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蔡颖:工业4.0离我们有多远?
2017-05-15
APSS高级计划与排程协会   2015-03-17 17:54:24 作者:蔡颖 来源:APSS 文字大小:[大][中][小]
 
工业4.0即第四次工业革命,基于信息物理系统CPS,物联网IoT和互联服务IoTs,产生的大数据流,即工业大数据,从而对其采集与分析,智能的管理高效的、高品质的多品种小批量的个性化或私人订制的生产。主要体现在1、智慧工厂。2、智能制造。3、智能物流。
 
 
 
智能化的工业企业是真正实现了以需求为导向进行个性化制造、提供个性化服务的企业。智能制造企业包含了三个维度的“智能化”:产品的智能化、生产制造的智能化、企业的互联智能化。
 
 
 
美国因为信息技术的领先优势,走的是以信息技术企业拥抱“传统”制造的路线,凸显“产品的智能化”维度的竞争力,比如谷歌进军无人汽车等。
 
 
 
德国因为传统制造业的优势,所以以生产制造过程智能化为切入点来往前后两端延伸,推动其工业4.0。
 
 
 
中国互联网与移动互联应用的高速发展,很多企业在企业互联化、移动互联运作的新商业模式上获得了突破。
 
 
 
智能制造具体包含内容如下:
 
 
 
1、智能设计,智能原型制造。
 
2、智能物联,数据供应链,工业大数据、云计算。
 
3、智能机器人(加工,装配,运输,仓储等)。
 
4、智能柔性、重构单元与生产线。
 
5、智能计划排程(规则优化、算法化调度)。
 
6、智能流程(协同、移动、社交化管理等)。
 
7、智能诊断与控制(校正与自适应)。
 
8、人类智慧(专业技能,专家)。
 
 
 
智能供应链是基于神经网络或规则运筹优化算法,其具体包含的内容如下:
 
 
 
 1、网络战略规划优化
 
 2、销售预测和需求计划
 
 3、整合多工厂集中式或分布式计划
 
 4、订单承诺计划与接单与插单模拟仿真
 
 5、智能生产计划、库存计划与运输计划、配送排程
 
 6、供应商协同计划与JIT/JIS供货排程
 
 7、约束物料计划同步能力计划
 
 8、智能车间作业调度与排产
 
 9、虚拟仿真和人机交互
 
 10、实时智能动态滚动重排
 
 
 
价值链上的具体智能优化规则如下:
 
 
 
 
 
 1、零件入仓库规则
 
 2、选择仓库零件规则
 
 3、零件配送方发规则、
 
 4、零件配送路线规则
 
 5、小车运输方式选择规则
 
 6、选择小车的规则
 
 7、零件进入加工点的规则
 
 8、零件进选择加工设备规则
 
 9、加工设备选择零件的规则
 
 10、零件选择缓冲站的规则
 
 11、加工设备选择人力、刀具规则
 
 12、人力、刀具选择设备规则
 
 13、人力、刀具选择刀库的刀位规则
 
 14、人力、机刀具器人运刀的规则
 
 15、分拣、波次、发运装箱规则
 
 16、运输方法的选择规则
 
 17、运输路线选择规则
 
 18、分销缓冲站的选择规则
 
 
 
智能需求计划与生产计划包含:
 
 
 
1、销售预测和需求计划(智能算法趋势)
 
2、整合多工厂集中式或分布式计划(运筹优化)
 
3、订单承诺计划与接单与插单模拟(模拟仿真)
 
4、生产计划、库存计划与运输计划、配送排程(规则与算法优化)
 
 
 
智能生产排程包含:
 
 
 
1、生产订单下达规则优化
 
2、排序规则优化
 
3、资源选择规则优化
 
4、资源组成员分配规则优化
 
 
 
智能车间优化调度包含:
 
 
 
1、智能生产排序
 
2、智能替换设备
 
3、智能替换工艺路线
 
4、智能合理安排班次,来满足交期
 
5、智能跟踪订单完成情况,以避免订单延迟
 
6、智能调度设备、人员满负荷,满足资源利用率
 
7、智能调度模具、夹具的准备情况
 
8、智能调度材料短缺与积压
 
 9、智能处理车间意外状况。如设备故障、缺料、员工病事假等
 
 10、人机可以交互处理
 
 
 
实现工业4.0的一般路线图:
 
 
 
1、建立一个信息物理网络系统(CPS)
 
 
 
CPS是一个新的概念,2005年才由美国科学院提出,2008年之后,美国才将CPS作为国家战略性发展方向予以重视。
 
 
 
CPS是一个结合计算领域以及传感器(Sensor)和致动器(Actuator)装置的整合控制系统。包含了无处不在的环境感知、嵌入式系统、网络通信和网络控制等系统工程,使我们身边的各种物体具有计算、通信、精确控制、远程协作和自组织功能,使计算能力与物理系统紧密结合与协调。
 
 
 
在传感器的帮助下,CPS接受并处理来自物理世界的大量数据,并将这些用于基于网络的各种应用和服务中,最终会这些服务和应用会通过致动器反馈并影响实体世界。
 
 
 
目前已有某些领域出现似于CPS的电子控制综合性系统,但目前这些系统通常都是嵌入式系统(Embedded System),嵌入式系统比较强调机器的计算能力,CPS则更为强调各个实体装置和电脑运算网络的融合,CPS是借用技术手段实现人的能力在时间、空间等方面的延伸,CPS的本质就是人、机、物的融合。
 
 
 
简而言之,现在我们身边常见的物体都是没有感觉,没有灵魂,不会思考,不会合作的死物,但CPS使我们的物理系统成为了活物,不仅赋予了物体以感觉,还赋予了其思考能力和协作能力,物理世界和数字世界将合二为一。
 
 
 
2、实现三项集成:纵向集成,横向集成,端到端的集成
 
 
 
纵向集成就是解决企业内部信息孤岛的集成,工业4.0 所要追求的就是在企业内部实现所有环节信息无缝链接,这是所有智能化的基础。
 
 
 
横向集成是企业之间通过价值链以及信息网络所实现的一种资源整合,是为了实现各企业间的无缝合作,提供实时产品和服务。
 
 
 
端到端集成,围绕产品全生命周期的价值链创造,通过价值链上不同企业资源的整合,实现从产品设计、生产制造、物流配送、使用维护的产品全生命周期的管理和服务。
 
 
 
集成的目标使人和人、人和机器、机器和机器以及服务和服务之间能够互联,从而实现横向、纵向和端对端的高度集成。集成是工业4.0 的关键,集成是实现智能工厂的技术前提。
 
 
 
3、工业大数据
 
 
 
大数据驱动智能制造,它包含产品数据,运营数据,价值链数据,外部数据。工业4.0的核心就是数据,他们会渗透到企业运营、价值链乃至产品的整个生命周期,是工业4.0 的基石。
 
 
 
第一类是产品相关的数据,俗称企业主数据。
 
第二类是运营数据,一般称为交易数据。
 
第三类是整个价值链上的数据,如供应商、分销商、客户等数据。
 
第四类是对企业经营分析有价值的外部数据。
 
 
 
打造中国版的工业4.0
 
 
 
实现工业4.0和中国2025规划应该根据中国产业发展背景,中国企业的现状的逐步实现智能化。
 
 
 
第一步: 标准化
 
 第二步: 信息化
 
 第三步: 自动化
 
 第四步: 智能化
 
 
 
传统制造企业转型升级,成为智能化企业,终极目标是从产品、生产过程到企业运作全方位都实现了智能化,真正是基于以需求为导向实现个性化的生产制造。而每一类企业的行业积累、企业积累不一样,特点不一样,或选择全方位推进,或选择分步实施。
 
 
 
我们可以融合美国GE的工业互联网、德国西门子的工业4.0、日本丰田的精益TPS、中国的两化融合数字化工厂的实践中,让连接的万物做正确的事。
 
 
 
在万物相连的云计算、大数据、工业4.0时代,供应链优化软件系统和工业自动化软件系统大有用武之地,因为它们被设计用来在整个公司组织中进行部署,集中或分布,智能的满足客户近于苛刻的需求。
 
 
 
智能制造、智能供应链也不仅仅是“连接就是一切”,智能优化决策系统支持工业4.0的智慧工厂,智能制造、智能物流。其目标智能满足最大化客户服务水平与最低化总体拥有成本。
 
 
 
只有真正准确的理解什么是数字、数据、大数据、工业大数据、数据供应链,智能制造、智慧决策,CPS系统,才能探寻出实现中国版的工业4.0的路线图,否则,又会陷入新一轮的喧嚣! 
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