當(dāng)前，我國(guó)制造業(yè)面臨著異常嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)，在這種背景下，制造企業(yè)如何實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)型升級(jí)？推進(jìn)智能制造成為重要的途徑。然而，目前我國(guó)制造企業(yè)推進(jìn)智能制造面臨著諸多難點(diǎn)問題：
01
概念滿天飛，技術(shù)一大堆
近幾年來，從工業(yè)4.0的熱潮開始，智能制造、CPS、工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)（平臺(tái)）、企業(yè)上云、工業(yè)APP、人工智能、工業(yè)大數(shù)據(jù)、數(shù)字工廠、數(shù)字經(jīng)濟(jì)、數(shù)字化轉(zhuǎn)型、C2B(C2M)等概念接踵而至，對(duì)于大多數(shù)制造企業(yè)而言，可以說是眼花繚亂、無所適從。
智能制造涉及的技術(shù)非常多，例如云計(jì)算、邊緣計(jì)算、RFID、工業(yè)機(jī)器人、機(jī)器視覺、立體倉庫、AGV、虛擬現(xiàn)實(shí)/增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)、三維打印/增材制造、工業(yè)安全、TSN（時(shí)間敏感網(wǎng)絡(luò)）、深度學(xué)習(xí)、Digital twin、MBD、預(yù)測(cè)性維護(hù)......，讓企業(yè)目不暇接。這些技術(shù)看起來都很美，但如何應(yīng)用，如何取得實(shí)效？很多企業(yè)還不得而知。
02
摸著石頭過河
企業(yè)推進(jìn)智能制造領(lǐng)域的相關(guān)技術(shù)十分缺乏經(jīng)驗(yàn)，欠缺可以借鑒的成功案例。目前，制造企業(yè)已經(jīng)存在三種類型的孤島：信息孤島、自動(dòng)化孤島，以及信息系統(tǒng)與自動(dòng)化系統(tǒng)之間的孤島。企業(yè)目前也缺乏統(tǒng)一的部門來系統(tǒng)規(guī)劃和推進(jìn)智能制造。在實(shí)際推進(jìn)智能制造的過程中，企業(yè)也仍然是頭痛醫(yī)頭，缺乏章法。
▲產(chǎn)品的Digital Twin
03
理想很豐滿，現(xiàn)實(shí)很骨感
推進(jìn)智能制造，前景很美好。但是絕大多數(shù)制造企業(yè)利潤(rùn)率很低，缺乏自主資金投入。在“專項(xiàng)”、“示范”以及“機(jī)器換人”等政策刺激下，一些國(guó)有企業(yè)和大型民營(yíng)企業(yè)爭(zhēng)取到各級(jí)政府給予的資金扶持，而中小企業(yè)只能“隔岸觀火”，自力更生。然而，為了爭(zhēng)取政府項(xiàng)目，方案必須做得漂亮，檔次必須高大上，投入必須上億。
大屏幕指揮中心是必須有的，大量采用機(jī)器人的自動(dòng)化生產(chǎn)線是必須建的，立體倉庫、AGV也是可以有的，MES更是必不可少的，國(guó)產(chǎn)系統(tǒng)是必須用的。至于究竟能否取得實(shí)效，就只有企業(yè)“冷暖自知”了。
04
自動(dòng)化、數(shù)字化還是智能化？
在推進(jìn)智能制造過程中，不少企業(yè)對(duì)于建立無人工廠、黑燈工廠躍躍欲試，認(rèn)為這就是智能工廠。而實(shí)際上，高度自動(dòng)化是工業(yè)3.0的理念。
對(duì)于大批量生產(chǎn)的產(chǎn)品，國(guó)外的優(yōu)秀企業(yè)早就實(shí)現(xiàn)了無人工廠，例如日本FANUC全自動(dòng)裝配伺服電機(jī)，40秒一個(gè)，但其前提是產(chǎn)品的標(biāo)準(zhǔn)化、系列化，以及面向自動(dòng)化裝配的設(shè)計(jì)，例如將需要用線纜進(jìn)行插裝的結(jié)構(gòu)改為插座式的結(jié)構(gòu)。
e-works兩次組團(tuán)參觀三菱電機(jī)的名古屋制作所可兒工廠，他們非常明確，對(duì)于大批量生產(chǎn)的產(chǎn)品，大量應(yīng)用機(jī)械手，實(shí)現(xiàn)高度自動(dòng)化；對(duì)于中小批量的產(chǎn)品，推進(jìn)低成本自動(dòng)化，即部分工位的自動(dòng)化；而對(duì)于單件定制的產(chǎn)品，采取手工裝配。
去年，e-works考察團(tuán)參觀施耐德電氣的法國(guó)諾曼底工廠，他們非常客觀地介紹，該工廠是生產(chǎn)繼電器的自動(dòng)化工廠，但還不是智能工廠，邀請(qǐng)我們來年再去，實(shí)際上該工廠實(shí)現(xiàn)了從繞線、裝配、包裝等全流程的自動(dòng)化，而且可以在一條產(chǎn)線生產(chǎn)多種變型產(chǎn)品。
西門子一直將被廣泛譽(yù)為工業(yè)4.0典范的安貝格電子工廠稱為數(shù)字化工廠，其特點(diǎn)是人機(jī)協(xié)作的柔性自動(dòng)化生產(chǎn)、智能物流、工業(yè)軟件廣泛應(yīng)用、海量的數(shù)據(jù)采集以及大數(shù)據(jù)分析。
一個(gè)真正的智能工廠，應(yīng)該是精益、柔性、綠色、節(jié)能和數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)，能夠適應(yīng)多品種小批量生產(chǎn)模式的工廠。智能工廠不是無人工廠，卻是少人化和人機(jī)協(xié)作的工廠，推進(jìn)智能工廠絕不是簡(jiǎn)單地實(shí)現(xiàn)機(jī)器換人。南京的愛立信工廠有一條裝配線，一開始設(shè)置的自動(dòng)化率是90%，后來發(fā)現(xiàn)調(diào)整為70%，增加若干人工工位，整體質(zhì)量和效率反而是最優(yōu)的。此外，對(duì)于裝備制造行業(yè)，機(jī)加工等工序并不適合建立自動(dòng)化生產(chǎn)線，而建立FMS（柔性制造系統(tǒng)），則是更現(xiàn)實(shí)的選擇。MAZAK、FANUC的機(jī)加工車間應(yīng)用FMS已達(dá)到720小時(shí)無人值守，自動(dòng)生產(chǎn)不同的機(jī)械零件。
▲MAZAK的FMS（柔性制造系統(tǒng)）
05
投資回報(bào)？
制造企業(yè)的企業(yè)家，尤其是中小型民營(yíng)企業(yè)的老板，非常關(guān)心投資回報(bào)。我多次聽到一些企業(yè)家提出，必須能夠在三到四年能夠收回投資的信息化、自動(dòng)化系統(tǒng)才投入，甚至有期望值更高的，希望能夠找到“下金蛋的雞”。然而，有些賬容易算，比如某條產(chǎn)線減少了多少工人。有些賬卻不那么容易算，例如工業(yè)軟件的應(yīng)用涉及到如何滿足企業(yè)不斷變化的個(gè)性化需求。
作為一個(gè)使能要素，企業(yè)離不開工業(yè)軟件，卻難以計(jì)算出它究竟為企業(yè)直接或間接節(jié)省了多少成本，賺了多少錢。如果選型、實(shí)施和應(yīng)用不到位，更是常常用不起來，業(yè)務(wù)部門牢騷滿腹。長(zhǎng)此以往，制造企業(yè)更加重硬輕軟，最后停留在小打小鬧地做一點(diǎn)局部的自動(dòng)化改善。
06
數(shù)據(jù)采集與設(shè)備聯(lián)網(wǎng)
邁不過去的坎
企業(yè)要真正實(shí)現(xiàn)智能制造，必須進(jìn)行生產(chǎn)、質(zhì)量、設(shè)備狀態(tài)和能耗等數(shù)據(jù)的自動(dòng)采集，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)設(shè)備（機(jī)床、機(jī)器人）、檢測(cè)設(shè)備、物流設(shè)備（AGV、立庫、叉車等），以及移動(dòng)終端的聯(lián)網(wǎng)，沒有這個(gè)基礎(chǔ)，智能制造就是無源之水。
但是，我常常看到很多制造企業(yè)還停留在單機(jī)自動(dòng)化階段，甚至一些知名企業(yè)的生產(chǎn)線也未聯(lián)網(wǎng)。沒有基礎(chǔ)的設(shè)備聯(lián)網(wǎng)，何談工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)？！
07
基礎(chǔ)數(shù)據(jù)和管理基礎(chǔ)
無論是推進(jìn)企業(yè)信息化、兩化融合，還是進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)數(shù)字化轉(zhuǎn)型，推進(jìn)智能制造，基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的規(guī)范性和準(zhǔn)確性都是必要條件。很多企業(yè)在實(shí)施ERP，或者ERP升級(jí)換型的過程中，花費(fèi)時(shí)間最多的就是基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的整理。企業(yè)管理的規(guī)范性、業(yè)務(wù)流程的清晰，也是企業(yè)推進(jìn)智能制造的“敲門磚”。但現(xiàn)實(shí)的情況是，一些企業(yè)的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)還沒有理順，卻在大談“工業(yè)大數(shù)據(jù)”。這種舍本逐末的做法，注定是難以取得實(shí)效的。
推進(jìn)智能制造有這么多難點(diǎn)問題，那么，制造企業(yè)究竟有何對(duì)策？如何避免變成“滑鐵盧戰(zhàn)役”呢？
01
首先，必須明確
智能制造不是目的，而是手段
推進(jìn)智能制造的核心目的是幫助企業(yè)通過實(shí)現(xiàn)降本增效、節(jié)能降耗、提高產(chǎn)品質(zhì)量、提升產(chǎn)品附加值、縮短產(chǎn)品上市周期、滿足客戶個(gè)性化需求，以及向服務(wù)要效益等途徑，提升企業(yè)的核心競(jìng)爭(zhēng)力和盈利能力。推進(jìn)智能制造絕不能搞面子工程。
02
必須對(duì)智能制造
有正確的理解和認(rèn)識(shí)
智能制造覆蓋企業(yè)全價(jià)值鏈，是一個(gè)極其復(fù)雜的系統(tǒng)工程，不要期望“畢其功于一役”，搞個(gè)專項(xiàng)就萬事大吉；推進(jìn)智能制造需要規(guī)劃、IT、自動(dòng)化、精益等部門通力合作；不同行業(yè)的企業(yè)推進(jìn)智能制造差異很大。推進(jìn)智能制造，需要引入中立、專業(yè)的服務(wù)機(jī)構(gòu)，開展多層次、多種形式的培訓(xùn)、考察、交流與學(xué)習(xí)，讓企業(yè)上下樹立對(duì)智能制造的正確認(rèn)識(shí)。
小批量、多品種的企業(yè)，不要盲目推進(jìn)無人工廠；個(gè)性化定制和無人工廠是魚和熊掌不可兼得；不能盲目推進(jìn)機(jī)器換人。
智能制造包括四種類型的創(chuàng)新（商業(yè)模式、生產(chǎn)模式、運(yùn)營(yíng)模式和決策模式創(chuàng)新），十大應(yīng)用場(chǎng)景（智能產(chǎn)品、智能服務(wù)、智能裝備、智能產(chǎn)線、智能車間、智能工廠、智能研發(fā)、智能管理、智能物流供應(yīng)鏈，以及智能決策），底層還需要五大類使能技術(shù)（ICT技術(shù)、工業(yè)自動(dòng)化技術(shù)、先進(jìn)制造技術(shù)、現(xiàn)代企業(yè)管理和人工智能技術(shù)）的支撐。
03
大處著眼，小處著手
企業(yè)要想推進(jìn)智能制造取得實(shí)效，通過智能制造現(xiàn)狀評(píng)估、業(yè)務(wù)流程和工藝流程梳理、需求調(diào)研與診斷、整體規(guī)劃及落地實(shí)施五個(gè)步驟，畫出清晰的智能制造路線圖，然后根據(jù)路線圖和智能制造整體規(guī)劃，穩(wěn)步推進(jìn)具體的項(xiàng)目，注重對(duì)每個(gè)智能制造項(xiàng)目明確其KPI指標(biāo)，在測(cè)度關(guān)鍵績(jī)效指標(biāo)的基礎(chǔ)上，評(píng)估是否達(dá)到預(yù)期目標(biāo)。智能制造要取得實(shí)效，需要清晰的思路、明確的目標(biāo)、高層的引領(lǐng)、專業(yè)的團(tuán)隊(duì)和高度的執(zhí)行力。
▲智能制造總體框架范例
04
緊密跟蹤
先進(jìn)制造技術(shù)的發(fā)展前沿
近年來，制造業(yè)的新材料、新技術(shù)、新工藝層出不窮，金屬增材制造技術(shù)不僅改變了復(fù)雜產(chǎn)品的制造方式，還改變了產(chǎn)品結(jié)構(gòu)，也徹底打破了可制造性的桎梏，催生了創(chuàng)成設(shè)計(jì)（Generative Design）等新的設(shè)計(jì)模式，從計(jì)算機(jī)輔助人設(shè)計(jì)，演化為人輔助計(jì)算機(jī)設(shè)計(jì)。碳纖維復(fù)合材料的廣泛應(yīng)用催生了全新的制造工藝和制造裝備。
奧迪A8采用了鋁制車身，車身焊接不能再使用點(diǎn)焊，取而代之的是鉚焊、摩擦焊、激光焊等新工藝。材料和工藝的改進(jìn)，往往會(huì)對(duì)產(chǎn)品的性能，例如抗腐蝕、耐久性帶來巨大的提升。精密測(cè)量技術(shù)也在迅速發(fā)展，由接觸式測(cè)量發(fā)展到非接觸式測(cè)量，由離線檢測(cè)演化為在線檢測(cè)，由事后檢測(cè)演化為邊測(cè)量邊加工，從而幫助制造企業(yè)提升產(chǎn)品質(zhì)量。
▲英國(guó)雷尼紹（Renishaw）實(shí)現(xiàn)在機(jī)檢測(cè)
05
積極穩(wěn)妥地推進(jìn)
數(shù)字化和智能化技術(shù)的應(yīng)用
當(dāng)前，人工智能技術(shù)的發(fā)展如火如荼，必將在制造業(yè)不斷得到應(yīng)用，尤其是在無人駕駛汽車、質(zhì)量檢測(cè)與優(yōu)化、設(shè)備故障診斷和預(yù)測(cè)等領(lǐng)域。現(xiàn)在已經(jīng)出現(xiàn)了Google的Tensorflow等開源的人工智能引擎可以應(yīng)用。
此外，VR（虛擬現(xiàn)實(shí)）、AR（增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)）、MR（混合現(xiàn)實(shí)）等可視化技術(shù)，在制造業(yè)也有很好的應(yīng)用場(chǎng)景，例如設(shè)備操作培訓(xùn)和設(shè)備維修維護(hù)等。愛立信工廠應(yīng)用AR技術(shù)進(jìn)行電路板的檢測(cè)，蒂森克虜伯電梯利用MR技術(shù)提高電梯維護(hù)的效率。Cobot（協(xié)作機(jī)器人,單臂和雙臂）在裝配、擰螺絲、涂膠等很多工序可以進(jìn)行應(yīng)用，機(jī)器人與視覺傳感器、力覺傳感器的集成應(yīng)用能夠大大提高機(jī)器人動(dòng)作的準(zhǔn)確性和靈活性。
▲愛立信工廠利用AR技術(shù)
輔助進(jìn)行電路板質(zhì)量檢測(cè)
06
選擇真正靠譜的合作伙伴
智能制造系統(tǒng)架構(gòu)十分復(fù)雜，也非常個(gè)性化，相關(guān)技術(shù)在不斷演進(jìn)，企業(yè)本身也是動(dòng)態(tài)變化，智能制造評(píng)估體系和規(guī)劃方法論也還處于不斷完善的過程中，智能制造的推進(jìn)是一個(gè)長(zhǎng)期的過程。
因此，企業(yè)推進(jìn)智能制造需要尋找專業(yè)的合作伙伴，從培訓(xùn)、現(xiàn)狀評(píng)估、規(guī)劃，到具體的數(shù)字化工廠仿真、產(chǎn)線設(shè)計(jì)，到真正實(shí)現(xiàn)工控網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)，并建立工控安全體系，實(shí)現(xiàn)IT與OT系統(tǒng)的集成。