智能制造管理 課件 第七章 智能制造管理實施路徑與對策

第七章智能制造管理實施路徑與對策1建立智能制造的建模及仿真平臺2建立工業(yè)數(shù)據(jù)收集與管理系統(tǒng)3進(jìn)行企業(yè)層級整合4開發(fā)智能制造的教育和培訓(xùn)體系第一節(jié)建立智能制造的建模及仿真平臺建立智能制造的建模及仿真平臺1.為虛擬工廠企業(yè)創(chuàng)建社區(qū)建模和仿真平臺現(xiàn)狀：①制造工廠的軟件和定制化工具開發(fā)成本高；②缺少可以跨行業(yè)使用的平臺和相關(guān)軟件；③缺少適合中小企業(yè)使用的智能制造工具。行動方案：第一步，找出各行業(yè)中亟待解決的問題，定義出每一個問題的權(quán)重和困難程度。第二步，在多個行業(yè)中將開發(fā)出的具有開源、適應(yīng)性強(qiáng)、能解決某些問題、即插即用的軟件進(jìn)行試驗，同時通過一些試點項目來驗證提出模型的適應(yīng)性和可擴(kuò)展性。第三步，結(jié)合可視化和更高級的算法，進(jìn)行平臺的改進(jìn)。實施目標(biāo)：搭建適用于制造工廠環(huán)境的建模、仿真及計算平臺；開發(fā)出可在不同行業(yè)和進(jìn)程使用的智能化模塊；開發(fā)出具有通用數(shù)據(jù)庫和編程語言的可交互軟件；建立行業(yè)內(nèi)認(rèn)可的體系結(jié)構(gòu)標(biāo)準(zhǔn)和數(shù)據(jù)交換標(biāo)準(zhǔn)；在平臺中應(yīng)用現(xiàn)代可視化技術(shù)；將企業(yè)運營與制造過程兩方面的關(guān)鍵績效指標(biāo)同時考慮；將工廠的運營效率提升10%，安全事故等突發(fā)事件減少25%。降低智能制造模型應(yīng)用成本，五年內(nèi)降低80%～90%。建立智能制造的建模及仿真平臺2.開發(fā)下一代制造決策的軟件工具箱和計算架構(gòu)現(xiàn)狀：①在制定決策過程中具有高度不確定性和復(fù)雜性；②現(xiàn)有模型的可擴(kuò)展性不高、自我反饋調(diào)節(jié)能力差；③相對較低的數(shù)據(jù)質(zhì)量；④相對較高的軟件開發(fā)成本。行動方案：第一步，對當(dāng)前各行業(yè)智能制造相關(guān)軟件和工具進(jìn)行盤點。第二步，通過定義平臺的運作框架，開發(fā)下一代的軟件工具，并且構(gòu)建全球的大數(shù)據(jù)庫。第三步，將建立好的模型在不同的工廠進(jìn)行試點實行，建立共享學(xué)習(xí)的基礎(chǔ)。實施目標(biāo)：建立具有多層參數(shù)的標(biāo)準(zhǔn)化工藝流程圖；開發(fā)簡化模型搭建工具；開發(fā)在高度不確定環(huán)境下智能決策工具；構(gòu)建具有智能分析、預(yù)測、決策等功能的高級工具箱；構(gòu)建學(xué)習(xí)和自適應(yīng)模型；將生產(chǎn)成本降低30%，生產(chǎn)周期縮短40%；在例如生產(chǎn)率、設(shè)備使用效率、浪費、事故率、風(fēng)險等多方面都有相對的改善和提高。建立智能制造的建模及仿真平臺3.將人的因素和決策集成到工廠優(yōu)化軟件和用戶界面中現(xiàn)狀：①現(xiàn)有模型中未考慮人的行為的不確定性；②缺少不需要高技能水平就可操作的相關(guān)軟件；③學(xué)習(xí)與自適應(yīng)軟件框架的復(fù)雜性高；④相對較高的軟件開發(fā)成本。行動方案：第一步，將人的決策與行動與自動化工具進(jìn)行整合，評估如何進(jìn)行人機(jī)交互。第二步，繼續(xù)將以人為中心和可量化的人的因素納入軟件系統(tǒng)的開發(fā)過程中。第三步，將工廠內(nèi)知識性員工的自適應(yīng)反饋納入到現(xiàn)有模型中，并且開展行業(yè)內(nèi)更高級軟件的試點示范活動。實施目標(biāo)：開發(fā)出將人的因素考慮其中的學(xué)習(xí)與自適應(yīng)軟件；在制造層面施行更及時（實時化）、更嚴(yán)格的決策制定過程；能夠直觀地看到?jīng)Q策制定中的積極影響和消極影響；具有對所有關(guān)鍵績效指標(biāo)建模的能力；開發(fā)出直觀的控制和人機(jī)交互界面；在關(guān)鍵績效指標(biāo)的表現(xiàn)上有可衡量的提升；提高員工的生產(chǎn)率，降低員工的流動率。建立智能制造的建模及仿真平臺4.將資源決策工具應(yīng)用于不同行業(yè)以及不同發(fā)展水平企業(yè)中現(xiàn)狀：①難以收集和解釋相關(guān)的資源數(shù)據(jù)；②缺少用于優(yōu)化系統(tǒng)的相關(guān)資源數(shù)據(jù)。行動方案：第一步，開發(fā)可供工廠工人使用的基于數(shù)據(jù)的工具，這些工具中應(yīng)該包含不需進(jìn)一步解釋的直觀的數(shù)據(jù)。第二步，將這種基于數(shù)據(jù)的工具加入到技術(shù)和實踐的戰(zhàn)略發(fā)展部署中，以實現(xiàn)資源的節(jié)約。第三步，開發(fā)先進(jìn)有效的數(shù)據(jù)維護(hù)方法，建立推廣方案來覆蓋到不同規(guī)模的不同行業(yè)中。實施目標(biāo)：開發(fā)出可供操作員使用的決策工具，該工具具有解釋工廠的相關(guān)資源數(shù)據(jù)和做出有效選擇的功能；可以根據(jù)不同的生產(chǎn)流程、產(chǎn)品、資源來對資源選擇進(jìn)行比較；從資源的角度整合工廠的所有功能；減少25%的資源使用，并使這種新型資源決策工具應(yīng)用到75%以上的制造企業(yè)中；使能夠做出高效決策的工程師人才數(shù)量顯著增加。第二節(jié)建立工業(yè)數(shù)據(jù)收集與管理系統(tǒng)建立工業(yè)數(shù)據(jù)收集與管理系統(tǒng)1.建立針對所有制造型企業(yè)的一致的高效的數(shù)據(jù)方法現(xiàn)狀：①工程人員在數(shù)據(jù)收集、處理和使用上效率低；②對于為制造企業(yè)工藝流程原型開發(fā)可擴(kuò)展方法所需的數(shù)據(jù)、軟件和接口缺乏共識。行動方案：第一步，定義一致的數(shù)據(jù)方法（包括數(shù)據(jù)協(xié)議和接口、通信標(biāo)準(zhǔn)）和價值命題的要求。第二步，開發(fā)新的數(shù)據(jù)方法、協(xié)議、標(biāo)準(zhǔn)，并對數(shù)據(jù)方法的知識產(chǎn)權(quán)開發(fā)相對應(yīng)的授權(quán)策略，以及開展相應(yīng)的競賽來使得技術(shù)商業(yè)化。第三步，對新開發(fā)的數(shù)據(jù)方法進(jìn)行公測，并且通過工具集、對供應(yīng)商或用戶的激勵及其他方法促進(jìn)數(shù)據(jù)方法與產(chǎn)品的整合。實施目標(biāo)：在企業(yè)的商業(yè)模型中嵌入基本的數(shù)據(jù)質(zhì)量管理系統(tǒng)；開發(fā)出一致的數(shù)據(jù)方法和數(shù)據(jù)通信標(biāo)準(zhǔn)；構(gòu)建出一個能夠解釋所需數(shù)據(jù)的知識庫；開發(fā)元數(shù)據(jù)（包括數(shù)據(jù)歷史）來支持面向?qū)ο蟮奶摂M企業(yè)；構(gòu)建支持可調(diào)數(shù)據(jù)和學(xué)習(xí)軟件系統(tǒng)的架構(gòu)；大幅度減少浪費在數(shù)據(jù)收集、處理和使用上的時間，實現(xiàn)數(shù)據(jù)上的零時間浪費，達(dá)到預(yù)期生產(chǎn)力要求。建立工業(yè)數(shù)據(jù)收集與管理系統(tǒng)2.開發(fā)出針對所有制造企業(yè)的穩(wěn)健的數(shù)據(jù)收集框架現(xiàn)狀：①現(xiàn)有知識捕獲系統(tǒng)效率低下，問題解決能力不足；②知識獲取和傳輸具有一定復(fù)雜性；③傳感器成本高；④缺乏針對制造系統(tǒng)的實時高效的傳感器。行動方案：第一步，開發(fā)用于大規(guī)模和低成本數(shù)據(jù)獲取的增強(qiáng)型傳感器。第二步，根據(jù)企業(yè)現(xiàn)狀開發(fā)出一套教學(xué)工具，以及一套合適的方法使企業(yè)向知識型企業(yè)轉(zhuǎn)變，確定支持流程模型簡化的最佳數(shù)據(jù)規(guī)范。第三步，在不同的行業(yè)中進(jìn)行數(shù)據(jù)試驗，設(shè)計一套廣泛部署數(shù)據(jù)體系的方法。開發(fā)數(shù)據(jù)信息管理的相關(guān)課程，并且積極從事企業(yè)員工的培訓(xùn)工作。實施目標(biāo)：開發(fā)適應(yīng)于許多不同的環(huán)境的快速便宜的傳感器；開發(fā)虛擬的低成本可實時獲取數(shù)據(jù)的傳感器；開發(fā)的數(shù)據(jù)收集構(gòu)架能夠維護(hù)數(shù)據(jù)的真實性，具有主動實時的信息檢索能力以及簡化的信息技術(shù)用戶界面，能夠進(jìn)行有效的數(shù)據(jù)分類；開發(fā)可作為信息管理工具的軟件系統(tǒng)（具有帶時間標(biāo)記的數(shù)據(jù)檢索能力）；開發(fā)的信息獲取和管理系統(tǒng)將支持70％的工業(yè)過程；提高解決問題的速度。第三節(jié)進(jìn)行企業(yè)層級整合進(jìn)行企業(yè)層級整合1.共享生產(chǎn)報告以優(yōu)化供應(yīng)鏈現(xiàn)狀：①數(shù)據(jù)的所有者和可轉(zhuǎn)移性界定困難；②對知識產(chǎn)權(quán)的保護(hù)力度有待提升；③參與成本高；④缺乏針對供應(yīng)商參與的激勵。行動方案：第一步，開發(fā)報告所用的通用語言，并創(chuàng)建支持該語言的數(shù)據(jù)架構(gòu)。第二步，基于供應(yīng)鏈中不同企業(yè)的不同角色，構(gòu)建監(jiān)控面板。第三步，定義清楚供應(yīng)鏈網(wǎng)絡(luò)中不同企業(yè)的角色以及其報告能力，跟蹤產(chǎn)品的資源使用足跡并要求成員根據(jù)產(chǎn)品型號來進(jìn)行績效報告。實施目標(biāo)：創(chuàng)建的評級系統(tǒng)可以使供應(yīng)鏈中企業(yè)清楚地認(rèn)識到其核心企業(yè)的競爭力和績效；將供應(yīng)商可公開的流程及產(chǎn)品數(shù)據(jù)構(gòu)建一個可以內(nèi)部訪問的數(shù)據(jù)庫；可為不同型號的產(chǎn)品分別提供績效數(shù)據(jù)；監(jiān)控面板上產(chǎn)生的結(jié)果可以使企業(yè)對比行業(yè)內(nèi)先進(jìn)水平做差異分析；構(gòu)建出通用的數(shù)據(jù)架構(gòu)和語言；開發(fā)出服務(wù)水平協(xié)議可使供應(yīng)商提高其的透明度；參與服務(wù)水平協(xié)議和響應(yīng)機(jī)制的供應(yīng)商百分比很高。進(jìn)行企業(yè)層級整合2.開發(fā)開放的平臺軟件和硬件現(xiàn)狀：①當(dāng)前數(shù)據(jù)系統(tǒng)缺乏標(biāo)準(zhǔn)化；②對知識產(chǎn)權(quán)的保護(hù)力度有待提升；③缺乏可適用于不同行業(yè)的不同數(shù)據(jù)需求的平臺。行動方案：第一步，建立通用的語義庫，包括通用的語言和詞匯。第二步，開發(fā)第一版的報告系統(tǒng)（包括體系結(jié)構(gòu)、子語言等），并進(jìn)行相關(guān)概念研究來驗證該系統(tǒng)的可用性，進(jìn)行軟件的升級和完善來驗證該系統(tǒng)的可擴(kuò)展性。第三步，制定相關(guān)的推廣和激勵措施，來鼓勵該平臺的使用。通過相關(guān)的官方組織來促進(jìn)平臺標(biāo)準(zhǔn)化的推進(jìn)工作。實施目標(biāo)：搭建出簡單、可擴(kuò)展、安全、可靠、成本低的基礎(chǔ)設(shè)施；建立跨供應(yīng)鏈和原始設(shè)備制造商的通用語言和詞匯；開發(fā)有效的體系結(jié)構(gòu)和子語言等；建立能夠保護(hù)知識產(chǎn)權(quán)的數(shù)據(jù)共享系統(tǒng)；全面降低運營成本（運營和維護(hù)成本，勞動力成本，運輸成本，資源成本等）；在產(chǎn)品準(zhǔn)交率上有大幅度提升；60%以上的中小企業(yè)都參與到供應(yīng)鏈整合中。進(jìn)行企業(yè)層級整合3.整合產(chǎn)品和制造過程模型現(xiàn)狀：①開發(fā)跨設(shè)備和產(chǎn)品計算平臺的通用接口較為復(fù)雜；②對知識產(chǎn)權(quán)的保護(hù)力度有待提升；③缺乏有效集成虛擬和實時數(shù)據(jù)的工具。行動方案：第一步，開發(fā)用于適用于該行業(yè)的連接產(chǎn)品和過程模型的標(biāo)準(zhǔn)和工具，并且結(jié)合高性能計算設(shè)施和建模專業(yè)中心來推進(jìn)共享服務(wù)。第二步，開發(fā)為現(xiàn)有模型獲取知識產(chǎn)權(quán)的能力，識別導(dǎo)致重復(fù)業(yè)務(wù)決策的模型，并為此類模型構(gòu)建業(yè)務(wù)案例。開發(fā)用于模型創(chuàng)建、驗證和重復(fù)使用的開源方法（例如，建立模型原型驗證中心）。第三步，創(chuàng)建已驗證模型的資源存儲庫，并將此類標(biāo)準(zhǔn)方法公開發(fā)布。實施目標(biāo)：完成虛擬和實時模型的集成；能夠?qū)⒛Ｐ陀米骺刂葡到y(tǒng)；實現(xiàn)不基于反饋機(jī)制的模型調(diào)整；具有低成本且可應(yīng)用到所有工廠中的能力；產(chǎn)品和工藝流程間達(dá)到閉環(huán)鏈；在模型集成方面有足夠多的商業(yè)投資案例；顯著縮短企業(yè)對市場的反應(yīng)時間；在產(chǎn)品質(zhì)量方面達(dá)到一個可量化的提升；能夠在行業(yè)范圍內(nèi)實施以及驗證其可追溯性的能力。第四節(jié)開發(fā)智能制造的教育和培訓(xùn)體系開發(fā)智能制造的教育和培訓(xùn)體系3.整合產(chǎn)品和制造過程模型現(xiàn)狀：①在高等教育界與業(yè)界需求間沒有有效連接；②缺乏訓(xùn)練有素的工人，以確保新的智能制造技術(shù)、建模環(huán)境和模塊的快速與成功的實施、驗收和維護(hù)；③缺乏操作反饋以改進(jìn)智能制造平臺。行動方案：第一步，全面考慮相關(guān)部署元素（包括模塊開發(fā)人員、用戶、安裝和維護(hù)等方面）來開發(fā)實習(xí)和培訓(xùn)項目，加強(qiáng)與高等教育界在智能制造相關(guān)課程方面的合作并在教學(xué)方法中納入行業(yè)經(jīng)驗和要求。第二步，在開發(fā)新技術(shù)的同