智能制造系統(tǒng)是一個覆蓋設(shè)計、物流、倉儲、生產(chǎn)、檢測等生產(chǎn)全過程的極其復(fù)雜的巨系統(tǒng),企業(yè)要搭建一個完整的智能制造系統(tǒng),最困難也是最核心的部分就是生產(chǎn)過程數(shù)字化。
01數(shù)字化設(shè)計數(shù)字化設(shè)計是智能制造系統(tǒng)的源頭,是企業(yè)實現(xiàn)數(shù)字化、智能化道路上必須要突破的關(guān)鍵點。制造業(yè)中的設(shè)計包括產(chǎn)品設(shè)計、工藝設(shè)計、工藝優(yōu)化、樣品制造、檢測檢驗等一系列過程。傳統(tǒng)的研發(fā)設(shè)計流程是以模塊分立形式,按照順序完成開發(fā),產(chǎn)品開發(fā)周期長且質(zhì)量得不到保證。而數(shù)字化設(shè)計借助計算機輔助設(shè)計軟件(CAX)、三維設(shè)計與建模工具等技術(shù)能夠賦予企業(yè)將研發(fā)過程全面數(shù)字化、模型化,實現(xiàn)研發(fā)設(shè)計流程的高度集成、協(xié)同與融合,大幅縮短產(chǎn)品開發(fā)周期,降低開發(fā)風(fēng)險和開發(fā)費用。
目前 CAX 類軟件在國內(nèi)制造業(yè)企業(yè)中已有一定程度應(yīng)用基礎(chǔ),但從發(fā)展趨勢及與智能制造系統(tǒng)的契合程度來看,第三代產(chǎn)品設(shè)計語言 MBD(基于模型的設(shè)計)技術(shù)將成為數(shù)字化設(shè)計的主武器,MBD 的應(yīng)用將打通數(shù)字化設(shè)計與數(shù)字化制造,使三維模型成為制造的唯一數(shù)據(jù)源,讓產(chǎn)品模型在整個生命周期得到充分利用。
02智能制造單元智能制造單元是針對離散加工現(xiàn)場,將一組能力相近的加工設(shè)備和輔助設(shè)備進行模塊化、集成化、一體化的聚合,使其具備多品種少批量產(chǎn)品的生產(chǎn)輸出能力。對于離散制造領(lǐng)域的中小型企業(yè)來說,打造智能制造單元是開啟智能化道路行之有效的切入點,其最大的作用在于提升設(shè)備開動率,加快生產(chǎn)節(jié)奏,“簡單粗暴”的通過增加產(chǎn)出來提升企業(yè)收益。
“智造單元”是一種模塊化的小型數(shù)字化工廠實踐,整個單元由自動化模塊、信息化模塊和智能化模塊三部分組成,以“最小的數(shù)字化工廠”實現(xiàn)企業(yè)在多品種小批量乃至單件自動化的生產(chǎn)智能化。
03生產(chǎn)全過程數(shù)字化打通數(shù)據(jù)→整合優(yōu)化→互聯(lián)互通→降本增效。生產(chǎn)全過程數(shù)字化是將“人、機、料、法、環(huán)”五個層面的數(shù)據(jù)連接、融合并形成一個完整的閉環(huán)系統(tǒng),通過對生產(chǎn)全過程數(shù)據(jù)的采集、傳輸、分析、決策,優(yōu)化資源動態(tài)配置,提升產(chǎn)品質(zhì)量管控。生產(chǎn)全過程數(shù)字化需要企業(yè)在人員配備、自動化設(shè)備、設(shè)備連接、環(huán)境感知等各方面具備良好的基礎(chǔ),即前文中提到的智能“神經(jīng)系統(tǒng)”包含的要素必須齊全。在此基礎(chǔ)上,生產(chǎn)全過程數(shù)字化的重點工作是打通各種數(shù)據(jù)流,包括從生產(chǎn)計劃到生產(chǎn)執(zhí)行(ERP 與 MES)的數(shù)據(jù)流、MES 與控制設(shè)備和監(jiān)視設(shè)備之間的數(shù)據(jù)流、現(xiàn)場設(shè)備與控制設(shè)備之間的數(shù)據(jù)流。有條件的企業(yè)可以自主研發(fā)或委托開發(fā)生產(chǎn)數(shù)字化集成平臺,將不同生產(chǎn)環(huán)節(jié)的設(shè)備、軟件和人員無縫地集成為一個協(xié)同工作的系統(tǒng),實現(xiàn)互聯(lián)、互通、互操作。
04智能物流倉儲系統(tǒng)讓一切物理實體流動起來,節(jié)省空間、時間與人力資源。
物流倉儲是制造業(yè)中極為重要的一環(huán),如果說通信網(wǎng)絡(luò)是智能制造系統(tǒng)的神經(jīng)纖維,那么物流倉儲則可視為智能制造系統(tǒng)的血管。智能物流倉儲系統(tǒng)的應(yīng)用能夠使原材料、輔助物料、在制品、制成品等物理對象在各個生產(chǎn)工序間順暢流轉(zhuǎn),并通過提升倉庫貨位利用效率、提高倉儲作業(yè)的靈活性與準確性、合理控制庫存總量、降低物流倉儲人員需求數(shù)量等方式大幅壓縮物流倉儲成本。
智能物流倉儲系統(tǒng)盡管不直接參與產(chǎn)品的生產(chǎn),但作為整個智能制造系統(tǒng)中的重要子系統(tǒng),其組成架構(gòu)也與之類似,分為設(shè)備層、操作層、企業(yè)層,設(shè)備層包括倉儲設(shè)備、物流設(shè)備、識別設(shè)備;操作層由 WMS、WCS、TMS 等軟件構(gòu)成;企業(yè)層則對接 ERP、CRM、SCM 等管理軟件的采購、計劃、庫存、發(fā)貨等模塊,融入總系統(tǒng)的閉環(huán)中。
05大規(guī)模定制平臺打造向大規(guī)模定制轉(zhuǎn)型的入口,提升品牌價值與用戶粘性。銷售是所有企業(yè)的核心業(yè)務(wù)之一,智能制造系統(tǒng)中的銷售智能化除了應(yīng)用 CRM 等軟件管理銷售業(yè)務(wù)外,更為重要的是在訂單獲取層面發(fā)揮作用。在當(dāng)前個性化需求日益旺盛的環(huán)境下,企業(yè)通過建立定制平臺,能夠?qū)⒂脩籼崆耙氲疆a(chǎn)品的設(shè)計、生產(chǎn)過程中,通過差異化的定制參數(shù)、柔性化的生產(chǎn),使個性化需求得到快速實現(xiàn),以此提升品牌價值,增加用戶粘性。與之相匹配的,企業(yè)應(yīng)將定制平臺與智能制造系統(tǒng)中的研發(fā)設(shè)計、計劃排產(chǎn)、制造執(zhí)行等模塊實現(xiàn)協(xié)同與集成,實現(xiàn)從線上用戶定制方案,到線下柔性化生產(chǎn)的全定制過程;在企業(yè)后臺建立個性化產(chǎn)品數(shù)據(jù)庫,應(yīng)用大數(shù)據(jù)技術(shù)對用戶的個性化需求特征進行挖掘和分析,并反饋到研發(fā)設(shè)計部門,優(yōu)化產(chǎn)品及工藝,基于用戶需求新趨勢開展研發(fā)活動。
06產(chǎn)品遠程運維服務(wù)以智能化服務(wù)拓展商業(yè)模式,推動價值鏈向后延伸。智能制造視角下的產(chǎn)品服務(wù)是借助云服務(wù)、數(shù)據(jù)挖掘和智能分析等技術(shù),捕捉、分析產(chǎn)品信息,更加主動、精準、高效的給用戶提供服務(wù),推動企業(yè)價值鏈向后延伸。遠程運維服務(wù)即是典型的制造企業(yè)智能化服務(wù)模式,企業(yè)利用物聯(lián)網(wǎng)、云計算、大數(shù)據(jù)等技術(shù)對生產(chǎn)并已投入使用的智能產(chǎn)品的設(shè)備狀態(tài)、作業(yè)操作、環(huán)境情況等維度的數(shù)據(jù)進行采集、篩選、分析、儲存和管理,基于上述數(shù)據(jù)的分析結(jié)果為用戶提供產(chǎn)品的日常運行維護、預(yù)測性維護、故障預(yù)警、診斷與修復(fù)、運行優(yōu)化、遠程升級等服務(wù)。
遠程運維服務(wù)可以有效降低設(shè)備故障率,提升設(shè)備使用率與使用壽命,既能減輕制造商的負擔(dān),又能顯著提升產(chǎn)品價值。遠程運維對于企業(yè)產(chǎn)品的智能化程度要求較高,產(chǎn)品必須配備開放的數(shù)據(jù)接口,具備數(shù)據(jù)采集、通信模塊;企業(yè)還需建立遠程運維服務(wù)前端平臺與后端數(shù)據(jù)中心,采集產(chǎn)品數(shù)據(jù)并基于大數(shù)據(jù)分析與計算,向用戶提供增值服務(wù)。
07數(shù)字孿生與智能制造的結(jié)合數(shù)字孿生,即物理空間在信息空間的完全映射,信息在兩個空間中交互和融合,由統(tǒng)一“軟件”平臺協(xié)調(diào)和安排資源、能源、時間的最優(yōu)分配,并在反饋中不斷升級。由于人工智能技術(shù)的應(yīng)用,機器算法將替代人的決策過程,形成對資源、能源、時間等生產(chǎn)要素的動態(tài)配置,并在數(shù)據(jù)反饋中不斷優(yōu)化算法精度,提升決策水平,即智能制造系統(tǒng)相對傳統(tǒng)制造具備自感知、自學(xué)習(xí)、自決策、自執(zhí)行和自適應(yīng)能力。
回溯工業(yè)革命發(fā)展歷程,在機械化生產(chǎn)時期,信息技術(shù)尚未出現(xiàn),所有生產(chǎn)要素都集中在物理空間中發(fā)生;到了電氣化生產(chǎn)時期,機器大規(guī)模生產(chǎn)拓展了實體要素發(fā)生的物理空間,從小作坊變成了大工廠。伴隨信息技術(shù)發(fā)展以及在制造領(lǐng)域的深入應(yīng)用,相對于物理空間中的實體要素外,信息和數(shù)據(jù)作為新生產(chǎn)要素,在企業(yè)活動中扮演越來越重要的角色。
在當(dāng)前高度信息化和集成化的工業(yè)生產(chǎn)模式,生產(chǎn)線發(fā)生意外故障時,很容易致使全產(chǎn)線停機停產(chǎn),例如高度精細化的汽車生產(chǎn)線,會造成每天數(shù)百萬級的損失。對于一些特殊工藝生產(chǎn)線,比如高溫高壓下的化工生產(chǎn)線,甚至面臨嚴重的安全風(fēng)險和衍生災(zāi)害。因此工業(yè)生產(chǎn)過程中需要基于大量數(shù)據(jù),在虛擬數(shù)字空間中進行例如設(shè)備診斷、化學(xué)類生產(chǎn)過程的模擬,以及對當(dāng)前設(shè)備狀態(tài)和生產(chǎn)工藝下結(jié)果的仿真預(yù)測等,從而防止現(xiàn)場故障、生產(chǎn)異常產(chǎn)生出嚴重后果。
工業(yè)設(shè)備數(shù)字孿生系統(tǒng)是以具體應(yīng)用需求為目標,基于實體數(shù)字建模、物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、人工智能等多融合技術(shù),通過構(gòu)建物理空間與數(shù)字空間之間的閉環(huán)數(shù)據(jù)交換通道,實現(xiàn)數(shù)字空間和工業(yè)設(shè)備的虛實客觀映射,在數(shù)字空間對物理設(shè)備的實時狀態(tài)進行呈現(xiàn),并對歷史狀態(tài)進行記錄?;谄錉顟B(tài)的映射和記錄,面向具體應(yīng)用需求,對物理空間的活動進行分析決策支持或閉環(huán)控制,并支持設(shè)備實體與數(shù)字孿生系統(tǒng)的雙向迭代優(yōu)化。其包括實現(xiàn)以上目標的物理設(shè)備、傳感系統(tǒng)、計算系統(tǒng)、實體數(shù)字模型、數(shù)據(jù)模型、算法模型以及相應(yīng)的應(yīng)用軟件。
08工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)賦能智能制造工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)(Industrial Internet)作為新一代信息技術(shù)與制造業(yè)深度融合的產(chǎn)物,已成為推動智能制造發(fā)展的重要引擎。它將物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、人工智能等技術(shù)與傳統(tǒng)制造業(yè)深度融合,賦能制造業(yè)實現(xiàn)生產(chǎn)過程的智能化、網(wǎng)絡(luò)化、數(shù)字化和高度柔性化。
首先,工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)為智能制造提供了強大的數(shù)據(jù)支撐。通過傳感器、設(shè)備和系統(tǒng)的連接,工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)實現(xiàn)了對生產(chǎn)過程的實時監(jiān)測、數(shù)據(jù)采集和信息傳遞。這些數(shù)據(jù)不僅包括設(shè)備的運行狀態(tài)、工藝參數(shù),還包括產(chǎn)品的生產(chǎn)軌跡、質(zhì)量指標等信息。借助大數(shù)據(jù)分析和挖掘技術(shù),制造企業(yè)可以從海量數(shù)據(jù)中發(fā)現(xiàn)潛在的生產(chǎn)優(yōu)化點,提高生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量。
其次,工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)實現(xiàn)了制造資源的高度集成和共享。在傳統(tǒng)制造模式下,企業(yè)往往存在資源孤島現(xiàn)象,生產(chǎn)設(shè)備、信息系統(tǒng)之間缺乏有效的協(xié)同和集成。而通過工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)技術(shù),不同設(shè)備、工序、企業(yè)之間可以實現(xiàn)信息共享和資源整合,實現(xiàn)生產(chǎn)資源的最大化利用。這種資源共享模式既可以降低企業(yè)的生產(chǎn)成本,又可以提高資源利用效率,實現(xiàn)生產(chǎn)要素的優(yōu)化配置。
第三,工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)賦能智能制造實現(xiàn)了生產(chǎn)過程的智能化和自動化。通過工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺的建設(shè)和數(shù)據(jù)分析,制造企業(yè)可以實現(xiàn)生產(chǎn)過程的智能調(diào)度、自動控制和遠程監(jiān)控。生產(chǎn)設(shè)備可以根據(jù)實時生產(chǎn)數(shù)據(jù)進行自適應(yīng)調(diào)節(jié),實現(xiàn)生產(chǎn)過程的優(yōu)化和精益化管理。同時,基于人工智能和機器學(xué)習(xí)技術(shù),工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)還可以實現(xiàn)生產(chǎn)過程的預(yù)測性維護和故障預(yù)警,提高設(shè)備的穩(wěn)定性和可靠性。
最后,工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)為智能制造提供了開放和靈活的生態(tài)環(huán)境。通過工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺的建設(shè),制造企業(yè)可以與供應(yīng)商、合作伙伴、客戶等各方建立起緊密的連接和協(xié)同關(guān)系。這種開放式的生態(tài)環(huán)境不僅可以促進創(chuàng)新和知識共享,還可以為企業(yè)提供更多的商業(yè)機會和增長空間。同時,工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺的靈活性和可擴展性也為企業(yè)未來的發(fā)展提供了更大的可能性和空間。
09AI 大模型引領(lǐng)智能制造近年來,智能制造逐漸成為全球工業(yè)發(fā)展的重要趨勢之一,而人工智能(AI)大模型的出現(xiàn)和應(yīng)用正是智能制造向前邁進的重要驅(qū)動力之一。
首先,工業(yè)大模型的部署將成為智能制造的核心支撐。通過在工業(yè)生產(chǎn)和制造過程中應(yīng)用 AI 大模型,可以實現(xiàn)更加智能化和靈活化的生產(chǎn)模式。這些大模型可以通過學(xué)習(xí)和分析大量數(shù)據(jù),提高生產(chǎn)效率、優(yōu)化生產(chǎn)流程,并且在預(yù)測性維護、質(zhì)量控制等方面發(fā)揮重要作用。因此,加速工業(yè)大模型的部署將成為智能制造發(fā)展的重要推動力。
其次,建立完善的標準體系是智能制造發(fā)展的基礎(chǔ)。隨著智能制造技術(shù)的不斷發(fā)展和應(yīng)用,相關(guān)標準體系的建設(shè)變得尤為重要。這不僅包括技術(shù)標準,還包括安全標準、數(shù)據(jù)標準等方面。通過建立統(tǒng)一的標準體系,可以提高智能制造產(chǎn)品的質(zhì)量和安全性,促進產(chǎn)業(yè)發(fā)展和國際交流合作。
此外,對龍頭企業(yè)的支持和引導(dǎo)也是智能制造發(fā)展的關(guān)鍵。龍頭企業(yè)在智能制造領(lǐng)域具有豐富的經(jīng)驗和技術(shù)積累,可以在關(guān)鍵技術(shù)裝備的研發(fā)和應(yīng)用方面發(fā)揮重要作用。國家層面應(yīng)設(shè)立智能制造發(fā)展基金,為企業(yè)的智能制造項目提供資金支持,推動智能制造技術(shù)的創(chuàng)新和應(yīng)用。
綜上所述,AI 大模型的應(yīng)用將成為智能制造的重要驅(qū)動力,加速工業(yè)大模型的部署、完善標準體系建設(shè)以及支持龍頭企業(yè)的發(fā)展,將為智能制造的發(fā)展奠定堅實的基礎(chǔ),助力中國智能制造走向更加智能化、高效化的未來。
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