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设备智能化,不只是一场机器的变革升级

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【摘要】:
设备智能化作为智能制造技术的关键内核,正成为制造企业转型升级的必经之路。如何从设备智能化着手,打通生产的各个环节,逐步向智能工厂、数字工厂方向过渡,是每家加入智能制造大洪流中的制造企业必须直面的课题。

本期导读

当前,全球制造业格局正在发生深刻变化,中国制造业正面临着发达国家蓄势占优和新兴经济体追赶比拼的双头挤压和双重挑战。

设备智能化作为智能制造技术的关键内核,正成为制造企业转型升级的必经之路。如何从设备智能化着手,打通生产的各个环节,逐步向智能工厂、数字工厂方向过渡,是每家加入智能制造大洪流中的制造企业必须直面的课题。


当前,全球制造业格局正在发生深刻变化,面对发展中国家的后起力量,欧美等发达国家先后出台多项政策,瞄准高端制造领域及新兴产业,以抢占国际产业竞争的制高点,争夺和维护其在全球产业链的中高端位置。尤其在2020年新冠疫情冲击下,以美国为首的发达国家充分认识到制造业空心化对其经济社会的巨大影响,更是采取各种措施促进制造业的回流。
 
而印度、东南亚等发展中国家,正是以更低的人力、资源成本成为制造业产业转移的新阵地。
 

因此,中国制造业正面临着发达国家蓄势占优和新兴经济体追赶比拼的双头挤压和双重挑战。要解决这一困境,智能制造技术成为我国制造业创新发展的主要抓手、主攻方向。

 

中国科学院宁波材料技术与工程研究所和浙江省机器人与智能制造装备技术重点实验室的张驰博士认为设备智能化作为智能制造技术的关键内核,正成为制造企业转型升级的必经之路。如何从设备智能化着手,打通生产的各个环节,逐步向智能工厂、数字工厂方向过渡,是每家加入智能制造大洪流中的制造企业必须直面的课题。



 

设备智能化的三重“境界”

真正的智能制造装备需要具备以下功能:对装备运行状态和环境的实时感知、分析和处理;根据装备运行状态变化的自主规划、决策和控制;对故障的自诊断和自修复;对自身性能能主动分析和维护;装备间的网络集成和网络协同。
 
而在传统的工业生产设备中,机器只是从事某项特定生产任务,既不能感知自身的存在,更无法自适应外界环境的变化。同时由于广泛存在的“哑巴设备”,设备之间处于互相割裂的状态,数据孤岛也因此成为众多中小制造厂商工厂中的普遍现象。
 
对于厂商实现设备智能化而言,需要解决的第一个问题即是底层设备的数据化,即实现设备智能化的第一层“境界”,将生产过程通过数据链接为一个整体。对“哑巴设备”建立起一套底层数据的采集、分析和处理系统,包括加装传感器、使用边缘计算技术等。

 

当前新开发的国产装备基本已实现数控化,但大部分仍然处于设备智能化的第二重“境界”的起步期,即智能化的初级阶段,部分设备具有故障诊断和自适应控制功能,但离加工工艺自编程、工艺数自学习等高层级智能化还有差距。

 

面对工业装备进行智能化改造,高效科学的解决方案应该是:控制系统要开放,多个传感器信号可以接入控制系统,能进行传感信息分析,控制系统可以二次开发;智能化升级方面要先易后难;最后进行智能控制、故障预诊和智能化维护。
 

设备智能化的第三重“境界”则是网络化,基于工业物联网,从设备出发,实现真正的万物互联互通。

 
由于中国制造业的特殊性,在设备智能化大趋势下,设备数字化、智能化、网络化升级之间并非“按部就班”,而是交叉进行,互相渗透与融合。

 


设备智能化升级的关键与挑战

 

设备智能化是打通数字工厂、智能工厂的第一步,但其在诸多应用场景中仍无法有效实现,研华(中国)工业物联网事业群产品经理王逸民认为,这其中存在三大难点亟待突破:第一不同厂家之间的兼容问题,在一些大型设备或项目中需要接很多外设,有时设备集成商无法选择所接设备的接口类型,导致控制方案复杂且稳定性降低;第二个则是需要一个开放且标准的生态体系,可以兼容更多软件同时保证处理性能和编程方式的一致性;第三个则是越来越多的项目,既需要IT的数据处理能力,又需要OT稳定实时的高精度加工的功能,同时可能需要整合运动控制、机器视觉、机器人等功能。

研华工业物联网事业群业务发展总监李国忠强调研华智能设备制造事业部成立十几年以来,依靠研华科技重要的PC-Based架构进行发展,在PC架构上自主发展了设备行业客户最需要的运动控制、机器视觉与I/O数据采集,并有行业相关应用的丰富积累,产品线包括:运动控制卡、PAC控制器、一体化控制器、数据采集卡、视觉采集卡及工业相机…等,其中对SI客户最重要的是运控及视觉的开发库及二次开发软件平台,后期也结合了具体设备端监控Mi.APP及上连研华WISE-PaaS工业云平台的功能,为设备自动化迈向设备智能化的路径,铺好了坚实的路基。

 

由3C电子自动化设备行业专家,跨足新能源汽车装备行业,博众精工科技股份有限公司启动由自动化到数字化、智能化的升级转型。博众智能工业研究中心总监刘和平从新能源智能装备角度出发,指出目前设备智能化已成为终端用户的迫切需求。在博众新能源电机总装数字化生产线中,已实现了生产过程全程监控、数据实时采集上传、自动生产工业流程卡,其广泛适用于商用车和乘用车电机装配工艺。此外,在充换电运营管理整体解决方案中,除硬件智能化外,博众还建立了一套完善的管理系统,提供7*24小时可靠的监控与运维保障,网络全覆盖,手机端也可进行业务查询,提供客户业主全价值链的自动化/数字化/智能化完整解决方案服务。


由数控金属加工设备,进化到提供设备智能化运维加值服务的行业专家--江苏亚威智能系统有限公司目前在全国建立销售服务网络,及时解决客户设备故障;但仍存在服务时效性低、服务效率不高、疑难问题难以解决等弊端,随着物联网以及设备智能化技术的不断发展,客户对设备健康保障服务提出了更高的要求。

 

基于研华WISE-PaaS4.0平台,亚威股份推出了机床远程运维服务系统,旨在为客户提供设备远程诊断、维护、升级以及设备状态信息网络化推送的增值服务,功能涵盖设备状态在线监测、日常维保、故障预警、远程诊断、在线报修、配件交易等。通过远程运维技术的应用,企业服务效率提升35%,服务成本降低20%。同时在保证客户机床高效率(平均效率提升约15%)运行的情况下,为客户平均节省维修成本约3000元/台/年。                                                                        

在点胶机发展方向上,现代电子制造工艺的迭代和市场不断强化的需求推动着点胶设备的发展。自动化点胶朝着高速高精度提升,专注专有点胶运动控制技术研发,并融合设备的智能化控制。高速点胶机的行业技术巨头--深圳市轴心自控技术有限公司电气总监吴桂远指出智能化不仅仅是点胶机的发展方向,也是整个电子制造设备领域,工厂自动化的发展趋势。小细节上产品的点胶路径优化和生成,大数据上做到设备点胶工艺的信息化,例如MES系统的建设。针对设备越来越多地要求具有远程故障监测和诊断功能。

 

事实上,在厂商设备智能化升级转型过程中,始终有一系列的问题将企业拦在半路上,例如企业该如何推进数字化、智能化、网络化,从哪个节点开始入手,在ROI敏感的前提下如何选择优先部分进行,这些问题企业一旦跨过了就能享受设备智能化的红利,跨不过则倒在了前进的路上。

 

为帮助企业建立一套行之有效的设备智能化升级方法论,研华携手中科院宁波材料所所属先进制造技术研究所、博众精工、亚威股份、轴心自控等企业及单位于123日举行智能装备联网产业线上论坛立足设备智能化大趋势,串点成线、由线及面,从底层设备的智能化改造到柔性产线升级而后扩大到整个智能工厂的建设,详细分析设备智能化升级的关键与挑战。

 

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