关于实现智能制造自动控制系统革命的思考(上)

目前,我们已经进入了互联网时代。互联网技术以不可抗拒的趋势进入各行各业,为各行各业的变化提供了强大的动力,也对各行各业的发展产生了巨大的影响。在新技术发展的历史关头,作为互联网时代的产物,智能制造的概念应运而生。互联网时代涌现的许多新技术促进了智能制造的发展。当然,如何将这些新技术应用于工业领域,尤其是制造领域,正是我们当前正在解决的主要问题。几年前德国提出的所谓“工业4.0”口号,其主要任务是实现“智能工厂”和“智能生产”。从这个概念开始,无论是智能工厂还是智能生产,根本的核心就是制造方式的改变。智能制造的目标是转变和升级当前的制造模式,以改善和优化制造的价值链,整合产品生命周期链,并改善业务管理业务链,从而将产品质量引入市场更好,成本更低,更快,更高效。总之,企业在市场上更具竞争力。那么智能制造生产模式需要什么样的自动控制系统呢?该控制系统与工业3.0中的自动化技术有什么区别?适用于智能制造的自动控制技术应如何发展才能满足智能制造生产模型的要求?这些是我们现在要探讨的问题。

1自动化制造生产模式与智能制造生产模式

是否有必要对当前的PLC控制系统(或自动化控制系统)进行改造以实现智能制造?在这里,我们必须了解工业4.0所倡导的智能制造模型与自动化制造模型之间的区别,以及工业4.0的智能制造模型如何改变并扩展了工业3.0的制造模型。扩展和更改是否会对PLC控制系统提出新要求?

1.1自动化生产生产模式

德国工业4.0将第三次工业革命定义为以自动化技术为核心的制造模式。通过广泛使用自动化技术,机器人技术,IT技术和通信技术,以自动化金字塔为核心形成制造模型,从而提高了生产效率,降低了制造成本,并大大提高了产品质量。这在PLC技术的发展中起着决定性的作用。数十年来,PLC技术在运行速度,应用范围,数据处理能力和通信能力(例如现场总线,工业实时以太网)方面得到了极大的改善。已经形成了一个非常成熟的PLC系统,并已成为工业3.0发展的支柱。然而,PLC控制系统的设计原理和功能主要是为了解决制造过程中的过程和状态控制问题。 (CPU速度,容量,通信接口,控制点),即制造系统中实时数据的控制和处理,以及非实时数据的分析,存储,归纳和汇总,通常会发送通过工业以太网接口可对更高级别的信息平台进行处理。因此,当前的PLC自动化控制平台不涉及生产管理,企业管理和产品生命周期管理。这样的PLC系统不能与生产管理系统MES和企业管理系统ERP很好地集成。通常,生产企业管理系统的生产需要三个不同的软件公司(ERP,MES和PLC供应商)的参与。由于各个公司的专业差异以及对各种技术应用的屏蔽,因此无法完全集成制造和生产管理以获取最大利益。因此,MES和ERP的价值尚未在工业领域得到普遍认可。它仅起到锦上添花的作用,尚未在工业生产领域中广泛使用。另一方面,PLC控制系统的任务也仅限于生产线运行控制的监视和维护,并且不涉及产品生命周期的整个管理任务。因此,当前的PLC系统远远不能满足生产的综合要求,例如成本,速度,效率和质量。

1.2智能制造生产模式

要了解智能制造,首先必须了解智能的含义。中国文化博大精深。它将英语智能翻译成两个词,一个叫做“ Zhi”,另一个是“ Neng”。 “智”是指人类的思想。 “能力”是指人们的能力,技能和技巧。因此,智力不仅强调技能,而且强调应用思维分析的重要性。因此,与自动化制造系统相比,“智能”制造系统必须具有“思考和分析”的能力。智能制造是工业3.0制造模型的升级和转换版本。它的目标是转变和升级当前的制造模型,以解决当前的自动化制造模型无法解决的问题,即,互联网时代的产品生命周期正在不断缩短。问:随着产品生命周期的不断缩短,越来越短,对产品替换的快速响应要求越来越高,产品种类越来越多,但越来越少。多批生产已成为当前产品市场需求的发展趋势。产品数量的减少给产品成本带来了前所未有的压力。成本降低了,但是投资者快速获取利润的时间对传统制造公司的利润模式产生了巨大影响。同时,对能源利用效率,节能减排的要求,使传统制造业面临着前所未有的挑战。由于这些挑战,智能制造生产模型已提上日程。

智能制造的基本战略思想是如何利用迅速发展的IT技术和Internet技术来改变传统的自动化生产制造模型,将IT技术和Internet技术集成到自动控制PLC系统中,并改变传统的自动化生产制造模型。根据灵活性,快速响应,成本效益和短期投资回报的要求,建立高度灵活的数字化智能制造系统,将制造系统与产品生命周期管理相集成,以形成整个产品生命周期为核心智能制造生产模式。这种智能制造生产模式不仅从制造方面解决了成本,效率,速度,质量和灵活性问题,而且从产品生命周期的管理方法上全面解决了问题。解决这些问题。它使产品的研发和生产在市场上更具竞争力,产品的成本效益更高,产品的升级可以更好地满足市场和客户的需求。

因此,与传统的制造方式相比,智能制造具有根本的变化和改进。在互联网时代,智能制造已将制造的意义从简单的制造链扩展到产品设计,分析,加工和组装。预测整个产品生命周期的整体性能,成本,市场响应和服务(采购,库存,销售,交付,维护,报废和回收)。它不仅考虑产品的质量和成本,而且考虑企业的内部运营模式,企业的适应性以及企业在市场和客户中的定位。因此,它可以节省成本,时间并提高产品质量,快速将高质量和低成本的新产品投放市场,并获得巨大的经济和社会效益。同时,企业互联网生态系统的建立更接近于用户意识。无论是研发和设计,生产和制造,还是营销和服务,它都可以满足消费者的需求作为出发点和终点。它促进了用户体验设计,制造和服务的集成。制造生产模式。同时,产品数字化,制造数字化和管理数字化确保人员,机器和产品之间的无缝连接。制造信息流,管理信息流,研发和客户信息流可以在控制系统中进行通信和交换。该制造系统具有自适应功能的特性,以及诸如灵活性,灵活性和快速重新配置之类的智能功能。智能生产模式不仅具有适应大规模生产的能力,还具有快速实现小规模,多品种的定制生产能力的能力,可以满足互联网经济快速迭代中客户的个性化需求,使企业能够迅速赢得客户并占领市场。机会。

根据以上分析,原始自动控制系统的金字塔内容也有了新的含义。

关于实现智能制造自动控制系统革命的思考

传统的自动化金字塔结构分为现场层,控制层和管理层。主要做三件事,即生产过程数据的收集,处理(控制)和显示。这三层之间的数据实现了生产现场的I / O信号,控制数据和管理数据的通讯和交换。在现场层,现场总线主要用于实现现场生产运行状态,组态和执行信号的采集和分配。在控制级别处理和分析工程,生产和设备的操作数据,并将处理后的数据反馈到现场级别以控制现场设备。同时,工业以太网方法用于将控制数据和部分现场数据发送到相应的管理层。在传统的金字塔模型中,管理层收集这些控制或现场数据进行显示,然后将它们发送到上位计算机。然后,主机对这些非实时数据以及企业管理的其他信息(企业计划,资本状况,过程优化,设备维护,产品服务,采购,交货期和产品)进行全面的性能指标分析和计算。反馈),然后安排制造地点执行。因此,在自动化金字塔中,非实时信息的处理通常是脱机执行或由更高级别的工业计算机执行。不能在控制级别上对企业管理和生产管理进行大量非实时数据的分析,判断和处理,这是当前金字塔形自动控制系统的最大缺陷。例如,当今使用的MES,ERP和EPLM系统不能在PLC系统中运行。 PLC必须首先通过特殊接口将相关数据发送到上位计算机,然后将上位工业计算机计算出的一些结果发送到PLC级别。监控。当前,IT标准已经进入工业领域,并且工业互联网已经在工业领域中被广泛使用,但是还没有进入工业自动控制系统的核心领域。工业互联网的基础已经完成,用于制造管理的各种IT软件,例如工业连接,高级分析,基于状态的监视,诸如预测性维护,机器学习和增强现实之类的应用已成为现实。结果,口号“ IT Converged OT”应运而生。以IT技术为代表的制造商希望以此口号将工业互联网的相关技术集成到OT场景中。他们希望通过建立工业互联网平台的方法来融合OT技术。从本质上讲,工业互联网平台的生产是基于在传统云平台的基础上增加了物联网,大数据和人工智能等新兴技术,以实现海量数据聚合和建模分析,软件和模块化工业经验知识和工业创新应用开发。并进行运营以支持智能生产决策制定,业务模式创新,优化资源分配和工业生态种植。无论是专注于面向产品生命周期的大规模定制应用模型的Internet平台(试图使用Internet连接企业和用户,连接需求,设计,生产,服务等),还是开放和开放产业链以优化资源配置,或依靠平台实现从企业管理层到生产层的垂直数据集成,并进一步提高软件的智能和准确分析能力等。这些互联网公司所达到的平台均未与之进行通信控制实时数据,并且他们做了很多分析,但是对现场影响很小。到目前为止,所谓的“ IT融合OT”实质上就是“ IT融合OT”。在这种情况下,人们正在考虑如何将IT技术真正引入控制领域,以使控制系统数字化,联网和智能化成为可能。是否可以通过在IT领域和OT场景中添加嵌入式计算载体,并通过OPC UA通信接口将非实时数据计算的结果发送到PLC控制器或添加TSN技术来实现IT集成OT?作者认为,这种方法无法真正将快速发展的人工智能,移动互联网,云计算和大数据技术集成到OT领域。为了真正实现IO和OT的集成,PLC控制系统本身必须进行相应的改革,以使IT技术真正进入自动化控制领域。为了更好地发挥人工智能,大数据等技术在智能制造中的作用。

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