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蔡穎:工業4.0離我們有多遠?
2017-05-15
APSS高級計劃與排程協會   2015-03-17 17:54:24 作者:蔡穎 來源:APSS 文字大小:[大][中][小]
 
工業4.0即第四次工業革命,基于信息物理系統CPS,物聯網IoT和互聯服務IoTs,產生的大數據流,即工業大數據,從而對其采集與分析,智能的管理高效的、高品質的多品種小批量的個性化或私人訂制的生產。主要體現在1、智慧工廠。2、智能制造。3、智能物流。
 
 
 
智能化的工業企業是真正實現了以需求為導向進行個性化制造、提供個性化服務的企業。智能制造企業包含了三個維度的“智能化”:產品的智能化、生產制造的智能化、企業的互聯智能化。
 
 
 
美國因為信息技術的領先優勢,走的是以信息技術企業擁抱“傳統”制造的路線,凸顯“產品的智能化”維度的競爭力,比如谷歌進軍無人汽車等。
 
 
 
德國因為傳統制造業的優勢,所以以生產制造過程智能化為切入點來往前后兩端延伸,推動其工業4.0。
 
 
 
中國互聯網與移動互聯應用的高速發展,很多企業在企業互聯化、移動互聯運作的新商業模式上獲得了突破。
 
 
 
智能制造具體包含內容如下:
 
 
 
1、智能設計,智能原型制造。
 
2、智能物聯,數據供應鏈,工業大數據、云計算。
 
3、智能機器人(加工,裝配,運輸,倉儲等)。
 
4、智能柔性、重構單元與生產線。
 
5、智能計劃排程(規則優化、算法化調度)。
 
6、智能流程(協同、移動、社交化管理等)。
 
7、智能診斷與控制(校正與自適應)。
 
8、人類智慧(專業技能,專家)。
 
 
 
智能供應鏈是基于神經網絡或規則運籌優化算法,其具體包含的內容如下:
 
 
 
 1、網絡戰略規劃優化
 
 2、銷售預測和需求計劃
 
 3、整合多工廠集中式或分布式計劃
 
 4、訂單承諾計劃與接單與插單模擬仿真
 
 5、智能生產計劃、庫存計劃與運輸計劃、配送排程
 
 6、供應商協同計劃與JIT/JIS供貨排程
 
 7、約束物料計劃同步能力計劃
 
 8、智能車間作業調度與排產
 
 9、虛擬仿真和人機交互
 
 10、實時智能動態滾動重排
 
 
 
價值鏈上的具體智能優化規則如下:
 
 
 
 
 
 1、零件入倉庫規則
 
 2、選擇倉庫零件規則
 
 3、零件配送方發規則、
 
 4、零件配送路線規則
 
 5、小車運輸方式選擇規則
 
 6、選擇小車的規則
 
 7、零件進入加工點的規則
 
 8、零件進選擇加工設備規則
 
 9、加工設備選擇零件的規則
 
 10、零件選擇緩沖站的規則
 
 11、加工設備選擇人力、刀具規則
 
 12、人力、刀具選擇設備規則
 
 13、人力、刀具選擇刀庫的刀位規則
 
 14、人力、機刀具器人運刀的規則
 
 15、分揀、波次、發運裝箱規則
 
 16、運輸方法的選擇規則
 
 17、運輸路線選擇規則
 
 18、分銷緩沖站的選擇規則
 
 
 
智能需求計劃與生產計劃包含:
 
 
 
1、銷售預測和需求計劃(智能算法趨勢)
 
2、整合多工廠集中式或分布式計劃(運籌優化)
 
3、訂單承諾計劃與接單與插單模擬(模擬仿真)
 
4、生產計劃、庫存計劃與運輸計劃、配送排程(規則與算法優化)
 
 
 
智能生產排程包含:
 
 
 
1、生產訂單下達規則優化
 
2、排序規則優化
 
3、資源選擇規則優化
 
4、資源組成員分配規則優化
 
 
 
智能車間優化調度包含:
 
 
 
1、智能生產排序
 
2、智能替換設備
 
3、智能替換工藝路線
 
4、智能合理安排班次,來滿足交期
 
5、智能跟蹤訂單完成情況,以避免訂單延遲
 
6、智能調度設備、人員滿負荷,滿足資源利用率
 
7、智能調度模具、夾具的準備情況
 
8、智能調度材料短缺與積壓
 
 9、智能處理車間意外狀況。如設備故障、缺料、員工病事假等
 
 10、人機可以交互處理
 
 
 
實現工業4.0的一般路線圖:
 
 
 
1、建立一個信息物理網絡系統(CPS)
 
 
 
CPS是一個新的概念,2005年才由美國科學院提出,2008年之后,美國才將CPS作為國家戰略性發展方向予以重視。
 
 
 
CPS是一個結合計算領域以及傳感器(Sensor)和致動器(Actuator)裝置的整合控制系統。包含了無處不在的環境感知、嵌入式系統、網絡通信和網絡控制等系統工程,使我們身邊的各種物體具有計算、通信、精確控制、遠程協作和自組織功能,使計算能力與物理系統緊密結合與協調。
 
 
 
在傳感器的幫助下,CPS接受并處理來自物理世界的大量數據,并將這些用于基于網絡的各種應用和服務中,最終會這些服務和應用會通過致動器反饋并影響實體世界。
 
 
 
目前已有某些領域出現似于CPS的電子控制綜合性系統,但目前這些系統通常都是嵌入式系統(Embedded System),嵌入式系統比較強調機器的計算能力,CPS則更為強調各個實體裝置和電腦運算網絡的融合,CPS是借用技術手段實現人的能力在時間、空間等方面的延伸,CPS的本質就是人、機、物的融合。
 
 
 
簡而言之,現在我們身邊常見的物體都是沒有感覺,沒有靈魂,不會思考,不會合作的死物,但CPS使我們的物理系統成為了活物,不僅賦予了物體以感覺,還賦予了其思考能力和協作能力,物理世界和數字世界將合二為一。
 
 
 
2、實現三項集成:縱向集成,橫向集成,端到端的集成
 
 
 
縱向集成就是解決企業內部信息孤島的集成,工業4.0 所要追求的就是在企業內部實現所有環節信息無縫鏈接,這是所有智能化的基礎。
 
 
 
橫向集成是企業之間通過價值鏈以及信息網絡所實現的一種資源整合,是為了實現各企業間的無縫合作,提供實時產品和服務。
 
 
 
端到端集成,圍繞產品全生命周期的價值鏈創造,通過價值鏈上不同企業資源的整合,實現從產品設計、生產制造、物流配送、使用維護的產品全生命周期的管理和服務。
 
 
 
集成的目標使人和人、人和機器、機器和機器以及服務和服務之間能夠互聯,從而實現橫向、縱向和端對端的高度集成。集成是工業4.0 的關鍵,集成是實現智能工廠的技術前提。
 
 
 
3、工業大數據
 
 
 
大數據驅動智能制造,它包含產品數據,運營數據,價值鏈數據,外部數據。工業4.0的核心就是數據,他們會滲透到企業運營、價值鏈乃至產品的整個生命周期,是工業4.0 的基石。
 
 
 
第一類是產品相關的數據,俗稱企業主數據。
 
第二類是運營數據,一般稱為交易數據。
 
第三類是整個價值鏈上的數據,如供應商、分銷商、客戶等數據。
 
第四類是對企業經營分析有價值的外部數據。
 
 
 
打造中國版的工業4.0
 
 
 
實現工業4.0和中國2025規劃應該根據中國產業發展背景,中國企業的現狀的逐步實現智能化。
 
 
 
第一步: 標準化
 
 第二步: 信息化
 
 第三步: 自動化
 
 第四步: 智能化
 
 
 
傳統制造企業轉型升級,成為智能化企業,終極目標是從產品、生產過程到企業運作全方位都實現了智能化,真正是基于以需求為導向實現個性化的生產制造。而每一類企業的行業積累、企業積累不一樣,特點不一樣,或選擇全方位推進,或選擇分步實施。
 
 
 
我們可以融合美國GE的工業互聯網、德國西門子的工業4.0、日本豐田的精益TPS、中國的兩化融合數字化工廠的實踐中,讓連接的萬物做正確的事。
 
 
 
在萬物相連的云計算、大數據、工業4.0時代,供應鏈優化軟件系統和工業自動化軟件系統大有用武之地,因為它們被設計用來在整個公司組織中進行部署,集中或分布,智能的滿足客戶近于苛刻的需求。
 
 
 
智能制造、智能供應鏈也不僅僅是“連接就是一切”,智能優化決策系統支持工業4.0的智慧工廠,智能制造、智能物流。其目標智能滿足最大化客戶服務水平與最低化總體擁有成本。
 
 
 
只有真正準確的理解什么是數字、數據、大數據、工業大數據、數據供應鏈,智能制造、智慧決策,CPS系統,才能探尋出實現中國版的工業4.0的路線圖,否則,又會陷入新一輪的喧囂! 
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