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数字化制造,正在走入落地实践

发布日期:2018-08-30 浏览次数:2462 来源:中自网
           正如“工业4.0”不是概念,虽然经过多年的讨论,我们已经很少再提及“工业4.0”这个被炒得似乎要忘记的词,同时“工业互联”、“中国制造2025”也不是跟风而起的概念,而是基于一国经济与制造业发展实际和当前工业自动化技术、信息化、物联网技术、云计算等多种边缘科技交叉融合发展进度,而提出的制造业指导方向。在这种指导下,总是不乏能力强大的先行者去实践探索,速度占领未来制造科技高地。


          其实,工业自动化与信息化技术的融合发展,90%的解决了生产效率、资源利用、品质提升等问题,而随着人们对于个性化需求的增长,差异化制造成为制造业走向前竞争阶段的焦点。如何破解差异化制造难题?数字化被寄予厚望,并在此后的实践探索中,实现客户订制化需求成为数字化的标志性姿态。经过多年的市场与技术的催生,数字化制造实践都取得了哪些成果,并将走向何处?

 

数字化制造实践成果


          从2010年开始德国提出“工业4.0”,美国执着于未来“工业互联”的概念,在接下来的几年里,基于云计算、大数据、物联网、工业互联网等技术的发展与融合,智能制造的先头部队——数字化制造在接下来的几年里席卷全球,并成为各国摆脱资源、效率、成本,提升工业制造产品竞争力的重要出路。


          作为践行工业4.0的数字化制造的先行者,工业巨头西门子从安贝格工厂开始到建立中国西门子成都工厂,都给了讨论与期待中的数字化制造以具象的参考,从而引发全球工业制造先锋自身实践的数字化尝试:


          西门子安贝格电子工厂实现了多品种工控机的混线生产;FANUC公司实现了机器人和伺服电机生产过程的高度自动化和智能化,并利用自动化立体仓库在车间内的各个智能制造单元之间传递物料,实现了最高720小时无人值守;施耐德电气实现了电气开关制造和包装过程的全自动化;美国哈雷戴维森公司广泛利用以加工中心和机器人构成的智能制造单元,实现大批量定制;三菱电机名古屋制作所采用人机结合的新型机器人装配产线,实现从自动化到智能化的转变,显著提高了单位生产面积的产量;全球重卡巨头MAN公司搭建了完备的厂内物流体系,利用AGV装载进行装配的部件和整车,便于灵活调整装配线,并建立了物料超市,取得明显成效。


          中国作为曾经的世界工厂,2017年中国制造业的产值已经占全世界的33%左右,然而随着资源、成本的加剧,以及中国人口红利的消失,中国制造业正在面临着巨大的转型压力,同样,数字化制造也成为中国制造企业摆脱从低成本竞争策略转向建立差异化竞争优势的必经之路。于是国内汽车、家电、轨道交通、食品饮料、制药、装备制造、家居等行业的企业对生产和装配线进行自动化、智能化改造,以及建立全新的智能工厂的需求十分旺盛,涌现出海尔、美的、东莞劲胜、尚品宅配等智能工厂建设的样板。


          海尔佛山滚筒洗衣机工厂可以实现按订单配置、生产和装配,采用高柔性的自动无人生产线,广泛应用精密装配机器人,采用MES系统全程订单执行管理系统,通过RFID进行全程追溯,实现了机机互联、机物互联和人机互联;尚品宅配实现了从款式设计到构造尺寸的全方位个性定制,建立了高度智能化的生产加工控制系统,能够满足消费者个性化定制所产生的特殊尺寸与构造板材的切削加工需求;东莞劲胜全面采用国产加工中心、国产数控系统和国产工业软件,实现了设备数据的自动采集和车间联网,建立了工厂的数字映射模型(Digital Twin),构建了手机壳加工的智能工厂。

 

数字化制造界定及推进模式


          什么是数字化制造,它将走向哪里?这个问题一时间众说纷纭,无有定论。在此小编采用《中国制造2025》的提出者之一中国工程院院长周济在2017世界智能制造大会上的讲话,与读者分享从“中国制造”走向“中国智造”进程中,中国数字化制造的思维认识与推进模式:


          数十年来,智能制造在演化中形成许多不同范式,包括精益生产、柔性制造、并行工程、敏捷制造、数字化制造、计算机集成制造、网络制造、云制造、智能化制造等,在指导制造业智能转型中发挥了积极作用。众多范式不利于形成统一的智能制造技术路线,给企业在推进智能升级的实践中造成了许多困扰。面对着智能制造不断涌现的新技术,新理念,新模式,迫切需要归纳总结出基本范式。
    综合智能制造相关方式可以总结归纳和提升出三种智能制造的基本范式,也就是数字化制造、数字化网络化制造,数字化网络化智能化制造(即新一代智能制造),智能制造三个基本范式次第展开、迭代升级,一方面,三个基本范式体现着国际上智能制造发展历程中三个阶段,另一方面对中国而言,必须发挥后发优势,采取三个基本范式“并行推进、融合发展”的技术路线。


          1.智能制造的初级阶段:数字化制造


          数字化制造是智能制造第一种基本范式,可以称之为第一代智能制造,是智能制造的基础。以计算机数字控制为代表的数字化技术广泛运用于制造业,形成"数字一代"创新产品和以计算机集成系统(CIMS)为标志的集成解决方案。二十世纪八十年代以来,我国企业推动数字化制造取得了巨大的进步,我们认识到我国大多数企业和广大中小企业没有完成数字化转型,面对这样的现实,我国在推进智能制造过程当中必须实事求是,踏踏实实完成数字化补课,进一步夯实智能制造发展基础。需要说明的是,数字化制造是智能制造基础,它的内涵不断发展,贯穿于智能制造的三个基本范式和全部发展历程。我们这里定义的数字化制造是作为第一种基本范式的数字化制造,是一种相对狭义的定位,国际上有比较广义的定位和理论,在他们的理论看来,数字化制造就等于智能制造。


          2.第二代智能制造:数字化网络化制造


          数字化网络化制造,是智能制造第二种基本范式,也可称之为"互联网+制造"或第二代智能制造。上世纪末互联网技术开始广泛运用,"互联网+"不断推进制造业和互联网融合发展,网络将人、数据和事物连接起来,通过企业内、企业间的协同,以及各种社会资源的共享和集成,重塑制造业价值链,推动制造业从数字化制造向数字化网络化制造转变。德国工业4.0和美国工业互联网完善地阐述了数字化网络化制造范式,提出了实现数字化网络化制造的技术路线。我国工业界大力推进"互联网+制造",一方面一批数字化制造基础较好的企业成功转型,实现了数字化网络化制造。


          另一方面,大量原来还未完成数字化制造的企业,则采用并行推进数字化制造和数字化网络化制造的技术路线,完成了数字化制造的"补课",同时跨越到数字化网络化制造阶段。


          今后一个阶段,三年到五年之内,我国推进智能制造的重点是大规模地推广和全面应用数字化网络化制造,即第二代智能制造。


          3.真正意义上的智能制造:新一代智能制造


          数字化网络化智能化制造,是智能制造的第三种基本范式,可以称之为新一代智能制造。近年来人工智能加速发展,实现了战略性突破,先进制造技术和新一代人工智能技术深度融合,形成了新一代智能制造,我们也可以称之为数字化网络化智能化制造。新一代智能制造的主要特征表现在制造系统具备了学习能力,通过深度学习、增强学习等技术应用于制造领域,知识产生、获取、运用和传承效率发生革命性变化,显著提高创新与服务能力,新一代智能制造是真正意义4.三大范式要“并行推进”换道超车


          并行推进、融合发展的技术路线。智能制造在西方发达国家是一个串联式的发展过程,数字化、网络化、智能化是西方顺序发展智能制造三个阶段,我们不能够走西方顺序发展老路,他们是用几十年时间,充分发展了数字化制造之后,再发展数字化网络化制造,进而也已经开始发展新一代智能制造。我们不能走这条路,如果是这样,我们就无法完成中国制造业转型升级的历史性任务。我们必须充分发挥后发优势,采取"并联式"发展方式,要数字化、网络化、智能化并行推进,融合发展。


          一方面我们必须坚持创新引领,直接利用互联网、大数据、人工智能等最先进的技术,瞄准高端方向,加快研究、开发、推广、应用新一代智能制造技术,走出一条推进智能制造的新路,实现我国制造业的换道超车。


          另一方面,我们必须实事求是,循序渐进,分阶段地推进企业的技术改造、智能升级。针对我国大多数企业尚没有完成数字化转型这样一个基本国情,各个企业都必须补上"数字化转型"这一课,补好智能制造基础。我们是走了一条新路,我们不能先实现数字化,再搞网络化。


          当然,在“并行推进”不同的基本范式的过程中,各个企业可以充分运用成熟的先进技术,根据自身发展的实际需要,“以高打低、融合发展”,在高质量完成“数字化补课”的同时,实现向更高的智能制造水平的迈进。

 

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