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 2.智能服務(wù)(Smart Service)

基于傳感器和物聯(lián)網(wǎng)(IoT)，可以感知產(chǎn)品的狀態(tài)，從而進(jìn)行預(yù)防性維修維護(hù)，及時(shí)幫助客戶更換備品備件，甚至可以通過了解產(chǎn)品運(yùn)行的狀態(tài)，幫助客戶帶來商業(yè)機(jī)會。還可以采集產(chǎn)品運(yùn)營的大數(shù)據(jù)，輔助企業(yè)進(jìn)行市場營銷的決策。此外，企業(yè)通過開發(fā)面向客戶服務(wù)的APP，也是一種智能服務(wù)的手段，可以針對企業(yè)購買的產(chǎn)品提供有針對性的服務(wù)，從而鎖定用戶，開展服務(wù)營銷。全球PLM領(lǐng)導(dǎo)廠商之一，美國PTC公司斥巨資進(jìn)軍物聯(lián)網(wǎng)和服務(wù)生命周期管理領(lǐng)域，成為智能服務(wù)領(lǐng)域的領(lǐng)軍企業(yè)之一。而智能服務(wù)最著名的案例，莫過于美國GE公司將賣發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)為賣飛行小時(shí)的服務(wù)。

3.智能裝備(Smart Equipment)

制造裝備經(jīng)歷了機(jī)械裝備到數(shù)控裝備，目前正在逐步發(fā)展為智能裝備。智能裝備具有檢測功能，可以實(shí)現(xiàn)在機(jī)檢測，從而補(bǔ)償加工誤差，提高加工精度，還可以對熱變形進(jìn)行補(bǔ)償。以往一些精密裝備對環(huán)境的要求很高，現(xiàn)在由于有了閉環(huán)的檢測與補(bǔ)償，可以降低對環(huán)境的要求。智能裝備一個(gè)最基本的要求，就是要提供開放的數(shù)據(jù)接口，能夠支持設(shè)備聯(lián)網(wǎng)，國外叫做M2M(機(jī)器與機(jī)器互聯(lián))。三維打印機(jī)本質(zhì)上是一種數(shù)控裝備，還不是智能裝備。

日本MAZAK的智能機(jī)床配備了針對加工熱變位、切削震動(dòng)、機(jī)床干涉、主軸監(jiān)測、維護(hù)保養(yǎng)、工作臺動(dòng)態(tài)平衡性及語音導(dǎo)航等智能化功能，可以自行監(jiān)控機(jī)床運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)，并進(jìn)行自主反饋，從而大幅度提高機(jī)床運(yùn)行效率及安全性。典型的智能制造裝備還融合了自動(dòng)化上下料的裝備，一些裝備制造企業(yè)還提供專用的CAM軟件，例如HOMAG(豪邁)集團(tuán)的木工加工中心。DMG MORI(德瑪吉森精機(jī))推出最新的復(fù)合加工中心LaserTec65已經(jīng)融合了增材制造和切削加工(減材制造)，可以通過激光堆焊的增材制造工藝快速制造毛坯。Trumpf(通快集團(tuán))的激光切割加工中心可以實(shí)現(xiàn)三維切割，多臺激光加工中心可以共享激光源。這些都屬于智能裝備。對于工業(yè)機(jī)器人，如果是單純按照固定指令執(zhí)行噴涂、搬運(yùn)、焊接等工藝的機(jī)器人，還不能稱為智能裝備。但是如果具有了機(jī)器視覺，能夠準(zhǔn)確識別工件，或者自主進(jìn)行裝配，自動(dòng)避讓工人等功能，甚至可以實(shí)現(xiàn)人機(jī)協(xié)作，就屬于智能裝備。例如，ABB推出的雙臂機(jī)器人YUMI，就是智能型工業(yè)機(jī)器人的典范。隨著復(fù)合材料的廣泛應(yīng)用，復(fù)合材料加工與裝備的智能裝備將具有廣闊的市場需求。

華中科技大學(xué)李德群院士在成形模擬的基礎(chǔ)上將工藝參數(shù)自動(dòng)設(shè)置、自適應(yīng)注射等智能技術(shù)應(yīng)用到注射機(jī)上，提出了在線反演的注射速度平滑優(yōu)化、工藝曲線的二級閉環(huán)控制等方法，成功開發(fā)出智能型注射機(jī)。其智能型注射機(jī)能耗低于我國及歐洲最高能耗標(biāo)準(zhǔn)，響應(yīng)時(shí)間、位置精度等關(guān)鍵指標(biāo)均達(dá)到國際先進(jìn)水平，顯著提高了注塑產(chǎn)品的重復(fù)精度、良品比例和生產(chǎn)自動(dòng)化程度。李德群院士介紹，這種智能注射機(jī)內(nèi)置了人工智能算法，具備機(jī)器學(xué)習(xí)能力，通過三次試驗(yàn)就可以準(zhǔn)確找到最合適的注射參數(shù)，確保產(chǎn)品質(zhì)量。這種設(shè)備已經(jīng)不僅是Smart，而且具有了Intelligence。

4.智能產(chǎn)線(Smart Production line)

很多行業(yè)的企業(yè)高度依賴自動(dòng)化生產(chǎn)線，比如鋼鐵、化工、制藥、食品飲料、煙草、芯片制造、電子組裝、汽車整車和零部件制造等，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化的加工、裝配和檢測，一些機(jī)械標(biāo)準(zhǔn)件生產(chǎn)也應(yīng)用了自動(dòng)化生產(chǎn)線，比如軸承。但是，裝備制造企業(yè)目前還是以離散制造為主。很多企業(yè)的技術(shù)改造重點(diǎn)，就是建立自動(dòng)化生產(chǎn)線、裝配線和檢測線。美國波音公司的飛機(jī)總裝廠已建立了U型的脈動(dòng)式總裝線。自動(dòng)化生產(chǎn)線可以分為剛性自動(dòng)化生產(chǎn)線和柔性自動(dòng)化生產(chǎn)線，柔性自動(dòng)化生產(chǎn)線一般建立了緩沖。為了提高生產(chǎn)效率，工業(yè)機(jī)器人、吊掛系統(tǒng)在自動(dòng)化生產(chǎn)線上應(yīng)用越來越廣泛。

目前，很多汽車整車廠已實(shí)現(xiàn)了混流生產(chǎn)，在一條裝配線上可以同時(shí)裝配多種車型。食品飲料行業(yè)的自動(dòng)化生產(chǎn)線可以根據(jù)工藝配方調(diào)整DCS或PLC系統(tǒng)來改變工藝路線，從而生產(chǎn)多種產(chǎn)品。汽車行業(yè)正在推行安燈系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)線的故障報(bào)警。汽車行業(yè)的總裝線往往由多條組裝線匯聚而成，比如車身、底盤的總裝線匯集到一起，裝配成最終的產(chǎn)品。在裝配過程中，通過準(zhǔn)時(shí)按序送貨(Just In Sequence)的方式實(shí)現(xiàn)混流生產(chǎn)。目前，汽車、家電、軌道交通等行業(yè)的企業(yè)對生產(chǎn)和裝配線進(jìn)行自動(dòng)化、智能化改造需求十分旺盛，很多企業(yè)在逐漸將關(guān)鍵工位和高污染工位改造為用機(jī)器人進(jìn)行加工、裝配或上下料。

目前，智能產(chǎn)線在我國制造企業(yè)的應(yīng)用還處于起步階段，但必然是發(fā)展的方向。智能產(chǎn)線的特點(diǎn)是：在生產(chǎn)和裝配的過程中，能夠通過傳感器或RFID自動(dòng)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，并通過電子看板顯示實(shí)時(shí)的生產(chǎn)狀態(tài);能夠通過機(jī)器視覺和多種傳感器進(jìn)行質(zhì)量檢測，自動(dòng)剔除不合格品，并對采集的質(zhì)量數(shù)據(jù)進(jìn)行SPC分析，找出質(zhì)量問題的成因;能夠支持多種相似產(chǎn)品的混線生產(chǎn)和裝配，靈活調(diào)整工藝，適應(yīng)小批量、多品種的生產(chǎn)模式;具有柔性，如果生產(chǎn)線上有設(shè)備出現(xiàn)故障，能夠調(diào)整到其他設(shè)備生產(chǎn);針對人工操作的工位，能夠給予智能的提示。實(shí)際上，我認(rèn)為西門子成都電子工廠的總裝線已經(jīng)達(dá)到了智能產(chǎn)線的水平。

5. 智能車間 (Smart workshop)

一個(gè)車間通常有多條生產(chǎn)線，這些生產(chǎn)線要么生產(chǎn)相似零件或產(chǎn)品，要么有上下游的裝配關(guān)系。要實(shí)現(xiàn)車間的智能化，需要對生產(chǎn)狀況、設(shè)備狀態(tài)、能源消耗、生產(chǎn)質(zhì)量、物料消耗等信息進(jìn)行實(shí)時(shí)采集和分析，進(jìn)行高效排產(chǎn)和合理排班。因此，無論什么制造行業(yè)，制造執(zhí)行系統(tǒng)(MES)成為企業(yè)的必然選擇。

目前，中國的MES市場非常熱門，國際大牌的自動(dòng)化廠商西門子、羅克韋爾、GE、施耐德電氣有MES軟件平臺，管理軟件巨頭SAP、ORACLE、EPICOR提供MES軟件，德國的MPDV、PSI，國內(nèi)的浙大中控、和利時(shí)、易往、明基逐鹿、艾普工華、元工國際、蘭光創(chuàng)新、廣州速威等廠商也非�；钴S。此外，先進(jìn)生產(chǎn)排程(APS)系統(tǒng)也已經(jīng)進(jìn)入了制造企業(yè)選型的視野，開始了初步實(shí)踐，實(shí)現(xiàn)基于實(shí)際產(chǎn)能約束的排產(chǎn)，主流廠商有日本的ASPROVA、德國的JobDISPO APS(蘭光創(chuàng)新經(jīng)銷)，國內(nèi)的永凱、安達(dá)發(fā)、易普優(yōu)等，元工國際也提供了APS解決方案。APS軟件對設(shè)備產(chǎn)能、工時(shí)等基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性要求非常高。

對于藥品、食品等行業(yè)，國家有強(qiáng)制性的追溯要求，需要通過GMP等行業(yè)認(rèn)證，因此推進(jìn)MES更加緊迫。前文提到的數(shù)字化制造(DM)技術(shù)也是智能車間的支撐工具，可以幫助企業(yè)在建設(shè)新廠房時(shí)，根據(jù)設(shè)計(jì)的產(chǎn)能科學(xué)進(jìn)行設(shè)備布局，提升物流效率，提高工人工作的舒適程度。

MES是一個(gè)車間級的綜合管理系統(tǒng)，可以幫助企業(yè)顯著提升設(shè)備利用率，提高產(chǎn)品質(zhì)量，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過程可追溯和上料防錯(cuò)，提高生產(chǎn)效率。需要強(qiáng)調(diào)指出的是，純離散制造企業(yè)也可以應(yīng)用MES系統(tǒng)，但是，MES系統(tǒng)的應(yīng)用與企業(yè)的生產(chǎn)模式息息相關(guān)。如果純離散的制造企業(yè)實(shí)施了MES之后，又改造為自動(dòng)化或智能產(chǎn)線，那么MES系統(tǒng)可能會推到重來。因此，企業(yè)進(jìn)行MES應(yīng)用需要慎之又慎。智能車間必須建立有線或無線的工廠網(wǎng)絡(luò)，能夠?qū)崿F(xiàn)生產(chǎn)指令的自動(dòng)下達(dá)和設(shè)備與產(chǎn)線信息的自動(dòng)采集。對于機(jī)械制造企業(yè)，可以通過DNC技術(shù)實(shí)現(xiàn)設(shè)備狀態(tài)信息和加工代碼的上傳下達(dá)，目前已有成熟的產(chǎn)品，例如蘭光創(chuàng)新、蓋勒普和英迪致遠(yuǎn)等。另外，實(shí)現(xiàn)車間的無紙化，也是智能車間的重要標(biāo)志，企業(yè)可以應(yīng)用三維輕量化技術(shù)，將設(shè)計(jì)和工藝文檔傳遞到工位。上海明匠智能公司開發(fā)了一個(gè)智能網(wǎng)關(guān)，可以將基于不同廠商通訊協(xié)議的生產(chǎn)現(xiàn)場數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)為OPC標(biāo)準(zhǔn)，解決了車間信息通訊的難題。元工國際聯(lián)合亞控、航星、中科川思特和研華，推出了設(shè)備聯(lián)網(wǎng)解決方案，一個(gè)平臺可以聯(lián)網(wǎng)PLC、CNC、機(jī)器人、儀表/傳感器和工控/IT系統(tǒng)，統(tǒng)一組態(tài)監(jiān)控和三維實(shí)況，并實(shí)現(xiàn)模擬生產(chǎn)。

有一項(xiàng)新興技術(shù)可以將MES系統(tǒng)采集到的數(shù)據(jù)在虛擬的三維車間模型中實(shí)時(shí)地展現(xiàn)出來，不僅提供車間的VR(虛擬現(xiàn)實(shí))環(huán)境，而且還可以顯示設(shè)備的實(shí)際狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)虛實(shí)融合。西門子和PTC將這項(xiàng)技術(shù)作為Digital Twin的一個(gè)典型應(yīng)用。德國PSI、武漢創(chuàng)景也擁有這類產(chǎn)品，天河軟件幫助海爾膠州工廠實(shí)現(xiàn)了相關(guān)應(yīng)用。此外，智能車間還有一個(gè)典型應(yīng)用，就是視頻監(jiān)控系統(tǒng)不僅記錄視頻，還可以對車間的環(huán)境，人員行為進(jìn)行監(jiān)控、識別與報(bào)警。例如，有工人沒有帶安全帽，進(jìn)入了不允許進(jìn)入的區(qū)域，或者倒地，都可以自動(dòng)報(bào)警。這方面，三星已經(jīng)有了成功實(shí)踐。此外，智能車間應(yīng)當(dāng)在溫度、濕度、潔凈度的控制和工業(yè)安全(包括工業(yè)自動(dòng)化系統(tǒng)的安全、生產(chǎn)環(huán)境的安全和人員安全)等方面達(dá)到智能化水平。

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