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智慧工廠:工業4.0核心載體 製造業升級之路

日期:2016年07月02日 02:24

國務院正式頒發《中國製造2025》規劃。「中國製造2025」與工業4.0強調的智能化信息化方向與發展戰略基本一致,新一輪的製造業變革逐步來臨。

智慧工廠:工業4.0核心載體,製造業升級之路。

智慧工廠,也稱數字化工廠(DF),是指以產品全生命周期的相關數據為基礎,在計算機虛擬環境中,對整個生產過程進行模擬、評估和優化,並進一步擴展到整個產品生命周期的新型生產組織方式。數字化工廠主要解決產品設計和產品製造之間的「鴻溝」,實現產品生命周期中的設計,製造、裝配、物流等各個方面的功能,降低設計到生產製造之間的不確定性,在虛擬環境下將生產製造過程壓縮和提前,並得以評估與檢驗,從而縮短產品設計到生產的轉化的時間,並且提高產品的可靠性與成功率。與一般工廠相比,數字化工廠強調的是生產計劃數字化,大量使用計算機各種輔助技術,如CAD、CAM、CIM等等,相對固定,由上而下。

智慧工廠的基本設想是製造的產品集成有動態數字存儲器、感知和通信能力,承載著整個供應鏈和生命周期中所需的各種信息;整個生產價值鏈中所集成的生產設施 能夠實現自組織,以及能夠根據當前的狀況靈活地決定生產過程。智慧工廠將建立「數字企業平台」,通過開放介面將虛擬環境與基礎架構融為一體,從而構成信息 物理融合系統(CPS),生產自動化系統將升級為信息物理融合生產系統(cyberphysicalproductionsystem,CPPS)。

工業4.0將由集中式控制向分散式增強型控制基本模式轉變。在這種模式中,傳統的行業界限將消失,並會產生各種新的活動領域和合作形式。創造新價值的過程正在發生改變,產業鏈分工將被重組,將使人類從「自動化生產」進入「智能化生產、綠色生產、都市化生產」。信息物理融合系統(CPS)是集成計算、通信與控制於一體的下一代智能系統,是計算進程和物理進程的統一體,包含了無處不在的環境感知、嵌入式計算、網路通信和網路控制等系統工程,使物理系統具有計算、通信、精確控制、遠程協作和自治功能。智能的網路世界與物理世界融合產生的CPS亦稱「工業物聯網」。

從中國製造到中國智造,這是工業4.0的大時代!工業流程中使用物聯網及其服務,從而產生了創新的工廠系統——智慧工廠。完全不同於傳統的工廠自動化系 統,智能工廠採用面向服務的體系架構,具體體系架構如上圖所示。從圖中可以看出,對應於傳統自動化系統的現場級,智慧工廠使用物聯網技術;對應於控制級, 智慧工廠採用CPPS信息物理融合生產系統;對應的監控管理級連接到安全可靠和可信的雲網路主幹網,智慧工廠採用服務互聯網提供的服務。

智能工廠:帶來製造業長期競爭力的提升。

互聯網激活傳統工業,保持製造業長期競爭力的必由之路:與前三次工業革命相比,我們認為工業4.0最大的進步在於利用互聯網激活了傳統工業過程,使工廠設 備「能說話、能思考」,同時實現三大功能:最大程度地降低製造業對勞動力的依賴、將流通成本降到最低、最大程度滿足用戶個性化需求。從長期來看,工業 4.0時代,對於智能工廠的投入將遠超過一般工業,但項目盈利能力也將顯著提高,並且資本投入越大、斜率越陡峭,即投資的邊際回報率越高。我們認為,無論在何種經濟體,工業4.0都將是製造業發展不可繞開的必由之路,是未來世界製造業最大的一波「浪潮」。

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