作者：与子同袍
首发：物联网前沿技术观察
现代工业生产的主要发展趋势是产品由客户驱动，产品个性化小批量生产、产品开发周期长，生命周期短。
根据上述的发展趋势，SmartFactoryKL提出了工业4.0下的智能工厂的6大需求和三大目标：
需求1.1：柔性的生产流程：信息流和物流
由于生产的产品型号众多，不同产品经过的生产流程都会不同，因此需要柔性的物流传输系统将在制品送到不同生产模块的加工工序。同时由于不同在制品加工工艺不同，生产信息流也要在车间内像工厂内部物流一样顺畅地流动。
需求1.2 柔性生产模块和柔性传输模块
柔性生产模块是什么意思呢？由于加工不同型号的产品，生产模块需要具有一定的柔性，不能只加工一种产品。如果上午生产产品A，下午就要生产产品B，那么通过简单的配置和重新调整工具和夹具，生产模块就要能够生产产品B。
柔性传输模块也是同理，上午生产产品A，下午生产产品B。产品B需要经过的生产模块加工路线和产品A不同，因此需要能够快速调整传输模块与生产模块的连接，将不同的生产模块进行加工路线的重新调整。
需求2.1：接口和功能标准化，快速的产线切换
接口标准化是什么意思呢？就是将网线、400V电源线、24V直流电、压缩空气等接口全部放在一起，形成一个标准化的插头。这样在产线切换的时候，只要把这个插头一插拔就好了。
为什么这样做呢？这是由于产品生产周期变短，一条生产线可能没生产几天产品A，就要进行调整生产产品B。由于产线切换需要一定时间，这个时间空档里产线就处于停工状态，因此产线切换时间越短越好。那怎么才能缩短产线切换时间呢？那就需要生产模块的功能模块化并具有一定的柔性；同时连接生产模块的接口也要标准化，不能网线、电源线、压缩空气之类的乱糟糟的，到时候接线就浪费很多时间。
功能标准化是指生产模块的功能标准化，这样不同机台对前后道工序的生产模块的能力都很清楚。哪天生产模块发现自己后道工序的生产模块不是之前那台了，但是只要那台新换上来的生产模块有相应的生产能力，并且其通讯接口、物料传输接口都没问题，那它就会继续愉快地生产。
托利多称重模块的管理接口
这样一来，生产模块即插即用即生产也可以实现了。
生产模块的快速切换
需求2.2： IT系统信息化，可灵活变更
由于生产模块上的产品经常发生变化，生产模块的功能和程序也会经常变化，不同生产模块之间的加工路线也会经常调整，这对于生产模块的设备利用率、可视化监控报警、生产任务下发，预测性维护、设备维修来说，会带来很多不便。因此信息化软件，也需要根据柔性生产线的切换，进行快速调整。
每个生产模块都有自己的加工功能及相应的功能描述信息。换句话说，每个生产模块都有一套API接口，可以给上层的信息系统进行调用。
上层的信息系统可以向产线上的生产模块调用其功能接口和查询状态信息。这样当生产模块切换后，上层信息系统就知道产线上每台生产模块的状态，同时也可以向其发送控制指令。
这样做，实质上就是生产模块Web服务化，相当于亚马逊AWS通过API和SDK将AWS上的各种服务暴露给用户调用。
这样一来，生产模块对于上层信息系统来说，就是一台可以用软件监视、管理和控制的可编程的生产机器了。产线也变成了可编程的生产线了。
上层的信息系统利用企业服务总线等软总线将所有生产模块再连接起来，再把ERP软件也接入到企业服务总线上，就可以实现ERP订单、销售、出货、计件等功能与生产线的无缝衔接。
需求3.1： 生产模块和IT系统集成
由于产线上的生产产品经常变化，产线也经常调整，靠人工进行生产指令下发、生产数据统计和反馈控制的话，工作量太大，而且非常容易出错。因此必须要使用IT系统进行数字化管理。这样生产管理人员才能有效地进行计划、调度、优化等生产运营决策。
需求3.2： 利用辅助系统协助员工
传统的大批量生产，产线上的操作工只需要经过一段时间培训，就可以熟练地完成任务了。但现在由于产线上在制品型号众多且经常变化，不同产品的加工工艺、SOP作业指导书、质检要求等都不同，这样就对产线上的操作工带来了更高的要求。
这种情况下，就需要结合在制品的RFID身份信息，采用一些信息化的辅助工具如人机界面、增强现实AR、扫描枪、智能眼镜、电子看板、智能拣货等，帮助指导操作工进行相应的操作，减轻他们的负担。
根据上述需求，_SmartFactory_KL已经实现了如下工业4.0用例：
- 软件和硬件接口的标准化，协议和数据标准化
- 即插即生产（Plug-and-Produce），通过重新配置即可实现柔性的生产线
- 数字产品记忆
- 模块化升级和柔性传输系统
- 机器及生产线的数字双胞胎
- 实时的综合设备利用率OEE
- 基于云的人机界面，用于生产流程控制
- 预测性维护
- PLM产品生命周期管理
- 通过人工智能实现智能维修
下一期，我将给大家介绍SmartFactoryKL的工业4.0生产线的架构。
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