工業(yè)4.0不再僅僅是一個(gè)概念，而是已演變?yōu)橐粓鱿砣虻臄?shù)字化轉(zhuǎn)型，正推動(dòng)著制造業(yè)的發(fā)展。而這場變革的最大影響體現(xiàn)在工業(yè)自動(dòng)化技術(shù)上。

自動(dòng)化能夠加快生產(chǎn)周期、減少錯(cuò)誤、優(yōu)化成本并提升可持續(xù)性，從而保持企業(yè)的競爭力。這使得自動(dòng)化成為現(xiàn)代制造業(yè)的必備要素。此外，機(jī)器人、物聯(lián)網(wǎng)、人工智能和數(shù)據(jù)連接技術(shù)的進(jìn)步，也使制造商能夠提高效率、降低成本并提升產(chǎn)品質(zhì)量。到2024年底，60%的行業(yè)都將以某種形式應(yīng)用自動(dòng)化。

從大型汽車工廠到小型電子組裝車間，各種規(guī)模的制造商都在探索如何將尖端技術(shù)融入到他們的工作流程中。讓我們來看看工業(yè)自動(dòng)化技術(shù)是如何改變制造業(yè)的。

什么是自動(dòng)化制造技術(shù)？

自動(dòng)化制造技術(shù)將智能軟件與堅(jiān)固耐用的高性能硬件相結(jié)合，使生產(chǎn)速度更快、更安全、更精準(zhǔn)。在實(shí)踐中，工業(yè)自動(dòng)化指的是在最大限度減少人為干預(yù)的情況下，對工業(yè)機(jī)械和流程進(jìn)行控制的控制系統(tǒng)。

因此，您可以將重復(fù)性或高風(fēng)險(xiǎn)任務(wù)外包給預(yù)先編程的機(jī)器，這些機(jī)器不會(huì)疲勞，故障率極低甚至沒有故障，并且能夠通過分析生成的數(shù)據(jù)不斷改進(jìn)。預(yù)計(jì)到 2030 年，全球工業(yè)自動(dòng)化行業(yè)規(guī)模將達(dá)到 3785.7 億美元，年復(fù)合增長率 (CAGR) 為 10.8%。

根據(jù)生產(chǎn)類型的不同，制造商可以選擇以下一種或多種自動(dòng)化方式：

• 固定自動(dòng)化：專為大批量生產(chǎn)線設(shè)計(jì)，使用專用設(shè)備完成固定的重復(fù)性操作（例如，汽車裝配線）。

• 可編程自動(dòng)化：用于數(shù)控加工等行業(yè)，機(jī)器可以重新編程，以適應(yīng)批量或連續(xù)生產(chǎn)流程。

• 柔性自動(dòng)化：用于構(gòu)建高度適應(yīng)性的生產(chǎn)流程，無需進(jìn)行重大改造即可生產(chǎn)各種產(chǎn)品（例如，配備可互換工具的機(jī)械臂）。

制造業(yè)自動(dòng)化技術(shù)的關(guān)鍵組成部分

自動(dòng)化工業(yè)技術(shù)由以下基本要素構(gòu)成：

• 機(jī)器人：可執(zhí)行特定任務(wù)（例如裝配、焊接或噴漆）的自動(dòng)化機(jī)器。

• 控制系統(tǒng)組件：用于管理、控制和監(jiān)控各種規(guī)模和用途的聯(lián)網(wǎng)設(shè)備（例如，DCS 和 PLC 單元）。

• 傳感器：用于收集溫度、壓力、位置、質(zhì)量和其他過程參數(shù)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的設(shè)備（例如，壓力表和溫度計(jì)）。

• 互補(bǔ)功能層：這些是核心機(jī)械執(zhí)行元件（電氣、液壓或氣動(dòng)），它們使用控制信號來提供物理輸出（例如，執(zhí)行器）。

• 人工智能 (AI) 和機(jī)器學(xué)習(xí)：用于分析生產(chǎn)數(shù)據(jù)以優(yōu)化流程并預(yù)測維護(hù)需求的系統(tǒng)。

• 工業(yè)物聯(lián)網(wǎng) (IIoT)：位于同一網(wǎng)絡(luò)上的互連設(shè)備，可實(shí)現(xiàn)機(jī)器和系統(tǒng)之間的無縫通信和數(shù)據(jù)交換。

制造商為何投資自動(dòng)化技術(shù)

除了提高效率外，自動(dòng)化工業(yè)技術(shù)還具有以下優(yōu)勢，使其成為一項(xiàng)必要的投資：

• 通過持續(xù)穩(wěn)定的運(yùn)行，提高生產(chǎn)速度并縮短生產(chǎn)周期。

• 由于減少了人為錯(cuò)誤和偏差，產(chǎn)品質(zhì)量和一致性顯著提高。

• 實(shí)現(xiàn)快速換型，從而實(shí)現(xiàn)可擴(kuò)展、靈活的生產(chǎn)。

• 通過將重復(fù)性任務(wù)分配給自動(dòng)化設(shè)備，大幅降低人工成本。

• 通過使用自動(dòng)化技術(shù)處理危險(xiǎn)任務(wù)，減少人員暴露和工傷事故，從而提高工人安全。

• 利用實(shí)時(shí)監(jiān)控跟蹤設(shè)備運(yùn)行狀況和過程變量，以便及時(shí)干預(yù)。

• 通過分析生產(chǎn)模式預(yù)測最佳維護(hù)時(shí)間，從而減少停機(jī)時(shí)間。

• 優(yōu)化資源利用和分配，實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展。

驅(qū)動(dòng)變革的關(guān)鍵自動(dòng)化技術(shù)

• 工業(yè)自動(dòng)化技術(shù)不僅僅是DCS或PLCS單元。它并非單一的機(jī)械系統(tǒng)，而是一個(gè)由以下技術(shù)演進(jìn)驅(qū)動(dòng)的互聯(lián)機(jī)械系統(tǒng)：

• 工業(yè)機(jī)器人：機(jī)械臂及相關(guān)設(shè)備，設(shè)計(jì)用于全天候不間斷運(yùn)行，以執(zhí)行生產(chǎn)線上的點(diǎn)焊、噴漆和包裝等精密任務(wù)。

• 工業(yè)物聯(lián)網(wǎng) (IIoT)：智能工業(yè)傳感器持續(xù)收集關(guān)鍵工藝參數(shù)的精細(xì)數(shù)據(jù)，用于工藝優(yōu)化、實(shí)時(shí)監(jiān)控和預(yù)測分析。

• 人工智能和機(jī)器學(xué)習(xí)：解讀和處理大型數(shù)據(jù)集，以識別生產(chǎn)流程中的異常情況，優(yōu)化生產(chǎn)參數(shù)，并提高最終產(chǎn)品質(zhì)量和產(chǎn)量。

• 自動(dòng)導(dǎo)引車 (AGV) 和自主移動(dòng)機(jī)器人 (AMR)：這些設(shè)備可實(shí)現(xiàn)工廠內(nèi)物料運(yùn)輸?shù)淖詣?dòng)化，從而改善物流并減少人工干預(yù)。

• 增材制造（3D 打?。耗軌蚩焖僦谱鲝?fù)雜設(shè)計(jì)的原型，幫助制造商縮短產(chǎn)品開發(fā)周期，并提供大規(guī)模定制服務(wù)。

制造業(yè)自動(dòng)化實(shí)施：循序漸進(jìn)的方法

從確定項(xiàng)目范圍到開展試點(diǎn)和推廣，實(shí)施自動(dòng)化工業(yè)制造技術(shù)需要精心策劃：

• 第一步：評估您所在行業(yè)中具有自動(dòng)化潛力的流程。這包括重復(fù)性任務(wù)、可通過流程參數(shù)跟蹤的任務(wù)，或因危險(xiǎn)性過高而無法手動(dòng)完成的任務(wù)。

• 第二步：了解市場上可用的自動(dòng)化工業(yè)技術(shù)，并評估其對特定生產(chǎn)流程的適用性。然后，選擇一種符合您的生產(chǎn)和可擴(kuò)展性要求的技術(shù)。

• 第三步：聘請顧問或與在利用自動(dòng)化升級現(xiàn)有行業(yè)方面經(jīng)驗(yàn)豐富的專家合作。這將確保您能夠更平穩(wěn)地過渡到新舊設(shè)備。

• 第四步：培訓(xùn)必要的員工，包括您的技術(shù)人員、操作員、工程師和項(xiàng)目經(jīng)理，讓他們了解如何使用升級后的自動(dòng)化制造技術(shù)。您還可以投資于技能再培訓(xùn)和變革管理計(jì)劃，以確保員工更容易接受新技術(shù)。

• 第五步：進(jìn)行試點(diǎn)測試，找出新自動(dòng)化系統(tǒng)可能存在的所有潛在問題。您可以在小批量或連續(xù)生產(chǎn)線上進(jìn)行測試，然后再全面推廣，以便進(jìn)行調(diào)整和風(fēng)險(xiǎn)規(guī)避。

• 第六步：將自動(dòng)化技術(shù)應(yīng)用于生產(chǎn)制造，并持續(xù)收集有關(guān)生產(chǎn)參數(shù)、質(zhì)量和產(chǎn)量的數(shù)據(jù)。然后，利用這些數(shù)據(jù)不斷改進(jìn)流程并制定預(yù)測性維護(hù)計(jì)劃。

案例研究：自動(dòng)化成功應(yīng)用案例

在工業(yè)自動(dòng)化系統(tǒng)中，分布式控制系統(tǒng)占據(jù)了最大的市場份額之一，預(yù)計(jì)到 2030 年將達(dá)到 291.9 億美元。

普華永道 (PwC) 2016 年發(fā)布的一項(xiàng)關(guān)于工業(yè) 4.0 的調(diào)查顯示，自動(dòng)化有望將生產(chǎn)周期縮短 20-30%，同時(shí)將運(yùn)行故障減少 70%。然而，隨著現(xiàn)代創(chuàng)新技術(shù)的進(jìn)步，這些數(shù)據(jù)肯定會(huì)得到顯著提升。

工業(yè)自動(dòng)化技術(shù)大規(guī)模應(yīng)用面臨的挑戰(zhàn)和障礙

盡管工業(yè)自動(dòng)化技術(shù)優(yōu)勢眾多，但其在制造業(yè)中的應(yīng)用并非易事。工程師和技術(shù)人員在應(yīng)用和推廣過程中常常會(huì)遇到以下障礙：

• 實(shí)施自動(dòng)化技術(shù)需要高額的初始資本投入，這對中小企業(yè)來說是一項(xiàng)成本高昂的支出。

• 現(xiàn)有員工可能需要接受再培訓(xùn)才能與自動(dòng)化制造技術(shù)協(xié)同工作或維護(hù)，這將造成暫時(shí)的技能短缺和抵觸情緒。

• 將現(xiàn)代自動(dòng)化解決方案與傳統(tǒng)系統(tǒng)集成需要對現(xiàn)有生產(chǎn)系統(tǒng)進(jìn)行重大升級。

• 工業(yè)物聯(lián)網(wǎng) (IIoT) 帶來的連接性增強(qiáng)，使制造系統(tǒng)面臨網(wǎng)絡(luò)威脅，這些威脅可能會(huì)中斷運(yùn)營或泄露敏感數(shù)據(jù)。

盡管這些挑戰(zhàn)都無法阻止各行業(yè)實(shí)施制造自動(dòng)化技術(shù)，但應(yīng)對這些挑戰(zhàn)需要進(jìn)行仔細(xì)的成本效益分析、戰(zhàn)略性的人才培養(yǎng)以及強(qiáng)大的網(wǎng)絡(luò)安全基礎(chǔ)設(shè)施。

制造業(yè)自動(dòng)化的未來：發(fā)展趨勢

展望未來，制造業(yè)預(yù)計(jì)將朝著以下趨勢發(fā)展：

• 協(xié)作機(jī)器人 (Cobot) 可與人類操作員安全協(xié)作，在不取代工人的情況下提高靈活性和效率。

• 邊緣計(jì)算可在更靠近生產(chǎn)線的地方處理數(shù)據(jù)，從而確保更快的決策速度和更低的自動(dòng)化流程延遲。

• 可持續(xù)且節(jié)能的自動(dòng)化系統(tǒng)，通過智能系統(tǒng)優(yōu)化能源消耗，有助于制造商實(shí)現(xiàn)環(huán)境目標(biāo)并降低運(yùn)營成本。

• 面向中小企業(yè)的自動(dòng)化擴(kuò)展，采用新型模塊化和云端自動(dòng)化解決方案，旨在降低準(zhǔn)入門檻，使小型制造商能夠與大型生產(chǎn)企業(yè)有效競爭。

結(jié)論

主動(dòng)式自動(dòng)化技術(shù)正在通過提高效率、質(zhì)量和安全性來變革制造業(yè)。在為您的工廠探索自動(dòng)化時(shí)，請從小處著手。確定重復(fù)性最高或最容易出錯(cuò)的任務(wù)，試用合適的技術(shù)，并培訓(xùn)您的團(tuán)隊(duì)接受變革。

準(zhǔn)備好迎接智能自動(dòng)化行業(yè)了嗎？

您是否準(zhǔn)備好讓您的生產(chǎn)線面向未來？與了解您所在行業(yè)的專家合作，他們可以指導(dǎo)您順利完成部署。