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【自动化】企业自动化改造，怎么做？

2018 年 1 月 31 日 产业智能官 数字化企业

文丨e-works原创专题

在国外的制造业发展过程中， 工业自动化在其生产中占据着重要一环，其每单位的工业机器人比率都远超过国际55的标准，但国内制造业自动化应用则远落后于这一标准，我国在工业自动化的道路上任道而重远。

自动化改造大势所趋

提高生产效率
降低劳动成本
节能减排
降低了工人的劳动强度
提升产品质量及稳定性
缩短产品生产周期

切勿走进自动化改造5大误区

---引入机器人就是进行自动化升级改造！

机器人的应用是自动化升级改造最具代表性的一个方面。但不等于能解决一切问题。气动液压控制及非标设备自动化也是实现自动化非常重要的手段之一。尤其针对一些特殊应用，机器人不能解决的，非标自动化设备才是答案。自动化升级改造，切不可只盯着机器人看，多种渠道才是最好。

---机器人买回来就能用

机器人作为智能设备，并非简单安装调试即可使用。如果忽略机器人的开发（或二次开发）与应用，将会导致许多机器人买回来用不上或使用不当。拿机器人与体育运动员来做个类比，一群好运动员（机器人）加上一个好的教练（系统集成商）才是让整个球队（企业）获胜的关键。

---自动化升级改造可以一步到位

真正的自动化升级改造，并非一个简单工位或是机器的更换就能完成，而是一项极其复杂的系统工程。自动化改造需量力而行，从比较成熟的自动化技术开始，从工厂急待升级改造的部位入手，逐步进行，切不可追求一步到位。

---任何工序都可用自动化设备替代

采用自动化生产线进行生产的产品应有足够大的产量；产品设计和工艺应先进、稳定、可靠，并在较长时间内保持基本不变。并非所有工序都适合进行自动化改造。在大批、大量生产中采用自动线有显著的经济效益。

---实现自动化改造就是实现了工业4.0

近来工业4.0及中国制造2025的概念非常火热，以致很多企业盲目跟风。制造业企业更应该关注的是实际技术与问题的解决方案。当发展到以信息为核心技术的广义管理自动化，工业4.0时代也将应运而生。

自动化改造方式与途径

自动化与信息化的融合

未来企业需要根据市场需求，弹性地调整产能，实现个性化定制，制造出智能的产品。

这不能仅依靠自动化技术来实现，还必须依靠信息化技术来解决业务层面的问题，为工厂赋予智慧，为市场决策、数据分析、判断、调控、质量管控、售后服务等提供依据和支持。自动化必须与信息化结合才能够发挥最大功效，否则单纯的自动化是没有意义的。

提高装备的智能化

制造装备经历了机械装备到数控装备，目前正在逐步发展为智能装备。智能装备具有检测功能，可以实现在机检测，从而补偿加工误差，提高加工精度，还可以对热变形进行补偿。

ABB推出的双臂机器人YUMI，就是智能型工业机器人的典范。

▲ABB双臂机器人YUMI

以往一些精密装备对环境的要求很高，现在由于有了闭环的检测与补偿，可以降低对环境的要求。智能装备一个最基本的要求，就是要提供开放的数据接口，能够支持设备联网。

提高生产线的智能化

智能化生产线在我国制造企业的应用还处于起步阶段，但必然是发展的方向。

▲西门子成都电子工厂总装线

智能产线的特点是：

在生产和装配的过程中，能够通过传感器或RFID自动进行数据采集，并通过电子看板显示实时的生产状态；能够通过机器视觉和多种传感器进行质量检测，自动剔除不合格品，并对采集的质量数据进行SPC分析，找出质量问题的成因；能够支持多种相似产品的混线生产和装配，灵活调整工艺，适应小批量、多品种的生产模式；具有柔性，如果生产线上有设备出现故障，能够调整到其他设备生产；针对人工操作的工位，能够给予智能的提示。

提高车间的智能化

一个车间通常有多条生产线，这些生产线要么生产相似零件或产品，要么有上下游的装配关系。要实现车间的智能化，需要对生产状况、设备状态、能源消耗、生产质量、物料消耗等信息进行实时采集和分析，进行高效排产和合理排班，显著提高设备利用率（OEE）。

▲新松机器人制造车间

因此，无论什么制造行业，制造执行系统（MES）成为企业的必然选择。MES是一个车间级的综合管理系统，可以帮助企业显著提升设备利用率，提高产品质量，实现生产过程可追溯和上料防错，提高生产效率。

提高工厂的智能化

仅有自动化生产线和一大堆机器人，并不是智能工厂。作为智能工厂，不仅生产过程应实现自动化、透明化、可视化、精益化，同时，产品检测、质量检验和分析、生产物流也应当与生产过程实现闭环集成。一个工厂的多个车间之间要实现信息共享、准时配送、协同作业。

▲智能工厂示意图

一些离散制造企业也建立了类似流程制造企业那样的生产指挥中心，对整个工厂进行指挥和调度，及时发现和解决突发问题，这也是智能工厂的重要标志。智能工厂必须依赖无缝集成的信息系统支撑，主要包括PLM、ERP、CRM、SCM和MES五大核心系统。大型企业的智能工厂需要应用ERP系统制定多个车间的生产计划，并由MES系统根据各个车间的生产计划进行详细排产。

制造业生产线自动化改造案例

走进华为荣耀全自动化生产线！

在华为荣耀3C第400万台下线庆典暨荣耀3C 4G首发品鉴会后，华为荣耀破例公开了其位于东莞南方工厂的生产线，向外界展示其独一无二全球领先的设备!

包括美国原装进口的超精准MPM双轨印刷机，世界领先的Camelot dispensing点胶机，全自动化手臂控制的整机测试、全自动无人驾驶运货车，以及正在研制的领先的六台全自动化机械手组成的流线体设备，让人大开眼界。华为荣耀全球领先的生产工艺、手机品控的领先标准在其中展现的淋漓尽致。

▲锡膏质量检测，以保证器件焊接质量

据工厂技术负责人透露，目前还正在研制世界上最先进且独一无二的自动化线体设备，是由六台全自动化的机械手组成的流线体，该设备涵盖了从单板测试加载、全自动化分板点胶、整机音频测试、整机软件加载等工位的功能，可大大提升产品的质量一致性和生产效率，据悉一个流线体可减少工作人员50人左右，可谓强大至极。

美的自动化生产基地大揭秘

夜里工厂灯关掉了，机器人依然在每个特定的工位不停歇地工作，有序地焊接、拧螺丝、按比例切割……机器人代替人工出现在生产流水线上操作，这不是科幻电影的情节，它真真实实地出现在美的中央空调的生产线上。

通过重金投入，美的中央空调在合肥基地，打造了一个“数字化车间”。车间总体设计、工艺流程及布局均已建立了数字化模型，采用CAD、CAM等进行模拟仿真，通过ERP、PDM等实现规划、生产、运营全流程数字化管理。生产车间配置了数据采集系统和先进控制系统，生产工艺数据自动数采率达90%以上。

此外，车间还采用三维计算机辅助设计（CAD）、设计和工艺路线仿真、可靠性评价等先进技术，使得产品信息能够贯穿于设计、制造、质量、物流等环节，实现产品的全生命周期管理（PLM）。

目前，美的中央空调拥有顺德、合肥、重庆三大生产基地，已成为国内规模最大、产品线最宽、产品系列最齐全的中央空调生产厂家之一。

通用汽车智能工厂

在位于上海金桥的上汽通用凯迪拉克工厂，总成车间里一派繁忙景象。

“通用汽车所属工厂全都采用确保高精度制造的两大‘利器’——激光在线测量和三坐标测量仪，以及锻造高品质车身两大‘法宝’——超高强钢焊接技术和激光钎焊技术，利用高密度自动化焊接机器人和高柔性GEO pallet输送线，实现不到一分钟就能生产一辆白车身的高效率。”

利用柔性生产系统，上汽通用的工厂可以在同一生产线上实现不同型号的发动机、变速箱的无缝衔接生产。

“在生产过程中，过去单一功能的专机已被淘汰，代之以柔性化的随行夹具，可根据需要自动切换选择所需要刀具。通俗的说就是机器人根据程序夹持零件，实现智能化操作。”

除了以上三个典型案例之外，还有西门子成都数字化工厂、工业自动化行业十大最佳工程案例等等！

自动化改造集成商盘点

上海明匠智能系统有限公司

国内最早专业从事"工业4.0"研发及项目实施的企业，已成为国内知名智能制造系统集成商，拥有多年非标设备设计制造经验，丰富的智能工厂、智能产线与物流系统项目经验，涵盖产品全周期的数字化、智能化制造，拥有工厂级设备监控、分析、可视化远程推送等多种前沿技术。

武汉优力克

公司成立于1997年，具有十数年丰富的行业经验，已成长为国内企业行业知名的系统工程公司，尤其在汽车自动化领域业绩卓著。

新松机器人

隶属中国科学院，是一家以机器人技术为核心，致力于数字化智能制造装备的高科技上市企业。主导业务涵盖机器人核心零部件、系列机器人产品、行业系统解决方案、工业4.0等四大业务板块；新松机器人产品线包括工业机器人、移动机器人、洁净机器人、特种机器人和服务机器人五大类80余种机器人产品。

北京机械工业自动化研究所

北京机械工业自动化研究所（简称北自所）创建于1954年，为国务院国资委监管的大型科技企业。致力于制造业领域自动化、信息化、智能化技术的创新、研究、开发和应用。为客户提供包括开发、设计、制造、安装及服务的整体解决方案。

除了上面提到的还有苏州博众精工科技有限公司、上海永乾机电有限公司、中船重工鹏力（南京）智能装备系统有限公司、湖北三丰智能输送装备股份有限公司、上海海得控制系统股份有限公司......等等！

做好一个PLC项目的全部过程（经验篇）

可乐的工控技术1

我们学PLC有时候是为了做项目，做项目需要做些什么步骤呢，学习什么知识点，看看老工程师怎么告诉你……

一、做一个PLC项目的大体流程如下：

1、熟悉好现场环境和工艺流程；

2、设计出安全可靠的控制方案；

3、画出电气控制原理图；

4、确定好材料，制作材料物资明细表；

5、编写PLC程序，组态监控画面，设计PLC 机柜接线图，并同时制作PLC机柜；

6、沟通甲方，现场施工；

7、现场调试，并完善工艺控制方案；

8、组织甲方验收项目。

二、PLC 设计原则

1、最大限度的满足被控对象提出的各项性能指标

为明确控制任务和控制系统应有的功能，设计人员在进行设计前，就应深入现场进行调查研究，搜集资料，与机械部分的设计人员和实际操作人员密切配合，共同拟定电气控制方案，以便协同解决在设计过程中出现的各种问题。

2、确保控制系统的安全可靠

电气控制系统的可靠性就是生命线，不能安全可靠工作的电气控制系统，是不可能长期投入生产运行的。尤其是在以提高产品数量和质量，保证生产安全为目标的应用场合，必须将可靠性放在首位，甚至构成冗余控制系统。

3、力求控制系统简单

在能够满足控制要求和保证可靠工作的前提下，应力求控制系统构成简单。只有构成简单的控制系统才具有经济性、实用性的特点，才能做到使用方便和维护容易。

4、留有适当的裕量

考虑到生产规模的扩大，生产工艺的改进，控制任务的增加，以及维护方便的需要，要充分利用PLC易于扩充的特点，在选择PLC的容量(包括存储器的容量、机架插槽数、Ｉ／Ｏ点的数量等)时，应留有适当的裕量。

三、PLC设计的基本步骤

在进行PLC控制系统设计，尽管有着不同的被控对象和设计任务，设计内容可能涉及诸多方面，又需要和大量的现场输入、输出设备相连接，但是基本内容应包括以下几个方面：

1、明确设计任务和技术条件

设计任务和技术条件一般以设计任务书的方式给出，在设计任务书中，应明确各项设计要求、约束条件及控制方式。因此，设计任务书是整个系统设计的依据。

2、确定用户输入设备和输出设备

用户的输入、输出设备是构成PLC控制系统中，除了作为控制器的PLC本身以外的硬件设备，是进行机型选择和软件设计的依据。因此，要明确输入设备的类型(如控制按钮、行程开关、操作开关、检测元件、保护器件、传感器等)和数量，输出设备的类型(如信号灯、接触器、继电器等执行元件)和数量，以及由输出设备驱动的负载(如电动机、电磁阀等)。并进行分类、汇总。

3、选择PLC的机型

PLC是整个控制系统的核心部件，正确、合理的选择机型对于保证整个系统的技术经济性能指标起着重要的作用。

PLC的选型应包括机型的选择、存储器容量的选择、Ｉ／Ｏ模板的选择等。

4、分配Ｉ／Ｏ地址，绘制Ｉ／Ｏ接线图

通过对用户输入、输出设备的分析、分类和整理，进行相应的Ｉ／Ｏ地址分配，并据此绘制Ｉ／Ｏ接线图。

至此，基本完成了PLC控制系统的硬件设计。

5、设计控制程序

根据控制任务和所选择的机型以及Ｉ／Ｏ接线图，一般采用梯形图语言设计系统的控制程序。设计控制程序就是设计应用软件，这对于保证整个系统安全可靠的运行至关重要，必须经过反复调试，使之满足控制要求。

6、必要时设计非标准设备

在进行设备选型时，应尽量选用标准设备。如无标准设备可选，还可能需要设计操作台、控制柜、模拟显示屏等非标准设备。

7、编制控制系统的技术文件

在设计任务完成后，要编制系统的技术文件。技术文件一般应包括设计说明书、使用说明书、Ｉ／Ｏ接线图和控制程序(如梯形图等)。

PLC工程师

四、PLC的选型

选择适当型号的PLC机是设计中至关重要的一步。目前，国内外PLC生产厂家生产的PLC品种已达数百个，其性能各有特点，价格也不尽相同。所以，在设计时，首先要根据机型统一的原则来考虑，尽可能考虑采用与本企业正在使用的同系列的PLC机，以便于学习、掌握、维护的方便性，备品配件的通用性，且可减少编程的投资。在此基础上还要充分考虑下面因素，以便选择最佳型号的PLC机：

1、PLC的功能

在选择PLC时，首先应对系统要求的输入、输出有详细的了解，即输入量有多少，输出量有多少，哪些是开关(或数字)量，哪些是模拟量，对于数字型输出量还应了解负载的性质，以选择合适的输出形式(继电器型、晶体管型、双向可控硅型)。

在确定了PLC机的控制规模后，还要考虑一定的余量，以适应工艺流程的变动及系统功能的扩充，一般可按10～15％的余量来考虑。另外，还要考虑PLC的结构，从Ｉ／Ｏ点数的搭配上加以分析，决定选择整体式还是模块式的PLC。

在确定了PLC的输入量和输出量的点数及性质后，就可以进一步确定各种Ｉ／Ｏ模板的型号和数量。开关量Ｉ／Ｏ模板的规格标准有4、8、16、32、64点，点数多的模板，每点平均价格相对较低。对开关量Ｉ／Ｏ模板的外部接线方式可分为隔离式和汇点式，隔离式的每点平均价格较高。如果信号之间不需要隔离，应选用汇点式的Ｉ／Ｏ模板。在整体式PLC机中，各个Ｉ／Ｏ端子也有隔离式和汇点式之分，以满足不同电压等级的输入／输出器件的需要。

2、PLC的功能

要根据该系统的控制过程和控制规律，确定PLC机应具有的功能。各个系列不同规格的PLC机所具有的功能并不完全相同。如有些小型PLC只有开关量的逻辑控制功能，而不具备数据处理和模拟量处理功能。

当某个系统还要求进行位置控制、温度控制、PID控制等闭环控制时，应考虑采用模板式PLC，并选择相应的特殊功能的Ｉ／Ｏ模块，否则这些算法都用PLC的梯形图设计，一方面编程困难，另一方面也占用了大量的程序空间。另外，还应考虑PLC的运算速度，特别是当使用模拟量控制和高速计数器等功能时，应弄清PLC机的最高工作频率是否满足要求。

3、用户程序存储器的容量

合理确定PLC的用户程序存储器的容量，是PLC应用设计及选型中不可缺少的环节。一般说来，用户程序存储器的内存容量与内存利用率、开关量Ｉ／Ｏ总数、模拟量Ｉ／Ｏ点数及设计者的编程水平有关。

简单的估算公式：

内存字数＝(开关量Ｉ／Ｏ总点数＋模拟量Ｉ／Ｏ点数 X 16) X 10

式中：每个模拟量通道(或Ｉ／Ｏ点)相当16个开关量Ｉ／Ｏ点。在此基础上，可考虑留有20～25％的裕量。对于工艺比较复杂的系统，应适当增加存储器的容量，否则，当控制较复杂、数据处理量大时，可能出现存储器容量不够的问题。

人工智能赛博物理操作系统

AI-CPS OS

“人工智能赛博物理操作系统”（新一代技术+商业操作系统“AI-CPS OS”：云计算+大数据+物联网+区块链+人工智能）分支用来的今天，企业领导者必须了解如何将“技术”全面渗入整个公司、产品等“商业”场景中，利用AI-CPS OS形成数字化+智能化力量，实现行业的重新布局、企业的重新构建和自我的焕然新生。

AI-CPS OS的真正价值并不来自构成技术或功能，而是要以一种传递独特竞争优势的方式将自动化+信息化、智造+产品+服务和数据+分析一体化，这种整合方式能够释放新的业务和运营模式。如果不能实现跨功能的更大规模融合，没有颠覆现状的意愿，这些将不可能实现。

领导者无法依靠某种单一战略方法来应对多维度的数字化变革。面对新一代技术+商业操作系统AI-CPS OS颠覆性的数字化+智能化力量，领导者必须在行业、企业与个人这三个层面都保持领先地位：

重新行业布局：你的世界观要怎样改变才算足够？你必须对行业典范进行怎样的反思？
重新构建企业：你的企业需要做出什么样的变化？你准备如何重新定义你的公司？
重新打造自己：你需要成为怎样的人？要重塑自己并在数字化+智能化时代保有领先地位，你必须如何去做？

AI-CPS OS是数字化智能化创新平台，设计思路是将大数据、物联网、区块链和人工智能等无缝整合在云端，可以帮助企业将创新成果融入自身业务体系，实现各个前沿技术在云端的优势协同。AI-CPS OS形成的数字化+智能化力量与行业、企业及个人三个层面的交叉，形成了领导力模式，使数字化融入到领导者所在企业与领导方式的核心位置：

精细：这种力量能够使人在更加真实、细致的层面观察与感知现实世界和数字化世界正在发生的一切，进而理解和更加精细地进行产品个性化控制、微观业务场景事件和结果控制。
智能：模型随着时间（数据）的变化而变化，整个系统就具备了智能（自学习）的能力。
高效：企业需要建立实时或者准实时的数据采集传输、模型预测和响应决策能力，这样智能就从批量性、阶段性的行为变成一个可以实时触达的行为。
不确定性：数字化变更颠覆和改变了领导者曾经仰仗的思维方式、结构和实践经验，其结果就是形成了复合不确定性这种颠覆性力量。主要的不确定性蕴含于三个领域：技术、文化、制度。
边界模糊：数字世界与现实世界的不断融合成CPS不仅让人们所知行业的核心产品、经济学定理和可能性都产生了变化，还模糊了不同行业间的界限。这种效应正在向生态系统、企业、客户、产品快速蔓延。

AI-CPS OS形成的数字化+智能化力量通过三个方式激发经济增长：

创造虚拟劳动力，承担需要适应性和敏捷性的复杂任务，即“智能自动化”，以区别于传统的自动化解决方案；
对现有劳动力和实物资产进行有利的补充和提升，提高资本效率；
人工智能的普及，将推动多行业的相关创新，开辟崭新的经济增长空间。

给决策制定者和商业领袖的建议：

超越自动化，开启新创新模式：利用具有自主学习和自我控制能力的动态机器智能，为企业创造新商机；
迎接新一代信息技术，迎接人工智能：无缝整合人类智慧与机器智能，重新
评估未来的知识和技能类型；
制定道德规范：切实为人工智能生态系统制定道德准则，并在智能机器的开
发过程中确定更加明晰的标准和最佳实践；
重视再分配效应：对人工智能可能带来的冲击做好准备，制定战略帮助面临
较高失业风险的人群；
开发数字化+智能化企业所需新能力：员工团队需要积极掌握判断、沟通及想象力和创造力等人类所特有的重要能力。对于中国企业来说，创造兼具包容性和多样性的文化也非常重要。

子曰：“君子和而不同，小人同而不和。” 《论语·子路》云计算、大数据、物联网、区块链和人工智能，像君子一般融合，一起体现科技就是生产力。

如果说上一次哥伦布地理大发现，拓展的是人类的物理空间。那么这一次地理大发现，拓展的就是人们的数字空间。在数学空间，建立新的商业文明，从而发现新的创富模式，为人类社会带来新的财富空间。云计算，大数据、物联网和区块链，是进入这个数字空间的船，而人工智能就是那船上的帆，哥伦布之帆！

新一代技术+商业的人工智能赛博物理操作系统AI-CPS OS作为新一轮产业变革的核心驱动力，将进一步释放历次科技革命和产业变革积蓄的巨大能量，并创造新的强大引擎。重构生产、分配、交换、消费等经济活动各环节，形成从宏观到微观各领域的智能化新需求，催生新技术、新产品、新产业、新业态、新模式。引发经济结构重大变革，深刻改变人类生产生活方式和思维模式，实现社会生产力的整体跃升。