航空制造現(xiàn)場監(jiān)測與控制技術(shù)發(fā)展趨勢展望
發(fā)布時間:2018-06-25 來源: 幽默笑話 點(diǎn)擊:
制造現(xiàn)場監(jiān)測與控制技術(shù)發(fā)展概述
制造現(xiàn)場監(jiān)測與控制系統(tǒng)承擔(dān)著實(shí)現(xiàn)制造資源和制造過程狀態(tài)實(shí)時感知、檢測和反饋控制的重要功能,是智能制造動態(tài)感知、實(shí)時分析、自主決策、精準(zhǔn)執(zhí)行智能制造新模式的關(guān)鍵技術(shù),是提升生產(chǎn)效率,提高產(chǎn)品質(zhì)量,完善生產(chǎn)管理的基礎(chǔ)和必要手段。制造現(xiàn)場監(jiān)測與控制技術(shù)在流程性生產(chǎn)企業(yè)和汽車流水線生產(chǎn)線中以SCADA(數(shù)據(jù)采集與監(jiān)視控制系統(tǒng))形式得到深入應(yīng)用,但在航空制造業(yè),目前制造現(xiàn)場監(jiān)測與控制的應(yīng)用主要在單元級,如數(shù)控機(jī)床、試驗(yàn)設(shè)備和庫房等,數(shù)控設(shè)備DNC(分布式數(shù)字控制)/MDC(制造數(shù)據(jù)采集和狀態(tài)監(jiān)控)管理功能往往作為MES(制造執(zhí)行系統(tǒng))的子模塊出現(xiàn),目的是為其提供數(shù)控程序管理與數(shù)控機(jī)床狀態(tài)采集管理。近幾年,隨著美國工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)、德國工業(yè)4.0以及中國制造2025等戰(zhàn)略的逐步落地,制造現(xiàn)場監(jiān)測與控制技術(shù)應(yīng)用模式有了翻天覆地的變化。其應(yīng)用范圍已經(jīng)從單純的數(shù)控機(jī)床等設(shè)備的管理向人、物、信息系統(tǒng)等萬物互聯(lián)管理轉(zhuǎn)變,隨著傳感網(wǎng)的發(fā)展從基于PLC(可編程邏輯控制器)為主的連接向多類型傳感器連接轉(zhuǎn)變,隨著工業(yè)控制網(wǎng)建設(shè)從基于DCS(集散型控制系統(tǒng))模式向FCS(現(xiàn)場總線控制系統(tǒng))及工業(yè)以太網(wǎng)等復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)轉(zhuǎn)變,在技術(shù)發(fā)展上實(shí)現(xiàn)從多類型異類傳輸協(xié)議向統(tǒng)一的協(xié)議轉(zhuǎn)變。制造現(xiàn)場監(jiān)測與控制技術(shù)在智能制造發(fā)展中體現(xiàn)了其日益重要的地位。
關(guān)鍵技術(shù)及其應(yīng)用情況
當(dāng)前的制造現(xiàn)場監(jiān)測與控制技術(shù)繼承了互聯(lián)網(wǎng)、通信、傳感器、數(shù)據(jù)分析等多種技術(shù),并充分融合了下一代互聯(lián)網(wǎng)、工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)、云計算、工業(yè)大數(shù)據(jù)等新一代信息技術(shù)的發(fā)展成果,與傳統(tǒng)DNC/MDC/SCADA技術(shù)已經(jīng)有較大不同。其區(qū)別如表所示。
智能制造新模式已經(jīng)為制造現(xiàn)場監(jiān)測與控制技術(shù)賦予新的應(yīng)用范式,航空工業(yè)智能制造參考架構(gòu)對此進(jìn)行了詳細(xì)闡述,包括其在橫向聯(lián)接及縱向集成應(yīng)用等全方位的升級?傮w而言,新一代制造現(xiàn)場監(jiān)測與控制融合了物聯(lián)網(wǎng)等新技術(shù),在制造資源的深度互連、制造狀態(tài)數(shù)據(jù)的實(shí)時采集和分析、制造過程的優(yōu)化控制方面遠(yuǎn)非傳統(tǒng)工業(yè)自動化網(wǎng)絡(luò)建設(shè)模式可比擬,并已從傳統(tǒng)的車間級應(yīng)用向企業(yè)價值鏈網(wǎng)絡(luò)集成的方向發(fā)展。
智能制造創(chuàng)新中心設(shè)備互聯(lián)技術(shù)驗(yàn)證平臺
基于智能制造的前期技術(shù)研究,航空工業(yè)對基于工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)的制造現(xiàn)場監(jiān)測與控制技術(shù)一直十分重視。航空工業(yè)智能制造創(chuàng)新中心圍繞航空工業(yè)復(fù)合材料制造領(lǐng)域,針對特種工藝設(shè)備在健康狀態(tài)分析、故障預(yù)測預(yù)警、維修決策支持等方面的需求,基于賽博物理系統(tǒng)技術(shù)、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、大數(shù)據(jù)及云平臺技術(shù),建立了設(shè)備互聯(lián)與數(shù)據(jù)采集、應(yīng)用開發(fā)與運(yùn)行平臺,對設(shè)備進(jìn)行現(xiàn)場數(shù)據(jù)實(shí)時采集,并通過大數(shù)據(jù)分析技術(shù)建立健康分析模型,實(shí)現(xiàn)對設(shè)備異常情況進(jìn)行預(yù)判處理,構(gòu)建了異構(gòu)設(shè)備互聯(lián)集成、數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)分析和實(shí)時監(jiān)控的智能制造管控技術(shù)驗(yàn)證平臺。
該技術(shù)驗(yàn)證平臺依據(jù)設(shè)備接口、協(xié)議及工藝特點(diǎn),以異構(gòu)設(shè)備互聯(lián)為基礎(chǔ),進(jìn)行設(shè)備快速建模并采集設(shè)備運(yùn)行數(shù)據(jù),通過實(shí)時數(shù)據(jù)庫對數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲、分析、架構(gòu)處理,分析過程數(shù)據(jù)對問題進(jìn)行預(yù)判,并以監(jiān)控的方式對設(shè)備、工廠進(jìn)行監(jiān)控。其總體技術(shù)架構(gòu)如圖所示。
總體技術(shù)架構(gòu)分為三層:應(yīng)用層、平臺層、資源層。
“應(yīng)用層”面向業(yè)務(wù)需求,實(shí)現(xiàn)設(shè)備互聯(lián)、洞察、優(yōu)化!盎ヂ(lián)”能夠全面感知生產(chǎn)過程要素,如各車間整體運(yùn)行情況,企業(yè)設(shè)備運(yùn)營總體監(jiān)測,車間設(shè)備運(yùn)行監(jiān)控,設(shè)備參數(shù)監(jiān)測預(yù)警!岸床臁碧峁┢髽I(yè)生產(chǎn)運(yùn)營監(jiān)控應(yīng)用,工藝加工可視化分析,設(shè)備健康分析,智能工卡等!皟(yōu)化”提供生產(chǎn)排產(chǎn)優(yōu)化,設(shè)備故障自動診斷,工藝及車間綜合優(yōu)化,基于AR的生產(chǎn)及維修。
“平臺層”由各系統(tǒng)平臺及程序工具構(gòu)成,建立“異構(gòu)設(shè)備互聯(lián)框架”,面向航空裝備制造設(shè)備的特殊性與復(fù)雜性,整合分布各制造現(xiàn)場不同類型規(guī)格、不同地域分布的設(shè)備,按照規(guī)范的模式進(jìn)行組網(wǎng)互聯(lián)!胺植际綌(shù)據(jù)采集”能夠根據(jù)航空裝備制造設(shè)備多樣性及航空零部件高復(fù)雜性特點(diǎn),建立數(shù)據(jù)分類收集與分布存儲規(guī)范!皵(shù)據(jù)處理分析”在大量的過程數(shù)據(jù)與零件加工數(shù)據(jù)中,篩選出可用的數(shù)據(jù),挖掘出更有價值的內(nèi)容、問題及趨勢。“智能監(jiān)控服務(wù)”整合各類資源數(shù)據(jù)與數(shù)據(jù)分析結(jié)果,以整體運(yùn)營管控的形勢對數(shù)據(jù)進(jìn)行呈現(xiàn)。
“資源層”作為平臺數(shù)據(jù)源由硬件、軟件及人員構(gòu)成,軟件包括企業(yè)現(xiàn)有應(yīng)用系統(tǒng)如PLM、ERP/MES和CAPP,硬件包含工廠、設(shè)備、產(chǎn)品及物料等,人員包括執(zhí)行層、管理層和決策層等多種角色。
該平臺符合行業(yè)規(guī)范的設(shè)備互聯(lián)參考架構(gòu),結(jié)合傳感器、大數(shù)據(jù)、增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)等先進(jìn)技術(shù),實(shí)現(xiàn)多層次和多專業(yè)設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)實(shí)時監(jiān)測,并能夠基于工業(yè)設(shè)備產(chǎn)生的運(yùn)行數(shù)據(jù),實(shí)現(xiàn)設(shè)備健康狀態(tài)分析、故障預(yù)測預(yù)警、維修決策支持、基于增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)的設(shè)備現(xiàn)場運(yùn)營可視化及維修支持等能力,提高整體智能設(shè)備系統(tǒng)的最大化運(yùn)營效率。
應(yīng)用與推進(jìn)建議
航空工業(yè)制造現(xiàn)場監(jiān)測與控制技術(shù)作為智能制造的基礎(chǔ)支撐技術(shù),國外航空工業(yè)企業(yè)十分重視。GE等美國工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)核心企業(yè)正在迅猛地從設(shè)備、車間網(wǎng)絡(luò)和價值鏈多層次推進(jìn)物聯(lián)網(wǎng)、工業(yè)大數(shù)據(jù)和云計算的全面應(yīng)用,必將帶來生產(chǎn)力的巨大進(jìn)步。我國航空工業(yè)需要按照智能制造發(fā)展戰(zhàn)略,依據(jù)智能制造的主攻方向,提高人才儲備和技術(shù)儲備,大力提升解決方案能力,進(jìn)行拓展應(yīng)用,最終促進(jìn)實(shí)現(xiàn)航空工業(yè)自主可控、保證安全的協(xié)同基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)要求。
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