网络物理生产系统中的过程偏差管理与模拟
1. 网络物理生产系统概述
在全球化背景下,竞争日益激烈,客户对产品个性化配置的需求不断增加,这给各国经济和离散制造企业带来了挑战。网络物理系统(CPS)为解决生产中的这些挑战提供了创新方案,它也是德国联邦政府“工业4.0”倡议的基础。
网络物理系统基于“物理的数字化”和“数字的物理化”两个原则,即每个物理对象在虚拟世界中有数字表示,每个虚拟对象在物理世界中存在对应实体。其具有以下特点:
- 由传感器、执行器、嵌入式系统、机械结构和人机界面组成。
- 通过传感器收集信息,利用全球服务进行分析,并使用执行器与物理世界交互。
- 配备通信设备,可在全球网络中相互连接及与其他实体通信。
当网络物理系统集成到生产环境中,就形成了网络物理生产系统(CPPS),这是工业4.0的一部分。CPPS的生产过程高度灵活,能根据市场情况调整,可实现小批量、多品种产品的生产。这种方式带来诸多优势,如满足客户个性化需求、提高资源生产率和效率,以及基于实时信息优化决策过程。
在制造领域,网络物理系统可应用于生产资源(如制造站、自动化设备、单机和工具)以及单个组件或产品,从而产生智能产品。智能产品是配备了网络物理系统的机电产品,能存储制造操作信息,并通过现代互联网技术相互通信。智能产品与智能生产系统借助互联网技术和情境感知能力的协作,催生了智能工厂。智能工厂的生产过程具有适应性,能处理复杂决策问题,并在快速变化的条件下管理日益增加的复杂性。产品可通过可变的制造过程和不同的制造站进行生产,制造过程和站点的决策基于组件与制造资源之间的信息交换,因此这些过程被定义为基于通信的网络物理生产过程。
然而,网络物
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