智能工廠
內容
——智能製造與工業4.0
——智能工廠驅動和關鍵部件
-物聯網
- Cyber-Physical係統
-智能工廠組件
智能工廠代表著從更傳統的自動化向數字化、完全連接和靈活的係統的飛躍——它可以使用來自連接的操作和生產係統的恒定數據流來學習和適應新的需求。
智能工廠結合了大規模生產的好處和定製生產的目標。
一個普遍接受的智能工廠的定義是一個靈活的係統，可以跨廣泛的網絡自我優化性能，在實時或接近實時的情況下自我適應和學習新條件，並自主運行整個生產流程。其好處是提高資產效率、降低成本、提高質量以及增強安全性和可持續性．
通過傳感器、複雜的數據處理和相互連接的組件，使機器、單個模塊、整個係統、產品、材料和人類能夠自我組織，以優化吞吐量和有效的資源利用。
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:產品以電子形式包含所有必要的製造信息，例如，在RFID芯片上。基於這些數據，可以對產品通過完整生產鏈的方式進行跟蹤和追蹤。
智能製造與工業4.0
條款智能工廠而且智能製造通常是同義詞。製造業是通過使用勞動力、機器、工具和化學或生物加工或配方生產商品的過程。在更廣泛的意義上，“製造業”也被用來描述整個經濟部門。
從更廣泛的意義上說，智能製造還包括其他經濟利益相關者，如智能物流(例如聰明的道路)、專業服務提供商和創意初創企業。出於本文的目的，我們將重點放在工廠上。
工業4.0這個術語經常被用來指第四次工業革命——在機械化(工業1.0)、大規模生產(工業2.0)和自動化(工業3.0)之後——它為個性化產品、資源高效物流、新服務和更靈活的工作環境鋪平了道路。這一術語是由德國政府的國家戰略計劃“高技術2020”創造的，該計劃旨在通過增加數字化和增強製造業競爭力來推動數字製造業向前發展。它已經更新了高科技戰略2025．
雖然德國是第一個利用這種新的方式在製造業中追求數字化的國家，但它已經成為一種全球趨勢，適應工業4.0的競賽已經在歐洲、美國和亞洲發生。
這些智能製造戰略計劃的核心是智能工廠。智能工廠流程需要先進的數字技術，有效地連接、集成和使用資產、流程、人員和設備。
智能製造將從根本上改變產品的發明、製造、運輸和銷售方式。它將通過實現零排放、零事故製造，提高員工的安全，保護環境。
智能工廠驅動和關鍵部件
物聯網
的物聯網(物聯網)是物體之間互連的基礎設施。在製造係統中，每個設備都嵌入了電子軟件、傳感器和執行器，並連接到Internet網絡。
物聯網使製造設備能夠在製造設備內部、製造設備與其他工廠係統(采購、維護等)及其服務提供商或消費者之間交換數據。傳感器被嵌入到物理對象中，如車輛、重型設備(起重機、自動引導車輛(agv)、裝載機)、機器和機器人。
Cyber-Physical係統
物聯網的通信和基礎是信息物理係統(CPS)的靈感來源。的基礎大數據，物聯網的可訪問性潛力和雲計算承諾的分析使物理世界和虛擬世界的集成成為可能。這種集成稱為CPS，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，通常有反饋循環，在反饋循環中物理過程影響計算，反之亦然。這意味著關於車間生產部件(即機器、機器人)及其虛擬空間中相應模塊的信息是同步的。
工業物聯網(IIoT)和CPS技術在製造係統中的實施增加了新的功能，使複雜和靈活的係統管理能夠滿足產量和定製的快速變化。
這些新技術提高了環境感知能力，以幫助工廠員工和機器完美地執行任務。感知指的是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。
這些組件正在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
以下智能工廠的設計原則可以幫助設計師建立新的智能工廠或將現有的傳統工廠升級為智能工廠。
模塊化模塊化是指係統組件能夠輕鬆、快速地分離和組合的能力。係統組件是鬆散耦合的，可以根據即插即用原則重新配置，以允許生產係統響應不斷變化的客戶需求並克服內部係統故障。例如，可以在生產線上及時增加、重新排列或重新安置模塊。智能工廠應具有高模塊化，允許多個供應商提供的模塊快速集成。
互操作性在係統組件(包括產品)中共享技術信息的能力，以及在製造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。
權力下放分權的關鍵是係統要素——模塊、材料處理、產品等——將自己做出決定，不服從於控製單元，實時且不違背整體組織目標。
嵌入式計算機使自主CPS能夠通過傳感器和執行器與環境進行交互。這種交互作用將使流程適應每一個單獨的訂單，從而實現低成本的定製產品。
虛擬化這指的是使用類似於實際環境的CPS創建一個人工工廠環境，以及能夠監視和模擬物理過程。
CPS的信息透明度和傳感器數據的聚合使這種環境的創建成為可能。虛擬係統用於對物理的各個方麵進行監控和控製，並實時發送數據更新其虛擬模型。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。在設計進入物理係統之前，可以檢查、修改和測試它。
此外，虛擬係統還有助於解決其他問題，如培訓工作人員、在執行手動流程時指導工作人員、診斷和預測故障以及指導維護任務以修複故障。虛擬現實和增強現實與移動設備的結合，讓客戶可以更深入地了解產品的詳細設計，並允許他們跟蹤製造過程。
麵向服務這是指製造業將從銷售產品轉向銷售產品和服務。製造業正在成為服務提供者，因為它們的產品達到了競爭平等。使用這種策略，產品可以賣給客戶幾乎沒有利潤。企業關注的不是銷售產品的利潤，而是銷售服務。產品和服務將被整合在一起銷售。
今天，製造業外包了一些服務，專注於他們的核心業務。在智能工廠中，製造業將轉向外包部分流程，專注於核心流程。
這種戰略鼓勵在改進核心過程方麵的創新，在這些過程中資源是集中而不會分散的。反過來，製造業將把其核心流程作為服務出售給另一個行業。CM描述了一種使用Internet作為提供和銷售服務的媒介的基礎設施，其中雲計算在支持按需提供服務方麵發揮重要作用。
實時性能(響應)這是指係統及時響應變化的能力，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)。
為了響應客戶的需求，需要實時訪問和分析信息。係統將通過重新配置或通過CPS和CM請求工廠中不可用的服務(流程)與其他工廠合作，調查使用現有資源滿足需求的可能性。係統應該具有足夠的模塊化程度來完成這種重新配置。對內部變化的響應、監控和控製應是實時的。幹擾應及時檢測到，係統應具有快速恢複能力。
總之，當完全實現時，智能工廠將使用完全集成的協同製造係統，使操作變得靈活、可適應和可優化。通過不斷提高生產過程的生產率，智能工廠可以降低成本，減少停機時間，減少浪費。發現和減少錯位或未充分利用的生產能力意味著無需投資額外的貨幣和/或實物資源就有增長機會。
查看我們的smartworldder部分閱讀更多信息智能技術．