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制造系统的新前沿 智能工厂的特征与众不同在哪儿

制造系统的新前沿

智能工厂代表了从传统自动化向完全互联和柔性系统的飞跃。这个系统能够从互联的运营和生产系统中源源不断地获取数据,从而了解并适应新的需求。真正的智能工厂能够整合全系统内的物理资产、运营资产和人力资本,推动制造、维护、库存跟踪、通过数字孪生实现运营数字化以及整个制造网络中其他类型的活动。其产生的结果可能是系统效率更高也更为敏捷,生产停工时间更少,对工厂或整个网络中的变化进行预测和调整适应的能力更强,从而进一步提升市场竞争力。

智能工厂的定义

一直以来,自动化在某种程度上始终是工厂的一部分,甚至高水平的自动化也非新生事物。然而,“自动化”一词通常表示单一且独立的任务或流程的执行。过去,机器自行“决策”的情况往往是以自动化为基础的线性行为,如基于一套预定的规则打开阀门或开启或关闭水泵。

通过人工智能的应用,以及成熟度不断深化的信息物理系统将实体机器与业务流程相结合,自动化日益覆盖了通常由人类进行的复杂优化决策。最后,也许也是最为关键的,“智能工厂”一词亦表示通过互联互通的信息技术/运营技术格局,实现工厂车间决策及洞察与供应链以及整个企业其他部分的融合。这将从根本上改变生产流程,大大增强与供应商和客户之间的关系。

通过这个描述,我们可清楚地了解智能工厂并不仅仅是简单的自动化。智能工厂是一个柔性系统,能够自行优化整个网络的表现,自行适应并实时或近实时学习新的环境条件,并自动运行整个生产流程。智能工厂能够在工厂车间内自动运作,同时与具有类似生产系统的全球网络甚至整个数字化供应网络互联。需要注意的是,鉴于技术的快速发展趋势,本文对智能工厂的定义和描述不应视为其“终极形态”,相反,其代表的是长期进行的演变,是打造并维持一个柔性学习系统的不断发展的历程,而非过去工厂所进行的一次性现代化方式。

智能工厂真正强大之处在于其根据企业不断变化的需要发展和成长的能力,无论这些需要是客户需求的转变、进入新市场的扩张、新产品或服务的开发,还是预测性更强响应度更高的运行和维护方法、新流程或技术的引入,或是生产流程的准实时变化。由于具备更为强大的计算和分析能力,并拥有更为广泛的智能互联资产生态系统,智能工厂能使企业以过去相对困难甚至不可能的方式适应变化。

智能工厂是一个柔性系统,能够自行优化整个网络的表现,自行适应并实时或近实时学习新的环境条件,并自动运行整个生产流程。

智能工厂的特征与众不同在哪儿

面对企业或生态系统范围内的万千变化,许多制造企业疲于应对,运营状况面临巨大的压力。智能工厂解决方案能够提供多种方式,助其成功应对部分问题。实时调整并学习数据的能力使得智能工厂拥有更高的响应度,更具前瞻性和预测性,并助企业免受运营停工及其他生产难题的困扰。

某领先电子公司采用了一套全自动化的生产系统、三维扫描仪、物联网技术以及一体化机器控制,作为其在生产空调的过程中实施智能工厂解决方案的举措之一。这个自动化的益处包括客户交付时间缩短,整体成本下降,以及产能提升25%,残次品减少50%。

▲智能工厂及其部分主要特征

上图描述了智能工厂及其部分主要特征:互联、优化、透明、前瞻和敏捷。这些特征均有助于进行明智的决策,并协助企业改进生产流程。值得注意的是,世界上没有两个一模一样的智能工厂,制造企业可依据其特定需求,重点发展智能工厂的不同领域和特征。

互联或许是智能工厂最重要的特征,同时也是其最大的价值所在。智能工厂须确保基本流程与物料的互联互通,以生成实时决策所需的各项数据。在真正意义的智能工厂中,传感器遍布各项资产,因此系统可不断从新兴与传统渠道抓取数据集,确保数据持续更新,并反映当前情况。通过整合来自运营系统、业务系统、以及供应商和客户的数据,可全面掌控供应链上下游流程,从而提高供应网络的整体效率。

经过优化的智能工厂可实现高度可靠的运转,最大程度上降低人工干预。智能工厂具备自动化工作流程,可同步了解资产状况,同时优化了追踪系统与进度计划,能源消耗亦更加合理,可有效提高产量、运行时间以及质量,并降低成本、避免浪费。

智能工厂获取的数据公开透明:通过实时数据可视化,将从流程与成品或半成品获取的数据进行处理,并转变为切实可行的洞见,从而协助人工以及自动化决策流程。透明化网络还将进一步扩大对设备情况的认识,并通过基于角色的观点、实时警告与通知以及实时追踪与监控等手段,确保企业决策更加精准。

在一个前瞻型体系中,员工与系统可预见即将出现的问题或挑战,并提前予以应对,而非静待问题发生再作响应。这一特征包括识别异常情况,储备并补充库存,发现并提前解决质量问题,以及监控安全与维修问题。智能工厂能够基于历史与实时数据,预测未来成果,从而提高正常运行时间、产量与质量,同时预防安全问题。在智能工厂中,制造企业可通过创建数字孪生等流程,实现数字化运营,在自动化与整合的基础上,进一步培养预测能力。

智能工厂具备敏捷的灵活性,可快速适应进度以及产品变更,并将其影响降至最低。先进的智能工厂还可根据正在生产的产品以及进度变更,自动配置设备与物料流程,进而实时掌控这些变更所造成的影响。此外,灵活性还促使智能工厂在进度与产品发生变更时,最大程度上降低调整幅度,从而提高运行时间与产量并确保灵活的进度安排。

由于具备上述特征,制造企业可更加全面清晰地了解其资产与系统,有效应对传统工厂所面临的挑战,最终提高生产率,更加灵活地响应不断变化的供应商及客户情况。例如,一家服饰鞋品公司分别在欧洲与北美设立了全新智能工厂,以求解决制造企业经常面临的一些挑战,包括全球离散化生产以及日益变化的客户需求。

传统工厂和供应链往往面临流行变化趋势所带来的诸多挑战。新型智能工厂通常设于客户所在地附近,因此可更快响应新兴趋势,并迅速为消费者提供鞋品——预计不到一周,相较之下,传统工厂则需两至三个月。两家智能工厂均运用了各种数字化与物理技术,包括数字孪生、数字设计、增材制造设备以及自动化机器人等。公司打算汲取最初两家智能工厂的经验,将这种模式推广至亚洲等其他地区的更多基地。