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以互联网和物联网为双向驱动,工控系统智能化

来源:http://www.abirdfarm.com 作者:betway必威官网手机版 时间:2019-10-19 22:00

如今,制造业全球化竞争正愈演愈烈,制造业在同行竞争中力求出现差异化,智能化改革是重点。为实现智能化工厂的目标,不少的企业已经有了智能制造系统以及自动化设备,但仍然存在排期规划混乱、工人执行效率太低,库存大量积压、成品返工率高等方面的问题,这些问题对制造业的长期发展都造成了严重的影响。为解决这一问题,助力制造企业提高生产效率、降低制造成本,打通信息孤岛,一体化的生产管理系统应运而生。

随着技术的发展,所有领域正发生着前所未有的变革,而工业也由传统的控制时代进入了智能控制时代,又催生了当前在工业控制领域以太网与控制网络的结合,促使工业的4.0的到来。 现代工业控制系统包括过程控制、数据采集系统,分布式控制,程序逻辑控制(PLC以及其他控制系统等。现代工业发展的进程中,必然是朝着生产装备智能化、生产过程自动化发展,只有实现智能工业才能保证生产制造乃至产品整个生命生产周期中多领域之间的协调合作完全智能化,帮助生产型企业“智能制造”的完美转型。 大力发展工业智能化得到国家政策的大力支持,工业转型的需要推动工业控制的车轮驶向“智能制造”的方向。在“十五”期间,国家用信息化带动工业化的工作重点有三个方面:一是以电子信息技术应用为重点,提高传统产业生产过程自动化、控制智能化和管理信息化水平;二是以先进制造技术应用为重点,推进制造业领域的优质高效生产,振兴装备制造业;三是改造提升重点产业的关键技术、共性技术及其相关配套技术水平、工艺和装备水平。 工控系统智能化催生智能工厂 智能化工厂是部分国家实现软高度自动化生产之后,提出的新概念,它的理念优势在于推动工业生产智能化,从而实现科幻般的工业生产模式。工业生产系统及过程、网络化分布式生产设施的实现、生产物流管理、人机互动、新技术的使用以及使用嵌入式传感器来监测有关的环境参数和生产等都需要智能化设备的支持。 工业控制系统的重要发展方向之一就是“智能工厂”,重点研究智能化生产系统及过程,以及网络化分布式生产设施的实现。德国专家们提出的“工业4.0”的全新理念,主要就对联网工厂以及相关方面的演变进行研究。对产品开发、物流以及生产的集成将通过材料流、产品流、以及信息流得以实现,从而构建高度复杂又极为高效的全球化生产运营。这样一来,一条生产线就能够跟供应商以及消费信息进行连接,从而根据消费者需求对生产环节进行动态调整,并对所交付的原材料进行相应调整。 随着自动化、信息化的设备基础改进到涉及制造、工程、材料使用和供应链以及生命周期管理的工业工序,现代化的工厂工厂似乎已经开始使用一种全新的智能的途径来生产产品了。 相信未来的生产工厂相比将会智能很多。这一智能将通过使用微型化处理器、存储装置、传感器和发送器来实现,这些装置将被嵌入至几乎所有可想象的机器、未加工产品、材料、智能工具类型和用于组织数据流的新型软件。所有这些创新将使产品和机器能够相互通信并交换命令。换言之,未来工厂将可以从很大程度自行优化和控制其制造流程。尽管在这之前还有很长一段路要走,然而这丝毫不会影响到未来智能化的趋势方向。 物联网推动工控系统智能化 对诸如图像、语音信号等大数据量、高速率传输的要求,催生了以太网和控制网络的结合,网络化浪潮又将诸如嵌入式技术、多标准工业控制网络互联、无线技术等新兴技术融合进来,从而拓展了工业控制的发展空间,带来新的发展机遇。当前,工业控制信息化、三网融合、物联网、云计算在内的多种新型信息技术的发展与应用,正快速推动工控智能化。 按照目前物联网的发展趋势,预计2020年会有数十亿设备连通在一起。据权威行业研究机构微信公众号工业智能化的研究表明,这首先起源于第一波的电脑和笔记本电脑,随后是第二波的智能手机和联网消费设备。第三波也包括这些设备,不过会极大地提升机器与机器之间的连通。这就涉及到工厂集成等理念,也就是实现所有事物之间的连通,并产生大量的数据。各供应商正在对各种方法进行调查研究,以便将这些数据转换成为可以采取行动的信息。系统必须能够对所有数据进行管理,并且要足够智能,在无人为操作或较少人为操作的情况下通过这些数据来提升工厂效率。 物联网正是联接虚拟和智能制造之间的一座桥梁。由此,未来的工业生产、管理、经营过程中,将通过信息基础设施,在物联网集成平台上,实现信息的采集、信息的传输、信息的处理以及信息的综合利用等。 前三次工业革命的到来造就了机械、电气和信息技术。如今,物联网推动工控智能化发展的同时还宣告着第四次工业革命——工业4.0的到来。 制造业未来——工业4.0 继蒸汽机的发明、大规模生产和自动化之后,“工业4.0”时代开始被人们提及。前三次工业革命的到来造就了机械、电气和信息技术。如今,物联网和智能制造正宣告着第四次工业革命——工业4.0的到来。智能化制造、联网化及集成化工厂正逐渐支撑起这一趋势。工业4.0拥有巨大的潜力,通向工业4.0的路将会是一段革命性的进展。现有的科技将不得不为了适应制造工业中的新需要而进行改变和革新。

落后的人力劳动已经无法满足现代化制造业的需求,一些发达国家很早就开始投入自动化技术去提升生产力。使得最近几十年以来,随着各种产品的信息化、数字化和网络化,制造业本身的生产结构也变得更复杂、更精细、更自动。生产线和生产设备内部的信息流量,以及管理工作的数据剧增,以往的自动化系统在信息处理能力、效率和规模上都已经难以满足制造业的更高需求。新一代信息技术的应用在一定程度上解决了这一难题。

随着计算机技术、通信技术和控制技术的发展,传统的控制领域正经历着一场前所未有的变革,工业控制系统智能化初露峥嵘。控制系统的结构从最初的CCS(计算机集中控制系统),到第二代的DCS,发展到现在流行的FCS。现阶段,对诸如图像、语音信号等大数据量、高速率传输的要求,又催生了当前在工业控制领域以太网与控制网络的结合。现代工业控制系统包括过程控制、数据采集系统,分布式控制系统(DCB},程序逻辑控制(PLC以及其他控制系统等。现代工业发展的进程中,必然是朝着生产装备智能化、生产过程自动化发展,只有实现智能工业才能保证生产制造乃至产品整个生命生产周期中多领域之间的协调合作完全智能化,帮助生产型企业“智能制造”的完美转型。大力发展工业智能化得到国家政策的大力支持,工业转型的需要推动工业控制的车轮驶向“智能制造”的方向。在“十五”期间,国家用信息化带动工业化的工作重点有三个方面:一是以电子信息技术应用为重点,提高传统产业生产过程自动化、控制智能化和管理信息化水平;二是以先进制造技术应用为重点,推进制造业领域的优质高效生产,振兴装备制造业;三是改造提升重点产业的关键技术、共性技术及其相关配套技术水平、工艺和装备水平。工控系统智能化催生智能工厂智能化工厂是部分国家实现软高度自动化生产之后,提出的新概念,它的理念优势在于推动工业生产智能化,从而实现科幻般的工业生产模式。工业生产系统及过程、网络化分布式生产设施的实现、生产物流管理、人机互动、新技术的使用以及使用嵌入式传感器来监测有关的环境参数和生产等都需要智能化设备的支持。工业控制系统的重要发展方向之一就是“智能工厂”,重点研究智能化生产系统及过程,以及网络化分布式生产设施的实现。德国专家们提出的“工业4.0”的全新理念,主要就对联网工厂以及相关方面的演变进行研究。对产品开发、物流以及生产的集成将通过材料流、产品流、以及信息流得以实现,从而构建高度复杂又极为高效的全球化生产运营。这样一来,一条生产线就能够跟供应商以及消费信息进行连接,从而根据消费者需求对生产环节进行动态调整,并对所交付的原材料进行相应调整。随着自动化、信息化的设备基础改进到涉及制造、工程、材料使用和供应链以及生命周期管理的工业工序,现代化的工厂似乎已经开始使用一种全新的智能的途径来生产产品了。相信未来的生产工厂相比将会智能很多。这一智能将通过使用微型化处理器、存储装置、传感器和发送器来实现,这些装置将被嵌入至几乎所有可想象的机器、未加工产品、材料、智能工具类型和用于组织数据流的新型软件。所有这些创新将使产品和机器能够相互通信并交换命令。换言之,未来工厂将可以从很大程度自行优化和控制其制造流程。尽管在这之前还有很长一段路要走,然而这丝毫不会影响到未来智能化的趋势方向。物联网推动工控系统智能化对诸如图像、语音信号等大数据量、高速率传输的要求,催生了以太网和控制网络的结合,网络化浪潮又将诸如嵌入式技术、多标准工业控制网络互联、无线技术等新兴技术融合进来,从而拓展了工业控制的发展空间,带来新的发展机遇。当前,工业控制信息化、三网融合、物联网、云计算在内的多种新型信息技术的发展与应用,正快速推动工控智能化。按照目前物联网的发展趋势,预计2020年会有数十亿设备连通在一起。据权威行业研究机构微信公众号工业智能化的研究表明,这首先起源于第一波的电脑和笔记本电脑,随后是第二波的智能手机和联网消费设备。第三波也包括这些设备,不过会极大地提升机器与机器之间的连通。这就涉及到工厂集成等理念,也就是实现所有事物之间的连通,并产生大量的数据。各供应商正在对各种方法进行调查研究,以便将这些数据转换成为可以采取行动的信息。系统必须能够对所有数据进行管理,并且要足够智能,在无人为操作或较少人为操作的情况下通过这些数据来提升工厂效率。物联网正是联接虚拟和智能制造之间的一座桥梁。由此,未来的工业生产、管理、经营过程中,将通过信息基础设施,在物联网集成平台上,实现信息的采集、信息的传输、信息的处理以及信息的综合利用等。前三次工业革命的到来造就了机械、电气和信息技术。如今,物联网推动工控智能化发展的同时还宣告着第四次工业革命——工业4.0的到来。继蒸汽机的发明、大规模生产和自动化之后,“工业4.0”时代开始被人们提及。前三次工业革命的到来造就了机械、电气和信息技术。如今,物联网和智能制造正宣告着第四次工业革命——工业4.0的到来。智能化制造、联网化及集成化工厂正逐渐支撑起这一趋势。工业4.0拥有巨大的潜力,通向工业4.0的路将会是一段革命性的进展。现有的科技将不得不为了适应制造工业中的新需要而进行改变和革新。

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标签: 传感器 智能化

当今,全球正在出现以互联网为代表的新一轮工业革命创新浪潮。而变革的核心也是互联网等新一代信息技术的应用。当新的形态开始注入制造业领域时,一个全新的挑战也随之开始,那就是让制造业由机械化、电气化、数字化,转向网络化、数据化和智能制造的挑战。

产品的复杂性成倍增长、产品的制造时间缩短、利润与质量的压力越来越大,企业开始考虑如何缩短产品生命周期,用更低成本、更高性能的生产制造能力在竞争中取得立足之地。IT技术的不断发展,为制造业带来了新的思路,大数据、云计算、物联网、3D打印、工业互联网等新技术的发展,正帮助企业由传统制造转向智能制造。这也宣告着第四次工业革命——工业4.0时代的到来。

从工业化到智能化的演变

作为未来生产的代表性概念之一,德国政府提出的“工业4.0”计划被理解为第四次工业革命,它意在升级工业体系,形成“智能制造”的未来。工业4.0强调两大主题,一是“智能工厂”,重点研究智能化生产系统及过程,以及网络化分布式生产设施的实现;二是“智能生产”,主要涉及整个企业的生产物流管理、人机互动以及3D技术在工业生产过程中的应用。由此可见,实现智能化工厂离不开生产管理系统。

传统工业化的技术特征是利用机械化、电气化和自动化,实现大规模生产和批量销售。在当前复杂的国际竞争中和中国环境下,为提升中国制造业在全球产业价值链中的地位,解决制造业大而不强的问题,必须从传统生产方式向智能化生产方式转变。

制造企业要从以往的生产设备效率低下,能源消耗高,人工成本高等状况走出,转型迫在眉睫,为了应对市场变化,满足客户个性化需求,最终必需能够快速实时的响应和调整生产过程,在企业走向智能生产的过程中,生产管理系统至关重要。

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作为制造企业生产前线解决方案,在过去的十几年,生产管理技术发展迅速,已从只有简单的生产管理模块发展到实现生产全过程的管理与控制,与其他管理系统无缝对接,实现了从需求到生产到交付的闭环。既形成了通用的离散、流程行业的解决方案,又有针对特定行业的行业出现了生产信息管理系统。企业正通过生产管理系统实现生产数据的采集与跟踪、质量控制、生产监控以及物料管理,让生产指令在车间现场有效执行,并实现低成本、可视化管理。

图1 工业化的发展规律

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现代工业化的技术特征,除了物理系统(机械化、电气化、自动化)之外,还要通过融合信息系统(计算机化、信息化、网络化),最终实现信息物理系统。“工业4.0”时代,中国制造业向智能化发展,存在着巨大的空间和潜力。目前,中国正处在工业化的发展进程之中,经济的崛起必定首先依托制造业。新一轮工业革命在带来诸多挑战的同时,也将为中国新一轮制造业发展提供许多难得“契机”。因为,历史经验表明,每一次工业革命都为后发国家成功实现赶超提供“契机”,英、德、美、日等都是通过把握工业革命的机遇而成功的。就中国制造业转型升级而言,新一轮工业革命将会同样带来赶超发展的“契机”。

但在工业4.0时代,企业仅关注生产监控、数据采集等问题是远远不够的,在解决了生产过程的自动化后,未来必须向智能化发展。工业4.0的主要特征包括通过价值网络实现横向集成、工程端到端数字集成横跨整个价值链以及垂直集成和网络化的制造系统,因此在跨企业的生产网络融合中,伴随着工业物联网技术的发展,生产管理系统将会起更加重要的作用,自动化层和生产信息管理系统之间的对接会变得更加重要,且更加的无缝化,还能跨企业来实现柔性的生产。所有的信息都必须实时有效的供生产网络化环节使用。可以说,未来的制造将是基于大数据、互联网、人,通过各种信息技术进行柔性制造。

以前,中国制造业技术含量不高,一直处于国际产业价值链的低端环节。工业和信息化深度融合有效地为制造业的网络化、智能化发展奠定了殷实的基础。毫无疑问,“工业4.0”时代,新一轮工业革命将更快速地带动两化深度融合。信息技术向制造业全面嵌入,将打破传统的生产流程、生产模式和管理方式。生产制造过程与业务管理系统的深度集成,将实现对生产要素的高度灵活配置,实现大规模定制生产。从而,将有力推动传统制造业加快转型升级的步伐。

未来,伴随着工业互联网,工业4.0时代的生产管理系统将会给企业带来至关重要的作用,工业4.0不仅仅意味着技术的转变、生产过程的转变,同时也意味着整个管理和组织结构的调整,生产管理系统在协同制造方面将超越目前内部个人和组织范畴,而扩展至与供应商和客户的连接,在制造智能方面将不限于收集、分析与展现,而将进一步实现现场实时分析、协同智能决策,及时调整制造执行过程,生产管理系统将变得更加智能,最终帮助企业实现智能生产,打造智慧工厂。

内、外部的网络协同

“工业4.0”定义了制造商、供应商乃至开发商之间的网络协同结构,主要目的是实现市场与研发的协同、研发与生产的协同、管理与通信的协同,从而形成一个完整的制造网络,由多个制造企业或参与者组成,它们相互交换商品和信息,共同执行业务流程。企业、价值链和产品生命周期这三个维度贯穿于各个价值链中的制造参与者之间。居于上方的是管理职能,下方是制造职能。

同时“智能工厂”的“智能生产”,重点研究智能化生产系统及过程,以及网络化分布式生产设施的实现,其核心就是在整个工业生产过程中的应用中,通过信息物理系统,利用物联网的技术、软件技术和通信技术,加强信息管理和服务,提高生产过程的可控性,从而实现研发、生产、制造工艺及工业控制等全方位的信息覆盖,全面控制各种信息,确保各个生产制造环节都能处于最优状态。从而引导制造业向智能化转型。

1.内部网络协同制造

对于一个制造业企业来说,其内部的信息是以制造为核心的,包括生产管理、物流管理、质量管理、设备管理、人员及工时管理等和生产相关的各个要素。传统的制造管理是以单个车间/工厂为管理单位,管理的重点是生产,管理的范围是制造业内部。

但是,随着信息技术的进步,很多制造型企业在发展的不同时期,根据管理的不同时期的需求,不断地开发了不同的系统,并在企业内部逐步使用,如库存管理系统、生产管理系统、质量管理系统、产品生命周期管理系统、供应量管理系统系统等等。不同的系统来实现不同的功能,有些系统采用自主开发或不同供应商的系统所组成。随着企业的发展,要求不同的生产元素管理之间的协同性,以避免制造过程中的信息孤岛,因此对各个系统之间的接口和兼容性的需求越来越高,即各个系统之间的内部协同越来越重要。

尤其是,随着对于制造的敏捷性及精益制造的要求不断提高,靠人工导入导出信息已经不能满足制造业信息化的需求,这就要求在不同系统之间进行网络协同,做到实时的信息传递与共享。

以互联网和物联网为双向驱动,工控系统智能化催生智能工厂。2.外部网络协同制造

未来制造业中,每个工厂是独立运作的模式,每个工厂都有独立运行的生产管理系统,或者采用一套生产管理系统来管理所有的工厂的操作。但是随着企业的发展,企业设置有不同的生产基地及多个工厂,工厂之间往往需要互相调度,合理地利用人力、设备、物料等资源,企业中每个工厂之间的信息的流量越来越多,实时性的要求越来越高,同时每个工厂的数据量和执行的速度的要求也越来越高。这就要求不同工厂之间能够做到网络协同,确保实时的信息传递与共享。

在全球化与互联网时代,协同不仅仅是组织内部的协作,而且往往要涉及到产业链上、下游组织之间的协作。一方面,通过网络协同,消费者与制造业企业共同进行产品设计与研发,满足个性化定制需求;另一方面,通过网络协同,配置原材料、资本、设备等生产资源,组织动态的生产制造。缩短产品研发周期,满足差异化市场需求。

“工业4.0”中的横向集成代表生产系统的结合,这是一个全产业链的集成。以往的工厂生产中,产品或零部件生产只是一个独立过程,之间没有任何联系,没有进一步的逻辑控制。外部的网络协同制造使得一个工厂根据自己的生产能力和生产档期,只生产某一个产品的一部分,外部的物流、外部工厂的生产,包括销售等整个的全产业链能够联系起来。这样一来,就实现了价值链上的横向产业融合。

未来制造业:缩短工期、降低成本、提高效率、满足定制、减少能耗

随着信息技术和互联网、电子商务的普及,制造业市场竞争的新要求出现了变化。一方面,要求制造业企业能够不断地基于网络获取信息,及时、动态地对市场需求做出快速反应;另一方面,要求制造业企业能够动态地将各种资源集成与共享,合理利用各种资源。互联制造能够快速响应市场变化,通过制造企业快速重组、动态协同来快速配置制造资源,提高产品质量的同时,减少产品投放市场所需的时间,增加市场份额。同时,还能够分担基础设施建设费用、设备投资费用等,减少经营风险。制造资源的整合已经突破了企业和国家的界限,正在变得可以基于互联网从全球范围内寻求资源,物流、资金流、信息流在全球经济一体化及互联网的支持下将突破区域限制而动态流动,世界将进入一个全球互联制造时代。

作为一个未来的潮流,工厂将通过互联网和物联网,实现内、外服务的网络化,向着互联工厂的趋势发展。随之而来,采集并分析生产车间的各种信息,向消费者进行反馈,从工厂采集的信息作为大数据通过解析,能够开拓更多的、新的商业机会。经由硬件从车间采集的海量数据如何处理,也将在很大程度上决定服务、解决方案的价值。也就是说,互联制造模式下,制造业企业将不再自上而下地集中控制生产,不再从事单独的设计与研发环节,或者单独的生产与制造环节,或者单独的营销与服务环节。而是从顾客需求开始,到接受产品订单、寻求合作生产、采购原材料或零部件、共同进行产品设计、生产组装,整个环节都通过互联网联接起来并进行实时通信,从而确保最终产品满足大规模客户的个性化定制需求。

无处不在的互联网和便捷的物流系统,使得产品的研发、设计、生产、销售和服务等流程未必一定在一个企业、甚至在一个国家内独立完成,而有可能被分解、外包、众包到不同企业,甚至各国各地。未来,一个企业竞争力的强弱不在于拥有多少资源和多少核心技术,而是信息数据分析能力、资源整合能力、国际化资源能力。

这种生产制造的灵活程度代表着制造业未来的发展方向,将使企业面对客户的需求变化时,能迅速、轻松地做出响应,并保证其生产具有竞争力,满足大规模客户的个性化定制需求,企业本身将实现从单纯制造向“制造 服务”的转型升级。

betway必威官网手机版,以互联网和物联网为双向驱动,工控系统智能化催生智能工厂。无界限、全民化、信息化、传播速度快是互联网的特征。制造业的各个环节通过应用互联网技术,将数字信息与物理现实社会之间的联系可视化,将生产工艺与管理流程全面融合,实现“互联网 ”协同制造。这样一来,可以一边设计研发、一边采购原材料零部件、一边组织生产制造、一边开展市场营销,从而降低了运营成本、提升了生产效率、缩短了产品生产周期,也减少了能源使用。

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图2 智能制造的优势

通过互联网和物联网技术,把处于制造企业与相关的零配件配套企业及用户的采购、生产、销售、运输等业务在网络平台上进行资源整合,不仅有助于促进业务流程的直接化和透明化,还将提高效率、减少交易成本。

可以说,互联网和物联网影响了人类社会,并对社会发展起了很大的推动作用,是如今社会面临的各种变革的最大根源。未来制造业将通过互联网和物联网技术手段让制造业价值链上的各个环节更加紧密联系、高效协作,使得个性化产品能够以高效率的批量化方式生产,实现所谓的“大规模定制”。未来制造业的智能制造也将使制造业的产品形态、设计和制造过程、管理方法和组织结构、制造模式、商务模式发生重大甚至革命性变革,并带动人类生活方式的大变革。

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