智慧制造成为工厂典型特征 加快提升产品质量

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随着工业互联网时代的到来,智慧制造已成为大型工厂的典型特征。传统的制造工厂需要工人们凭借经验来判断生产设备的运行情况,设备损坏了才停机维修。
 
  当今智慧工厂所运行的大量工业设备,却可以通过实时感知的数据明确产品物料情况、故障所在位置。生产过程中所有因素都能被精确控制。
 
  智慧工厂是现代工厂信息化发展的新阶段。是在数字化工厂的基础上,利用物联网的技术和设备监控技术加强信息管理和服务;清楚掌握产销流程、提高生产过程的可控性、减少生产线上人工的干预、即时正确地采集生产线数据,以及合理的生产计划编排与生产进度。并加上绿色智能的手段和智能系统等新兴技术于一体,构建一个高效节能的、绿色环保的、环境舒适的人性化工厂。是IBM“智慧地球”理念在制造业的实际应用的结果。
 
  品质检测一直是制造工厂一道繁重琐碎的工序,也是阻滞其智能化的痛点,以前这个环节更多凭借工人的经验,效率低下。而自动化机械手和视觉识别技术的出现,让这一质检难题轻松化解。在精密制造行业,机器视觉已经被用于检测加工零件表面划痕、凹陷等。
 
  在高速率、海量接入的5G技术支撑下,自动化生产线上的传感器数据可以实现本地收集、本地管理,工程师可以在后台利用这些实时数据进行定量大数据分析,以此预测和监控设备运行的稳定性。
 
  无线感测器
 
  无线感测器将是未来实现智慧工厂的重要利器
 
  智慧感测是基本构成要素,但如果要让制造流程有智慧判断的能力,仪器、仪表、感测器等控制系统的基本构成要素,仍是关注焦点。仪器仪表的智慧化,主要是以微处理器和人工智慧技术的发展与应用为主,包括运用神经网路、遗传演算法、进化计算、溷沌控制等智慧技术,使仪器仪表实现高速、高效、多功能、高机动灵活等性能。
 
  如专家控制系统(expert control system;ECS)就是一种而具有大量的专门知识与经验的程式系统。它运用人工智慧技术和电脑技术,根据某领域一个或多个专家提供的知识和经验,进行推理和判断,模拟人类专家的决策过程,解决那些需要人类专家才能解决好的复杂问题。
 
  此外,模块控制器(FC-Fuzzy Controller),也称模块逻辑控制器(FLC-Fuzzy Logic Controller),也是智慧工厂相关技术的关注焦点。由于模块控制技术具有处理不确定性、不精确性和模块资讯的能力,对无法建造数学模型的被控过程,能进行有效的控制,能解决一些用常规控制方法不能解决的问题,也让模块控制在工业控制领域得到了广泛的应用。
 
  控制系统网路化
 
  随着工厂制造流程连接的嵌入式设备越来越多,透过云端架构部署控制系统,无疑已是当今最重要的趋势之一。
 
  在工业自动化领域,随着应用和服务向云端运算转移,资料和运算位置的主要模式都已经被改变了,由此也给嵌入式设备领域带来颠覆性变革。如随着嵌入式产品和许多工业自动化领域的典型IT元件,如制造执行系统(manufacturing execution systems;MES)以及生产计划系统(production planning systems;PPS)的智慧化,以及连线程度日渐提高,云端运算将可提供更完整的系统和服务,生产设备将不再是过去单一而独立的个体。但将孤立的嵌入式设备接入工厂制造流程,甚至是云端,其实具有高度的颠覆性,必定会对工厂制造流程产生重大的影响。一旦完成连线,一切的制造规则都可能会改变。
 
  包括体系结构、控制方法以及人机协作方法等,都会因为控制系统网路化,而产生变化,如控制与通信的耦合、时间延迟、资讯调度方法、分散式控制方式与故障诊断等,都使得自动控制理论在网路环境下的控制方法和演算法,都需要不断地创新。
 
  此外,由于影像、语音信号等大资料量、高速率传输对网路频宽的要求,对控制系统网路化,更构成严厉的挑战。因为工业生产流程不容许一点点差错,网路传递的封包资讯不能有一点点漏失,而且网路上传递的资讯非常多样化,哪些资料应该先传(如设备故障讯息),哪些资料可以晚点传(如电子邮件),都要靠控制系统的智慧能力,进行适当的判断才能得以实现。
 
  在智慧工厂依托物联网、大数据、人工智能、5G等新兴技术构建的生产链上,各项技术彼此关联、协作,才能发挥更大的价值,“个人英雄主义”没有存在的空间。
 
  生产线上所有的机器运行和人工操作的轨迹数据都可实时上传,再利用人工智能算法进行大数据分析,辅助决策,在增强生产灵活性的基础上,提升了产品质量,使产品交付效率提高了20%以上。
 
  未来,这或许会是新型智慧工厂的常态。
 

2021年3月15日 10:44
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