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智能制造系统的基本构成要素集合

日期:2019-04-23 人气:238

智能制造系统的基本构成

智能制造系统=自动化设备+智能“神经系统” 

智能制造是一种可以让企业在研发、生产、管理、服务等方面变得更加“聪明”的方法,我们可以把制造智能化理解为企 业在引入数控机床、机器人等生产设备并实现生产自动化的基础上,再搭建一套精密的“神经系统”。智能“神经系统” 以ERP(企业资源计划系统)、MES(生产过程执行系统)等管理软件组成中枢神经,以传感器、嵌入式芯片、RFID标 签、条码等组件为神经元,以PLC(可编程逻辑控制器)为链接控制神经元的突触,以现场总线、工业以太网、NB-IoT等 通信技术为神经纤维。企业能够借助完善的“神经系统”感知环境、获取信息、传递指令,以此实现科学决策、智能设 计、合理排产,提升设备使用率,监控设备状态,指导设备运行,让自动化生产设备如臂使指。

智能制造系统的基本架构

中枢神经——ERP+MES

打通ERP与MES的数据流是生产过程数字化的基础 

ERP系统是企业最顶端的资源管理系统,强调对企业管理的事前控制能力,它的核心功能是管理企业现有资源并对其合理 调配和准确利用,为企业提供决策支持;MES系统是面向车间层的管理信息系统,主要负责生产管理和调度执行,能够解 决工厂生产过程的“黑匣子”问题,实现生产过程的可视化和可控化。ERP与MES两大系统在制造业企业信息系统中处于 绝对核心的C位,但两大系统也都存在着比较明显的局限性。ERP系统处于企业最顶端,但它并不能起到定位生产瓶颈、 改进产品质量等作用;MES系统主要侧重于生产执行,财务、销售等业务不在其监控范畴。 企业要搭建一套健康的智能“神经系统”,ERP与MES就如同“任督二脉”一般,必须要将两者打通,构成计划、控制、 反馈、调整的完整系统,通过接口进行计划、命令的传递和实绩的接收,使生产计划、控制指令、实时信息在整个ERP系统MES系统、过程控制系统、自动化体系中透明、及时、顺畅地交互传递并逐步实现生产全过程数字化。 

制造业神经突触

PLC即可编程逻辑控制器,主要由CPU、存储器、输入/输出单元、外设I/O接口、通信接口及电源共同组成,根据实际控 制对象的需要配备编程器、打印机等外部设备,具备逻辑控制、顺序控制、定时、计数等功能,能够完成对各类机械电子 装置的控制任务。PLC系统具有可靠性高、易于编程、组态灵活、安装方便、运行速度快等特点,是控制层的核心装置。 在智能制造系统中,PLC不仅是机械装备和生产线的控制器,还是制造信息的采集器和转发器,类似于神经系统中的“突 触”,一方面收集、读取设备状态数据并反馈给上位机(SCADA或DCS系统),另一方面接收并执行上位机发出的指 令,直接控制现场层的生产设备。

神经元——传感器与RFID标签

智能制造系统感知物理世界的最前端数据源

神经元是神经系统的基本组成单位,在智能制造“神经系统”中,担任此角色的就是与物料、在制品、生产设备、现场环 境等物理界面直接相连的传感器、RFID标签、条码等组件。 传感器能感受到被测量的信息,并能将感受到的信息变换成为电信号或其他所需形式的信息输出,传感器使智能制造系统 有了触觉、味觉、嗅觉等感官。RFID标签具有读取快捷、批量识别、实时通信、重复使用、标签可动态更改等优秀品质, 与智能制造的需求极为契合。通过射频识别技术,企业可以将物料、刀具、在制品、成品等一切附有RFID标签的物理实体 纳入监测范围,帮助企业实现减少短货现象、快速准确获得物流信息等目标。

神经纤维——工业通信网络

工业通信网络种类繁杂,现阶段仍以有线通信网络为主

企业在日常经营过程中,研发、计划、生产、工艺、物流、仓储、检测等各个环节都会产生大量数据,要让海量数据在智能制造神经系统内顺畅流转,就要综合利用现场总线、工业以太网、工业光纤网络、TSN、NB-IoT等各类工业通信网络建立一套健全的神经纤维网络。工业通信网络总体上可以分为有线通信网络和无线通信网络。 有线通信网络主要包括现场总线、工业以太网、工业光纤网络、TSN(时间敏感网络)等,现阶段工业现场设备数据采集 主要采用有线通信网络技术,以保证信息实时采集和上传,对生产过程实时监控的需求。 无线通信网络技术正逐步向工业数据采集领域渗透,是有线网络的重要补充,主要包括短距离通信技术(RFID、 Zigbee、WIFI 等),用于车间或工厂内的传感数据读取、物品及资产管理、AGV 等无线设备的网络连接;专用工业无线 通信技术(WIAPA/FAWirelessHART、ISA100.11a等);以及蜂窝无线通信技术(4G/5G、NB-IoT)等,用于工厂外智能产品、大型远距离移动设备、手持终端等的网络连接。 

智能制造装备工业机器人

强有力的躯干——智能制造装备 

数控加工中心、装配机器人等制造装备是柔性生产的保障

企业打造智能制造系统的核心目的是实现智能生产,智能生产的落地基础即是智能制造装备。智能制造装备是指具有感 知、分析、推理、决策、控制功能的制造装备,它是先进制造技术、信息技术和智能技术的集成和深度融合。目前智能制 造装备的两大核心即是数控机床与工业机器人。 数控机床是一种装有程序控制系统的自动化机床,该控制系统能够逻辑地处理具有控制编码或其他符号指令规定的程序, 并将其译码,通过信息载体输入数控装置。数控机床的数控系统经运算处理由数控装置发出各种控制信号,控制机床的动 作,按图纸要求的形状和尺寸,自动地将零件加工出来,能够较好地解决复杂、精密、小批量、多品种的零件加工问题。 工业机器人是面向工业领域的多关节机械手或多自由度的机器装置,它可以接受人类指挥,也可以按照预先编排的程序运 行。工业机器人在汽车制造、电子设备制造等领域广泛应用,有点焊/弧焊机器人搬运/码垛机器人装配机器人等多种 类型,能够高效、精准、持续地完成焊接、涂装、组装、物流、包装、检测等工作。

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