智能制造

科技使能制造業(yè)向智慧化方向發(fā)展

2018-06-26 來源：評論：0

摘要：在國家政策的有力支持下，越來越多的傳統(tǒng)企業(yè)開始擁抱工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)，迎接數(shù)字新時代。富士康成立工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)有限公司，打造工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺，致力從傳統(tǒng)制造企業(yè)變成先進(jìn)制造企業(yè)，便是其中一個典型的代表。

　　為加強(qiáng)和推進(jìn)我國工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的進(jìn)一步發(fā)展，自2017年11月，國務(wù)院發(fā)布《深化“互聯(lián)網(wǎng)+先進(jìn)制造業(yè)”發(fā)展工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的指導(dǎo)意見》，2018年6月7日，工信部又發(fā)布《工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展行動計劃(2018-2020年)》、《工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)APP培育工程實施方案(2018-2020年)》等系列文件，從政策和資金支持角度，為工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展提供保障，提出到2020年底，初步建成工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)基礎(chǔ)設(shè)施和產(chǎn)業(yè)體系，推動30萬家以上工業(yè)企業(yè)上云，培育超過30萬個工業(yè)APP。

　　在國家政策的有力支持下，越來越多的傳統(tǒng)企業(yè)開始擁抱工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)，迎接數(shù)字新時代。富士康成立工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)有限公司，打造工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺，致力從傳統(tǒng)制造企業(yè)變成先進(jìn)制造企業(yè)，便是其中一個典型的代表。

　　目前，我國工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)已經(jīng)形成比較健全的產(chǎn)業(yè)體系，工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)進(jìn)入大發(fā)展時代。據(jù)工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟專家測算，2017年我國工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)直接產(chǎn)業(yè)規(guī)模約為5700億元，預(yù)計到2020年將達(dá)到萬億元規(guī)模。

　　科學(xué)技術(shù)推動智慧制造向智慧化制造的發(fā)展，這些科學(xué)技術(shù)包括傳感技術(shù)、物聯(lián)網(wǎng)、工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)、數(shù)字孿生（Digital Twin）、云計算、VR\AR\MR、工業(yè)大數(shù)據(jù)、增材制造、工業(yè)軟件、新一代人工智能等。

　　物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)實現(xiàn)制造的萬物互聯(lián)

　　傳感器和傳感技術(shù)不僅是工業(yè)智能設(shè)備的關(guān)鍵的部件，同時也是工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)采集、分析、利用的源頭和基礎(chǔ)。隨著工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)在工廠自動化等領(lǐng)域的應(yīng)用，相關(guān)機(jī)構(gòu)預(yù)測，到2019年，傳感器在工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域的消費(fèi)將達(dá)到200億美元，傳感器產(chǎn)業(yè)迎來一片“藍(lán)海”。這一方面給傳感器帶來更為廣闊的市場，同時也給傳感器的企業(yè)在研發(fā)的投入上注射了一支加強(qiáng)劑。

　　工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的普及使得傳感器大量使用，對傳感器輕量化、低功耗、低成本提出了要求，同時也要求傳感器向網(wǎng)絡(luò)化、集成化、智能化發(fā)展。

　　每天制造業(yè)都產(chǎn)生大量的數(shù)據(jù)，但這些雜亂無章的數(shù)據(jù)在沒有物聯(lián)網(wǎng)之前，都是數(shù)字垃圾。隨著物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的出現(xiàn)和發(fā)展，這些原來屬于垃圾的垃圾，通過物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)將原來制造業(yè)設(shè)備等數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化成數(shù)字的形式，變成了可以利用的數(shù)字信息。通過工業(yè)大數(shù)據(jù)和云計算，能實時掌握設(shè)備的運(yùn)行情況及未來設(shè)備的故障時間提前預(yù)警，工作人員可以憑借這些信息適時更換磨損的部件，避免設(shè)備的長時間的停止運(yùn)行，造成不必要的損失。

　　另外，通過物聯(lián)網(wǎng)的技術(shù)，還可以適時掌握產(chǎn)品在各個工序之間的制作情況以及產(chǎn)品的良好率，適時處理不良品。

　　在制造智能聯(lián)接產(chǎn)品時，人們可以選擇把大部分軟件直接與硬件集成，這樣可以得到更快的響應(yīng)速度、較低的網(wǎng)絡(luò)依賴程度和更高的安全性；也可以把所有的應(yīng)用都放在云端，硬件變成了終端接口，制造的復(fù)雜度會大大降低，而所有有價值的應(yīng)用可以通過網(wǎng)絡(luò)靈活配置，選擇更廣、更新更快，硬件的價值也會因此降低。

　　仿真技術(shù)實現(xiàn)制造的虛擬化

　　計算機(jī)仿真技術(shù)作為一門新興的高新技術(shù)，其實建立在計算機(jī)能力基礎(chǔ)之上的，隨著計算機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展，其應(yīng)用領(lǐng)域及其作用也越來越大。尤其航空、航天、國防及重大項目上的研究開發(fā)過程中，計算機(jī)仿真一直是一個不可或缺的工具。在設(shè)計產(chǎn)品方案之初，首先建立產(chǎn)品的數(shù)字化樣機(jī)，然后在計算機(jī)上，運(yùn)用不同的仿真分析軟件，模擬產(chǎn)品的性能屬性，最大限度縮短產(chǎn)品開發(fā)時間，優(yōu)化產(chǎn)品性能，減少物理樣機(jī)的問題，從而提高設(shè)計的效率。

　　隨著物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的運(yùn)用，出現(xiàn)與實體工廠相互映射，一一對應(yīng)的虛擬的數(shù)字工廠。仿真技術(shù)與制造業(yè)的結(jié)合緊密性前所未有。仿真技術(shù)的應(yīng)用范圍大大地擴(kuò)大了，在產(chǎn)品的研發(fā)、生產(chǎn)、測試、維護(hù)等產(chǎn)品生命周期，仿真技術(shù)已貫穿其中。目前仿真技術(shù)正從傳統(tǒng)的制造領(lǐng)域向產(chǎn)品的銷售和服務(wù)領(lǐng)域拓展。

　　VR/AR/MR實現(xiàn)制造的可視化

　　VR虛擬現(xiàn)實，是利用電腦模擬產(chǎn)生一個三維空間的虛擬世界，提供使用者關(guān)于視覺、聽覺、觸覺等感官的模擬，讓使用者如同身歷其境一般，可以及時、沒有限制地觀察3D空間內(nèi)的事物。

　　AR增強(qiáng)現(xiàn)實，是通過電腦技術(shù)，將虛擬的信息應(yīng)用到真實世界，真實的環(huán)境和虛擬的物體實時地疊加到了同一個畫面或空間同時呈現(xiàn)。

　　在產(chǎn)品全生命周期的生產(chǎn)、研發(fā)過程中使用VR/AR技術(shù)，可以實現(xiàn)設(shè)計和裝配工藝的真實模擬并優(yōu)化，提高概念設(shè)計的效率，精簡設(shè)計單位，而且能夠更加有效地進(jìn)行工廠規(guī)劃、客戶溝通，整個制造系統(tǒng)都真實地呈現(xiàn)在人們眼前。為制造業(yè)的研發(fā)、生產(chǎn)、管理、服務(wù)、銷售和售后市場等各環(huán)節(jié)帶來了深刻變革。

　　MR混合現(xiàn)實，既包括增強(qiáng)現(xiàn)實和增強(qiáng)虛擬，指的是合并現(xiàn)實和虛擬世界而產(chǎn)生的新的可視化環(huán)境。在新的可視化環(huán)境里物理和數(shù)字對象共存，并實時互動。MR大大擴(kuò)展了開展復(fù)雜協(xié)同工作的場所，讓不同地點(diǎn)的工人操作相同的數(shù)字內(nèi)容，就像他們在一個會議室中把玩同一個物件一樣。這種工作模式提供充滿沉浸感和存在感的溝通工具實現(xiàn)了同一公司內(nèi)部以及跨公司環(huán)境下無縫協(xié)作。

　　VR/AR/MR技術(shù)的發(fā)展，給智能制造帶來可視化制造和管理的藍(lán)圖，讓制造不僅可以通過傳感器等物理感知，還能通過可視化實現(xiàn)視覺感知。VR/AR/MR運(yùn)用于制造的管理過程中，則實現(xiàn)了制造的可視化管理，不僅可以使管理更形象直觀，還提高工作效率；同時可視化管理透明度高，便于現(xiàn)場人員互相監(jiān)督，發(fā)揮更好的激勵作用。

　　不僅如此，制造的可視化，更改變了市場模式。顧客和消費(fèi)者，可以通過VR/AR/MR自主提出個性化的需求，也可以全程觀看所需產(chǎn)品的制造全過程，使得客戶在體驗中獲得最大程度的滿足。

　　人工智能實現(xiàn)制造的智慧化

　　新一代智能制造的主要特征表現(xiàn)在制造系統(tǒng)具備了學(xué)習(xí)能力，知識產(chǎn)生、獲取、運(yùn)用和傳承效率發(fā)生革命性變化。新一代人工智能通過深度學(xué)習(xí)、增強(qiáng)學(xué)習(xí)等技術(shù)應(yīng)用于制造領(lǐng)域，顯著提高創(chuàng)新與服務(wù)能力。

　　從應(yīng)用上講，人工智能技術(shù)正在被不斷地被應(yīng)用到圖像識別、語音識別、智能機(jī)器人、故障診斷與預(yù)測性維護(hù)、質(zhì)量監(jiān)控等各個領(lǐng)域，覆蓋從研發(fā)創(chuàng)新、生產(chǎn)管理、質(zhì)量控制、故障診斷等多個方面。

　　人工智能可以對復(fù)雜過程進(jìn)行智能化指引。

　　以產(chǎn)品研發(fā)設(shè)計為例，工業(yè)設(shè)計軟件在集成了人工智能模塊后，可以理解設(shè)計師的需求，還可以與客戶需求、社會環(huán)境因素等多元化數(shù)據(jù)進(jìn)行對接，由此形成的數(shù)據(jù)模型可向設(shè)計者智能化推薦相關(guān)的設(shè)計研發(fā)方案，甚至自主設(shè)計出多個初步的產(chǎn)品方案供設(shè)計者選擇。

　　人工智能在生產(chǎn)制造管理方面發(fā)揮作用，創(chuàng)新生產(chǎn)模式，提高生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量。人工智能技術(shù)通過物聯(lián)網(wǎng)對生產(chǎn)過程、設(shè)備工況、工藝參數(shù)等信息進(jìn)行實時采集，隨時掌控運(yùn)行狀況；人工智能對產(chǎn)品質(zhì)量、缺陷進(jìn)行檢測和統(tǒng)計，保證產(chǎn)品的質(zhì)量；在離線狀態(tài)下，利用機(jī)器學(xué)習(xí)技術(shù)挖掘產(chǎn)品缺陷與物聯(lián)網(wǎng)歷史數(shù)據(jù)之間的關(guān)系，形成控制規(guī)則；在在線狀態(tài)下，通過增強(qiáng)學(xué)習(xí)技術(shù)和實時反饋，控制生產(chǎn)過程減少產(chǎn)品缺陷。

　　在維護(hù)服務(wù)環(huán)節(jié)中，系統(tǒng)利用傳感器對設(shè)備狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)測，通過機(jī)器學(xué)習(xí)建立設(shè)備故障的分析模型，在故障發(fā)生前，將可能發(fā)生故障的工件替換，從而保障設(shè)備的持續(xù)無故障運(yùn)行。

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