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工厂易发真人官方入口自动化未来发展的思考

  易发真人登陆工厂自动化FA(Factory Automation),也称车间自动化,指自动完成产品制造的全部或部分加工过程。过去几十年,自动化控制系统主要针对流程工业的生产过程即过程自动化开展,属于连续控制;控制系统的研究和应用大部分集中在过程自动化领域。随着技术的发展,各种断续控制、驱动控制等特殊需求出现,如自动包装及自动打包系统,是对断续工作工作状态的控制;楼宇自动化对电梯的控制,也是对断续工作的控制;对电机的控制以及对机械手的控制,属于驱动控制的范畴。采用传统的流程控制模型显然已经不能满足实际需求。易发真人官方入口

  同时,针对一个工厂,各种信息的管理随着信息技术的发展不断丰富完善,信息量逐渐加大。由于生产的需要,某些时候需要做出远程决策,相关远程信息的获取因信息量过大,传统传输方式已经不能满足实时性和安全性的需要,这就给自动化控制系统提出了新的需求。

  工厂自动化的重心在于自动化,可以简单的归结为是自动化的一个应用领域,也可以单纯的看成是对工厂内部的生产过程应用自动化技术,以提质增效为最终目的。

  进入21世纪以来,“以人为本”、“节能环保”、“绿色高效”的观念深入人心,对工厂自动化提出了新的要求。随着计算机技术、无线技术、现场总线技术、工业以太网技术、IT技术、机器人技术,传感器技术以及安全技术等科学技术的不断发展与创新,工厂自动化在经历了单机自动化、车间自动化、全厂集中控制等几个重要阶段之后正向工厂综合自动化(又称全盘自动化)发展,即把过程控制、监督控制、产品设计、质量监测、工厂管理等方面融为一体,运用现代控制理论、大系统理论、人工智能、4C(Computer、Commu lieation、CRT、Contro1)技术,实现优化控制、分级控制、分散控制、测试自动化、建筑物自动化、信息处理与经营决策自动化,以便进一步提高工作效率,保证质量与安全,节约能源和原材料。

  据美国科学院对麦道飞机公司、迪尔拖拉机公司,通用汽车公司、西屋公司和英格索尔铣床公司等五家企业的调查分析,采用全厂一体化控制获得如下效益,产品质量提高2-5倍、生产效率提高40%~70%、设备利用率提高2-3倍、生产周期缩短30%~60%、工程师的工作能力提高3-35倍。

  而自动化工厂的重心在工厂,可以简单理解为实施了工厂自动化的工厂或者说应用自动化技术或者自动化设备,实现了自动化生产的工厂。

  机器人简单的说就是自动执行工作的机器装置。它既可以接受人类指挥,又可以运行预先编排的程序,也可以根据人工智能技术制定的原则行动。它的任务是协助或取代人类工作,例如在生产业、建筑业,或是危险的行业中的应用。机器人是整合控制论、机械电子、计算机、材料和仿生学的高级产物。在工业、医学、农业、建筑业甚至军事等领域中均有重要用途。

  目前国际上对机器人的概念已经逐渐趋近一致,即机器人是靠自身动力和控制能力来实现各种功能的一种机器。联合国标准化组织采纳了美国机器人协会给机器人下的定义:“一种可编程和多功能的,用来搬运材料、零件、工具的操作机;或是为了执行不同的任务而具有可改变和可编程动作的专门系统。”一般能实现行走和操作生产工具等动作,可用在人所不能适应的环境下代替人工作。现代机器人都配装电子计算机,通过编排程序,能具有一定程度的人工智能,如识别语言和图像,并作出适当的反应等。

  高智能仿人机器人甚至可以像人一样通过采集图像(眼睛)、声音(耳朵)、味道(鼻子)等信息传输到智能终端(大脑),做出决策,驱动执行机构(手、脚)实施生产动作。一个机器人可以看成是一个自动化控制系统。

  目前工厂应用的机器人如焊接机器人、搬运机器人等,只是工厂自动化的重要组成部分之一。即便是集成了传感器(信息采集端)和智能终端(信息处理端)的机器人,也仍然只是工厂自动化的一部分。构建工厂自动化控制系统,完全能够直接通过传感器采集信息,通过智能终端实施控制。从广义的角度看,工厂自动化控制系统就是一台机器人。

  论及工厂自动化,无法回避智能化和智慧化这两个耳熟能详的概念,从三者的基本概念就能容易看出他们的区别和联系。

  自动化:机器或装置在无人干预的情况下按规定的程序或指令自动进行操作或控制的过程。随着现代生产和科学技术的发展,对自动化技术提出越来越高的要求,同时也为自动化技术的革新提供了必要条件。同时自动化开始向复杂的系统控制和高级的智能控制发展,并广泛地应用到国防、科学研究和经济等各个领域,实现更大规模的自动化,例如大型企业的综合自动化系统、全国铁路自动调度系统、国家电力网自动调度系统、空中交通管制系统、城市交通控制系统、自动化指挥系统、国民经济管理系统等。自动化的应用正从工程领域向非工程领域扩展,如医疗自动化、人口控制、经济管理自动化等。自动化将在更大程度上模仿人的智能,机器人已在工业生产、海洋开发和宇宙探测等领域得到应用,专家系统在医疗诊断、地质勘探等方面取得显著效果。工厂自动化、办公自动化、家庭自动化和农业自动化将成为新技术的重要内容,并得到迅速发展。

  智能化:是指事物在网络、大数据、物联网和人工智能等技术的支持下,所具有的能动地满足人的各种需求的属性;是由现代通信与信息技术、计算机网络技术、行业技术、智能控制技术汇集而成的针对某一个方面的应用。从感觉到记忆再到思维这一过程称为“智”,智的结果产生了行为和语言,将行为和语言的表达过程称为“能力”,两者合称“智能”。智能一般具有这样一些特点:

  一是具有感知能力,即具有能够感知外部世界、获取外部信息的能力,这是产生智能活动的前提条件和必要条件;二是具有记忆和思维能力,易发真人官方入口即能够存储感知到的外部信息及由思维产生的知识,易发真人官方入口同时能够利用已有的知识对信息进行分析、计算、比较、判断、联想、决策;三是具有学习能力和自适应能力,即通过与环境的相互作用,不断学习积累知识,使自己能够适应环境变化,提高系统的鲁棒性;四是具有行为决策能力,即对外界的刺激作出反应,形成决策并传达相应的信息。具有上述特点的系统则为智能系统或智能化系统。

  智慧化:就是升级版的智能化。就是人机环境系统之间的交互角色最优化,取长补短、优势互补,除了必要的计算机知识、数学算法外,还应把哲学、心理学、生理学、语言学、人类学、神经科学、社会学、地理学等等融为一体。

  自动化、智能化、智慧化是一种逐步递进提升的关系。简单理解,自动化就是用机器代替人实施生产活动,而智能化则是在自动化的基础上赋予信息采集与反馈控制的能力,而智慧化则是在智能化的基础上集成多元信息进一步实施自主决策。毋庸置疑的是,自动化的最高目标是实现智慧化控制。

  自从自动化控制技术向智能化和智慧化发展以及机器人的大规模使用,无人工厂不再是一种梦想,并且成为企业发展的必然趋势,也得到了各级政府的大力支持,然而真正实施工厂自动化的企业在目前还数量不多,原因何在?因为自动化是一项庞大的工程,需要大量的财力与物力的支撑和专业技术人员的参与。因此,现代企业必须高度重视这个问题,并采取相应的措施。

  企业要实施自动化升级,首先必须认真仔细地分析掌握工厂本身的需求。企业在生产车间应用自动化系统进行生产制造,其目的是为了让产品生产和质量控制拥有最大的效率比。因此必须认真分析整个生产过程的各个环节,深入探讨每个环节实施自动化的可行性和当前状况的必要性;同时还必须把企业短期需求和长期目标结合起来,计算投入与产出效能比,详细评估投资回报,并以此作为实施自动化的决策依据。

  工厂实施自动化是一次性技术变革,涉及到诸多高新技术和装备,与之相应的必然需要有相对应该的技术人才。只有熟练掌握相关技术与装备的人才操作使用自动化控制系统,才能让自动化控制系统在生产过程中发挥出应有的效能,从而是成为企业增效的最有效手段。实施工厂自动化的企业还需要对自己的、人才队伍进行分析评估,或者是聘请相关专业技术人才,唯此方能使工厂自动化快速实施和投产。

  对于面临全球市场竞争的大规模生产制造企业,提高生产力的途径只有依靠技术改造、实施工厂自动化,引入智能化、智慧化技术是企业发展的必经途径。但因为自身生产方式、技术基础、自身经济实力等因素,因此实施工厂自动化不可能都做到一步到位,而应该在充分分析自身实际情况的基础上,按照生产的需求,由点到线再到面,优先改造提高生产效率最显著的环节和设备,再改进其他的非紧急的生产环节,同时提高员工的技术能力和企业的管理能力,最后实施全局自动化,最终建成自动化工厂。

  工厂自动化的终极目标就是把所有的工厂都建成自动化工厂。自动化工厂必须融合先进的网络技术,将自动化贯穿于整个产品的全生产周期。从采购到加工到检验,到发货,到售后服务,全部实现自动化和无人值守。达到这个阶段则线 企业实施自动化必须高度重视自主知识产权

  企业在实施工厂自动化过程中,必须高度重视知识产权问题。我们必须把“中兴”事件作为前车之鉴,在选择装备、技术时,尽可能地选用国产品牌,以确保企业自身发展的延续性和可持续性。同时,企业做好自身知识产权的保护,对于自主创新的思路、方法、技术、技艺及装备,及时申报专利或软著,保护自己的权益。

  机器人的应用仅仅是工厂自动化中最具代表性的一个方面,但不等于使用了机器人就能解决一切问题。对于某些特殊工艺,如气动液压控制及非标自动化设备应用也是工厂自动化非常重要的手段之一。实施工厂自动化,切不可只盯着机器人看,要找到适合企业的最好方案,避免出现大马拉小车的情况,浪费企业的财力和物力。

  机器人作为智能设备,并非简单安装调试即可使用。如果忽略机器人的开发(或二次开发)与应用,将会导致许多机器人买回来用不上或使用不当,每种设备都有自身的使用方法和方式,技术人员需要充分掌握机器的使用方法和技艺,才能充分利用好设备的潜力,如同驾驶车辆一样,再好的跑车在一个新手的驾驶下也不能跑的多快,只能当普通车使用。

  对于产量大、生产过程重复性强、产品设计和工艺先进、稳定、可靠并在较长时间内保持基本不变的生产线,实施自动化改造,经济效益显著,但并非所有工序都适合进行自动化改造,对于复杂多变的生产工艺或非标生产,即便强行采用自动化技术进行改造,其自动化的投入与产出比较低,没有实施自动化的必要性。

  近年来,工业4.0及中国制造2025的概念非常火热,以致很多企业盲目跟风,简单的认为自动化就是工业4.0。制造业企业更应该关注的是实际生产过程中的技术与技艺问题的解决方案,当企业自身发展到将信息为核心技术融入到产品的全生产周期时,工业4.0时代也将水到渠成。因此,企业首先应该分析自己的生产过程和真实工艺需求,有针对性的实施自动化改造,最终实现工业4.0。

  一个好的集成商,是针对于具体行业的实际应用制定解决方案和系统集成的。因此,不仅仅要求熟悉自动化控制系统及其相关产品的性能与优缺点,还需要掌握这个行业的行业标准、产品标准、生产工艺与技术要求。集成商提供给客户的是成熟的能用的自动化系统,而不是机器人本身;自动化从业者作为集成商所集成的产品,一般会提供详细的工程管理与实现细节,但仅此还不够,还必须熟练掌控相关产品的技术特点、性能以及运维注意事项,以确保固有可靠性的充分实现。特别是针对工厂生产线的自动化改造,适宜的自动化控制系统才是最好的。

  中国要实现由制造大国到创造强国,研发出系列自主知识产权的自动化控制系统及其产品成为首要条件。我国工业基础十分薄弱,虽经历改革开放取得了很大的成绩,但各个行业之间发展参差不齐,尤其是制造业发展缓慢,因此,工厂自动化未来市场前景广阔。如何与国际知名品牌竞争市场,自主创新和知识产权的必要性和重要性将日益凸显。

  工厂自动化的集成商在提供了自动化生产线后,必须加强对用户使用人员的培训,使其熟练掌控,同时还必须强化服务意识,在生产线运行中予以及时的指导和协助,甚至可以采取带包运行的模式,为企业提供技术支持和帮助,从而确保生产线固有可靠性的实现。

  以污染换取生产效率的年代一去不复返,绿色环保成为当今工业发展必须予以高度重视的重要课题之一。作为工厂自动化的技术方,首先必须确保在开展系统集成选择配套产品的时候,首先注重产品的安全性,并重点防止产品本身造成的放射性污染,同时要将节能减排作为重要控制目标之一,以实现建成绿色环保的自动化工厂。

  自动化核心是机器换人,因而信息采集的准确性和实时性尤为重要。传感器作为信息采集的主要手段,是自动化的基石。毋庸讳言的是,目前国内传感器市场基本上被国外产品所垄断,研发赶超世界先进水平传感器,是自动化科研人员面临的紧迫课题。当然,我国传感器产业受制于原材料、元器件的技术水平,因此,传感器关联的原材料、元器件产业相关技术必须率先取得突破。随着视频识别技术的深入应用,不少能通过表面特征予以识别的信息可以用视频技术替代传统的传感器,更多的信息还是需要传感器才能实现采集。因此,作为信息采集主要手段的传感器,成为实现工厂自动化的基础和基石。

  工厂实施自动化改造的终极目标是提质增效,生产线的稳定、可靠运行是前提,因而自动化控制系统装备的可靠性是保障生产顺利实施的基本条件。尽管信息采集端和执行端的产品的可靠性在国家的强制要求下得到了很大的提高,但随着技术进步和产品技术改进,其可靠性水平没有与时俱进,与国外产品的差距进一步拉大。因而每一位自动化从业者必须高度重视可靠性技术研究与应用,切实提高相关产品的可靠性,只有产品在可靠性水平方面缩短与国外产品的差距,才能有望逐步替代进口,增强市场竞争力。

  可用性是可靠性技术的延伸,他不仅局限于产品寿命本身,还关注于产品的可维修性,而可用性则是每一位用户切实关心的重要技术指标。提高可靠性是一个方面,缩短维修时间则是另一方面,齐抓共进,则能有效提高产品的可用性。

  随着社会的进步,安全问题日益重要。自动化控制系统装备本身安全问题,装备对环境造成的安全问题,功能安全问题,对周围人身造成的安全问题日益凸显。各种辐射对人身安全造成的影响究竟如何一直未有确切的定论,但毋庸置疑的是,辐射是造成细胞病变的可能原因之一。因此安全技术研究成为未来研究的重点和焦点之一,而消除、屏蔽、隔离等技术以及安全评价技术有待深入开展研究。

  对工厂自动化来说,生产的安全性、稳定性、实时性尤为重要,任何信息的不确定或延迟后果均十分严重,随着5G通讯技术的攻克,信息传输在数量、质量、实时性等方面都会迎来质的突破,必将在工厂自动化中的得到广泛的应用,因此,未来的工业通信方式、通讯方法以及相关的通讯装备亟待研发并取得突破。

  随着科技的进步与发展,计算机技术、无线技术、现场总线技术、工业以太网技术、IT技术、机器人技术,传感器技术以及安全技术等科学技术的不断发展与创新,工厂自动化迎来了新的发展阶段,不断提升的智能化确保了相关设备在集成时能得到恰如其分的使用,并在系统中充分地发挥各自的优势。集成开发的通信接口、可靠的控制软件、统一的工程工具和各种创新的模拟工具推动着工厂自动化相关技术的发展,同时也不断降低设备的总成本。在未来,“无线工厂”、“数字化工厂”、“绿色工厂”将成为人们追求的目标,控制技术和传感器也将越来越大程度地主导新生代的工厂和机器。

  智慧化是最近几年最热的一个技术话题。工厂自动化发展将逐步开展机器深度学习、自我制定决策规则并自主决策技术,工厂最终将在一台机器大脑的完整控制下完成产品全寿命周期的所有工作,这是工厂自动化发展的远景,也是有必然趋势。

  随着第四次工业的到来,工厂自动化的普遍实施成为工厂发展的必然趋势。对于我国的工业发展现状,工厂自动化发展的机遇显而易见。但在产业基础、可靠性、可用性、安全性、通讯等技术等方面还有很多技术难题有待解决,自动化从业者们任重而道远。工厂自动化不是新课题,未来发展的重点和焦点,各位同仁见仁见智,本文只是笔者的一些粗浅看法,仅供同仁参考。