四论《新一代智能制造发展战略研究》

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  从2015年的《读<中国制造2025>与“德国工业4.0”后的思考》第一篇文章开始,到2018年8月,他已经围绕该话题推出了若干篇文章,无一不在行业内引发广泛讨论。在最近的一篇文章中,经过对近百家制造企业的调研,沈部长指出,实体层即设备层的互联互通是智能制造最基础的工作。
  实体层的互联互通是智能制造的基础工作
  首先,按业务流程分,一般智能制造分:管理层、执行层、控制层及实体层(设备层),有的企业在管理层之前加一个决策层,在实体层之后加一个传感层,这是一个虚实结合的系统工程,即CPS系统。
  实体层是生产过程产生增值的过程,意为既是一个企业活动的出发点与归宿,是社会物质生产产品的单位,又是一个庞大的系统,如机械制造包括毛坯、加工、装配调试、涂装、检测、包装等制造过程。
  传感层就是实时采集这些生产过程中的各种信息。所谓各种数据形式的来源,抽象出来就是人、机、料、法、环、测及水、电、风、汽和信息传输(有线或无线)存储网络,不解决它们之间的互联互通,数字化、网络化最后根本不可能发展为智能化制造。
  目前中国制造业,特别是装备制造业主要存在发展不平衡、不充分的特点,其企业结构与水平具有工业1.0、2.0、3.0色彩的实体层比比皆是。
  据笔者近几年考察近百个装备制造企业来看,实施所谓智能制造的瓶颈主要在实体层设备的互联互通及数据采集上。
  当然有一批先进的大中型企业,精益生产及准时化管理做得较好具有合理的业务与工艺流程,且有着较先进的生产设备,数控化率较高,可以说这些企业是数字化、网络化及以后的智能化制造的先行者,但难免还需要大量的探索、积累数据与实践经验的过程,才能达到柔性化、定制化、可视化的阶段。
  其中的关键环节是由于各种控制系统中传递数据信息的通信协议有不同的版本,如机床数控系统中国外常用的有FANUC、三菱、西门子、Heidenhain等,国内的有华中数控、广州数控、光洋、高精、凯恩帝、维宏、精雕等系统:驱动又分伺服电机系统、步进电机系统等。现场总线(Fieldbus)也有不同版本,PROFIBUS、MODBUS、CAN、EtherCAT等,问题是如何让传递数据的不同版本的协议,能互相兼容,上传下达?
  很多单位采用软件包或独立模块,如日本马扎克称之为Smart-Box、光洋称之为MCU,沈机i5及ISESOL系统称之为i-Box,仪综所称之为智能网关。因此,其实每个企业都能形成自己独特的信息管理系统及统一的接口与协议,这是智能制造信息架构的重要组成部分。
  数字化、网络化及智能化(以下简称“三化”)制造,就是在制造过程中对生产全要素的描述与优化组合,使装备制造达到“质量第一,效率优先”的目的,使企业增加市场竞争力与可持续发展能力。笔者在调查研究中发现了几个难点:
  首先,有两种现象普遍存在。一个是畏缩不前,认为实施“三化”的过程,需要一大笔资金改造实体层各生产环节。另一个是为“三化”而“三化”,似乎有点像“面子工程”,如不搞“三化”,受不到上级及同行的重视。笔者认为要用“投入产出”经济理论来研究与落实“三化”,如只有投入,没有产出或产出很少,这是不合理、不经济的。
  其次,要先搞好科学化的生产管理。即精益生产(LP)及准时化管理(JIS)。这与搞不搞“三化”没有多大关系,这是提高企业生产率与竞争力所不可或缺的。反过来说,LP及JIS搞好了“水到渠成”搞“三化”就容易多了。
  所谓“三化”中的管理层(PLM、ERP)、执行层(MES等)、控制层可形成一个所谓虚拟工厂(或车间),优化生产要素的组合及业务流程,后由优化得出的数据控制实体层的各种装备,这就是虚拟与实体生产过程互相“映射”,经过多次的PDCA相互映射,就可以得出比较优化的业务流程。在这个过程中,数据的真实性与全面性十分重要。
  第三,關键还是在于数据的采集、传输、筛选及建模。数据的种类很多,包括生产、管理、质量、资金、设备等生产全要素的数据,要收集与企业及产品用户需求等数据,形成所谓条数据与块数据(二维的),才能利用实时的数据进行优化与预测,没有数据就没有“三化”。因此建立多种数据的数据库要摆在第一位。
  两化融合先进企业案例
  山东临工案例及启示
  不要把企业“三化”看作“高大上”的技术,若企业员工不懂得“三化”的意义、目的、内涵等,搞“三化”又有什么意义呢?
  山东临工工程机械有限公司的经验对我启发很大。他们办企业的指导思想是“一全(全员参与),二创(管理创新、技术创新),三结合(干部、技术人员与员工)”。我曾说过,这是新时代的“鞍钢宪法”。
  过去山东临工的发展,提质增效靠这个办法,现在企业搞“三化”(或两化融合)也是靠“一全二创三结合”。
  山东临工在上世纪九十年代初就引入CAD等数字化技术;2007开始引进VOLVO的精益生产及准时化管理方法,2008年到2009年为学习导入期;2010年进行可视化管理,开始成立CI小组;2013年推进标准化作业,共有22个模块,在此过程中分期分批进行全员培训,提高员工的认识与业务水平。
  企业的业务流程涉及到每个员工的职责,没有全体员工的自觉参与,再好的技术与管理模式也起不到理想的作用,这就为实现“三化”或“两化融合”奠定了坚实基础。
  山东临工在过去信息化基础上,采用德国SAP管理软件,加上自己开发的应用软件,设计了一个完整的信息化架构与接口,包括管理层、执行层、控制层。在实体层,因车间性质与工艺流程不同,执行层、控制层也不完全相同。
  我考察了几个车间,包括结构焊接车间、液压件车间、装配车间、物流等,其实体层中很多装备都是由“三结合”小组自己设计制造的,因为他们熟悉工艺,将来也是由他们来操作使用,只要统一接口,统一协议就可以了。有的采用有线通信,有的如装配车间一些工序采用无线通信,随时可用智能手机扫描,知道某一订单的产品进行到哪一个工序。真正实现了共商、共建、共享的搞“三化”模式,把“高大上”的技术与全体员工结合起来,他们的经验值得重视。