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看仪器企业如何发力智能制造

来源：工控网2022/1/20 15:23:25256

导读

近十年来，通过产学研用协同创新、行业企业示范应用、央地联合统筹推进，我国智能制造发展取得长足进步。

　　供给能力不断提升，智能制造装备市场满足率超过50%，主营业务收入超10亿元的系统解决方案供应商达40余家。支撑体系逐步完善，构建了国际先行的标准体系，发布国家标准285项，牵头制定国际标准28项；培育具有行业和区域影响力的工业互联网平台近80个。推广应用成效明显，试点示范项目生产效率平均提高45%、产品研制周期平均缩短35%、产品不良品率平均降低35%，涌现出离散型智能制造、流程型智能制造、网络协同制造、大规模个性化定制、远程运维服务等新模式新业态。但与高质量发展的要求相比，智能制造发展仍存在供给适配性不高、创新能力不强、应用深度广度不够、专业人才缺乏等问题。

　　随着全球新一轮科技革命和产业变革突飞猛进，新一代信息通信、生物、新材料、新能源等技术不断突破，并与先进制造技术加速融合，为制造业高端化、智能化、绿色化发展提供了历史机遇。同时，世界处于百年未有之大变局，国际环境日趋复杂，全球科技和产业竞争更趋激烈，大国战略博弈进一步聚焦制造业，美国“先进制造业领导力战略”、德国“国家工业战略2030”、日本“社会5.0”等以重振制造业为核心的发展战略，均以智能制造为主要抓手，力图抢占全球制造业新一轮竞争制高点。

　　当前，我国已转向高质量发展阶段，正处于转变发展方式、优化经济结构、转换增长动力的攻关期，但制造业供给与市场需求适配性不高、产业链供应链稳定面临挑战、资源环境要素约束趋紧等问题凸显。站在新一轮科技革命和产业变革与我国加快高质量发展的历史性交汇点，要坚定不移地以智能制造为主攻方向，推动产业技术变革和优化升级，推动制造业产业模式和企业形态根本性转变，以“鼎新”带动“革故”，提高质量、效率效益，减少资源能源消耗，畅通产业链供应链，助力碳达峰碳中和，促进我国制造业迈向全球价值链中高端。

　　与机器设备、系统或生产、管理过程过程在没有人或较少人的直接参与下，按照人的要求，经过自动检测、信息处理、分析判断、操纵控制，实现重复性的复现和执行预期的目标的过程的自动化不同，智能制造是面向产品全生命周期，实现泛在感知条件下的信息化制造。智能制造技术是在现代传感技术、网络技术、自动化技术、拟人化智能技术等先进技术的基础上，通过智能化的感知、人机交互、决策和执行技术，实现设计过程、制造过程和制造装备智能化，是信息技术、智能技术与装备制造技术的深度融合与集成；智能制造把制造自动化的概念更新，并扩展到柔性化、智能化和高度集成化。

　　而在实现智能制造的进程中，各种检测仪器设备也扮演者重要的角色，一方面一些仪器厂商为制造业提高了智能制造解决方案，另一方面，仪器企业也在推荐自身生产线的智能制造。对此，小编特收集整理了一些仪器厂商参与的智能制造案例。

　　中粮油脂携手迅杰光远探索粮油加工行业智能制造可行性

　　粮油加工工业与民生息息相关，其具备传统工业大批量生产的特质，传统品质控制及管理方式主要依靠人员实现，近年来随着智能传感和数据挖掘技术的发展，粮油加工行业与近红外光谱分析技术产生了明显的交集，使粮油工业由传统制造走向智能制造拥有了巨大的潜力和想象空间。

　　中粮旗下某油脂公司(以下简称：中粮油脂)携手无锡迅杰光远科技有限公司(以下简称：迅杰光远)，以膨化大豆粉在线品质监控项目为起点，探索了粮油加工行业智能制造的可行性。

　　近红外光谱分析技术有“内含物传感器”之称，具有无损、非接触、实时快速、多个指标同时出结果的特点，是实现在线质量控制的最高效手段之一。中粮油脂选择在“膨化大豆粉”生产线引入近红外在线分析技术，对已有产线进行改造和升级，初步实现了制造过程数字化和可视化。

　　迅杰光远基于中粮油脂的生产需求，设计了配套的膨化大豆粉在线近红外分析解决方案。项目所涉及的膨化大豆粉是由大豆粉经过加热、加湿、高温熟化以及膨化处理得到的产品，其物理状态为粉末态，含油较高具有一定粘性，易结块，容易粘连光学窗口，安装点的样品状态和环境较为复杂。为此，迅杰光远针对近红外主机结构、光谱仪、光学窗口、吹扫模块、光源入射角度等都进行了专门的设计，仪器内置了温湿度传感器、自动参比和波长校正模块，设备开机后即可全自动工作，设备内部引入了环境状态监控机制，根据环境的变化自动控制仪器的参数，实现了光谱的横纵坐标自动修正、样品温度特性打点记录等功能，避免各种复杂因素对测量结果的干扰，保证检查数据的稳定可靠，设备长久稳定运行。

　　如今，信息化技术为粮食行业插上了腾飞的翅膀。而现实是，粮油加工行业还普遍存在加工资源浪费、产线设备不先进、工艺配方靠经验、产品质量有隐患等问题。在助力粮油加工进行产业智能化升级的过程中，利用在线近红外测量技术不但实现了物料品质的分析测定，重要的是还可以结合专家系统(智能算法)，实现工艺参数的智能、实时、闭环调控，可有效防止效率降低、能耗提高、投入增加、人为损失等问题出现，可极大地提升粮油行业的经营效益及现代化管理水平。

　　上海仪电：液晶显示面板彩色滤光片智能制造集成创新与应用

　　上海仪电显示材料洁净室，室内面积2万多平方米，洁净度要求空气中每立方英尺的微粒小于或者等于0.3微米，温度保持在23度，相对湿度55%。通过智能化生产装备与制造过程数字化建设，已实现了全自动化生产，为在上海仪电集团乃至国内相关行业开展智能制造提供了一个很好的范式与样板。

　　面向智能制造的智能车间建设。上海仪电显示材料智能车间采用的是精益生产U型的单元细胞设计；通过对工厂总体设计、工程设计、工艺流程及布局建模的基础上，应用智能定位识别自动生产线、车间智能化仓储运输、统一管道供给能源、自动排产与执行管控、以及自动在线检测和数字化工艺品质管控等智能化生产装备与手段，实现业内领先的智能化制造的模式。

　　基于数据挖掘技术的工艺质量先进控制应用。针对彩色滤光片7*24连续自动化生产，满足顾客定制化按单生产，生产线每小时可产生的数据就约20万个，生产过程数据采集率大于90%，生产节拍小于44S的工作情况，对人员异常对应和质量管理在线管理能力要求高的特点。开发了面向快速生产节拍的基于数据挖掘技术的工艺质量先进控制异常预防系统，系统包括数据采集、数据挖掘、警报管理和知识管理。上海仪电显示材料有限公司在不增加投资增添抽检设备的前提下，通过工艺质量先进控制系统的实施，产品良率提升10%，直接减少120~200/H的产品损失。

　　面向智能制造的现代集成制造系统(CIMS)应用。上海仪电显示材料有限公司以精益方法为指导规划和实施包含MES的CIMS系统，主要关注生产自动排产、自动传送和搬运的车间物流、自动在线检测的质量管理及与现场设备的互联互通集成与管理，以CIMS系统为生产指挥中心形成标准工作流程。经过在应用中反复验证和二次开发，目前已打造出满足自身需要的CIMS系统，主要包括：生产管理执行系统、自动化控制物流系统、品质管控系统、在线实时生产任务调度系统等。

　　智能车间智能制造装备应用。上海仪电显示材料有限公司智能车间是高洁净度的生产车间，拥有国际先进水平的彩色滤光片生产设备、动力设备及配套设施、化学药液供应设施、测试分析设备等。主要工艺设备237台(套)，含清洗设备、涂布设备、传送运输设备、可靠性试验设备、QC/QA检测设备、包装设备和生产辅助设备等组成；拥有大量的传感器、自动识别智能和工业机器人设备。具备了智能制造的实践基础。

　　智能车间互联互通的异构网络。上海仪电显示材料有限公司的智能车间存在大量的异构设备(AGV小车、机器人、加工过程监控装置、机床、物流信息采集系统、零件质量测量机、立体仓库以及跟外面的生产管理和物流系统等)，实现异构设备的可靠通讯传输，是实现车间智能化的关键。为此，在智能车间的自动化设备集成网络建设方面，充分考虑了异构设备的接口、数据传输速度以及可扩展性和可靠性。智能车间(洁净室)涉及到大量的自动化设备、智能设备和传感器，并集成车间管理系统实现全自动生产，同时还要兼顾到能源管理，因此，智能车间(洁净室)的网络以异构方式连接，主要包括：光纤网、无线物联网、以太网、互联网。

　　在智能车间的自动化设备集成网络建设方面，形成了智能车间加工过程实时监控网络；通过车间总线保证了异构设备的可靠通讯传输，实现了数据高速、可靠、实时传输以及其可靠性，为实现车间智能化奠定了基础；通过物联网技术实现自动定位、自动识别、自动反馈、自动搬运、自动传输、自动解包、自动包装、自动加工的生产模式；通过建立较为完备的信息系统保密管理制度、信息系统各种策略文档、程序文件，并配置了较为完善的技术防范手段，有效保证了公司商业秘密的安全。

　　安捷伦打造全新绿色的数字化智慧工厂

　　作为安捷伦气相色谱重要的战略制造中心，安捷伦上海在科技创新方面一直走在前沿，致力于打造全新的数字化智慧工厂。

　　随着工业4.0的发展及“中国制造2025”国家战略的推进，安捷伦上海组建了专人团队负责开展智慧工厂建设。

　　安捷伦上海占地约一万多平方米，其中产线面积约三千多平方米。进入到生产车间，立刻会看到悬挂于头顶的电视，上面用不同的颜色标示着每个生产线、每个房间进行的状态。而在旁边的触摸展示屏上，则是通过数据联动，利用Microsoft PowerBI软件平台，搭建的可视化大数据Dashboard。通过该方式，可实时掌握全球GPSD工厂的生产线状态、发货情况并及时了解客户反馈。工程师的工位上也有这样的屏幕，让他可以实时了解工厂目前生产的情况。

　　再往里面走，除了忙碌的员工以外，还可以看到正在忙碌的机械手臂和协作机器人。例如在8860 GC 和8890 GC气相色谱系统上，其关键流路控制模块就是全自动焊接和测试。这一关键流程自动化，在提高产量的同时也大幅提高了产品质量。

　　而在产品发货前的“最终检查”站点，操作人员只需要将产品推到指定位置，扫码机器序列号后，自动启动数字视觉检测结合AI智能识别，实现了自动化生产结果检测。这一举措，大大简化了以前人工所需的时间和成本，同时可大幅增加检测项目，更重要的是显著改进了产品质量追踪和可追溯性。

　　重庆川仪掀起“智能化”变革

　　重庆川仪自动化股份有限公司曾面临物料配给环节慢等问题，因缺乏信息直达的渠道，检验环节也不能给予及时的反馈。一环扣一环，常常到最后交付时才发现许多产品没有按时完成。

　　对于一个企业来说，客户体验感影响着竞争力。后来，重庆川仪自动化股份有限公司通过大力投入自动化设备生产线、先进的信息化系统，加快推进精益生产，从订单、设计、生产到售后，全流程推动数字化。

　　车间零件全部附上了二维码，实现了全过程跟踪追溯，生产现场变得井然有序。在智能化的助力下，重庆川仪调节阀有限公司在几年内便成为了子公司中的“排头兵”。

　　在工业自动化仪表中，执行器是驱动阀门控制管道流量的部件。很多仪表是在高温、大湿度、腐蚀性的恶劣环境中运行。针对不同的使用情况和要求，需要给每一台产品配置了不同的零部件。然而，标准化才能实现快速生产，这曾是阻碍重庆川仪智能化生产的最大难题。针对于此，川仪车间通过采用信息化管理平台、在线自动检测系统，确保了作业指令有序执行。重庆川仪自动化股份有限公司的第一条智能化生产线建成后，产品生产的节奏从原来的18分钟左右缩短至6分钟。

　　赛默飞+艾默生助力君实生物数字化工厂

　　君实生物是最早决定入驻临港的生物医药企业之一。生物医药行业属于高科技产业，但实际上其生产环节还是非常传统和保守的。已经在其他行业广泛应用的智能制造，却成为了生物医药产业面临的巨大痛点。君实生物首席运营官冯辉认为，生物医药产业的数字化转型已经迫在眉睫。因此君实生物在决定落地临港的那一刻起，就决心要将厂房从设计到建设实现全面的数字化。君实生物希望能将生产环节中的每一个信息点都捕捉下来，所有的生产流程都要可溯源，所有数据都实现实时追踪和自动保存，将人为问题发生的可能性降低到零。

　　君实生物的数字化工厂由艾默生的DeltaV系统整体串联，赛默飞则在其中提供了一次性生物反应器、生产用培养基、一次性使用反应袋等生物药生产过程中所需的全套解决方案。对于君实生物来说，选择赛默飞的重要原因在于，赛默飞的全套解决方案原生适配DeltaV系统。因此君实生物数字化工厂可以在DeltaV系统的整体管控下，真正实现生产管理上的无缝衔接。

　　赛默飞的产品搭建在Trubio开放式的平台上，可以轻松的与其他工厂设备集成，甚至与第三方的设备以及其他生产系统进行连接。正因如此，通过赛默飞 Trubio软件解决方案，赛默飞的客户能够实现从工艺开发到商业制造的快速转化，这种策略将大大简化技术转移，并且加速产品上市。

　　在与君实生物的合作中，赛默飞将为君实生物提供多条2000L一次性生物反应器，以及配套的试剂、耗材和智能系统，以支持君实生物未来在新冠中和抗体药物及其他产品的生产。而与艾默生的合作则聚焦于已经在君实生物工厂中应用的DeltaV系统。赛默飞将与艾默生共同销售和管理DeltaV产品及系统，而艾默生则承诺，将携手赛默飞共同推动生物医药行业产业升级。

　　医药产业的数字化结构转型，可以被分为五个阶段。从基础的纯人工，到第二阶段引入各类不同的数字化管理系统，再到第三阶段打通系统间的数据交换和数据流，第四阶段根据数据实现预测，到最终的第五阶段，完成自适应性的数字化体系。目前医药产业大多还处在第二阶段到第三阶段的位置。

　　自动检测设备在智能制造生产线的应用

　　中航力源液压股份有限公司(501厂)隶属于中国航空工业集团中航重机股份有限公司，成立于1965年，专业从事液压泵/液压马达科研生产，目前已经构建了“一个产品五大领域”的产业格局，成为航空、航天、工程机械、农业机械和工业机械五大主机领域的重点配套单位，同时产品覆盖船舶、兵器等军工行业，是国家级高新技术企业。

　　2015年初，501厂被列为工信部首批智能制造示范单位，结合公司战略，提出了推进智能制造生产模式。通过采取机器代人工程，从根本上彻底解决产品的产能、质量、成本、效益及效率问题，以智能制造为抓手，创新公司体制机制，最终实现管理的转型升级。公司以批量较大的航天产品为实施智能制造的入手点策划实施了智能制造生产线，其中明确提出了测量自动化的要求。

　　根据智能制造线产品零件加工检测全过程无人工操作的要求，以及所加工零件的特性，501厂在智能制造线上配置了英国雷尼绍公司的高精度比较仪。该仪器具备检测准确度高、测量速度快、环境适应力强、数据接口支持性强的特点，非常适合零件现场自动化检测。通过检测工装的设计制造、零件自动检测程序的编制、比较仪与机器人联机对话、检测数据自动上传总控系统等一系列过程，最终实现了检测过程全自动，为智能制造生产线提供了有力的数据支撑。检测数据记录了产品的加工质量信息，同时还应用于刀具补偿计算中，精确计算刀具的补偿值并记录于数据库中，同时反馈于CNC，提高了加工的准确度。这条智能制造生产线还成为了首批46个国家智能制造试点示范项目之一。

　　经过实际生产验证，该生产线比原生产模式生产效率提升55%，能源利用率提升15%，运营成本降低43%，产品不良率降低17%，检验效率提升100%，检测方式和手段为各项指标的提升提供了有力的保证。

　　该项目的实施实际上是一种新检验方式的变革，通过自动化检测的策划，将事后检验变为过程控制并对加工系统进行实时补偿，实现了对加工过程的闭环控制。这样加工过程能力可以得到有效保障，加工一致性得到了大幅的提升，对产品实物质量提升起到了很大的促进作用。同时，通过自动化检测的应用，消除了很多人为因素带来的质量风险。

　　智能制造是制造强国建设的主攻方向，其发展程度直接关乎我国制造业质量水平。发展智能制造对于巩固实体经济根基、建成现代产业体系、实现新型工业化具有重要作用。

　　原标题：看仪器企业如何发力智能制造

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