智慧工厂V2.4-系统架构_

什么是智慧工厂？如何做2022年-2025年的智慧工厂？ 首先，智慧工厂是用来生产高质量、高数量的产品的； 其次，智慧工厂是用智能化、5G、物联网、软件、传感仪表结合为工厂的设备、人员、物料与产品、工艺、整体环境全面赋能的； 最后，智慧工厂以 数字与物理结合的元宇宙：虚拟现实世界，掌握全部制造数据，打造高端智能 制造装备，结合高素质、高科技、高专业人才的知识服务，不断为少人化、智能化、虚拟现实化、订单柔性化进行服务。

智慧工厂-系统规划与设计 V2.4

• 一、智慧工厂概念
  • 1.工厂信息化、智能化、自动化、柔性化的新阶段
    • 智慧工厂是5G、AI大环境下，现代工厂信息化发展的新阶段
  • 2.数字化、物联网、ERP、MES、从订单到交付
    • 是在数字化工厂的基础上，利用物联网的技术和设备监控技术加强信息管理和服务；清楚掌握产销流程、提高生产过程的可控性、减少生产线上人工的干预、即时正确地采集生产线数据，以及合理的生产计划编排与生产进度
  • 3.绿色智能、环境舒适
    • 绿色智能的手段和智能系统等新兴技术于一体，构建一个高效节能的、绿色环保的、环境舒适的人性化工厂
• 二、数字化工厂
  • 1.以 产品全生命周期为基础
    • 产品全生命周期的相关数据为基础，在计算机 数字孪生 仿真工厂中
    • 中，对整个生产过程进行仿真、评估和优化，并进一步扩展到整个 工厂制造的 产品全生命周期中
    • 的新型生产组织方式：柔性化、订单化、定制化、设计化、交付极速化
  • 2. 解决产品设计和产品制造 之间的 “鸿沟”
    • 主要解决产品设计和产品制造之间的“鸿沟”，实现产品生命周期中的设计，制造、装配、物流等各个方面的功能，降低设计到生产制造之间的不确定性，在虚拟环境下将生产制造过程压缩和提前，并得以评估与检验，从而缩短产品设计到生产的转化的时间，并且提高产品的可靠性与成功率
    • 关键词： 设计、制造、装备、物流各环节，“工厂元宇宙环境 模拟全流程”，向真实环境 无线逼近与结合。
    • 流程：订单 到 ERP 到 MES系统 进行生产控制， 到 仓储、到物流 到 “数字宇宙体验店 包括线上和线下”
• 三、实现 需要的技术
  • 1.智能传感器
    • 无线感测器将是未来实现智慧工厂的重要利器
    • 智慧感测是基本构成要素，要让制造流程有智慧判断的能力，仪器、仪表、感测器等控制系统的基本构成要素，是关注焦点。
    • 仪器仪表的智慧化，主要是以微处理器和人工智慧技术的发展与应用为主，包括运用神经网路、遗传演算法、进化计算、溷沌控制等智慧技术，使仪器仪表实现高速、高效、多功能、高机动灵活等性能
    • 例如：专家控制系统
      • (expert control system；ECS)就是一种而具有大量的专门知识与经验的程式系统。它运用人工智慧技术和电脑技术，根据某领域一个或多个专家提供的知识和经验，进行推理和判断，模拟人类专家的决策过程，解决那些需要人类专家才能解决好的复杂问题
    • 例如：模块控制器
      • 模块逻辑控制器(FLC-Fuzzy Logic Controller)，也是智慧工厂相关技术的关注焦点。由于模块控制技术具有处理不确定性、不精确性和模块资讯的能力，对无法建造数学模型的被控过程，能进行有效的控制，能解决一些用常规控制方法不能解决的问题，也让模块控制在工业控制领域得到了广泛的应用
  • 2.控制系统 网路化
    • 随着工厂制造流程连接的嵌入式设备越来越多，透过云端架构部署控制系统，无疑已是当今最重要的趋势之一
    • 在工业自动化领域，随着应用和服务向云端运算转移，资料和运算位置的主要模式都已经被改变了，由此也给嵌入式设备领域带来颠覆性变革
    • ERP+设备的在线化；云端计算、设备互联网
    • 随着嵌入式产品和许多工业自动化领域的典型IT元件，如制造执行系统(manufacturing execution systems；MES)以及生产计划系统(production planning systems；PPS)的智慧化，以及连线程度日渐提高，云端运算将可提供更完整的系统和服务，生产设备将不再是过去单一而独立的个体
    • 变化：孤立的嵌入式设备 介入 智能工厂大云端
    • 将孤立的嵌入式设备接入工厂制造流程，甚至是云端，其实具有高度的颠覆性，必定会对工厂制造流程产生重大的影响。一旦完成连线，一切的制造规则都可能会改变
    • 包括体系结构、控制方法以及人机协作方法等，都会因为控制系统网路化，而产生变化，如控制与通信的耦合、时间延迟、资讯调度方法、分散式控制方式与故障诊断等，都使得自动控制理论在网路环境下的控制方法和演算法，都需要不断地创新
    • 5G WiFi6 光纤 共同打造 大数据流量的 “高速公路”
    • 由于影像、语音信号等大资料量、高速率传输对网路频宽的要求，对控制系统网路化，更构成严厉的挑战。因为工业生产流程不容许一点点差错，网路传递的封包资讯不能有一点点漏失，而且网路上传递的资讯非常多样化，哪些资料应该先传(如设备故障讯息)，哪些资料可以晚点传(如电子邮件)，都要靠控制系统的智慧能力，进行适当的判断才能得以实现
  • 3.工业通信 无线化
    • 5G wifi6+ 、蓝牙6.0、ZigBee高级版.. 工业无线网频段
    • 趋势、趋势：
    • 根据专家分析，到2013年，全球工厂自动化中的无线通讯系统应用，将每年增加约40%。随着无线技术日益普及，各家供应商正在提供一系列软硬体技术，协助在产品中增加通信功能。这些技术支援的通信标准包括蓝牙、Wi-Fi、GPS、LTE以及WiMa
• 四、智慧工厂特征
  • 概念是智能工业发展的新方向。特征在制造生产上体现为
  • 1. 自主能力
    • 系统具有自主能力：可采集与理解外界及自身的资讯，并以之分析判断及规划自身行为
  • 2.整体可视化技术的实践
    • 结合讯号处理、推理预测、仿真及多媒体技术，将实境扩增展示现实生活中的设计与制造过程
    • 数字孪生、元宇宙工厂、AR VR XR的融合
  • 3.协调、重组及扩充特性
    • 系统中各组承担为可依据工作任务，自行组成最佳系统结构
  • 4.自我学习及维护能力
    • 透过系统自我学习功能，在制造过程中落实资料库补充、更新，及自动执行故障诊断，并具备对故障排除与维护，或通知对的系统执行的能力
  • 5.人机共存的系统
    • 人机之间具备互相协调合作关系，各自在不同层次之间相辅相成
• 五、功能模块
  • 1.智能仓储
    • 自动备料、自动上料
  • 2.智能车间
    • 自动生产、组装、包装
  • 3.智能品质管控
    • 自动品质管控
  • 4.集成其他系统
    • 与ERP、MES、 WMS、PLM 等系统集成
  • 5.追溯管理
    • 对材料、生产环节、品质管控等各个环节的追溯
• 六、智慧工厂认识的误区
  • 1. 智慧工厂 就是机械地 把主加工 工艺设备 联起来..
    • 智慧工厂精髓：生产节拍；需要专业设计、规划，在ERP、MES统筹调需
  • 2. 完全不用人工
    • 智慧工厂 仍然需要人工，需要的 是高科技人工， 2022年毕业1000万大学生，都要出来工作；高端制造业，融入 高科技人才，同时工资也在增加。 人工智能2.3万 一个月；平均6000+....
  • 3. 工艺布局 可以模仿复制
    • 智慧工厂 设计原则 遵循 产品生产工艺，合理利用、配置自动化设备，将主加工工艺设备 联结起来，并进行统筹管理。
    • 实际进行工艺设计时，会根据客户产品比例、产品特点、销售模式（内销or外销）、产能要求、电力负荷等一系列因素综合考虑。可以说，每一个智慧工厂都是独特的