Connotación de sistema de fabricación inteligente
1. La connotación de fabricación inteligente
(1) Concepto La investigación sobre fabricación inteligente ha pasado aproximadamente por tres etapas: a partir de la década de 1980, cuando se utilizó la inteligencia artificial en el campo de la fabricación. En la década de 1990, se propuso formalmente el concepto de fabricación inteligente, desarrollado a partir de la introducción de tecnología de fabricación inteligente y sistemas de fabricación inteligentes en la década de 1990, y madurado en la "fabricación inteligente (Smart)" bajo la nueva generación de tecnología de la información desde el siglo XXI.
Años 80: se propone el concepto. En 1998, los estadounidenses Paul Kenneth Wright y David Alan Bourne publicaron oficialmente la primera monografía en el campo de la investigación sobre fabricación inteligente, "Manufacturing Intelligence" (Smart), que describía sistemáticamente las connotaciones y perspectivas de la fabricación inteligente definida como "modelado". las habilidades y el conocimiento experto de los técnicos de fabricación mediante la integración de ingeniería del conocimiento, sistemas de software de fabricación, visión y control de robots para permitir que las máquinas inteligentes produzcan pequeños lotes sin intervención humana". Sobre esta base, el profesor Williams de la Universidad Tecnológica Británica complementó más extensamente la definición anterior, creyendo que "el alcance de la integración también debería incluir sistemas inteligentes de apoyo a la toma de decisiones en toda la organización de fabricación". El Diccionario de Tecnología McGraw-Hill define la fabricación inteligente como actividades que utilizan tecnología de producción que se adapta a los requisitos ambientales y de proceso para minimizar la supervisión y las operaciones para fabricar artículos.
——Década de 1990: Desarrollo del concepto. En la década de 1990, poco después de que se propusiera el concepto de fabricación inteligente, la investigación sobre la fabricación inteligente recibió amplia atención por parte de países desarrollados industrializados como Europa, Estados Unidos y Japón, y se llevó a cabo investigación cooperativa internacional en torno a la tecnología de fabricación inteligente (IMT). ) y sistemas de fabricación inteligentes (IMS). En 1991, el "Plan de investigación de cooperación internacional de fabricación inteligente" iniciado e implementado conjuntamente por Japón, Estados Unidos y Europa propuso: "El sistema de fabricación inteligente es una actividad inteligente que recorre todo el proceso de fabricación e integra esta actividad inteligente con inteligencia". fabricación." La integración orgánica de máquinas integra todo el proceso de fabricación desde el pedido, el diseño del producto, la producción hasta el marketing y otros aspectos de una manera flexible para crear un sistema de producción avanzado que puede maximizar la productividad".
——Desde el siglo XXI: la profundización del concepto. Desde el siglo XXI, con el rápido desarrollo y aplicación de tecnologías de la información de nueva generación como el Internet de las Cosas, el big data y la computación en la nube, se ha dado a la fabricación inteligente una nueva connotación, es decir, fabricación inteligente (Smart) en las condiciones de la nueva generación de tecnologías de la información. En septiembre de 2010, el "Seminario de Fabricación Inteligente del Siglo XXI" celebrado en Washington, DC, señaló que la fabricación inteligente es la aplicación mejorada de sistemas inteligentes avanzados, que permiten la fabricación rápida de nuevos productos, una respuesta dinámica a la demanda de productos y el impacto en La producción y el suministro industriales se vuelven posibles. La optimización en tiempo real de la red de la cadena. Alemania ha lanzado oficialmente la estrategia Industria 4.0. Aunque no propone explícitamente el concepto de fabricación inteligente, sí incluye la connotación de fabricación inteligente, que consiste en integrar las máquinas, los sistemas de almacenamiento y las instalaciones de producción de la empresa en una red virtual-física. sistema (CPS). En los sistemas de fabricación, estos sistemas ciberfísicos virtuales incluyen máquinas inteligentes, sistemas de almacenamiento e instalaciones de producción que pueden intercambiar información automáticamente, desencadenar acciones y controlarse independientemente unos de otros.
En resumen, la fabricación inteligente es la combinación de tecnologías de la información de nueva generación, como Internet de las cosas, big data y computación en la nube, con tecnología de automatización avanzada, tecnología de detección, tecnología de control y tecnología de fabricación digital para lograr fábrica y empresa Un nuevo sistema de fabricación para la gestión y optimización en tiempo real dentro de los ciclos de vida internos, interempresariales y del producto.
(2) Características
Las características de la fabricación inteligente residen en tres aspectos: percepción en tiempo real, toma de decisiones optimizada y ejecución dinámica: Primero, percepción de datos en tiempo real. . La fabricación inteligente requiere una gran cantidad de soporte de datos. Utiliza métodos eficientes y estándar para recopilar información en tiempo real, identificarla automáticamente y transmitir la información al sistema de análisis y toma de decisiones; A través de la extracción, extracción, cálculo y análisis, razonamiento y predicción de información masiva y heterogénea para todo el ciclo de vida del producto, se forman instrucciones para la toma de decisiones para optimizar el proceso de fabricación.
El tercero es la ejecución dinámica. De acuerdo con las instrucciones para la toma de decisiones, el estado del proceso de fabricación es controlado por el sistema de ejecución para lograr un funcionamiento estable y seguro y un ajuste dinámico.
(3) Composición
1. Productos inteligentes (equipos)
Los productos inteligentes son la base y el requisito previo para el desarrollo de la fabricación inteligente. Componentes, componentes inteligentes y compuestos por piezas de conexión. Los componentes inteligentes se componen de sensores, microprocesadores, dispositivos de almacenamiento de datos, dispositivos de control y software, así como operaciones integradas y componentes de conexión de interfaz, protocolos de conexión por cable o inalámbricos, etc.; Piezas mecánicas y electrónicas. Los componentes inteligentes pueden mejorar la funcionalidad y el valor de los componentes físicos, mientras que los componentes conectados mejoran aún más la funcionalidad y el valor de los componentes inteligentes, permitiendo que la información se comunique entre productos, sistemas operativos, fabricantes y usuarios, y permitiendo que parte del valor y la funcionalidad se separe de ellos. el producto físico en sí existe.
Los productos inteligentes tienen cuatro funciones: monitorización, control, optimización y autonomía. Monitoreo significa que a través de sensores y fuentes de datos externas, los productos inteligentes pueden monitorear de manera integral el estado, el funcionamiento y el entorno externo del producto con la ayuda de datos; una vez que el entorno y el estado operativo cambian, el producto emitirá una advertencia al usuario o; partes relevantes. Control significa que se puede controlar de forma remota mediante comandos y algoritmos integrados en el producto o en la nube del producto. Los algoritmos permiten que los productos respondan a cambios específicos en condiciones y entornos; la optimización se refiere al análisis de datos en tiempo real o registros históricos y la implantación de algoritmos para mejorar en gran medida la relación de producción, la utilización y la eficiencia de producción del producto se refiere a la integración de detección, control y optimización; Cuando las funciones se unen, los productos pueden alcanzar un grado de automatización sin precedentes.
2. Producción inteligente La producción inteligente se refiere al sistema de fabricación inteligente como núcleo y a la fábrica inteligente como portador. Se caracteriza por la interconexión de datos y la interoperabilidad dentro de fábricas y empresas, entre empresas y durante toda la vida del producto. ciclo de fabricación para lograr la gestión y optimización en tiempo real del proceso de producción. La producción inteligente cubre el diseño digital y la simulación de productos, el diseño de procesos, la planificación de fábricas, los equipos inteligentes subyacentes, las unidades de fabricación, las líneas de producción automatizadas, los sistemas de ejecución de fabricación, la automatización y gestión de la logística y otros sistemas de gestión empresarial.
3. Los servicios inteligentes recopilan datos de operación del equipo y los cargan en el centro de datos empresarial (nube empresarial). El software del sistema monitorea y controla el equipo en línea en tiempo real y realiza el mantenimiento del equipo por adelantado mediante el análisis de datos. . Por ejemplo, Vestas instala sensores, memorias, procesadores y sistemas SCADA en las góndolas, bujes, palas, torres y cajas de control en tierra de los aerogeneradores para lograr un seguimiento en tiempo real de las operaciones de los aerogeneradores. Al incorporar un microcontrolador en la turbina de energía eólica, el ángulo de las aspas del ventilador se puede controlar durante cada rotación para maximizar la captura de energía eólica. Cada turbina también se puede controlar para maximizar la eficiencia energética y al mismo tiempo reducir el impacto en las turbinas adyacentes. Vestas procesa datos en tiempo real para predecir posibles fallas de los componentes de las turbinas eólicas para reducir la posible inestabilidad de las turbinas eólicas y utiliza diferentes herramientas para optimizar estos datos para optimizar el rendimiento de las turbinas eólicas.
(4) Función El núcleo del desarrollo de la fabricación inteligente es mejorar la eficiencia de la producción empresarial y ampliar el espacio de valor añadido empresarial, lo que se refleja principalmente en los siguientes aspectos: Primero, acortar el ciclo de desarrollo del producto. A través de la fabricación inteligente, se puede acortar el tiempo desde el desarrollo del producto hasta el lanzamiento, desde la realización del pedido hasta la entrega. Reduzca los costosos tiempos de inactividad de máquinas y plantas mediante el monitoreo remoto y el mantenimiento predictivo, y las interrupciones de producción se reducen continuamente.
El segundo es mejorar la flexibilidad de la producción. Al adoptar la digitalización, la interconexión y la planificación de procesos virtuales, la fabricación inteligente abre la puerta a la producción personalizada por lotes a gran escala e incluso a la producción personalizada en lotes pequeños.
El tercero es crear nuevo valor. A través del desarrollo de la fabricación inteligente, las empresas realizarán la transformación de la tradicional "centrada en el producto" a la "centrada en el servicio integrado", centrándose en el nivel de solución y sistema, y utilizando los servicios para obtener nuevo valor a lo largo del ciclo de vida del producto.
2. Arquitectura del sistema de fabricación inteligente extranjero Desde que Estados Unidos propuso el concepto de fabricación inteligente en la década de 1980, ha estado recibiendo atención y atención de muchos países, y han incluido la fabricación inteligente como un plan nacional y centrado en su desarrollo. Actualmente, la estrategia de “Industria 4.0” de Alemania y la estrategia de Internet industrial de Estados Unidos tienen una amplia influencia a escala global.