科技使能制造业向智慧化方向发展

来源:先进制造业

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关键词:制造业 物联网 工业互联网 人工智能

    为加强和推进我国工业互联网的进一步发展,自2017年11月,国务院发布《深化“互联网+先进制造业”发展工业互联网的指导意见》,2018年6月7日,工信部又发布《工业互联网发展行动计划(2018-2020年)》 、《工业互联网APP培育工程实施方案(2018-2020年)》等系列文件,从政策和资金支持角度,为工业互联网的发展提供保障,提出到2020年底,初步建成工业互联网基础设施和产业体系,推动30万家以上工业企业上云,培育超过30万个工业APP。

    在国家政策的有力支持下,越来越多的传统企业开始拥抱工业互联网,迎接数字新时代。富士康成立工业互联网有限公司,打造工业互联网平台,致力从传统制造企业变成先进制造企业,便是其中一个典型的代表。

    目前,我国工业互联网已经形成比较健全的产业体系,工业互联网进入大发展时代。据工业互联网产业联盟专家测算,2017年我国工业互联网直接产业规模约为5700亿元,预计到2020年将达到万亿元规模。

    科学技术推动智慧制造向智慧化制造的发展,这些科学技术包括传感技术、物联网、工业互联网、数字孪生(Digital Twin)、云计算、VR\AR\MR、工业大数据、增材制造、工业软件、新一代人工智能等。

    物联网技术实现制造的万物互联

    传感器和传感技术不仅是工业智能设备的关键的部件,同时也是工业互联网数据采集、分析、利用的源头和基础。随着工业互联网在工厂自动化等领域的应用,相关机构预测,到2019年,传感器在工业互联网领域的消费将达到200亿美元,传感器产业迎来一片“蓝海”。这一方面给传感器带来更为广阔的市场,同时也给传感器的企业在研发的投入上注射了一支加强剂。

    工业互联网的普及使得传感器大量使用,对传感器轻量化、低功耗、低成本提出了要求,同时也要求传感器向网络化、集成化、智能化发展。

    每天制造业都产生大量的数据,但这些杂乱无章的数据在没有物联网之前,都是数字垃圾。随着物联网技术的出现和发展,这些原来属于垃圾的垃圾,通过物联网网关将原来制造业设备等数据转化成数字的形式,变成了可以利用的数字信息。通过工业大数据和云计算,能实时掌握设备的运行情况及未来设备的故障时间提前预警,工作人员可以凭借这些信息适时更换磨损的部件,避免设备的长时间的停止运行,造成不必要的损失。

    另外,通过物联网的技术,还可以适时掌握产品在各个工序之间的制作情况以及产品的良好率,适时处理不良品。

    在制造智能联接产品时,人们可以选择把大部分软件直接与硬件集成,这样可以得到更快的响应速度、较低的网络依赖程度和更高的安全性;也可以把所有的应用都放在云端,硬件变成了终端接口,制造的复杂度会大大降低,而所有有价值的应用可以通过网络灵活配置,选择更广、更新更快,硬件的价值也会因此降低。

    仿真技术实现制造的虚拟化

    计算机仿真技术作为一门新兴的高新技术,其实建立在计算机能力基础之上的,随着计算机技术的飞速发展,其应用领域及其作用也越来越大。尤其航空、航天、国防及重大项目上的研究开发过程中,计算机仿真一直是一个不可或缺的工具。在设计产品方案之初,首先建立产品的数字化样机,然后在计算机上,运用不同的仿真分析软件,模拟产品的性能属性,最大限度缩短产品开发时间,优化产品性能,减少物理样机的问题,从而提高设计的效率。

    随着物联网技术的运用,出现与实体工厂相互映射,一一对应的虚拟的数字工厂。仿真技术与制造业的结合紧密性前所未有。仿真技术的应用范围大大地扩大了,在产品的研发、生产、测试、维护等产品生命周期,仿真技术已贯穿其中。目前仿真技术正从传统的制造领域向产品的销售和服务领域拓展。

    VR/AR/MR实现制造的可视化

    VR虚拟现实,是利用电脑模拟产生一个三维空间的虚拟世界,提供使用者关于视觉、听觉、触觉等感官的模拟,让使用者如同身历其境一般,可以及时、没有限制地观察3D空间内的事物。

    AR增强现实,是通过电脑技术,将虚拟的信息应用到真实世界,真实的环境和虚拟的物体实时地叠加到了同一个画面或空间同时呈现。

    在产品全生命周期的生产、研发过程中使用VR/AR技术,可以实现设计和装配工艺的真实模拟并优化,提高概念设计的效率,精简设计单位,而且能够更加有效地进行工厂规划、客户沟通,整个制造系统都真实地呈现在人们眼前。为制造业的研发、生产、管理、服务、销售和售后市场等各环节带来了深刻变革。

    MR混合现实,既包括增强现实和增强虚拟,指的是合并现实和虚拟世界而产生的新的可视化环境。在新的可视化环境里物理和数字对象共存,并实时互动。MR大大扩展了开展复杂协同工作的场所,让不同地点的工人操作相同的数字内容,就像他们在一个会议室中把玩同一个物件一样。这种工作模式提供充满沉浸感和存在感的沟通工具实现了同一公司内部以及跨公司环境下无缝协作。

    VR/AR/MR技术的发展,给智能制造带来可视化制造和管理的蓝图,让制造不仅可以通过传感器等物理感知,还能通过可视化实现视觉感知。VR/AR/MR运用于制造的管理过程中,则实现了制造的可视化管理,不仅可以使管理更形象直观,还提高工作效率;同时可视化管理透明度高,便于现场人员互相监督,发挥更好的激励作用。

    不仅如此,制造的可视化,更改变了市场模式。顾客和消费者,可以通过VR/AR/MR自主提出个性化的需求,也可以全程观看所需产品的制造全过程,使得客户在体验中获得最大程度的满足。

    人工智能实现制造的智慧化

    新一代智能制造的主要特征表现在制造系统具备了学习能力,知识产生、获取、运用和传承效率发生革命性变化。新一代人工智能通过深度学习、增强学习等技术应用于制造领域,显著提高创新与服务能力。

    从应用上讲,人工智能技术正在被不断地被应用到图像识别、语音识别、智能机器人、故障诊断与预测性维护、质量监控等各个领域,覆盖从研发创新、生产管理、质量控制、故障诊断等多个方面。

    人工智能可以对复杂过程进行智能化指引。

    以产品研发设计为例,工业设计软件在集成了人工智能模块后,可以理解设计师的需求,还可以与客户需求、社会环境因素等多元化数据进行对接,由此形成的数据模型可向设计者智能化推荐相关的设计研发方案,甚至自主设计出多个初步的产品方案供设计者选择。

    人工智能在生产制造管理方面发挥作用,创新生产模式,提高生产效率和产品质量。人工智能技术通过物联网对生产过程、设备工况、工艺参数等信息进行实时采集,随时掌控运行状况;人工智能对产品质量、缺陷进行检测和统计,保证产品的质量;在离线状态下,利用机器学习技术挖掘产品缺陷与物联网历史数据之间的关系,形成控制规则;在在线状态下,通过增强学习技术和实时反馈,控制生产过程减少产品缺陷。

    在维护服务环节中,系统利用传感器对设备状态进行监测,通过机器学习建立设备故障的分析模型,在故障发生前,将可能发生故障的工件替换,从而保障设备的持续无故障运行。


    (审核编辑: 智汇胡妮)