智能工厂4.0-数字世界和物理世界的融合

@JITStack 2019-06-13 14:32:45

    智能工厂代表了从传统自动化向完全互联和柔性系统的飞跃。这个系统能够从互联的运营和生产系统中源源不断地获取数据,从而了解并适应新的需求。真正的智能工厂能够整合全系统内的物理资产、运营资产和人力资本,推动制造、维护、库存跟踪、通过数字孪生实现运营数字化以及整个制造网络中其他类型的活动。



数字世界和物理世界的融合

    智能工厂作为一个柔性系统,能够自行优化整个网络的表现,自行适应并实时或近实时学习新的环境条件,并自动运行整个生产流程。在面对企业或生态系统范围内的万千变化,许多制造企业疲于应对,运营状况面临巨大的压力。智能工厂解决方案能够提供多种方式,助其成功应对部分问题。实时调整并学习数据的能力使得智能工厂拥有更高的响应度,更具前瞻性和预测性,并助企业免受运营停工及其他生产难题的困扰。某领先电子公司采用了一套全自动化的生产系统、三维扫描仪、物联网技术以及一体化机器控制,作为其在生产空调的过程中实施智能工厂解决方案的举措之一。这个自动化的益处包括客户交付时间缩短,整体成本下降,以及产能提升25%,残次品减少50%。


    智能工厂主要特征:互联、优化、透明、前瞻和敏捷。这些特征均有助于进行明智的决策,并协助企业改进生产流程。值得注意的是,世界上没有两个一模一样的智能工厂,制造企业可依据其特定需求,重点发展智能工厂的不同领域和特征。

  


    互联是智能工厂最重要的特征,同时也是其最大的价值所在。智能工厂须确保基本流程与物料的互联互通,以生成实时决策所需的各项数据。经过优化的智能工厂可实现高度可靠的运转,最大程度上降低人工干预。通过实时数据可视化,将从流程与成品或半成品获取的数据进行处理,并转变为切实可行的洞见,从而协助人工以及自动化决策流程,并通过基于角色的观点、实时警告与通知以及实时追踪与监控等手段,确保企业决策更加精准。在这样的前瞻型体系中,员工与系统可预见即将出现的问题或挑战,并提前予以应对。基于历史与实时数据,预测未来成果,从而提高正常运行时间、产量与质量,同时预防安全问题。智能工厂具备敏捷的灵活性,可快速适应进度以及产品变更,并将其影响降至最低。灵活性促使智能工厂在进度与产品发生变更时,最大程度上降低调整幅度,从而提高运行时间与产量并确保灵活的进度安排。


    

    近年来,随着人工智能、认知计算以及机器学习的发展,系统已能够解读、调整或学习互联设备所收集的数据。制造企业具备了这种发展和适应的能力,并结合强大的数据处理与存储性能,不仅可实现任务自动化,更能处理高度复杂的互联流程。日益复杂的供应链与全球离散化生产及需求随着制造业的全球化进程加速提升,生产日益离散化,生产过程往往涉及不同地区多个设备及供应商。与此同时,区域、本地以及个体的个性化需求渐增,加之不断变化的需求与日益稀缺的资源,供应链变得越加复杂。鉴于上述变化,许多制造企业开始重视提升自身的敏捷、互联与前瞻能力,以有效应对不断变化的优先事项。



为什么要建设智能工厂

  智能工厂建设与扩张决策应与企业的具体需求相契合。企业建设或扩张智能工厂的原因往往千差万别,无法一概而论。然而,通过建设智能工厂,企业可大致解决资产效率、质量、成本、安全以及可持续性等广泛问题。这些问题的解决将带来诸多益处,最终加快市场响应速度,扩大市场份额,提高利润率与产品质量,并稳定人才队伍。且不考虑商业动因,智能工厂建设能否得到采纳并持续吸引投资,取决于能否证明智能工厂投资将如何创造价值。

  

    提高资产效率

  智能工厂时刻生成海量数据,通过不断分析,揭示亟待修正与优化的资产绩效问题。诚然,自我修正是智能工厂与传统自动化的区别所在,将进一步提升整体资产效率,同时也是智能工厂最大的优势之一。资产效率的提升将缩短停工期、优化产能并减少调整时间,还将带来其他潜在益处。

    

    提升质量

    智能工厂具备自我优化的特征,可快速预测并识别质量缺陷趋势,并有助于发现造成质量问题的各种人为、机器或环境因素。这将降低报废率并缩短交付期,提升供应率与产量。通过进一步优化质量流程,可打造更加优质的产品,减少缺陷与产品召回。


    降低成本

    经优化后的流程通常成本更低,可进一步预测库存要求,促成有效的招聘与人才决策,并减少流程与操作上的变动。更加优质的流程还有助于全面了解供应网络,迅速及时地响应采购需求,从而进一步降低成本。流程进一步优化后,产品质量亦将提升,同时可降低保修和维修成本。

  

    保障安全与可持续发展

    智能工厂还为员工福祉及环境可持续性带来实质性益处。由于智能工厂可提升操作效率,因此相较于传统的制造流程,更能降低对环境的影响,促进整体环境的可持续发展。流程自动化程度的进一步提升,将降低人为错误的可能性,包括减少行业事故造成的工伤。智能工厂基本能够自行运转,将有望取代人力完成部分重复乏味的工作。不过,在智能工厂中,工人将更大程度上承担判断与现场决策的职责,这将提升工人的工作满意度,并降低人员流失率。

  

    智能工厂对制造流程的影响

    制造企业可通过各种方法在工厂内外打造智能工厂,并调整配置,以顺应不断变化或全新涌现的优先事项。事实上,敏捷性是智能工厂最重要的特征之一,制造商可根据其特定需求,选择多种数字化及物理技术。

  


    不同企业将在不同程度上受到智能工厂对其制造流程的影响。部分先进技术能够促进物理世界与数字世界间的信息流动与传递。这些技术推动了数字化供应网络甚至智能工厂的发展——为生产流程的数字化创造新的契机。制造企业须了解如何在竞争中脱颖而出,实现数字化和智能工厂投资的有效结合。





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