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智能制造的数字化集成 12/28/2015 10:20:00 AM
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CAD硬件/先进制造技术展厅
图形工作站, 绘图仪/大幅面打印机, 3D控制器/3D鼠标, ...
如今,大数据、智能制造、云计算、3D打印等等技术都在蓬勃的发展,时时刻刻在改变着我们的工作和生活。忽然间移动互联网让我们每个人都和手机连在了一起,我们会有大量的时间被手机占用,当然随之而来的也是我们与世界的距离越来越近,消除了距离也让我们不再被单一的信息渠道所左右,人们开始更喜欢彰显自己的个性。工业4.0正是在这样一个数字化和智能化的大时代背景下产生的,它实际上也是整个世界的数字化和智能化的一个部分。工业4.0要求制造业向数字化集成的方向发展,包括:横向集成、纵向集成、端到端集成。当我们去谈论工业4.0的时候,我们要对它所提出的三个集成都要深入的分析。

而在我看来最关键的还是在第一个集成:水平的网络化的集成。它是把人、企业、工厂、服务、能源、物流、交通等等全部连接在了一起,这实际上就是我们所说的互联网化。我们必须去深入的理解互联网化会给我们的消费者、市场和企业带来什么变化,从而才能去理解未来我们的工厂将应该是什么样。

横向集成——互联网化带来的改变

如同微信给我们带来的感受一样,互联网化消除了我们的距离感,不论是远在欧美,还是就在同一个城市,我们都可以获得实时的沟通和实时的信息分享。通过信息的不对称来获利的行业都面临着巨大的挑战,很多中间的批发和销售环节已经被互联网化的电商和渠道所取代,而价格也变得越来越透明。在轰轰烈烈的去除中间渠道的互联网化的进程中,互联网+制造的时代必将到来,而距离的消除之后又带来了一种新的信息不对称,就是从原来企业掌握更多信息变成用户掌握更多的信息,也就是用户的主导权变得更加的显著,而用户可以轻易地用手中的手机给企业投票,这显然会倒逼企业去重新思考整个商业模式和供应链制造模式。这种状况催生了一种全新的商业模式——C2B(customer to business)模式,一切围绕用户价值的商业模式。

当人们去谈论工业4.0的时候,可能会产生一个误读:由于“工业”两个字使得人们把“工业4.0”更多的看成了一个制造工厂内的事情。然而如果我们能够理解第一个互联网化的集成将给我们带来了不同的商业模式,而我们又必须去通过重新构建一个不同的研发、制造和供应链的模式去支撑这样的商业模式,这应是我们去想象未来的“智能化工厂”将会是什么样的出发点。

垂直集成——打通信息系统

为了可以实现用户互动与用户需求的快速实现,企业必须实现端到端的数字化的集成,从需求到设计到采购到制造到物流到服务的端到端的数字化集成。产品生命周期管理的数字化,产品设计、评估的数字化,制造的虚拟化等等都将是去实现这个方向的路径。而在供应链管理这个方向上,供应链管理、企业资源计划、客户关系管理也应该实现数字化,这个方面现在已经有的SCM、ERP和CRM系统将会给企业更好的支撑。把这些系统与互联网打通又是实现需求和订单信息的快速传递的必要手段。在工厂内部,又必须实现ERP系统与先进排产系统APS、制造执行系统MES的集成,MES系统又必须实现与数据采集系统(如SCADA)的集成,进而实现了与产线、楼宇、能源等等的控制系统的集成。这样就实现了从网络到企业到工厂到车间到产线再到产品的一个整体。这也就是工业4.0所说的企业内部的垂直集成。

当然软件的部分也将会有很大的不同,软件的互联网化和云化又会给未来的各种企业带来很多变革,尤其是中小企业。他们不再需要高价购置自己的IT系统和架构,也不再为系统维护和升级所苦恼,只要购买账号就可以相对低成本地使用各种软件的完整功能,自己只要专注在核心业务本身,从而进一步提升了竞争力。

端到端集成——大规模定制生产来临

在C2B模式下,需要用户参与到产品的设计和生产中来,制造企业需要用户把他们的需求更直接的输入到产品设计的各个阶段,为用户带来更多的最佳体验。当然,为了实现这个目的,企业必须通过互联网来实现与用户的互动;也必须通过更好的产品生命周期管理流程来管理产品的设计过程;在这个过程中,通过虚拟的设计、虚拟评估和虚拟的制造更好地把从用户到需求到制造完美的结合在一起。这就是实现工业4.0的第二个集成:端到端的数字化集成。

在这样的模式下,工厂本身将面对个性化、定制化的订单和新产品的快速导入。这就要求工厂是非常地柔性与灵活的,同时又必须保证运营的高效率。实现柔性、灵活与高效率的统一,实际上最终要去实现的就是大规模定制的模式。大规模定制有很多显而易见的好处:用户的参与互动使得用户成为了企业或者某一款产品的粉丝,于是他又更愿意购买这款产品,这带来了更多的用户资源;用户先下订单企业再进行生产,这毫无疑问带来更好的现金流;用户的购买过程不再需要中间的渠道过程;同时定制化的产品生产完成即发送给用户,也使制造企业不再有任何库存。尽管大规模定制生产能够带来众多好处,但是对于制造企业来说,这是一个非常有挑战性的战略转型,没那么容易实现。首先需要企业在网络侧有入口、有流量、有粉丝,才能使得用户产生互动。其次,这样的互动产生的需求和订单可以快速被企业所采纳,或者是传递到恰当的制造工厂去完成制造。从需求产生到满足需求,企业又必须建立起一套端到端的集成式的拉动式生产的模式,也就是按需生产的模式。为了更好的去支撑这样的模式,信息必须可以实现快速、准确、完整地流转。而最终要实现这样的模式,对工厂、车间、产品、工艺和设备这些“物理”的方面又必须提出各自额外的要求,它不再是曾经在欧美早已实现了的单一品种的大批量、大规模的自动化生产,而是需要实现柔性的、灵活的可以去支撑个性化的或者是小批量多品种的自动化的生产系统。真正理解了以上这几个战略层面和转型层面的内涵之后,再去构建自己的智能化工厂将会让自己的思考以及方案更加清晰。

工艺流程的改变和智能装备的应用

在产品的设计上,企业必须考虑尽量高的标准化来支撑工艺流程的自动化,通过产品的模块化设计,实现更好的通过模块的组合来满足更多的用户差异化的需求,通过面向制造的设计(DFMA)来为物料的供应、工艺的设计、设备的设计提供更好的前提条件。在产线的设计上,模块化的、可以移动和重新组合的设计模式将会为未来的柔性和灵活性提供更多的机会。更多的采用物联网技术对各种关键信息进行采集,可以为上层的软件和系统提供更准确、实时和完整的数据;而设备自身也可以通过这些数据来实现更多的智能,设备的智能程度的提高将会为未来的生产的自组织、自协调、自运转带来更多的可能。

各种可以支撑灵活和更加智能的部件也会更多的被用于产线以及物流系统的设计中来,例如六轴以上的机器人:由于其自身的灵活性以及未来更容易被重新编程、重新配置和更换其与产品接触的部分(抓手、焊机、紧固设备等),而为整个生产系统的灵活性带来更多的“物理”上的灵活支撑。

各种加强“智能”的传感设备也将会被更多的应用。例如,功能和性能更强的视觉识别系统将会和机器人共同使用,使得机器人更加的“智能”。各种传感器的应用,一方面使得我们可以更多的获取“状态”的信息;此外还可以帮助我们预防性的去判断设备运营状态,从而可以进行预防性的设备的维护和保养。

AGV的深度应用会给“柔性和灵活”带来更大的想象空间。例如未来可能不再有流水线了,而产品从第一个零部件开始就是由一个AGV小车所承载的,它在不同的工位和物料之间来回穿梭,使得我们可以真正的做到“产品是智能的,产品知道自己下一步的加工工序是什么”,实现了生产的自组织自协调。而当我们把机器人安装在AGV上之后,除了可以实现物流以及生产流程的非常自主灵活之外,又使得我们的加工和装配工艺非常的灵活和差异化。

为了实现产品的个性化定制,我们的供应链系统和物流系统都可以被数字化和自动化所武装。由于个性化的需要,在进行总装的时候,每一个产品的工艺和零件都将是不同的。这就需要我们在这个产品的编号生成之时,就已经和它所对应的所有的工序和原材料进行了一一对应,当这个产品(或半成品)走到哪个工位的时候,绝对不会是现场的机器人或者员工现场再去领取物料或者寻找物料,而应该是和这个产品一一对应的原材料已经被AGV或者是悬挂输送设备送到了这个产品的旁边,从而确保了高效率、无差错的个性化定制的生产。在产品完成了加工装配和检测之后,也将不再进入完成品仓库,而是直接由第三方物流公司进行包装、装车和发货。这一切也都将由在产品上的身份识别设备(如RFID)进行支持,不再需要多次的库存、搬运和上下车的动作,再次去除了很多没有价值的环节。

这一切其实已经在发生了,一些对趋势敏感的企业早已在这些方面进行了探索和尝试并且获得了大量的积累和收益,已经跑在了时代的前列。我们不能说谁已经做到了工业4.0,因为工业4.0本身就是一个时代和一个趋势,我们更应该看的是谁走对了方向,而他是不是跑在别人的前面。中国有着互联网方面的优势,有着全世界最完整的供应链,有着成千上万的锐意进取的企业家。我相信在这一波工业革命的浪潮下,很多企业乃至中国制造可以实现飞跃式的发展。

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