,从着手生产制造之前,就按照交货期、生产数量、优先级、工厂现有资源(人员、设备、物料)的有限生产能力,自动制订出科学的生产计划。从而,提高生产效率,实现生产成本的大幅下降,同时实现产品多样性、缩短新产品开发周期,从而最终实现工厂运营的全面优化变革。
  生产智能化和工业互联网实际上就是“工业4.0”时代的重要标志之一——在智能工厂,利用智能设备,将智能物料生产成智能产品,整个过程贯穿以网络协同(图14)。

  图14 智能制造与工业互联网的关系
展览时间:2020年3月12-15日
展览地点:山东国际会展中心
主办单位:
     青岛金诺会展有限公司
     济南金诺展览有限公司

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