1.引言
根據(jù)工信部最新的公布,“十三五”期間,我國發(fā)布285項(xiàng)智能制造國家標(biāo)準(zhǔn),主導(dǎo)制定47項(xiàng)國際標(biāo)準(zhǔn),涵蓋了企業(yè)生產(chǎn)制造的全流程,我國進(jìn)入全球智能制造標(biāo)準(zhǔn)體系建設(shè)先進(jìn)行列。建成600多個(gè)具備先進(jìn)技術(shù)水平的智能制造示范工廠,智能制造示范項(xiàng)目生產(chǎn)效率平均提高44. 9%,能源利用率提升19. 8%,運(yùn)營成本降低25. 2%,產(chǎn)品研制周期縮短35%,產(chǎn)品不良品率降低35. 5%。新增兩化融合管理體系貫標(biāo)企業(yè)超過3萬家,煉化、印染和家電等領(lǐng)域接近國外先進(jìn)水平。工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)、平臺(tái)和安全三大體系夯基架梁工作基本完成。定制化服務(wù)、全生命周期管理、總集成總承包、共享制造和在線監(jiān)測與維護(hù)等服務(wù)型制造新模式不斷涌現(xiàn),工程機(jī)械、電力裝備等行業(yè)服務(wù)型制造業(yè)務(wù)快速發(fā)展,工業(yè)設(shè)計(jì)、信息技術(shù)和節(jié)能服務(wù)等生產(chǎn)性服務(wù)業(yè)逐步壯大。
無疑,智能制造已經(jīng)成為我國從制造大國向制造強(qiáng)國轉(zhuǎn)型的巨大推動(dòng)力,正帶領(lǐng)中國產(chǎn)業(yè)邁向全球價(jià)值鏈中高端。
2.智能制造發(fā)展的時(shí)代背景
人類文明的進(jìn)程與制造密不可分,制造活動(dòng)及其產(chǎn)物促進(jìn)人類的生存進(jìn)化,人類社會(huì)經(jīng)歷了從蒸汽時(shí)代、電氣時(shí)代、信息化時(shí)代到智能化時(shí)代的發(fā)展歷程;相應(yīng)地,制造技術(shù)也從工業(yè)1. 0發(fā)展到工業(yè)2. 0、工業(yè)3. 0,如今邁向工業(yè)4. 0。
具體的技術(shù)發(fā)展變遷在于,從工業(yè)1.0到2.0的是制造技術(shù)從機(jī)械化走向標(biāo)準(zhǔn)化的過程,包括零件設(shè)計(jì)的標(biāo)準(zhǔn)化、制造工藝的標(biāo)準(zhǔn)化及檢驗(yàn)和質(zhì)量控制的標(biāo)準(zhǔn)化,實(shí)現(xiàn)了初級(jí)的剛性自動(dòng)化,改變的是制造過程的速度和可重復(fù)性。從工業(yè)2. 0到3. 0,制造技術(shù)以高級(jí)自動(dòng)化為特點(diǎn),追求效率、質(zhì)量和柔性,實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的大規(guī)模個(gè)性化生產(chǎn),以數(shù)字化設(shè)計(jì)制造支持新業(yè)務(wù)模式。
如今,世界正在進(jìn)入以信息產(chǎn)業(yè)為主導(dǎo)的經(jīng)濟(jì)發(fā)展時(shí)期。新一輪科技革命和產(chǎn)業(yè)變革正在重構(gòu)全球創(chuàng)新版圖、 重塑全球經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)。中國經(jīng)濟(jì)已由高速增長階段轉(zhuǎn)向高質(zhì)量發(fā)展階段,智能制造成為我國構(gòu)筑競爭新優(yōu)勢的關(guān)鍵所在。
我國從國家層面確定了中國建設(shè)制造強(qiáng)國的總體戰(zhàn)略,明確提出要以加快新一代信息技術(shù)與制造業(yè)深度融合為主線,以推進(jìn)智能制造為主攻方向,實(shí)現(xiàn)制造業(yè)由大變強(qiáng)的歷史跨越。
根據(jù)工信部發(fā)布的《智能制造“十三五”發(fā)展規(guī)劃》, “十三五”期間我國推進(jìn)智能制造實(shí)施“兩步走”戰(zhàn)略:第一步是到2020年,智能制造發(fā)展基礎(chǔ)和支撐能力明顯增強(qiáng),傳統(tǒng)制造業(yè)重點(diǎn)領(lǐng)域基本實(shí)現(xiàn)數(shù)字化制造,有條件、有基礎(chǔ)的重點(diǎn)產(chǎn)業(yè)智能化轉(zhuǎn)型取得明顯進(jìn)展;第二步是到2025年,智能制造支撐體系基本建立,重點(diǎn)產(chǎn)業(yè)初步實(shí)現(xiàn)智能轉(zhuǎn)型。
規(guī)劃實(shí)施以來,智能制造表現(xiàn)出良好、強(qiáng)勁的發(fā)展勢頭,成為中國制造業(yè)創(chuàng)新發(fā)展的主要抓手,是中國制造業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)的主要路徑,推動(dòng)了制造業(yè)高質(zhì)量發(fā)展。但是我們也要意識(shí)到我國智能制造仍然存在一些不足,如:對智能制造規(guī)律的認(rèn)識(shí)和理解還不夠深入;供給支撐能力仍有明顯短板;應(yīng)用推廣的深度、廣度不夠和服務(wù)能力不強(qiáng)等。
“十四五”時(shí)期是我國全面建設(shè)社會(huì)主義現(xiàn)代化強(qiáng)國的第一個(gè)五年,推動(dòng)智能制造創(chuàng)新發(fā)展意義重大。近日,工信部會(huì)同有關(guān)部門起草的《“十四五”智能制造發(fā)展規(guī)劃》 (征求意見稿)發(fā)布?！兑?guī)劃》從設(shè)計(jì)、材料、生產(chǎn)制造、裝備、供應(yīng)、管理、標(biāo)準(zhǔn)以及相關(guān)軟件、硬件等方面,提出了重點(diǎn)任務(wù)和明確的目標(biāo)。
兩大階段目標(biāo)是:到2025年,中國規(guī)模以上制造業(yè)企業(yè)基本普及數(shù)字化,重點(diǎn)行業(yè)骨干企業(yè)初步實(shí)現(xiàn)智能化轉(zhuǎn)型;到2035年,規(guī)模以上制造業(yè)企業(yè)全面普及數(shù)字化,骨干企業(yè)基本實(shí)現(xiàn)智能化轉(zhuǎn)型。
其中,對智能制造創(chuàng)新發(fā)展提出如下六項(xiàng)推進(jìn)工作建議:
1) 推進(jìn)智能制造公共數(shù)據(jù)平臺(tái)建設(shè)。建立國際接軌、行業(yè)認(rèn)可的典型智能制造裝備公共數(shù)據(jù)字典系列標(biāo)準(zhǔn), 深入研究智能制造裝備和生產(chǎn)過程的信息建模方法, 多方面、多層次協(xié)同推動(dòng), 盡快建立制造裝備、 生產(chǎn)過程、 數(shù)字工廠的數(shù)據(jù)字典和信息模型基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫, 研制自主可控的建模工具軟件, 建設(shè)國家、 行業(yè)統(tǒng)一的智能制造公共數(shù)據(jù)平臺(tái)。
2) 推進(jìn)智能制造系統(tǒng)可靠性平臺(tái)建設(shè)和標(biāo)準(zhǔn)制定。面向典型行業(yè)開展智能制造系統(tǒng)的可靠性設(shè)計(jì)、 測試、 管理和評(píng)價(jià)的公共服務(wù)平臺(tái), 建立智能制造系統(tǒng)可靠性基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫, 提升智能制造裝備及系統(tǒng)整體可靠性水平。
3) 推進(jìn)智能制造系統(tǒng)全面集成。實(shí)現(xiàn)企業(yè)內(nèi)部靈活可重構(gòu)的不同層次網(wǎng)絡(luò)化制造系統(tǒng)集成 (縱向集成), 以及貫穿產(chǎn)品和工廠全生命周期不同階段系統(tǒng)集成 (橫向集成和端到端集成)。
4) 面向智能制造系統(tǒng)的安全一體化技術(shù)研究與開發(fā)應(yīng)用。建立面向典型行業(yè)的安全一體化風(fēng)險(xiǎn)模型庫, 構(gòu)建基于全風(fēng)險(xiǎn)要素感知、 大數(shù)據(jù)推演的全生命周期安全數(shù)字化監(jiān)管平臺(tái), 提升安全服務(wù)保障能力, 推動(dòng)智能制造安全標(biāo)準(zhǔn)化評(píng)級(jí)和國際標(biāo)準(zhǔn)制定。
5) 制造裝備智能化提升。加大工業(yè)通信協(xié)議和裝備數(shù)據(jù)字典標(biāo)準(zhǔn)研制力度, 推進(jìn)制造裝備內(nèi)嵌基于數(shù)據(jù)字典的信息模型和統(tǒng)一接口, 以及機(jī)器視覺、 預(yù)測性維護(hù)等人工智能技術(shù)應(yīng)用, 不斷提升制造裝備智能化水平。
6) 持續(xù)優(yōu)化完善智能制造標(biāo)準(zhǔn)體系: 優(yōu)化存量 (基礎(chǔ)共性標(biāo)準(zhǔn)和行業(yè)應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)協(xié)調(diào)統(tǒng)一), 聚焦增量 (如面向國家戰(zhàn)略需求、 新技術(shù)應(yīng)用要求和高質(zhì)量供應(yīng)鏈標(biāo)準(zhǔn)等)。
可以看到,我國將繼續(xù)以智能制造為主攻方向推動(dòng)產(chǎn)業(yè)技術(shù)變革和優(yōu)化升級(jí),推動(dòng)制造業(yè)產(chǎn)業(yè)模式和企業(yè)形態(tài)根本性轉(zhuǎn)變,以“鼎新”帶動(dòng)“革故”,以增量帶動(dòng)存量,促進(jìn)我國產(chǎn)業(yè)邁向全球價(jià)值鏈中高端。
3.智能制造內(nèi)涵和外延
(為什么確立國家目標(biāo)和戰(zhàn)略目標(biāo),解決短板問題)
從中國制造業(yè)實(shí)際出發(fā),中國仍是一個(gè)發(fā)展中國家,工業(yè)化任務(wù)尚未完成。一方面,我國不同區(qū)域、不同產(chǎn)業(yè)的發(fā)展階段、特征有所不同;另一方面,與工業(yè)發(fā)達(dá)國家相比,中國在關(guān)鍵技術(shù)、核心裝備和標(biāo)準(zhǔn)體系等方面還存在較大差距。為此,我國提出了“工業(yè)2.0補(bǔ)課、 3.0普及、 4.0示范”的并行戰(zhàn)略,以此推動(dòng)中國制造業(yè)智能化轉(zhuǎn)型。
以離散制造業(yè)為例,目前相當(dāng)一部分產(chǎn)業(yè)還處于價(jià)值鏈低端,所處的階段總體來看大概還停留在工業(yè)2.0和工業(yè)3.0階段之間。通過調(diào)研總結(jié)發(fā)現(xiàn),目前企業(yè)智能化升級(jí)過程中常見問題普遍包括:
①產(chǎn)品品種規(guī)格多樣,生產(chǎn)計(jì)劃調(diào)度困難;
②生產(chǎn)對象不一樣,不同形態(tài)的車間管理需求不同;
③許多企業(yè)未實(shí)施或未應(yīng)用好MES,任務(wù)執(zhí)行進(jìn)度、設(shè)備狀態(tài)和物料狀態(tài)等難以跟蹤;
④系統(tǒng)集成困難;
⑤制造裝備類型繁多,底層設(shè)備自動(dòng)化和數(shù)字化程度差別大;
⑥產(chǎn)品質(zhì)量管理困難。
這些問題都亟待智能制造來改變。那么,智能制造究竟該如何理解呢?
《智能制造“十三五”發(fā)展規(guī)劃》中明確提出,智能制造是基于新一代信息通信技術(shù)( Information Communication Technology, ICT)技術(shù)與先進(jìn)制造技術(shù)深度融合,貫穿于設(shè)計(jì)生產(chǎn)管理服務(wù)等制造活動(dòng)的各個(gè)環(huán)節(jié),具有自感知、自學(xué)習(xí)、自決策、自執(zhí)行和自適應(yīng)等功能的新型生產(chǎn)方式。
基于智能制造技術(shù)推廣服務(wù)相關(guān)的工作,結(jié)合新的技術(shù)發(fā)展變遷和應(yīng)對未來的挑戰(zhàn),我們對工業(yè)4. 0時(shí)代智能制造有了新的認(rèn)識(shí)。
智能制造是先進(jìn)制造技術(shù)與新一代信息技術(shù)、新一代人工智能等新技術(shù)深度融合形成的新型生產(chǎn)方式和制造技術(shù)。它以產(chǎn)品全生命周期價(jià)值鏈的數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化和智能化集成為核心,以企業(yè)內(nèi)部的縱向管控集成和企業(yè)外部的網(wǎng)絡(luò)化協(xié)同集成為支撐,以物理生產(chǎn)系統(tǒng)及其對應(yīng)的各層級(jí)數(shù)字孿生映射融合為基礎(chǔ),建立起具有動(dòng)態(tài)感知、實(shí)時(shí)分析、自主決策和精準(zhǔn)執(zhí)行功能的智能工廠,進(jìn)行CPS賽博物理融合的智能生產(chǎn),實(shí)現(xiàn)高效、優(yōu)質(zhì)、低耗、綠色和安全的制造和服務(wù)。
未來一定是個(gè)性化、響應(yīng)快、質(zhì)量高、成本低、知識(shí)密集、服務(wù)至上、生產(chǎn)柔性以及環(huán)境友好的制造模式,這些都只有通過大力推進(jìn)制造智能化才有可能做到。在推進(jìn)智能制造過程中,智能裝備產(chǎn)業(yè)自然而然也能得到快速發(fā)展,從而帶動(dòng)智能制造技術(shù)衍生產(chǎn)品的發(fā)展,成為新常態(tài)下新的經(jīng)濟(jì)增長點(diǎn)。
歸納起來,智能制造能夠提升制造業(yè)水平,促進(jìn)制造模式的改變,加速發(fā)展新型產(chǎn)業(yè)。
4.智能制造高質(zhì)量發(fā)展研究(學(xué)習(xí)思考)
基于對智能制造全新的認(rèn)識(shí),我們就智能制造高質(zhì)量發(fā)展、具體的任務(wù)分解和落地路徑思考探究如下。
(1)總體目標(biāo)
無論何時(shí),產(chǎn)品質(zhì)量更好、生產(chǎn)效率更高、單件成本更低、環(huán)境影響更小、市場響應(yīng)更快以及生產(chǎn)過程更安全都是制造企業(yè)的永恒目標(biāo)。因此,智能制造的總體目標(biāo)歸結(jié)為優(yōu)質(zhì)、高效、低耗、綠色和安全五個(gè)方面。
(2)核心主題
構(gòu)成智能制造的核心內(nèi)容即賽博物理系統(tǒng)( CPS)以及由此構(gòu)建的賽博物理生產(chǎn)系統(tǒng)( CPPS),而CPS / CPPS的實(shí)現(xiàn)則建立在四大載體之上,包括智能工廠、智能生產(chǎn)、智能物流和智能服務(wù)。
(3)支撐技術(shù)
支撐技術(shù)屬于智能制造的關(guān)鍵技術(shù),涉及支撐智能制造發(fā)展的新一代信息技術(shù)和人工智能技術(shù)等關(guān)鍵技術(shù),主要包括了傳感器、工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、云計(jì)算、邊緣計(jì)算、虛擬現(xiàn)實(shí)增強(qiáng)、現(xiàn)實(shí)人工智能和數(shù)字孿生等。當(dāng)然,隨著智能制造的發(fā)展,還會(huì)有新的技術(shù)出現(xiàn)。
(4)使能技術(shù)
面向應(yīng)用的使能技術(shù)也屬于智能制造的關(guān)鍵技術(shù),涉及智能制造、系統(tǒng)性集成和應(yīng)用使能的關(guān)鍵技術(shù),主要包括端到端,縱向集成、橫向集成三大集成技術(shù),以及面向功能實(shí)現(xiàn)智能制造的動(dòng)態(tài)感知、實(shí)時(shí)分析、自主決策和精準(zhǔn)執(zhí)行的功能特征。
(5)發(fā)展模式
智能制造的演進(jìn)發(fā)展基于三種基本范式:一是數(shù)字化制造;二是互聯(lián)網(wǎng)+制造;三是新一代智能制造。
(6)實(shí)施途徑
在智能制造實(shí)施道路上,企業(yè)切忌盲目跟風(fēng),必須以明確的經(jīng)濟(jì)效益指標(biāo)為指引,以打好工業(yè)2. 0和工業(yè)3. 0基礎(chǔ)為首要任務(wù),找到適合自身的實(shí)施路徑。只有做到統(tǒng)籌規(guī)劃、分步實(shí)施,才能真正實(shí)現(xiàn)數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化和智能化,走向徹底的工業(yè)4. 0。
智能制造聚焦工廠/車間內(nèi)部,首要任務(wù)是通過先進(jìn)制造技術(shù)來補(bǔ)齊自動(dòng)化與信息化短板。應(yīng)實(shí)現(xiàn)的基本功能要素如圖1所示。同時(shí),還應(yīng)實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)、物流、生產(chǎn)運(yùn)行、調(diào)度和檢測等各子系統(tǒng)之間的協(xié)同,以及持之以恒地建立企業(yè)各種生產(chǎn)資源數(shù)據(jù)庫(技術(shù)、零件、產(chǎn)品、工藝、可靠性和供貨商等)。
借助互聯(lián)網(wǎng)、云平臺(tái)、大數(shù)據(jù)和人工智能等新一代信息技術(shù),實(shí)現(xiàn)個(gè)性化定制,以及跨企業(yè)、跨行業(yè)和跨地區(qū)的網(wǎng)絡(luò)協(xié)同制造,并促動(dòng)企業(yè)從生產(chǎn)型制造向服務(wù)型制造劃設(shè)計(jì)、產(chǎn)品開發(fā)和生產(chǎn)優(yōu)化,實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品全生命周期的閉轉(zhuǎn)變。例如,利用人工智能技術(shù)實(shí)現(xiàn)智能產(chǎn)品的遠(yuǎn)程診斷環(huán)控制。新一代信息技術(shù)與先進(jìn)制造技術(shù)的深度融合如圖2所示。
圖1 解決我國工業(yè)2. 0、3. 0 主要問題———補(bǔ)齊自動(dòng)化和信息化短板
圖2 新一代信息技術(shù)與先進(jìn)制造技術(shù)的深度融合
5.智能制造技術(shù)推廣服務(wù)
接下來, 我們通過幾個(gè)典型案例來看看智能制造是如何從理論落地到實(shí)踐的。
在新的消費(fèi)需求下, 家用電器行業(yè)需要打造基于工業(yè)裝備互聯(lián)的家用電器智能工廠, 改變以往以供給為導(dǎo)向的制造模式, 轉(zhuǎn)為以客戶需求為導(dǎo)向的洗衣機(jī)大規(guī)模定制模式。小天鵝通過智能工廠建設(shè)實(shí)現(xiàn)智慧家電研、產(chǎn)、銷和服全價(jià)值鏈數(shù)字化、智能化, 實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)效率提升20%, 運(yùn)營成本降低20%, 產(chǎn)品研制周期縮短27%,產(chǎn)品不良率降低20%, 能源利用率提升3. 5%。數(shù)據(jù)是驅(qū)動(dòng)小天鵝業(yè)務(wù)模式變革的根本。小天鵝家用電器智能工廠如圖3 所示。
圖3小天鵝家用電器智能工廠
(1) 建立基于個(gè)性化定制的數(shù)字化設(shè)計(jì)體系
該公司在產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)( PDM) 集成應(yīng)用、數(shù)字化工藝管理系統(tǒng)建設(shè)( DPM) 及仿生學(xué)設(shè)計(jì)、拓?fù)鋬?yōu)化設(shè)計(jì)、動(dòng)力學(xué)仿真、流體仿真和參數(shù)優(yōu)化等技術(shù)引進(jìn)的基礎(chǔ)上, 將洗衣電器產(chǎn)品進(jìn)行模塊化、參數(shù)化設(shè)計(jì),將產(chǎn)品研發(fā)系統(tǒng)與外部銷售系統(tǒng)對接, 當(dāng)外部銷售配置相應(yīng)功能后, 內(nèi)部系統(tǒng)可快速基于產(chǎn)品系列化超級(jí)BOM自動(dòng)生成選配后的制造BOM, 用于生產(chǎn)下達(dá), 滿足個(gè)性化定制的快速交付需求。超級(jí)BOM 承載的管理模塊如圖4 所示。
圖4超級(jí)BOM 承載的管理模塊
(2) 建立基于生產(chǎn)透明化的生產(chǎn)管理平臺(tái)
工廠建立SCADA 系統(tǒng), 采用云-邊-端三級(jí)架構(gòu), 通過分布式部署+云平臺(tái)的方式實(shí)現(xiàn)設(shè)備數(shù)據(jù)采集以及下行控制功能, 再結(jié)合EAM、MES、QMS、工業(yè)AI 和工業(yè)大數(shù)據(jù)等具體業(yè)務(wù)應(yīng)用系統(tǒng)的聯(lián)機(jī)應(yīng)用場景, 實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)狀況的同步監(jiān)測及設(shè)備關(guān)鍵性能參數(shù)監(jiān)控, 開展工藝優(yōu)化及設(shè)備預(yù)知性維護(hù)。工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)設(shè)備聯(lián)機(jī)數(shù)據(jù)監(jiān)視平臺(tái)如圖5所示。
圖5工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)設(shè)備聯(lián)機(jī)數(shù)據(jù)監(jiān)視平臺(tái)
(3) 開展基于數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的柔性制造信息系統(tǒng)集成
小天鵝通過六大運(yùn)營系統(tǒng)拉通智能洗衣電器制造的市場、研發(fā)、計(jì)劃、采購、生產(chǎn)、銷售、服務(wù)和財(cái)務(wù)等業(yè)務(wù)流程, 上下游企業(yè)( 包括供應(yīng)商、客戶等) 可以通過平臺(tái)進(jìn)行信息與資源的即時(shí)共享、傳遞與披露, 實(shí)現(xiàn)小天鵝端到端的核心價(jià)值鏈高效運(yùn)作, 形成滿足智能洗衣電器高效率、高品質(zhì)和高協(xié)同的柔性生產(chǎn)方式。柔性制造信息系統(tǒng)如圖6 所示。
圖6柔性制造信息系統(tǒng)
基于此, 小天鵝打造了特色的基于客戶訂單制的“ T+3” 產(chǎn)供銷新模式, 如圖7 所示, 應(yīng)用VSM 為指導(dǎo)思想,圍繞“顧客” 訂單到工單( 自制、外協(xié)) 拉通的邏輯, 固化20 個(gè)交付關(guān)鍵業(yè)務(wù)節(jié)點(diǎn)。通過全產(chǎn)業(yè)鏈優(yōu)勢, 產(chǎn)供銷聯(lián)動(dòng), 優(yōu)化制造流程, 升級(jí)制造設(shè)備和工藝, 進(jìn)一步壓縮供貨周期, 使整個(gè)供應(yīng)鏈條上的庫存最小化, 產(chǎn)能和收入最大化。提升企業(yè)面臨市場的快速響應(yīng)能力和產(chǎn)品交付速度。2020 年, 該項(xiàng)目入選國家智能制造標(biāo)桿企業(yè)。
圖7 小天鵝“T+3” 訂單快速交付模式
另一個(gè)實(shí)例是通過智能制造實(shí)現(xiàn)高速動(dòng)車組關(guān)鍵零部件制造水平的提升, 中國高鐵是“ 引進(jìn)、消化吸收、再創(chuàng)新” 的代表作, 實(shí)施智能制造項(xiàng)目是全新的課題。在沒有成熟經(jīng)驗(yàn)的情況下, 中車青島四方機(jī)車車輛股份有限公司(以下簡稱中車青島四方) 以高速動(dòng)車組核心部件———轉(zhuǎn)向架車間為實(shí)施載體, 以關(guān)鍵制造環(huán)節(jié)智能化為核心, 以網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)為支撐, 研發(fā)適用于軌道交通裝備行業(yè)的先進(jìn)制造技術(shù)和裝備, 實(shí)現(xiàn)了高速動(dòng)車組轉(zhuǎn)向架的智能制造。
圖8智慧四方2025 愿景
在項(xiàng)目實(shí)施中, 有三個(gè)重點(diǎn)的應(yīng)用研發(fā):
（1) 應(yīng)用大型高檔數(shù)控機(jī)床和重載機(jī)器人, 提升關(guān)鍵零部件制造水平
為解決傳統(tǒng)制造模式下轉(zhuǎn)向架關(guān)鍵零部件———構(gòu)架和輪軸產(chǎn)品質(zhì)量一致性差、制造成本高等問題, 中車青島四方通過分析主要工藝流程, 對關(guān)鍵工序進(jìn)行了智能化改造。通過研發(fā)自動(dòng)組焊、打磨、加工、噴涂、人機(jī)交互、條碼技術(shù)和自動(dòng)異常監(jiān)控等工藝, 實(shí)現(xiàn)構(gòu)架和輪軸的自動(dòng)化上下料、加工、焊接和噴涂。在軸承壓裝、轉(zhuǎn)向架裝配工序,研制應(yīng)用精密重載裝配機(jī)器人、六軸搬運(yùn)機(jī)器人, 攻克了機(jī)器人吊裝與精準(zhǔn)移送、部件自尋位精確定位、自動(dòng)檢測與調(diào)整等難題, 實(shí)現(xiàn)了基于機(jī)器人的零部件精準(zhǔn)自動(dòng)裝配。
(2) 研發(fā)智能傳感與控制裝備, 提高關(guān)鍵裝備利用率
為了降低構(gòu)架焊縫打磨、構(gòu)架清洗、軸承壓裝等工序的制造成本, 改善作業(yè)環(huán)境, 中車青島四方研制了180 多種智能傳感與控制裝備, 通過智能傳感與控制裝備替代人工完成復(fù)雜的生產(chǎn)作業(yè)。為了提高構(gòu)架加工設(shè)備利用率,將數(shù)控龍門加工中心、檢測設(shè)備聯(lián)網(wǎng)集成, 應(yīng)用RFID 實(shí)現(xiàn)構(gòu)架型號(hào)自動(dòng)識(shí)別, 研發(fā)數(shù)據(jù)采集與控制系統(tǒng)控制數(shù)控程序自動(dòng)下載及刪除, 工作臺(tái)自動(dòng)交換和設(shè)備自動(dòng)起停, 實(shí)時(shí)監(jiān)測主軸負(fù)載, 出現(xiàn)異常實(shí)時(shí)報(bào)警, 實(shí)現(xiàn)了構(gòu)架加工一人多機(jī)控制。
(3) 研制智能檢測與裝配裝備, 全面提升關(guān)鍵工序的效率和質(zhì)量
為了解決裝配和檢測工序工作量大、檢測結(jié)果易受測量人員技能水平影響的問題, 中車青島四方開展了智能檢測及裝配裝備的研制。通過智能裝備集成視覺識(shí)別技術(shù),軸承檢測、轉(zhuǎn)向架落成工序?qū)崿F(xiàn)軸承自動(dòng)抓取、轉(zhuǎn)向架自動(dòng)落成, 生產(chǎn)效率提高約10%; 基于傳感器、工業(yè)網(wǎng)絡(luò),轉(zhuǎn)向架螺栓扭矩、齒輪箱軸承溫度和轉(zhuǎn)向架關(guān)鍵尺寸檢測等工序?qū)崿F(xiàn)了檢測結(jié)果在線實(shí)時(shí)監(jiān)控、系統(tǒng)自動(dòng)防錯(cuò)技術(shù)的全面應(yīng)用, 切實(shí)提升產(chǎn)品質(zhì)量保障能力。軸承檢測工序采用激光測試、視覺識(shí)別、振動(dòng)頻譜和大數(shù)據(jù)分析技術(shù),配合智能裝備應(yīng)用, 改變了傳統(tǒng)人工檢測、人工識(shí)別缺陷和人工裝配方式。
中車青島四方轉(zhuǎn)向架智能制造工廠的建成, 使得這一關(guān)鍵零部件的生產(chǎn)效率提升22.5%, 產(chǎn)品研制周期縮短37.16%,產(chǎn)品不良率降低33%, 運(yùn)營成本降低23.8%, 能源利用率提升10%。2019 年, 該項(xiàng)目入選國家智能制造標(biāo)桿企業(yè)。
6.智能制造是一項(xiàng)系統(tǒng)工程, 內(nèi)容復(fù)雜而龐大
智能制造是一項(xiàng)系統(tǒng)工程, 內(nèi)容復(fù)雜而龐大, 沒有前例可循, 不僅涉及研發(fā)設(shè)計(jì)、生產(chǎn)制造和市場應(yīng)用等多個(gè)環(huán)節(jié), 而且涵蓋商業(yè)模式變革等眾多內(nèi)容。為了整合2015年以來智能制造綜合標(biāo)準(zhǔn)項(xiàng)目、新模式應(yīng)用項(xiàng)目和試點(diǎn)示范項(xiàng)目取得的資源和成果, 以點(diǎn)帶面, 全面促進(jìn)制造業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí), 在全社會(huì)范圍內(nèi)形成良好的智能制造生態(tài)環(huán)境,已在構(gòu)建“2153”智能制造公共服務(wù)網(wǎng)絡(luò)體系, 加速我國制造業(yè)的智能制造技術(shù)推廣, 如圖9 所示。
圖9“2153” 公共服務(wù)網(wǎng)絡(luò)體系建設(shè)方案
“2”是打造兩個(gè)平臺(tái)———1 個(gè)智能制造公共服務(wù)聯(lián)盟和1 個(gè)智能制造資源共享云平臺(tái); “1”是100 個(gè)試驗(yàn)驗(yàn)證平臺(tái)———從已建成或擬建成的智能制造綜合標(biāo)準(zhǔn)化項(xiàng)目的標(biāo)準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證平臺(tái)中, 評(píng)估認(rèn)定100 個(gè)平臺(tái), 用于支撐智能制造標(biāo)準(zhǔn)體系建設(shè)及200 項(xiàng)關(guān)鍵標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)驗(yàn)證和宣貫推廣的基地; “5”是50 個(gè)公共服務(wù)平臺(tái)———從智能制造綜合標(biāo)準(zhǔn)化項(xiàng)目標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)驗(yàn)證平臺(tái)、地方自助或企業(yè)自建的服務(wù)平臺(tái)中, 評(píng)估認(rèn)定50 個(gè)可提供系統(tǒng)服務(wù)的智能制造公共服務(wù)平臺(tái); “3”是300 個(gè)應(yīng)用案例———從智能制造新模式和試點(diǎn)示范項(xiàng)目中, 梳理出300 個(gè)典型成功應(yīng)用案例, 面向不同行業(yè)、領(lǐng)域推廣智能制造新模式和成功經(jīng)驗(yàn), 甚至直接復(fù)制智能工廠/ 數(shù)字化車間。
智能制造公共服務(wù)網(wǎng)絡(luò)體系將全面整合已有資源并實(shí)現(xiàn)資源共享, 形成政府支撐、模式梳理、系統(tǒng)服務(wù)、推廣培訓(xùn)和國際合作五大功能, 具體如下:
1) 支撐政策。支撐制定國家、行業(yè)和地方的產(chǎn)業(yè)政策、項(xiàng)目支持; 進(jìn)行績效評(píng)估。
2) 梳理提質(zhì)增效模式?？偨Y(jié)行業(yè)應(yīng)用案例、系統(tǒng)集成解決方案; 梳理關(guān)鍵裝備與工業(yè)軟件、短板核心技術(shù)與裝備; 制定關(guān)鍵標(biāo)準(zhǔn)。
3) 推廣關(guān)鍵標(biāo)準(zhǔn)和技術(shù)。對智能制造關(guān)鍵標(biāo)準(zhǔn)和技術(shù)進(jìn)行宣貫、推廣和培訓(xùn)。
4) 形成系統(tǒng)服務(wù)能力。對于企業(yè)智能化改造前的投資效益分析、改造過程中的監(jiān)督和改造后的實(shí)施效果評(píng)估服務(wù), 提供客觀的第三方評(píng)估評(píng)測服務(wù); 為企業(yè)智能工廠/ 數(shù)字化車間建設(shè)提供問題診斷、總體規(guī)劃、方案設(shè)計(jì)和測試認(rèn)證評(píng)估等咨詢服務(wù); 為企業(yè)新想法、新模式和新組件提供試驗(yàn)測試環(huán)境。
5) 支持國際合作。國際合作項(xiàng)目; 國際標(biāo)準(zhǔn)聯(lián)合制定。
“2153”公共服務(wù)網(wǎng)絡(luò)體系如圖10 所示, 依據(jù)所屬行業(yè)/ 領(lǐng)域、地理區(qū)域、采用新模式類別以及所具備的服務(wù)功能, 來評(píng)估認(rèn)定100 個(gè)試驗(yàn)驗(yàn)證平臺(tái)和50 個(gè)公共服務(wù)平臺(tái)。這些平臺(tái)在智能制造公共服務(wù)聯(lián)盟下統(tǒng)一進(jìn)行管理。依據(jù)所屬行業(yè)/ 領(lǐng)域、采用新模式類別, 來梳理300 個(gè)應(yīng)用案例。智能制造資源共享云平臺(tái), 是整個(gè)智能制造公共服務(wù)體系的對外“門戶”, 也是智能制造相關(guān)項(xiàng)目向社會(huì)輸出資源和成果的對外“窗口”。
圖10“2153” 公共服務(wù)網(wǎng)絡(luò)體系
7.結(jié)束語
回過頭來看, 我國的智能制造推進(jìn)非常快, 但是結(jié)合中國現(xiàn)在的實(shí)際情況, 中國工業(yè)處于“工業(yè)2. 0 補(bǔ)課、3. 0普及、4. 0 示范”的并聯(lián)發(fā)展階段。只有做到統(tǒng)籌規(guī)劃、分步實(shí)施, 才能真正實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)化和信息化, 走向徹底的工業(yè)4. 0。
其中, 工業(yè)2. 0 必須先補(bǔ)自動(dòng)化的課, 但不要在落后的工藝基礎(chǔ)上搞自動(dòng)化; 工業(yè)3. 0 需在現(xiàn)代管理基礎(chǔ)上建立信息化, 不要在落后的管理基礎(chǔ)上搞信息化; 工業(yè)4. 0必須先解決數(shù)字化網(wǎng)絡(luò)化的問題, 不要在不具備數(shù)字化網(wǎng)絡(luò)化基礎(chǔ)時(shí)搞智能化。
因此, 我們首先要關(guān)注先進(jìn)制造工藝和裝備技術(shù)的推廣。傳統(tǒng)落后工藝基礎(chǔ)是搞不好智能制造的。
另一個(gè)是標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范先行, 在智能制造推進(jìn)過程中, 標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范是支撐基礎(chǔ), 中國智能制造標(biāo)準(zhǔn)化的參考模型應(yīng)是從生命周期維度、系統(tǒng)層次維度和智能特征維度等方面構(gòu)建。
當(dāng)然我們還要對CPS 有個(gè)全面的理解, CPS 的應(yīng)用是一個(gè)長遠(yuǎn)的過程, 不可能一蹴而就。基于需求分析、網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)、互聯(lián)可視的數(shù)字化、現(xiàn)場數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的動(dòng)態(tài)優(yōu)化和虛實(shí)融合的智能生產(chǎn), 可以為制造企業(yè)構(gòu)建CPS 應(yīng)用的落地提供指導(dǎo)。
基于這些認(rèn)知和分析, 我們對于未來的工廠, 未來的智能制造有了一個(gè)更加清晰的認(rèn)識(shí), 未來的工廠是互聯(lián)、透明的CPPS 融合的工廠, 是一種自治型的、生態(tài)型的工廠, 會(huì)體現(xiàn)混合型制造、軟件定義制造、移動(dòng)制造和任性制造, 還有可持續(xù)制造, 實(shí)現(xiàn)優(yōu)質(zhì)、高效、低耗、綠色和安全這一制造業(yè)永恒的目標(biāo)。
