工业4.0:基于信息物理系统的智能工厂

   2024-09-06 18
核心提示:工业4.0即是要实现智能工厂. 第一次工业革命以蒸汽机推动机械化工厂,第二次工业革命用水力电力加速大规模生产,而第三次工业革命更是藉电子信息科技实现制造业的自动化。工业4.0则在此基础之上,立足于信息物理系统(CPS),开创全新的制造模式。CPS是通过传感器网络将现实世界与网络空间紧密相连,运用网络空间强大的计

      工业4.0即是要实现"智能工厂". 第一次工业革命以蒸汽机推动机械化工厂,第二次工业革命用水力电力加速大规模生产,而第三次工业革命更是藉电子信息科技实现制造业的自动化。工业4.0则在此基础之上,立足于信息物理系统(CPS),开创全新的制造模式。

     CPS是通过传感器网络将现实世界与网络空间紧密相连,运用网络空间强大的计算能力,对生产制造过程中的各种数据进行收集和分析,构建起能自我调节的智能生产体系。

     工业4.0所倡导的动态配置生产方式,即利用机器人(工作站)通过网络实时获取各项相关信息,并依据该信息自动调整生产方式及材料,以达到最佳生产效果。此种生产方式能针对每一位客户、每一件产品进行个性化设计、零部件组合、订单处理、生产规划、制造、物流配送,消除整个产业链中的浪费环节。相较于传统生产方式,动态配置生产方式能在生产前或生产过程中随时更改初始设计方案。

     以汽车生产为例,当前主要采用预先设定的工艺流程进行生产线式生产。虽然部分企业尝试混流生产,但由于必须在庞大的生产线中进行,因此难以实现产品设计的多样性。原本应赋予生产线更大灵活性的MES(制造执行管理系统),受制于生产线硬件条件,实际效用有限。

     此外,各车间工人仅负责各自领域,无法全面了解整个生产流程,难以实时满足客户需求。

然而,在工业4.0所描绘的智能工厂中,固定生产线的概念已被打破,取而代之的是可动态、有机重组的模块化生产方式。

     比如,生产模块可看作一个"信息物理系统",正在装配的汽车可自行在各生产模块之间穿行,完成相应装配任务。若生产、零部件供应环节出现瓶颈,可迅速调配其他车型的生产资源或零部件,确保生产持续进行。即为每款车型自主选择合适的生产模块,进行动态装配作业。借助这种动态配置生产方式,MES原本的综合管理功能得以充分发挥,实现设计、装配、测试等全流程的动态管理,既提高生产设备运行效率,又丰富产品种类。

     德国工业力量的一大象征便是其“标准化”策略。国际 PLC 编程语言标准 IEC 61131-3(PLCopen)便源自德企;通信领域广泛应用的 CAN、Profibus 及 EtherCAT 全都是德国的杰出贡献。

     工业4.0项目组指出,实现工业4.0需在八大关键领域展开行动,首当其冲的便是“标准化与参考架构”。标准化工作旨在为智能工厂生态系统制定合作规则,明确共享信息范围。为此,工业4.0将制定一套通用标准,推动合作机制形成,并通过一系列标准(如成本、可用性和资源消耗)优化生产流程。

    过去,人们常谈及“产品标准化”,然而德国工业4.0则主张“工厂标准化”,借助智能工厂标准化,将制造业生产模式推向全球市场,提升技术创新和模式创新的市场化效率,巩固德国工业的全球领先地位。

当前,我国工信部等部门正借鉴德国经验,制定《中国制造2025》,致力于打造工业强国。笔者认为,尽管德国工业4.0备受关注,但如何借鉴工业4.0,特别是其中的标准化问题,仍需深思熟虑。


 
 
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