走向智能制造

来源:中国信息化周报
关键字:高档数控系统,智能制造,制造业
发布时间:2016-10-11 15:10

　　高档数控系统90%依靠进口，高端工业机器人严重依赖进口，核心关键技术缺失，我国制造业大而不强的局面亟需改变。新形势下，利用新技术、新业态，实现智能化、个性化、定制化，从中国制造走向中国智造是有效途径。

　　在新经济形势和新技术业态的推动下，未来制造业向智能制造方向发展，并通过智能制造的标准化实现资源的优化配置已经成为行业的共识。

　　现阶段，我国制造企业在工业基础、先进技术和高端装备方面还较为薄弱，实现智能制造还需要走很长一段路。在这个过程当中，每个制造企业都应该有一套发展智能制造的蓝图、理念、规划和解决方案。同时，应该遵循从网络化、数字化，再到智能化的发展过程，而这个过程必须是循序渐进的，并不能一蹴而就。

　　当一名普通工人，清早刷卡进入生产区，RFID门禁系统在记录出勤的同时，会将个人基础信息自动录入EAP(员工帮助计划)管理系统。在系统的另一端，厂里的心理咨询师会根据数据提供的近期内工人的劳动强度、工作表现、情绪指标等来关注你的健康状况。

　　早餐后，当工人走进中心控制室，与全厂多个车间的控制师们一起，在明亮舒适的工作环境中开始一天的工作。在每个人面前的设备屏幕上，全厂的设备运行状况配以数据，以可视化模型的方式一览无余。

　　而此时的生产车间里，一台机器人在接收到电脑指令之后，在导轨上缓缓移动起来，行驶到一片放置了不同颜色的圆柱体区域，挑出其中一个黑色柱体，然后，又以平稳的速度准确移动到一台大型车床前，将“手”中的黑色柱体放了进去。不多时，加工后的黑色柱体从车床的另一端送出，机器人接过柱体，将其转移到传送带上的一个托盘里。黑色柱体随着传送带踏上了新的旅程。行驶到传送带的一端，另一台长得一模一样的橘色机器人早已恭候多时。机械手小心翼翼地夹起托盘里的黑色柱体，不假思索地把它放在架子上一个空缺的位子里。

　　这并不是科幻小说里的画面，而是未来智能工厂的实时工作场景。

　　其实，随着《中国制造2025》和“互联网+”等国家战略的发布和实施，以及智能制造试点示范专项行动的展开，工业信息化已迈入发展智能制造的历史新阶段，传统制造企业依托移动互联网、大数据、云计算、物联网等新技术，正迎来生产方式转型升级和变革再造的最佳时机。而在新经济形势和新技术业态的推动下，未来制造业向智能制造方向发展，并通过智能制造的标准化实现资源的优化配置已经成为行业的共识。

　　为了紧抓这一发展机遇，在制造强国战略的指导下，各领域企业间加快融合创新，推动生产管理方式、商业模式等方面发生重大变革，一系列新模式、新业态、新特征日益凸显。

　　前不久，清华大学全球4.5产业研究院与赛迪顾问股份有限公司组成的研究团队，发布了中国智能制造变革的十大趋势。在重塑现有工业体系的同时，智能制造正朝着服务型制造新业态、开放型众包平台方向发展，与此同时，云平台建设和共享经济模式也将成为智能制造发展的重要推动力量。

　　不过，在智能制造的浪潮之下，制约我国先进制造业快速发展的突出矛盾和问题依然存在，主要表现为：高端制造装备对外依存度高、以3D打印技术为代表的前沿智能制造技术未取得实质突破、关键智能制造技术及核心基础部件主要依赖进口以及重硬件轻软件的现象突出等问题。

　　就像中国航天科技集团公司总工程师、国家制造强国建设战略咨询委员会委员杨海成在接受《中国信息化周报》记者采访时所说的那样，现阶段，我国制造企业在工业基础、先进技术和高端装备方面还较为薄弱，实现智能制造还需要走很长一段路。在这个过程当中，每个制造企业都应该有一套发展智能制造的蓝图、理念、规划和解决方案。同时，应该遵循从网络化、数字化，再到智能化的发展过程，而这个过程必须是循序渐进的，并不能一蹴而就。

　　智能化助传统制造业“破茧成蝶”

　　9月9日，“2016国家制造强国建设专家论坛”在京召开。本届论坛针对提升制造业创新和基础能力、深化制造业与互联网融合发展、营造良好的政策与市场环境等议题展开交流与讨论。

　　而在实现从制造大国向制造强国转型的过程中，智能化无疑是重要的方向。当然，智能制造是一个庞大的系统工程，涉及到网络技术、工厂车间、产品物流、产品设计服务等层面，是一个长期而漫长的实现过程。新形势

　　让制造业走上转变之路

　　现阶段，中国制造业大而不强，原因有很多，主要是缺乏核心和关键共性技术。关键共性技术主要是关键基础零部件和元器件、关键基础材料、先进基础工艺和相应的产业技术基础。“四基”已经成为制约我国工业由大变强的关键，也是制约我国提高技术创新能力和全球竞争力的瓶颈所在。

　　中国工程院院士柳百成举例强调，目前，我国高档数控机床，特别是配套的高档数控系统90%依靠进口。另外，虽然我们已经是全世界机器人消费大国，但高端工业机器人还是严重依赖于进口。去年，80%的机器人是进口的，而20%的国产机器人里面的绝大部分核心零部件，包括变速器、减速机也是采购国外的产品。

　　此时，智能制造作为《中国制造2025》的主攻方向就担负起了扭转这种局面的重任。智能制造不仅可以改造提升生产制造水平、提高生产质量和效率，优化组织结构和业务流程、提高管理效率，实现产品全生命周期管理、延伸产业链条、发展新型业态，而且可以带动自主可控的重大智能装备、新一代信息技术产业发展，有利于产业结构向中高端迈进，打造制造业竞争新优势，实现跨越式发展。

　　新技术让制造业愈发“智慧”

　　随着中国制造2025的提出和劳动力不足等问题的日益凸显，自动化生产、机器换人等策略成为了不错的选择，厂商们也都在制造和经营过程中向无人化和自动化靠拢。以家电领域为例，格力早就开始着手于“机器换人”政策，启动了“自主研发机器人”的高端战略。

　　除了劳动力方式的改变，转型还体现在以互联网、大数据等新技术为用户服务。海尔在多地建设了“互联工厂”，如沈阳冰箱、青岛热水器等，通过大数据了解用户需求，按需制造。

　　此外，开发物联网的模式在这一行业也已渐成大势，厨电品牌华帝利用语音识别技术生产出了国内第一台可实现人机对话的油烟机，并计划与互联网巨头微软达成战略合作，构建智能厨房生态体系。小米也围绕着小米手机、小米电视、小米路由器三大核心产品开发了智能家居系统，组成了完整的闭环体验。

　　三一重工股份有限公司高级副总裁、首席信息流程官贺东东表示，未来智能设备是云端超级大脑和机器段小脑结合起来，形成智能化的体系，工业物联网和大数据最大的好处是把千万台的设备集合起来以后通过大数据挖掘和分析，能够极大提升智能化的水平。

　　与此同时，随着制造业向智能化方向发展，云计算也成为智能制造的重要基础，能够通过提供强大的数据传输、存储和处理能力，帮助制造业企业收集和处理大量数据。这种基于云计算模式，面向制造业企业进行服务的智能制造平台就是工业云平台，能够让企业无需招聘员工、购买昂贵的专业软件和制造设备，只要通过平台终端就能完成产品的设计、工艺、制造、采购、营销等各个环节。当前，越来越多的企业正在探索工业云平台的建设和应用。例如，海尔等传统制造企业依托云服务推出消费者对企业的创新商业模式，向智能化、个性化、定制化制造迈进，实现了由硬件制造商向“制造+服务”提供商的升级。

　　海尔集团董事局主席、首席执行官张瑞敏曾举了这样一个有趣且形象的例子。他说：“我们生产一款烤箱，烤箱很简单就是烤制食品，但是我们的烤箱是建立一个用户圈，他们形象的叫做烤圈。用户在上面提需求，我们满足他的需求给他最好的体验。通过交互，烤箱不仅是烤箱，用户圈吸引了面粉商、鸡蛋商，变成了生态圈中的资源方，而烤箱就产生了生态收入。在传统经济时代有一个定义——边际效益递减，但是如果你聚焦了很多的用户资源，可以实现边际效益递增，可以逆转传统时代的这个理念。”

　　新业态为制造业转型提供新方向

　　2016年5月，《国务院关于深化制造业与互联网融合发展的指导意见》提出，推动中小企业制造资源与互联网平台全面对接，实现制造能力的在线发布、协同和交易，积极发展面向制造环节的分享经济，打破企业界限，分享技术、设备和服务，提升中小企业快速响应和柔性高效的供给能力。

　　随着制造业与互联网的深度融合发展，制造能力分享平台将不断涌现，闲置的制造资源也难逃被重新整合和再行配置的“命运”，制造业将成为分享经济的下一片“蓝海”。这将改变传统依靠投资和扩张带动制造业增长的思路，过剩产能变成廉价的原材料，稀缺资源也会变得相对“充裕”。

　　分享创新资源。伴随分享经济的迅猛增长，众创、众包、众扶、众筹等大众创业万众创新支撑平台快速发展，制造资源在线聚集为资源池、专利池、标准池，形成网络众包、用户参与设计、云设计、协同设计等新型研发设计模式。

　　在这种模式下，传统由特定制造企业自主开发、独立完成的任务将逐步向外部资源和大众力量开放，客户能获得“量体裁衣”的产品，身怀绝技的“草根科学家们”有了用武之地，企业也减少了研发成本、缩短了研发周期、提高了研发生产率。

　　分享生产能力。通过互联网平台，企业可以按需租用设备、厂房甚至空闲员工等闲置的生产能力，通过以租代买、按时付费等方式，形成设备租赁、厂房分享等新型生产制造模式。

　　在这种模式下，中小企业无需投入高昂的成本购买设备，工厂的空闲档期也能得到有效利用，从而实现生产要素与生产条件的最优组合。当前，我国生产制造环节的分享经济刚刚起步，尚未形成市场规模，但以沈阳机床厂“i5智能机床控制系统”、阿里巴巴“淘工厂”为代表的开放平台，带动上下游中小企业和创业者已经先行享受“分享经济”红利。

　　举例来说，沈阳机床厂以“i5智能机床控制系统”为基础打造出“i平台”，探索按产品工件、使用时间等付费，开展机床租赁和回收再制造业务，实现了从“购买机床”向“购买机床加工能力”，从“拥有机床所有权”向“拥有机床使用权”的转变。另外，根据用户群体的机床使用效率，可实现机床闲置时间的分享。

　　分享库存。随着社会分工的深入，越来越多的制造业企业改变“大而全”的经营模式，聚焦主业和“微笑曲线”的前后端环节，将一些不擅长的业务外包给专业性的企业，与供应商建立长期紧密合作的伙伴关系，构建信息分享、数据协同的柔性供应链和智慧供应链体系，形成了零库存、无工厂等新型供应链管理模式。在这种模式下，“链主”的库存转化成了供应商的库存或精准配送的能力，也提升了供应链的整体效率和效益。

　　于“虚无”中引发产业变革

　　通过虚拟现实技术，大家会不会进入这样一种场景呢？

　　清晨，你照例打开客户端了解时事，看到移民危机，瞬间进入了一个移民男孩儿的故事，你就站在他家的一片废墟之前，看着他无奈的离开，你听见窗外爆炸的声音、呼喊的声音和这男孩儿离开时候的脚步声.....

　　这种感觉可能是人们对于虚拟现实技术的普遍认识，就是能够将人们带入到一种近乎现实的虚拟环境当中。殊不知，虚拟现实技术也在另一个领域产生了巨大的影响，并引发了行业变革。

　　当前，随着计算机、传感、网络通信等技术的快速发展，虚拟现实逐渐向工业领域渗透应用，为制造业的研发、生产、管理和服务等各环节带来了深刻变革，进一步推动了智能工厂的发展。日前，西门子在英国一处工厂里安装了Virtalis虚拟现实（VR）软件和系统，用于实现装配工艺的模拟和优化、提高概念设计的效率、精简设计单位和更加有效地进行工厂规划，通过VR技术对产品进行制造前的虚拟评估，解决其在制造过程早期阶段出现的问题。

　　虚拟制造技术是以虚拟现实和仿真技术为基础，对产品的设计、生产过程统一建模，在计算机上实现产品设计、加工、装配、检验等全部流程的模拟和仿真。通过虚拟制造技术，企业能够在设计阶段就对产品制造的全过程进行虚拟集成，预测、检测、评价产品性能和制造可行性，达到产品的开发周期和成本最小化、产品设计质量的最优化以及生产效率的最大化。奔驰、宝马、大众等公司利用虚拟制造技术建立“数字汽车”模型，设计发动机、车体、电气线路等，并进行碰撞分析和运动分析、模拟数控加工和质量检验等，可将新车型的研发生产周期从一年以上缩短至2个月左右，开发成本最多可降到原先的1/10。

　　基于虚拟现实打造的数字化模拟工厂能够对整个生产过程进行仿真、评估和优化，并进一步扩展到整个产品生命周期，推动生产组织方式变革。虚拟现实是数字化模拟工厂的核心技术，数字化模拟工厂是以产品全生命周期的相关数据为基础，利用虚拟仿真技术对制造环节从工厂规划、建设到运行等不同环节进行模拟、分析、评估、验证和优化，指导工厂的规划和现场改善。数字化模拟工厂的典型应用包括：加工仿真，如加工路径规划和验证、工艺规划分析等；装配仿真，如装配设计、装配过程运动学分析等；物流仿真，如物流效率分析、物流设施容量、生产区物流路径规划等；工厂布局仿真，如新建厂房规划、生产线规划等。

　　随着三维显示、图像处理、传感等技术的快速发展，虚拟现实在工业领域的应用逐渐从设计、生产环节向管理、服务等环节延伸，为用户提供更完善的产品及服务解决方案。

　　利用虚拟现实技术和设备，用户可获得身临其境的沉浸感，实现对工厂设备的远程监控，实时了解数字化车间的生产状况，在线获取工厂设备的运行数据，并通过交互技术实现远程操作维护、设备管理，或对现场人员进行远程维护指导和培训。博世力士乐推出的工业4.0远程服务解决方案搭载了自主研发的InSight Live虚拟现实技术，能够提供即时的远程诊断支持，提升现场服务效率并降低维护成本。