建智能工厂实现“互联网+“制造业，在中国制造2025及工业4.0信息物理融合系统CPS的支持下,离散制造业需要实现生产设备网络化、生产数据可视化、生产文档无纸化、生产过程透明化、生产现场无人化等先进技术应用,做到纵向、横向和端到端的集成,以实现优质、高效、低耗、清洁、灵活的生产,从而建立基于工业大数据和“互联网”的智能工厂。

1、生产设备网络化,实现车间“物联网”。 工业物联网的提出给“中国制造2025”、工业4.0提供了一个新的突破口。物联网是指通过各种信息传感设备,实时采集任何需要监控、连接、互动的物体或过程等各种需要的信息,其目的是实现物与物、物与人,所有的物品与网络的连接,方便识别、管理和控制。传统的工业生产采用M2M(MachinetoMachine)的通信模式,实现了设备与设备间的通信,而物联网通过ThingstoThings的通信方式实现人、设备和系统三者之间的智能化、交互式无缝连接。 在离散制造企业车间,数控车、铣、刨、磨、铸、锻、铆、焊、加工中心等是主要的生产资源。在生产过程中,将所有的设备及工位统一联网管理,使设备与设备之间、设备与计算机之间能够联网通讯,设备与工位人员紧密关联。 如:数控编程人员可以在自己的计算机上进行编程,将加工程序上传至DNC服务器,设备操作人员可以在生产现场通过设备控制器下载所需要的程序,待加工任务完成后,再通过DNC网络将数控程序回传至服务器中,由程序管理员或工艺人员进行比较或归档,整个生产过程实现网络化、追溯化管理。

2、生产数据可视化,利用大数据分析进行生产决策。 “中国制造2025”提出以后,信息化与工业化快速融合,信息技术渗透到了离散制造企业产业链的各个环节,条形码、二维码、RFID、工业传感器、工业自动控制系统、工业物联网、ERP、CAD/CAM/CAE/CAI 等技术在离散制造企业中得到广泛应用,尤其是互联网、移动互联网、物联网等新一代信息技术在工业领域的应用,离散制造企业也进入了互联网工业的新的发展阶段,所拥有的数据也日益丰富。离散制造企业生产线处于高速运转,由生产设备所产生、采集和处理的数据量远大于企业中计算机和人工产生的数据,对数据的实时性要求也更高。在生产现场,每隔几秒就收集一次数据,利用这些数据可以实现很多形式的分析,包括设备开机率、主轴运转率、主轴负载率、运行率、故障率、生产率、设备综合利用率(OEE)、零部件合格率、质量百分比等。首先,在生产工艺改进方面,在生产过程中使用这些大数据,就能分析整个生产流程,了解每个环节是如何执行的。 一旦有某个流程偏离了标准工艺,就会产生一个报警信号,能更快速地发现错误或者瓶颈所在,也就能更容易解决问题。利用大数据技术,还可以对产品的生产过程建立虚拟模型,仿真并优化生产流程,当所有流程和绩效数据都能在系统中重建时,这种透明度将有助于制造企业改进其生产流程。再如,在能耗分析方面,在设备生产过程中利用传感器集中监控所有的生产流程,能够发现能耗的异常或峰值情形,由此便可在生产过程中优化能源的消耗,对所有流程进行分析将会大大降低能耗。

3、生产文档无纸化,实现高效、绿色制造。 构建绿色制造体系,建设绿色工厂,实现生产洁净化、废物资源化、能源低碳化是中国制造2025实现“制造大国”走向“制造强国”的重要战略之一。目前,在离散制造企业中产生繁多的纸质文件,如工艺过程卡片、零件蓝图、三维数模、刀具清单、质量文件、数控程序等等,这些纸质文件大多分散管理,不便于快速查找、集中共享和实时追踪,而且易产生大量的纸张浪费、丢失等。 生产文档进行无纸化管理后,工作人员在生产现场即可快速查询、浏览、下载所需要的生产信息,生产过程中产生的资料能够即时进行归档保存,大幅降低基于纸质文档的人工传递及流转,从而杜绝了文件、数据丢失,进一步提高了生产准备效率和生产作业效率,实现绿色、无纸化生产。

4生产过程透明化和生产现场无人化.控加工中心、智能机器人和三坐标测量仪及其他所有柔性化制造单元进行自动化排产调度,工件、物料、刀具进行自动化装卸调度,可以达到无人值守的全自动化生产模式(LightsOutMFG)。在不间断单元自动化生产的情况下,管理生产任务优先和暂缓,远程查看管理单元内的生产状态情况,如果生产中遇到问题,一旦解决,立即恢复自动化生产,整个生产过程无需人工参与,真正实现“无人”智能生产。

除了机器人以外，自动化系统还包括其他组件，以实现完整的解决方案。最常用的一些技术，包括搬运和喂料系统、视觉、抓手和工具转换器以及工装和夹具等。本文也讨论机器人应用所需要的工艺设备，着重介绍焊接、喷漆、调配和材料去除等应用，还讨论了装配自动化。最后介绍系统控制所需要的基本要求，包括网络、人机界面，以及自动化系统的基本安全与防护原则。