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在德國工業(yè)4.0工作組推薦的一個(gè)智能工廠示范點(diǎn)，人們可以看到一個(gè)類似科幻的生產(chǎn)制造場(chǎng)景，未來的工人不再是目前大家心目中的身著藍(lán)色工衣，手持各種機(jī)械工具的形象，他們?nèi)缤珿oogle公司一些科技達(dá)人，穿著T恤，聽著音樂就可以把手頭上的生產(chǎn)制造工作完成了。能夠?qū)崿F(xiàn)以上場(chǎng)景的未來制造業(yè)，可以基于CPS的不斷演進(jìn)，將在工業(yè)4.0體系中得以實(shí)現(xiàn)。
圖例：未來的智能工廠和工人 威廉.拉佐尼克在《車間的競(jìng)爭優(yōu)勢(shì)》一書中明確指出了工業(yè)制造中車間的重要性，在工廠的現(xiàn)代管理體系中，工廠的現(xiàn)場(chǎng)管理也是重要的部分。因此，本節(jié)結(jié)合工廠的演變，解讀CPS在未來制造業(yè)的重要地位。 對(duì)于CPS和智能工廠，目前似乎存在很多混淆視聽的說法，一方面學(xué)術(shù)界為了凸顯CPS的價(jià)值，認(rèn)為CPS可以利用到所有場(chǎng)景下去，另外一方面一些提供信息化解決方案的供應(yīng)商，認(rèn)為智能工廠的解決方案就是CPS的解決方案。以上兩種看法都有問題，前者忽視了智能工廠還有其他非CPS系統(tǒng)的存在，后者則縮小了CPS可以幫助制造企業(yè)解決問題的范圍。 我們可以看一個(gè)基于CPS的智能工廠示意圖，在圖中，工廠的CPS占據(jù)了一半的面積，但在CPS之外，還有諸如MES、CAD、ERP和PLM等應(yīng)用系統(tǒng)，嚴(yán)格意義上講，這些系統(tǒng)不屬于CPS的一部分，它們是較為獨(dú)立的一些系統(tǒng)體系。如果非要把系統(tǒng)包含為一體，或許工業(yè)4.0技術(shù)體系中的智能工廠才是最好的概念。
圖例：基于CPS的智能工廠示意圖 作為第一次工業(yè)革命最大的成就，工廠是其中一個(gè)創(chuàng)造，由于有了工廠的存在，才有了工人的產(chǎn)生，生產(chǎn)制造才作為一種產(chǎn)業(yè)開始顯現(xiàn)，工業(yè)革命才第一次有了核心的地方去不斷創(chuàng)新，不斷提升生產(chǎn)力，一次又一次的提升人類的生產(chǎn)效率。試想如果沒有工廠的存在，第二次工業(yè)革命的流水線、第三次工業(yè)革命的數(shù)控設(shè)備等，將成為無本之木、無源之水，是難以在工業(yè)發(fā)展進(jìn)程中出現(xiàn)的，也難以在人類生活中產(chǎn)生巨大影響，因此就談不上什么工業(yè)革命了。 在工業(yè)4.0體系中，傳統(tǒng)的工廠將因?yàn)閼?yīng)用CPS等技術(shù)，成為了智能工廠，這將促使工廠內(nèi)的生產(chǎn)力大大提升，其生產(chǎn)的柔性也將大大提高，一條生產(chǎn)線可以實(shí)現(xiàn)更多的產(chǎn)品型號(hào)的生產(chǎn)，從而最終實(shí)現(xiàn)大規(guī)模個(gè)性化生產(chǎn)的目的。因此，CPS在工廠的應(yīng)用是智能工廠的一部分。 當(dāng)然，在制造企業(yè)的研發(fā)、制造、運(yùn)營和營銷等多個(gè)環(huán)節(jié)中，CPS仍然大有所為，例如，CPS還可以利用到供應(yīng)鏈的管理中，通過原材料工廠的CPS應(yīng)用，并跟工廠的CPS系統(tǒng)連接起來，可以實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)化CPS系統(tǒng)，這就為智能產(chǎn)品的出現(xiàn)奠定了基礎(chǔ)。 對(duì)于產(chǎn)品來講，其初期的形態(tài)是原材料，原材料被工廠采購回來之后，根據(jù)將來加工制造的需要，分別要進(jìn)入不同的生產(chǎn)工廠或流水線，生產(chǎn)制造管理系統(tǒng)將根據(jù)生產(chǎn)計(jì)劃安排，讓工人或者物料系統(tǒng)把這些生產(chǎn)資料運(yùn)送到具體的位置。傳統(tǒng)的工廠一般是通過工人根據(jù)標(biāo)簽進(jìn)行判斷，安排這些生產(chǎn)資料進(jìn)入相應(yīng)的生產(chǎn)線去的，這種場(chǎng)景我們很容易在一家汽車生產(chǎn)車間看到。不過，在未來基于CPS的生產(chǎn)制造中，生產(chǎn)資料在進(jìn)入生產(chǎn)體系之前就賦予了CPS能力，它一個(gè)具有智能的生產(chǎn)資料，它會(huì)進(jìn)行自我描述，可以跟同樣賦予了CPS能力的生產(chǎn)線進(jìn)行對(duì)話，生產(chǎn)線可以根據(jù)對(duì)話的結(jié)果，智能化的安排相關(guān)生產(chǎn)制造計(jì)劃。
圖例：基于RFID等技術(shù)的生產(chǎn)流水線 按照德國工業(yè)4.0體系所設(shè)想，智能產(chǎn)品將集成有動(dòng)態(tài)數(shù)字存儲(chǔ)器、感知和通信能力，承載著在其整個(gè)供應(yīng)鏈和生命周期中所需的各種必需信息。在這樣的情況下，智能產(chǎn)品具有三個(gè)方面的特征：
對(duì)于智能產(chǎn)品的第一個(gè)特征來講，擁有自我識(shí)別和描述的信息，是一個(gè)基本要求，同時(shí)還可以包含大量的生產(chǎn)或銷售信息，當(dāng)然，這些信息可以在生產(chǎn)過程中附加上去。例如，對(duì)于一個(gè)在生產(chǎn)制造流程中的智能產(chǎn)品來講，智能產(chǎn)品自己可以對(duì)自己進(jìn)行描述，例如，“我將在2015年2月10日生產(chǎn)，2015年2月14日出廠，并要求運(yùn)送到清華大學(xué)東門?！?/span> 在智能產(chǎn)品進(jìn)入生產(chǎn)制造流程中的時(shí)候，該產(chǎn)品還會(huì)作為一個(gè)代理，對(duì)周圍的環(huán)境進(jìn)行感知和產(chǎn)生影響，例如，在生產(chǎn)線上的智能產(chǎn)品可以對(duì)智能生產(chǎn)線發(fā)出指令，“請(qǐng)握緊我的左邊把柄?！?/span> 智能產(chǎn)品還可以對(duì)自己不斷進(jìn)行監(jiān)測(cè)，并根據(jù)自身狀態(tài)和環(huán)境做出恰當(dāng)?shù)姆磻?yīng)，例如，已經(jīng)被某智能生產(chǎn)線加工了10多分鐘的智能產(chǎn)品，可能會(huì)發(fā)出指令，“我已經(jīng)被加工10分鐘，請(qǐng)把我傳送到下一個(gè)生產(chǎn)線環(huán)節(jié)?！?/span> 以上描繪的智能產(chǎn)品具有的三個(gè)特征，是CPS賦予產(chǎn)品的功能，這也是CPS應(yīng)用所產(chǎn)生的價(jià)值。在生產(chǎn)制造領(lǐng)域采用CPS，將給產(chǎn)品賦予大量的智能，結(jié)合到智能工廠擁有的智能設(shè)備、智能流水線和智能管理設(shè)備等，智能產(chǎn)品將跟他們產(chǎn)生大量的交互，從而使得智能產(chǎn)品在智能工廠實(shí)現(xiàn)所謂智能制造，這就是未來制造業(yè)的圖景。 |
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