在中國制造2025及工業(yè)4.0信息物理融合系統(tǒng)CPS的支持下，離散制造業(yè)需要實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)設(shè)備網(wǎng)絡(luò)化、生產(chǎn)數(shù)據(jù)可視化、生產(chǎn)文檔無紙化、生產(chǎn)過程透明化、生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)無人化等先進(jìn)技術(shù)應(yīng)用，做到縱向、橫向和端到端的集成，以實(shí)現(xiàn)優(yōu)質(zhì)、高效、低耗、清潔、靈活的生產(chǎn)，從而建立基于工業(yè)大數(shù)據(jù)和“互聯(lián)網(wǎng)+”的智能工廠。

 

 

工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)的提出給“中國制造2025”、工業(yè)4.0提供了一個(gè)新的突破口。物聯(lián)網(wǎng)是指通過各種信息傳感設(shè)備，實(shí)時(shí)采集任何需要監(jiān)控、連接、互動(dòng)的物體或過程等各種需要的信息，其目的是實(shí)現(xiàn)物與物、物與人，所有的物品與網(wǎng)絡(luò)的連接，方便識(shí)別、管理和控制。傳統(tǒng)的工業(yè)生產(chǎn)采用M2M(MachinetoMachine)的通信模式，實(shí)現(xiàn)了設(shè)備與設(shè)備間的通信，而物聯(lián)網(wǎng)通過ThingstoThings的通信方式實(shí)現(xiàn)人、設(shè)備和系統(tǒng)三者之間的智能化、交互式無縫連接。

 

在離散制造企業(yè)車間，數(shù)控車、銑、刨、磨、鑄、鍛、鉚、焊、加工中心等是主要的生產(chǎn)資源。在生產(chǎn)過程中，將所有的設(shè)備及工位統(tǒng)一聯(lián)網(wǎng)管理，使設(shè)備與設(shè)備之間、設(shè)備與計(jì)算機(jī)之間能夠聯(lián)網(wǎng)通訊，設(shè)備與工位人員緊密關(guān)聯(lián)。如：數(shù)控編程人員可以在自己的計(jì)算機(jī)上進(jìn)行編程，將加工程序上傳至DNC服務(wù)器，設(shè)備操作人員可以在生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)通過設(shè)備控制器下載所需要的程序，待加工任務(wù)完成后，再通過DNC網(wǎng)絡(luò)將數(shù)控程序回傳至服務(wù)器中，由程序管理員或工藝人員進(jìn)行比較或歸檔，整個(gè)生產(chǎn)過程實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)化、追溯化管理。

 

 “中國制造2025”提出以后，信息化與工業(yè)化快速融合，信息技術(shù)滲透到了離散制造企業(yè)產(chǎn)業(yè)鏈的各個(gè)環(huán)節(jié)，條形碼、二維碼、RFID、工業(yè)傳感器、工業(yè)自動(dòng)控制系統(tǒng)、工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)、ERP、CAD/CAM/CAE/CAI等技術(shù)在離散制造企業(yè)中得到廣泛應(yīng)用，尤其是互聯(lián)網(wǎng)、移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)等新一代信息技術(shù)在工業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用，離散制造企業(yè)也進(jìn)入了互聯(lián)網(wǎng)工業(yè)的新的發(fā)展階段，所擁有的數(shù)據(jù)也日益豐富。離散制造企業(yè)生產(chǎn)線處于高速運(yùn)轉(zhuǎn)，由生產(chǎn)設(shè)備所產(chǎn)生、采集和處理的數(shù)據(jù)量遠(yuǎn)大于企業(yè)中計(jì)算機(jī)和人工產(chǎn)生的數(shù)據(jù)，對(duì)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)性要求也更高。

 

在生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)，每隔幾秒就收集一次數(shù)據(jù)，利用這些數(shù)據(jù)可以實(shí)現(xiàn)很多形式的分析，包括設(shè)備開機(jī)率、主軸運(yùn)轉(zhuǎn)率、主軸負(fù)載率、運(yùn)行率、故障率、生產(chǎn)率、設(shè)備綜合利用率(OEE)、零部件合格率、質(zhì)量百分比等。首先，在生產(chǎn)工藝改進(jìn)方面，在生產(chǎn)過程中使用這些大數(shù)據(jù)，就能分析整個(gè)生產(chǎn)流程，了解每個(gè)環(huán)節(jié)是如何執(zhí)行的。一旦有某個(gè)流程偏離了標(biāo)準(zhǔn)工藝，就會(huì)產(chǎn)生一個(gè)報(bào)警信號(hào)，能更快速地發(fā)現(xiàn)錯(cuò)誤或者瓶頸所在，也就能更容易解決問題。利用大數(shù)據(jù)技術(shù)，還可以對(duì)產(chǎn)品的生產(chǎn)過程建立虛擬模型，仿真并優(yōu)化生產(chǎn)流程，當(dāng)所有流程和績(jī)效數(shù)據(jù)都能在系統(tǒng)中重建時(shí)，這種透明度將有助于制造企業(yè)改進(jìn)其生產(chǎn)流程。再如，在能耗分析方面，在設(shè)備生產(chǎn)過程中利用傳感器集中監(jiān)控所有的生產(chǎn)流程，能夠發(fā)現(xiàn)能耗的異?；蚍逯登樾?，由此便可在生產(chǎn)過程中優(yōu)化能源的消耗，對(duì)所有流程進(jìn)行分析將會(huì)大大降低能耗。

 

 

構(gòu)建綠色制造體系，建設(shè)綠色工廠，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)潔凈化、廢物資源化、能源低碳化是中國制造2025實(shí)現(xiàn)“制造大國”走向“制造強(qiáng)國”的重要戰(zhàn)略之一。目前，在離散制造企業(yè)中產(chǎn)生繁多的紙質(zhì)文件，如工藝過程卡片、零件藍(lán)圖、三維數(shù)模、刀具清單、質(zhì)量文件、數(shù)控程序等等，這些紙質(zhì)文件大多分散管理，不便于快速查找、集中共享和實(shí)時(shí)追蹤，而且易產(chǎn)生大量的紙張浪費(fèi)、丟失等。生產(chǎn)文檔進(jìn)行無紙化管理后，工作人員在生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)即可快速查詢、瀏覽、下載所需要的生產(chǎn)信息，生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的資料能夠即時(shí)進(jìn)行歸檔保存，大幅降低基于紙質(zhì)文檔的人工傳遞及流轉(zhuǎn)，從而杜絕了文件、數(shù)據(jù)丟失，進(jìn)一步提高了生產(chǎn)準(zhǔn)備效率和生產(chǎn)作業(yè)效率，實(shí)現(xiàn)綠色、無紙化生產(chǎn)。

 

 

 “中國制造2025”明確提出推進(jìn)制造過程智能化，通過建設(shè)智能工廠，促進(jìn)制造工藝的仿真優(yōu)化、數(shù)字化控制、狀態(tài)信息實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和自適應(yīng)控制，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)整個(gè)過程的智能管控。在機(jī)械、汽車、航空、船舶、輕工、家用電器和電子信息等離散制造行業(yè)，企業(yè)發(fā)展智能制造的核心目的是拓展產(chǎn)品價(jià)值空間，側(cè)重從單臺(tái)設(shè)備自動(dòng)化和產(chǎn)品智能化入手，基于生產(chǎn)效率和產(chǎn)品效能的提升實(shí)現(xiàn)價(jià)值增長(zhǎng)。因此其智能工廠建設(shè)模式為推進(jìn)生產(chǎn)設(shè)備(生產(chǎn)線)智能化，通過引進(jìn)各類符合生產(chǎn)所需的智能裝備，建立基于制造執(zhí)行系統(tǒng)MES的車間級(jí)智能生產(chǎn)單元，提高精準(zhǔn)制造、敏捷制造、透明制造的能力。
 

離散制造企業(yè)生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)，MES在實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過程的自動(dòng)化、智能化、數(shù)字化等方面發(fā)揮著巨大作用。首先，MES借助信息傳遞對(duì)從訂單下達(dá)到產(chǎn)品完成的整個(gè)生產(chǎn)過程進(jìn)行優(yōu)化管理，減少企業(yè)內(nèi)部無附加值活動(dòng)，有效地指導(dǎo)工廠生產(chǎn)運(yùn)作過程，提高企業(yè)及時(shí)交貨能力。其次，MES在企業(yè)和供應(yīng)鏈間以雙向交互的形式提供生產(chǎn)活動(dòng)的基礎(chǔ)信息，使計(jì)劃、生產(chǎn)、資源三者密切配合，從而確保決策者和各級(jí)管理者可以在最短的時(shí)間內(nèi)掌握生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)的變化，做出準(zhǔn)確的判斷并制定快速的應(yīng)對(duì)措施，保證生產(chǎn)計(jì)劃得到合理而快速的修正、生產(chǎn)流程暢通、資源充分有效地得到利用，進(jìn)而最大限度地發(fā)揮生產(chǎn)效率。

 

 

“中國制造2025”推動(dòng)了工業(yè)機(jī)器人、機(jī)械手臂等智能設(shè)備的廣泛應(yīng)用，使工廠無人化制造成為可能。在離散制造企業(yè)生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)，數(shù)控加工中心、智能機(jī)器人和三坐標(biāo)測(cè)量?jī)x及其他所有柔性化制造單元進(jìn)行自動(dòng)化排產(chǎn)調(diào)度，工件、物料、刀具進(jìn)行自動(dòng)化裝卸調(diào)度，可以達(dá)到無人值守的全自動(dòng)化生產(chǎn)模式(LightsOutMFG)。在不間斷單元自動(dòng)化生產(chǎn)的情況下，管理生產(chǎn)任務(wù)優(yōu)先和暫緩，遠(yuǎn)程查看管理單元內(nèi)的生產(chǎn)狀態(tài)情況，如果生產(chǎn)中遇到問題，一旦解決，立即恢復(fù)自動(dòng)化生產(chǎn)，整個(gè)生產(chǎn)過程無需人工參與，真正實(shí)現(xiàn)“無人”智能生產(chǎn)。

 

實(shí)現(xiàn)從制造業(yè)大國向制造業(yè)強(qiáng)國的“升級(jí)”，“中國制造2025”成為最有力的戰(zhàn)略驅(qū)動(dòng)。蓋勒普是“中國制造2025”的先行探索者和實(shí)踐者。深度結(jié)合當(dāng)前離散制造業(yè)的實(shí)際現(xiàn)狀，基于全球25年領(lǐng)先技術(shù)和中國15年的本地化經(jīng)驗(yàn)，蓋勒普提出了離散制造業(yè)智能工廠的五個(gè)方向，旨在借助全球先進(jìn)智能工廠整體解決方案(MES-SFC)這一生產(chǎn)力引擎，打破組織邊界，將企業(yè)整個(gè)生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)都納入到管理網(wǎng)絡(luò)中，正深刻地改變著制造模式、流程乃至整個(gè)制造業(yè)的結(jié)構(gòu)，這一具有未來競(jìng)爭(zhēng)力的創(chuàng)新成果將有力推動(dòng)整個(gè)制造業(yè)的轉(zhuǎn)型升級(jí)，也讓離散制造企業(yè)得到了獨(dú)一無二的新技術(shù)體驗(yàn)，并為行業(yè)樹立成功典范。

 

 

 

近年來，傳感器正處于傳統(tǒng)型向新型傳感器轉(zhuǎn)型的發(fā)展階段。新型傳感器的特點(diǎn)是微型化、數(shù)字化、智能化、多功能化、系統(tǒng)化、網(wǎng)絡(luò)化，它不僅促進(jìn)了傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)的改造，而且可導(dǎo)致建立新型工業(yè)，是21世紀(jì)新的經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)點(diǎn)。

 

不管“工業(yè)4.0”還是“中國制造2025”，其實(shí)最本質(zhì)的變化是智能化生產(chǎn)，而在谷榮祥看來，傳感器是整個(gè)智能化的關(guān)鍵。因?yàn)?ldquo;工業(yè)4.0”和“中國制造2025”最核心的方面是智能制造，不管網(wǎng)絡(luò)化還是數(shù)字化，最前端都將是智能化，但所有的這些都將離不開傳感器。

 

傳感器產(chǎn)業(yè)作為國內(nèi)外公認(rèn)的具有發(fā)展前途的高技術(shù)產(chǎn)業(yè)，以其技術(shù)含量高、經(jīng)濟(jì)效益好、滲透能力強(qiáng)、市場(chǎng)前景廣等特點(diǎn)為世人矚目。

 

 2007-2014年我國傳感器行業(yè)得到較好的發(fā)展，行業(yè)工業(yè)總產(chǎn)值總體呈上升趨勢(shì)，在GDP中的占比維持在0.10%-0.15%之間。

 

在國家大力加強(qiáng)傳感器的開發(fā)和應(yīng)用的一系列政策引導(dǎo)和支持下，我國傳感器行業(yè)面臨良好的發(fā)展前景，未來成長(zhǎng)空間可期。

 

 

工業(yè)以太網(wǎng)作為一種高效的局域網(wǎng)絡(luò)，從誕生之初，就擔(dān)負(fù)著傳感器數(shù)據(jù)傳輸、生產(chǎn)設(shè)備控制等功能，是現(xiàn)代工業(yè)自動(dòng)化生產(chǎn)體系中的重要組成部分和工廠信息化的基礎(chǔ)。它的構(gòu)建也就成為智能工廠建設(shè)的核心。

 

如果說第三次工業(yè)革命的自動(dòng)化，僅是將生產(chǎn)過程作為對(duì)象，對(duì)其進(jìn)行信息技術(shù)的應(yīng)用。工業(yè)4.0將信息技術(shù)的應(yīng)用大幅擴(kuò)大，進(jìn)而衍生出“智能工廠”的概念。它的關(guān)鍵技術(shù)是信息技術(shù)。

 
工業(yè)以太網(wǎng)，互聯(lián)互通、實(shí)時(shí)控制，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)安全、節(jié)能將是智能工廠的核心技術(shù)。具體而言，包括生產(chǎn)設(shè)備聯(lián)網(wǎng)實(shí)現(xiàn)自律協(xié)調(diào)作業(yè)的M2M，通過網(wǎng)絡(luò)獲取大數(shù)據(jù)的應(yīng)用，開發(fā)、銷售、ERP、PLM、SCM等業(yè)務(wù)管理系統(tǒng)與實(shí)際生產(chǎn)過程之間的協(xié)同等。

 

因?yàn)楝F(xiàn)代智能工廠有四大關(guān)鍵點(diǎn)：一是要連接所有網(wǎng)絡(luò)以拿到數(shù)據(jù)。二是要有智能機(jī)器。三是大數(shù)據(jù)，將所有設(shè)備、所有人連接后，所有數(shù)據(jù)都大批量傳送到智能終端上。四是分析，得到數(shù)據(jù)后從中抓取出應(yīng)用趨勢(shì)來，提高設(shè)備狀態(tài)的檢測(cè)和預(yù)測(cè)水平。要形成高速傳輸、大數(shù)據(jù)，保證實(shí)時(shí)性、安全性和節(jié)能就變得十分關(guān)鍵。這正是工業(yè)以太網(wǎng)構(gòu)建的要旨。

 

智能工廠將是工業(yè)軟件產(chǎn)品創(chuàng)新的主線。機(jī)器層面，提高設(shè)備智能水平，改善性能和生產(chǎn)效率;車間層面，加強(qiáng)機(jī)器間通信協(xié)作，提高生產(chǎn)線的協(xié)同水平;工廠層面，優(yōu)化和調(diào)度多車間、多生產(chǎn)線等生產(chǎn)資源，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)能力、供應(yīng)鏈及市場(chǎng)需求的動(dòng)態(tài)匹配。

 

 

近兩年隨著國家戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)的提出，兩化融合的穩(wěn)步推進(jìn)，中國智能制造裝備領(lǐng)域得到了全社會(huì)范圍的廣泛關(guān)注。隨著產(chǎn)品性能提升的內(nèi)在需求增加和中國勞動(dòng)力價(jià)格上漲，產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)的壓力不斷加大。工業(yè)機(jī)器人作為智能制造領(lǐng)域的代表，在產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)的過程中正發(fā)揮著越來越重要的作用。

 

工業(yè)機(jī)器人作為高科技裝備，無論在推動(dòng)國防軍事、智能制造、資源開發(fā)，還是在培育發(fā)展未來機(jī)器人產(chǎn)業(yè)上都具有重要意義。目前一些新興的中低端市場(chǎng)也迅速擴(kuò)大，如工程機(jī)械領(lǐng)域，某些過去傳統(tǒng)的勞動(dòng)密集型企業(yè)如石化、糧食、建材、化肥、飼料等領(lǐng)域市場(chǎng)需求也迅速發(fā)展起來。近年來，通過拓展下游應(yīng)用服務(wù)，開拓傳統(tǒng)市場(chǎng)接納新興生產(chǎn)方式，家電、軌道交通、船舶等領(lǐng)域是機(jī)器人未來應(yīng)用的主戰(zhàn)場(chǎng)。在一般工業(yè)應(yīng)用的新領(lǐng)域，如光伏產(chǎn)業(yè)、動(dòng)力電池制造業(yè)，包括酒類、飲料、乳業(yè)、糖等在內(nèi)的食品工業(yè)，以及化纖、玻璃纖維、五金打磨、冶金澆鑄、醫(yī)藥等行業(yè)，都有工業(yè)機(jī)器人的應(yīng)用空間。

 

 

中投顧問在《2016-2020年中國智能工廠深度調(diào)研及投資前景預(yù)測(cè)報(bào)告》中指出，智能物流是工業(yè)4.0核心組成部分，是降低社會(huì)倉儲(chǔ)物流成本的終極方案：在工業(yè)4.0的智能工廠框架中，智能物流倉儲(chǔ)位于后端，是連接制造端和客戶端的核心環(huán)節(jié)。與美國、日本國外發(fā)達(dá)國家相比，單位GDP中我國的倉儲(chǔ)成本占比是其他國家的2-3倍，并且這一差值近些年來呈現(xiàn)逐步擴(kuò)大的趨勢(shì)，而智能物流倉儲(chǔ)系統(tǒng)具備勞動(dòng)力成本的節(jié)約、對(duì)租金成本的節(jié)約、管理效率的提升等方面優(yōu)勢(shì)(我們估算自動(dòng)化倉儲(chǔ)在保證同等儲(chǔ)存能力的條件下，可至少節(jié)約70%以上的土地和80%以上的勞動(dòng)力)，是降低社會(huì)倉儲(chǔ)物流成本的終極解決方案。

 
多重因素影響下，智能物流設(shè)備在諸多領(lǐng)域成為企業(yè)替代人工、謀求轉(zhuǎn)型升級(jí)的不二選擇，物流領(lǐng)域也不例外。智能化物流裝備正是在這樣的背景下逐漸發(fā)展起來的。雖然從短期看，采用智能化物流裝備會(huì)導(dǎo)致企業(yè)投入增加，然而從長(zhǎng)遠(yuǎn)發(fā)展來看，智能化裝備給企業(yè)帶來的人力成本的節(jié)約和效率的提升，將使企業(yè)持續(xù)受益。

 

 

智能工廠將更加智能、靈活和動(dòng)態(tài)。

 

制造工藝的組織將不同，會(huì)與整個(gè)生產(chǎn)鏈協(xié)同--從供應(yīng)商到物流到產(chǎn)品的生命周期管理--跨越企業(yè)的各個(gè)部門緊密相連。

 

各個(gè)生產(chǎn)步驟將實(shí)現(xiàn)無縫連接。影響的過程將包括：工廠和生產(chǎn)規(guī)劃;產(chǎn)品開發(fā);物流;企業(yè)資源規(guī)劃(ERP);制造執(zhí)行系統(tǒng)(MES);控制技術(shù);現(xiàn)場(chǎng)的各個(gè)傳感器和執(zhí)行器。

在智能工廠里，機(jī)器和設(shè)備將具有提升的自我優(yōu)化和自主決策的能力。這與今日運(yùn)行固定程序操作的情況形成了鮮明的對(duì)比。