智能工廠
內容
- 智能製造和行業4.0
- 智能工廠的驅動因素和關鍵組成部分
- 物聯網
- 網絡物理係統
- 智能工廠組件
智能工廠代表了從更傳統的自動化到數字，完全連接和靈活的係統的飛躍，該係統可以使用連接的操作和生產係統中恒定的數據流來學習和適應新需求。
智能工廠將大規模生產的好處與定製生產的目標相結合。
智能工廠的普遍接受定義是一個靈活的係統，可以在廣泛的網絡中自我優化，在實際或接近現實的時間內自適應並從新條件中學習，並自主運行整個生產過程。收益是更高的資產效率，更低的成本，更好的質量以及增強的安全性和可持續性。
由傳感器啟用，複雜的數據處理和互連組件允許一個環境，在該環境中，機器，單個模塊，整個係統，產品，材料和人類都會組織自己，以通過有效的資源使用來優化吞吐量。
智能工廠係統甚至允許產品（工件）和生產係統之間的直接通信：產品包含具有電子形式的所有必要製造信息，即在RFID芯片上。基於此數據，可以跟蹤和跟蹤通過完整生產鏈的產品的方式。
智能製造和行業4.0
條款智能工廠和智能製造通常是同義詞。製造是通過使用勞動力，機器，工具以及化學或生物處理或配方的生產商品的生產。從廣義上講，“製造”也用於描述整個經濟領域。
從這個更廣泛的意義上講，智能製造還包括其他經濟利益相關者，例如智能物流（例如智能道路），專業服務提供商和創意初創公司。出於本文的目的，讓我們關注工廠。
“工業4.0”一詞通常用於參考第四次工業革命 - 機械化（行業1.0），群眾生產（行業2.0）和自動化（行業3.0） - 為個性化產品，資源效率的物流，新的新型產品鋪平了道路服務和更靈活的工作環境。該術語是由德國政府的國家戰略計劃“高科技2020”創造的，該計劃通過提高數字化並增強製造業的競爭力來推動數字製造。此後已更新高科技策略2025。
盡管德國是第一個利用這種在製造業中追求數字化的新方式的人，但它已成為全球趨勢，適應行業4.0的競賽已經在歐洲，美國和亞洲進行。
這些用於智能製造的戰略計劃的核心是智能工廠。智能工廠流程需要高級數字技術，將資產，流程，人員和設備連接，集成和使用。
智能製造將從根本上改變產品的發明，製造，發貨和出售方式。它將通過使零排放，零生產製造能夠改善員工的安全並保護環境。
智能工廠的驅動程序和關鍵組成部分
物聯網
這物聯網（IoT）是對象之間互連的基礎架構。在製造係統中，每個設備都嵌入電子軟件，傳感器和執行器，並連接到Internet網絡。
該物聯網使製造設備能夠在製造設備，製造設備和其他工廠係統（采購，維護等）及其服務提供商或消費者之間交換數據。傳感器嵌入到車輛，重型設備（起重機，自動導向車輛（AGV），裝載機），機器和機器人等物理物體中。
網絡物理係統
物聯網的溝通和基礎是網絡物理係統（CPS）的靈感。的基礎大數據，物聯網和雲計算所承諾的分析的可訪問性使整合物理和虛擬世界成為可能。該集成被稱為CP，它將計算與物理過程集成在一起。
嵌入式計算機和網絡監視和控製物理過程，通常具有反饋循環，其中物理過程會影響計算，反之亦然。這意味著有關商店地板上的製造組件（即機器，機器人）及其在虛擬空間中的相應模塊的信息已同步。
在製造係統中實施工業物聯網（IIOT）和CPS技術已經增加了新功能，從而使複雜和靈活的係統的管理能夠滿足生產量和定製的快速變化。
這些新技術會提高上下文意識，以幫助工廠的員工和機器完美執行其任務。意識是指係統組件知識的可用性，係統性能的曆史和係統的持續狀態。
這些組件將傳統工廠的概念轉變為一種新型的製造係統，通常被描述為智能工廠。
智能工廠組件
智能工廠的以下設計原理幫助設計師建立新的智能工廠或升級現有的傳統工廠以成為智能。
模塊化模塊化是係統組件的能力，可以輕鬆，快速地分離和組合。係統組件是鬆散的耦合，可以在插件原理上重新配置，以使生產係統能夠響應不斷變化的客戶需求並克服內部係統故障。例如，可以按時添加，重新安排或重新定位模塊。智能工廠應具有很高的模塊化，從而可以快速整合由多個供應商提供的模塊。
互操作性在係統組件中共享技術信息的能力，包括產品以及在製造業企業和客戶之間共享業務信息的能力。標準化的機械，電氣和通信信息對於增強互操作性至關重要。
權力下放權力下放的關鍵是，係統要素 - 模塊，材料處理，產品等 - 將自行決定，實時與控製單元不滿，而不會違反整體組織目標。
嵌入式計算機使自動cps能夠通過傳感器和執行器與環境相互作用。這種相互作用將使流程適應每個單獨的訂單，從而實現低成本，定製的產品。
虛擬化這既指創建具有類似於實際環境的CPS的人工工廠環境，又要能夠監視和模擬物理過程。
CPS中的信息透明度和傳感器數據的聚合可以創建這種環境。虛擬係統用於監視和控製所有物理方麵，該方麵將發送數據以實時更新其虛擬模型。虛擬係統可以實現設計，創建與真實設計非常相似的數字原型。可以在訂單到物理係統之前檢查，修改和測試該設計。
此外，虛擬係統對諸如培訓勞動力，指導勞動力等其他問題有助於執行手動流程，診斷和預測故障以及指導維護任務以解決故障。虛擬現實和與移動設備的增強現實相結合為客戶提供了對產品詳細設計的更多信息，並允許他們跟蹤製造過程。
服務方向這是指製造業將從銷售產品轉向銷售產品和服務的想法。由於其產品達到了競爭力平等，製造業正在成為服務提供商。使用這種策略，可以將產品出售給幾乎沒有利潤或利潤的客戶。組織專注於銷售服務，而不是專注於銷售產品的利潤。產品和服務將集成和銷售。
如今，製造行業將其一些服務外包，重點關注其核心業務。在智能工廠，製造業將朝著外包一些流程外包，並專注於其核心流程。
這種策略鼓勵在資源集中並且不會散布的核心過程的改進方麵進行創新。反過來，製造業將出售其核心流程作為對另一個行業的服務。CM描述了一種基礎架構，該基礎架構使用Internet作為提供和銷售服務的媒介，其中雲計算在啟用按需提供服務方麵起著重要作用。
實時功能（響應能力）這是指係統響應按時變化的能力，例如客戶需求的變化或內部生產係統的狀態（例如，故障和資源故障）。
為了響應客戶要求，應實時訪問和分析信息。該係統將通過通過CPS和CM請求服務（流程）與其他工廠合作使用現有資源來調查使用現有資源來滿足要求的可能性。該係統應具有足夠程度的模塊化來完成這種重新配置。對內部變化，監視和控製的響應應實時。應按時檢測到幹擾，係統應具有快速恢複的能力。
總而言之，當充分實現時，智能工廠使用完全集成的協作製造係統來使運營靈活，適應性和優化。通過不斷提高製造過程的生產率，智能工廠可以降低成本，減少停機時間並最大程度地減少浪費。識別和減少錯位或未使用的生產能力意味著增長的機會，而無需投資額外的貨幣和/或物理資源。
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