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电子制造业的新基建——智慧工厂中的新信息化技术与挑战
  2022-07-26      55

张永泰

中国在维持多年 “世界工厂”美誉之后;近年来又以强大基础工程建设能力赢得 “基建狂魔”的封号。但就世界局势发展的大方向来看,中国基础劳动力红利已不复纯存在,尚未脱离大量基础劳动力的中国电子制造业有必要重新审视从今而后的发展方向。以“电子制造业的新基建”为题,是延续工业4.0的发展规划,为进行夯实工业3.0 (精益生产3.0)找出正确积极的做法, 希望透过深入探究电子制造业现状的合理性,进一步探讨电子制造业未来发展应有的重点方向。

工业4.0 、自动化解决方案、智慧工厂、智能制造、中国智造2025 、 5G 、MTT、…, 这些名词都是过去七八年轮番热炒的话题, 而精益生产、“新”基建  Infrastructure3.0则是近期火热的新热点。虽然是新话题但并非是新概念 ,“精益生产3.0” “新基建”概念源于工业4.0的框架及战略计划的三项集成。三项集成中的端到端的集成:原意是指夯实并完善工业3.0的基础, 为工业4.0提供实践的要素和必要环境,也就是解决现状欠缺不足的项目,即是精益自动化生产夯实工业3.0的最初意思。工业4.0的框架及战略计划简述如下:

工业4.0的框架及战略计划(资料源:经济日报电子报2014)

一个信息: 先进的新移动信息技术 Advance Telecom Technology

一个网络:网络信息物理系统CPS (工业互联网) .

四大主题:智慧工厂、智能物流、智能服务、智能制造..

三项集成:纵向集成、横向集成、端到端集成

八项计划:标准化和参考架构、管理复杂系统、工业宽带基础、安全和保障、

工作的组织和设计、培训与再教育、监管框架、资源利用效率。

其中 “三项集成” 阐述工业4.0的要素和必要环境:

1.垂直方面的集成:就是针对“智慧工厂”(Smart Factory)。将‘人机料法环’这个几生产过程的重大要素通过大数据的管理系统实现人机、机机对话,从而提升生产效率,提升产品的质量实现了数据信息的提取、集成、跟踪和分析。生产现场无人化只是趋势不是目的, 而是全面精进发展普及智能装备、智能系统, 促进生产实时监控、全程追溯、工厂生产制造管理、决策。

2.水平方面的集成: 就是针对“智能制造”。从产品市场需求的预估、了解、掌控,到上游物料、物流的智慧存储,要做到Just in time 的供给“智慧工厂”生产才能及时满足市场须求,发挥最大经济效率营造竞争力。(从上游物料到市场须求整体营运)

3.端到端集成: 是指一定是在非常高度自动化、数据信息化的在线生产(Infrastructure3.0) 在完善工业3.0的基础之上,实现产品的一致性与良率, 进一步追求柔性生产提升。(新华社记者批注为精益生产3.0)

由以上陈述不难发现近几年所有热点名词悉数出自“工业4.0的框架及战略计划”以及其延伸的细部阐述,可能很多人都会很惊讶。。且看2014年,德国联邦教研部与联邦经济技术部正式发布“工业4.0的框架及战略计划”包含:一个信息,一个网络,四大主题,三项集成,八项计划组成的框架。对未来的愿景蓝图,不仅期待通过物联网能够优化一个生产步骤, 同时可以优化整个价值链贯穿整个产品生命周期的所有阶段:从产品的概念到开发、制造、使用、维护,再到回收利用及未来愿景的蓝图,成为第四次工业革命的引领。在工业4.0 中, 人员、机器、工厂、物流和产品之间实现直接的交流与协作。

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关于如何系统性地定义电子制造业的“新基建”?,其实大家也都不难知道历史遗留下来的老问题就是新建设的重点方向。这里根据电子制造业所列举的新基建方向(项目)自然不例外,就是普遍现存的五个重大问题。电子制造业现状来说还普遍是劳力密集产业而劳动力主要就用在这五个重大方面。

电子制造业的新基建: 重点是普及而不在创新

1. 智能化装备智能化系统

2. 实时随时掌握高度数字化,可视化生产情报

3. 自动监控完善的质量分析系统准确对策

4. 完整的全程生产与质量追溯管理体系

5. 建立原料资源、生产制造、市场需求,大数据分析架构支持高阶决策

各项电子制造业的新基建简述如下:

1.完善智能化装备.智能化系统线性及总线集成:

什么设备算智能化装备智能化系统?就是与人工智能高度相关的新型的先进智能设备(特征:自带 MES 接口内置自动SPC, GR&R, CPK, …支持云计算) 并要求应用新一代移动通信技术的先进运动控制工业软件总线技术成套系统全集成的自动化解决方案这里强调的是关于直接生产制造和质量管控的机器设备和系统。

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2.实时随时掌握高度数字化,可视化生产情报:

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实时&随时掌握生产情报(高度数字化可视化)人工智能、机器视觉就是当之无愧的主角。在新式工厂管理中设置的智能监控设备每秒钟就会采集大量的业务数据海量数据处理需求,当面对数据库中海量的监控数据时,兼顾平台的实时性需求,应用服务对数据进行快读的访问、读取和操作显得十分重要。首先需要对数据库性能进行严格考虑,来提高数据的存取效率,提升海量数据的处理速度。其次,设计数据库表格时应满足泛用格式及未来扩充的要求。第三,建立云服务平台,利用云计算技术实现海量数据的处理。云服务平台的设计结构物联网技术的应用,为企业的生产经营管理提供了更便捷、更智能的模式。基于物联网技术的智慧工厂的总体结构、硬件平台、软件平台和云服务平台,为工厂管理的建设带来了重大变革。

3.自动监控完善的质量分析系统准确对策

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自动监控技术的发展也提高了数据的透明化以及获取率,相关人员可以通过这类更加客观、可靠的数据做出相应的决策,降低错误决策的比例。需要注意的是,数字技术的发展使企业可以广泛应用于制造管理。就生产模式而言,智能制造对生产流程和产品本身的影响尤其巨大。比如,设备上传感器的应用可以帮助企业优化制造流程,提升产品质量和效率;产品上的传感器可以实现对产品状态的实时监测,并采集产品相关数据,帮助企业了解产品使用情况,进而对产品进行改进或优化。制造企业提升产品质量和效率可以通过结合数字化技术(如人工智能、物联网、大数据...)来实现智能制造,并降低产品成本。此外,通过产品乃至制造设备采集的大量数据可以用于故障诊断等,帮助改进设备或者生产流程,从而进一步地实现成本的降低和效率的提升。这个特点更加符合新时代产品品质和服务紧密结合的趋势。

4.完整的全程生产与质量追溯管理体系

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通过信息技术质量追溯体系,既加强了企业质量管理,减少纠错成本,并且方便企业收集产品情报了解消费趋势,提高快速响应能力。在流程制造领域,尤其是在生产领域,随着投入市场的产品不断累积、增加,产品质量追溯的准确性和效率问题日益凸显,企业迫切需要建立一套完善的信息技术产品质量追溯系统,来提高管理效率。搭载“互联网+”,建设质量追溯平台,是未来质量的重大发展方向。因为用户需要一个公开、透明且便于查询的信息平台。但要做好重要产品的质量安全追溯体系建设,还必须借助“大数据”等信息技术。大数据是以容量大、类型多、访问速度快、应用价值高为主要特征的数据整理集合,质量安全的基础其实也是一个个数据,包括质量指标、检测结果等等,如果能够对这些大数据加以利用,加上物联网、云计算等信息技术的组合使用,必然会对质量安全追溯体系建设起到事半功倍的作用。

5. 建立原料资源、生产制造、市场需求,大数据分析架构支持高阶决策

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现代工厂信息化发展的新阶段“智慧工厂”是将先进的自动控制、通信、计算机、信息和现代管理等技术相结合,将生产过程的控制、运行与管理作为一个整体,以实现企业的优化运行、控制、管理与决策。利用物联网对生产流程以及市场信息的全面感知及分析进而优化的能力,对工厂内的人、设备、环境进行全面整合。运用云计算等技术将自主感知和人工采集的数据进行运算处理,从而为企业的安全生产提供保证,为企业的科学决策提供支持。真正作到决策依赖大数据避免英雄主义不断淡化人为因素影响避免人为误差让管理也真正成为科学不再是艺术。

作者简介:

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张永泰 ,台湾淡江大学,工学硕士。澳洲科庭(Curtin)大学管理研究所,人力资源管理硕士。台湾逢甲大学,环境科学  理学士。澳洲国立职业技术学院,管理学士。中国SMTA技术委员会委员,工业AI(AIM)杂志  技术顾问,SMT China杂志电子行业组技术顾问。香港恒生管理学院供应链研究小组特聘讲师。现任美亚电子科技有限公司自动化部门研发技术总监(副总经理)。

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