作者：Julia Seredovich    专业软件联营公司（PSA）业务运营经理

来源：Embedded Computing Design

生产部门早已掌握了柔性制造系统 (FMS)，当需要重新使用时，该系统可节省多达两倍的时间和成本。柔性制造系统由中央控制计算机、生产设备和物料处理系统组成，可以协同工作，重新编程，以支持产品类型和数量的巨大变化。

 然而，传统上只有专注于金属部件生产的大型企业才能实现这一价值，而灵活性一直是多样化制造领域梦寐以求的特性。这就是物联网发挥作用的地方。

 物联网生态系统饱和了来自多个生产设备的不断流动的数据流，为灵活性开辟了新的维度，帮助各种类型和规模的制造业在面临变化时做出及时调整。此外，它还为应对经济和政治波动的战略规划开辟了新的空间，并通过数字孪生促进了创新。为什么这里隐藏着一座 “金矿”？让我们来看看专家的详细解读。

 物联网如何实现智能工厂的灵活性

基于物联网的智能生产系统大大超越了 FMS 以及蜂窝式制造等其他旨在提高灵活性的方法，原因有很多。首先，它们通过传感器连接机器、车间和楼层，将整个企业纳入单一物联网监管平台。这提高了智能工厂系统每个节点的可用性，简化了自动化控制。其次，它们不需要对生产进行成本高昂的重新装备，因为它们覆盖了资产，包括传统资产。这就是我们所说的 “连接物理世界和数字世界”。第三，它们通过扩展到机器、流程、人的思维和生产理念，促进了模式的转变。如果能及时调整，这一挑战就会转化为有利可图的机遇。

 因此，如果企业准备好从根本上启动物联网，就能 “承受 ”所有生产环节的灵活性，从而实现即时、经济高效的运营：

  l 任何类型和规模的机器重新编程

l 调整物料处理方法

l 生产过程控制的灵活性

l 横向和纵向扩展潜力

l 高效的人员重组

上述每个方向的物联网组件都能切实提高灵活性，但当企业允许物联网改变整个生产方法时，其真正的潜力才会显现出来，因为物联网涉及到产业链的每个流程。物联网的结果是形成以完成核心生产目标为目标的具有凝聚力和互操作性的流程。而如今，他们已经拥有了将这一想法高效付诸实践的所有工具。

 实现灵活生产的应用案例

多次实践证明，成功的物联网传输取决于目标，这就将战略制定推到了前沿，从业务规划到遗留迁移管理。了解物联网可提供的全部工具集有助于制定目标和方法，以加强物理与数字之间的互动。以下实践证明可以提高透明度、可预测性和可管理性，从而使业务流程更加灵活。

 远程访问智能工厂控制

通常情况下，FMS 的重新编程、维护或质量控制需要具备专业知识的技术人员到现场进行。通过远程访问生产机群，可使专家更易于使用并减少操作所需的时间，从而极大地缓解了这一难题。当连接到中央服务器时，生产设备会报告其关键数据，而物联网平台则会促进所有相关人员的多级访问，以便进行相关、高效的监督和完成任务。此外，应对事故和提供系统 OTA 更新也变得更加方便。最终，管理委员会可以随时了解流程性能的最新情况，从而做出相关决策。

 通过 Wi-Fi 或 Zigbee 等符合生产要求的网络协议，可以成功实现全天候在线访问。当生产涉及难以到达的区域时，值得考虑采用网状网络，以便在信号不佳或穿越墙壁等多重障碍物的情况下持续传输数据。

 数据驱动的自动重新编程

人工智能与物联网的结合是机器和生产线自动重新编程的一大突破，因为它能根据收集到的生产和参数即时触发智能反应。这些集成系统可以分析有关机器状态、库存水平、生产率、历史数据和环境条件的数据，生成最佳生产计划，从而消除瓶颈，减少停机时间，提高整个智能工厂的总体可用性。通过向边缘迁移，基于人工智能的系统可以使硬 RTOS 消除时间关键型应用中的延迟。自动生产计划的早期采用者尚未从中获益。例如，自动数据分析还可以进行库存控制和自动下单，以支持重新利用的迫切需要。

 这种自动化水平可确保智能工厂始终以最高效率运行，而无需人工干预。

 从计划维护到预测维护

定期维护不仅是一种死板的方法，而且是一种资源密集型方法，无法保证设备在下次维护前 100% 的可用性。通过为关键机器部件配备传感器，您可以实时跟踪性能指标，首先建立基于状态的维护。通过人工智能对收集到的数据进行分析，可以提前发现即将发生的故障，从而建立预测性维护。例如，通过分析偏差、不平衡或损耗问题，振动传感在预测旋转设备部件的恶化方面具有很高的价值。因此，可以在方便的时间计划维护，避免代价高昂的停机时间和被迫的反应性维护，以及对可运行设备进行不必要维护的费用。

 从根本上说，为什么我们经常听到预测性维护？预测性维护之所以受到热捧，是因为它是物联网应用中最成熟的成功案例。它自然推动了多种物联网趋势的发展，现在我们可以讨论即插即用的 PdM 工具、基于 AR 的维修和 PdM 即服务产品。每一种技术都能让维护人员和执行董事会的 “双手 ”得到解放，从而实现更明智、更高效的维护管理。

 安全与安保合规控制

物联网系统通过对危险区域进行全天候监控，检测物理存在、气体泄漏和过热情况，并监控工作任务的正确执行，从而实现安全与合规管理。当检测到潜在威胁时，物联网系统可立即触发警报，从而做出快速反应并减轻影响。生物识别身份验证、远程锁定功能和实时视频监控可确保只有经过授权的人员和材料才能进入，从而将安全漏洞或未经授权活动的风险降至最低。

 因此，实施前瞻性的工人安全物联网解决方案可促进标准合规性，从而将资源用于智能工厂的关键任务。

 数字孪生的实验空间

在确定部件配置或材料处理的最佳方案时，生产系统的数字孪生系统可帮助节省市场测试和实际实验的时间。它可以提供精确的分析和数据驱动的预测，帮助创建虚拟原型。通过修改产品或其部件的数字孪生模型，可以更容易地发现缺点并预测需求。此外，持续的物联网监控与先进的分析技术相结合，可以实时识别流程和机器缺陷，并提出改进现有产品的建议。

 在开发柔性制造系统时，Digital Twins 可帮助遵守所需的生产参数。展示和证明概念变得更加容易，从而证明生产系统通常需要的巨额投资是合理的。

 智能工厂灵活性--谁将受益？

每个市场参与者都有其创新以提高灵活性的理由，这也让我们对更智能化的生产环境充满期待。

 虽然企业不会因为需要在生产中引入新功能或新产品类型而遭受经济损失，但它们对全球经济和政治变化非常敏感，这些变化可能会立即带来巨大的经济损失。因此，供应链的中断或重新定位的需求可能会迫使提高自动化程度，而灵活性则是最受欢迎的。

 中小企业对全球和本地的波动都很敏感。能否对新环境做出快速反应、改变用途或扩大生产影响着它们的商业前景，并常常关系到它们的生死存亡。后者对于为企业提供特定产品的中型企业尤为重要，因为它们会严重依赖其 “大 ”合作伙伴。灵活性使它们能够生产多样化的订单。对于高度专业化的制造商来说，灵活性也至关重要，因为他们的高端和贵重产品仍然无法避免需求下降的影响。

 无论出于何种原因，企业都倾向于利用物联网技术升级现有设备，而不是完全替换设备。

 评估智能工厂的敏捷性

敏捷性是人们现在所追求的，因为它能在关键决策中提供行动的自由度和可变性。物联网可以在不重新装备现有设备的情况下为工厂带来新的活力。

  l 物联网通过创建一个具有更高透明度和可管理性的互联设备生态系统，提高了机器、生产线、流程和人员的工作灵活性。

l 持续监控、基于人工智能的重新编程、预测性维护和数字双胞胎是在智能工厂环境中提高灵活性的最有前途的用例。

l 物联网可实现经济实惠的定制化生产，因此预计物联网在各类制造商中的应用都将增长。

l 要充分利用灵活的环境，企业应从本质上掌握物联网，将其纳入每个生产流程的战略规划中。