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深度探究:智能制造前沿趋势与实施策略!(2)
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wayaj 个人主页 给TA发消息 加TA为好友 发表于:2017-10-12 08:07:00 楼主

   纵观整个制造业,制造模式正在发生变革,如图1,横坐标代表产品种类,下面的箭头代表客户的需求,沿箭头方向表示客户需求越来越分化,纵坐标代表每一种产品的产量,左边箭头代表需求,越往上需求越稳定。可以看出,制造业经历了从手工制造到大批量制造到大批量定制,再到今天的个性化制造,此图是很值得我们思考的,代表着制造模式的变化。

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wayaj 个人主页 给TA发消息 加TA为好友 发表于:2017-10-12 08:07:53 1楼
 

纵观整个制造业,制造模式正在发生变革,如图1,横坐标代表产品种类,下面的箭头代表客户的需求,沿箭头方向表示客户需求越来越分化,纵坐标代表每一种产品的产量,左边箭头代表需求,越往上需求越稳定。可以看出,制造业经历了从手工制造到大批量制造到大批量定制,再到今天的个性化制造,此图是很值得我们思考的,代表着制造模式的变化。


图2 制造模式的变革趋势

今天的主题是智能制造,其核心是制造业的数字化转型,如果企业还不彻底地去拥抱数字化,还只是停留在部分信息化系统的应用,而没有一个整体的数字化转型规划,那么将面临着巨大的问题。所谓数字化转型就是智能地连接人、物和业务,这是一个很核心的趋势。


图3 制造业的数字化转型


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wayaj 个人主页 给TA发消息 加TA为好友 发表于:2017-10-12 08:09:22 2楼
 

何谓智能制造?智能制造(Smart Manufacturing)不仅仅是智能工厂,它的目标是实现整个制造业价值链的智能化,涵盖研发、工艺规划、生产制造、采购、仓储、营销、服务等各个环节。它融合了信息技术、先进制造技术、自动化技术、新一代的通信技术和人工智能技术。即将到来的5G时代,以及语音识别、图像识别等技术,将对生产、数据采集等有重大改变。所以,智能制造是一个长期的、渐进的、持续改善的系统工程。推进智能制造是为了更好地满足客户不断变化的需求,强调柔性、集成、协同、高效、精益、绿色,以人为本。推进智能制造,需要充分结合行业特质、产品和工艺特点,构建一个健康和谐的生态系统,不能再成为一次“大跃进”运动。

图4所示为一家拖拉机制造商的产品进化过程:


图4 产品的进化过程(来源:Michael Porter, Jim Heppelmann: 智能互联产品如何改变竞争格局,哈佛商业评论)

德国工业4.0涵盖了很多技术,如自动化、机器人、系统集成、工业物联网、边缘计算、雾计算、云计算以及工业安全,还包括大数据分析、增材制造、仿真技术、增强现实技术等等。图5来自美国密西根大学金炯华教授的分享,可以看出美国人理解的智能制造也包括了智能的产品、智能的装备、智能的生产、智能的管理和智能的服务。智能制造是工业4.0的一个核心,企业应具有极具竞争力的产品,高度柔性化的工厂和运营,同时应带给社会可持续化的影响。


图5 德国工业4.0的核心要素(左) 智能制造是工业4.0的核心(右)(来源:密西根大学金炯华教授)

美国人总结的实现智能制造的三个阶段:连接,柔性、自主,未来的企业将是一个自主化的企业。在推进智能制造过程中,我们认为工业软件站在了一个核心的位置。图6是处理订单的Y型结构,我们需要供应链管理系统、ERP系统(根据销售计划来制定采购和生产计划);右边代表产品,任何一个产品都要建立一个产品创新平台,从而建立准确的产品数据。这两者的交互则通过制造执行系统,所以制造执行系统是一个重要的枢纽。CPS(cyber physical systems),通过3C(Computing、Communication、Control)技术的有机融合与深度协作,打通自动化数据与IT数据,实现工程系统的实时感知、动态控制和信息服务。最底层即是实时的智能工厂。



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wayaj 个人主页 给TA发消息 加TA为好友 发表于:2017-10-12 08:10:18 3楼
 

图6 工业软件是智能工厂的枢纽


图7是智能电子工厂的实例。企业面临质量成本压力、产量不可预见性、生产设备管理与维护、流程与设备自动化的挑战。这里应用了很多新兴技术,如下:制品质量早期预警(Quality Early Warning) :解析现有历史信息,变更记录,排程,维护事件等;基于云平台的制造执行、机器控制与数据分析:提供工厂片区级的可视度,分析可行的工具任务分配以及开始时间。基于来自传感器的实时数据,创造智慧调度;复杂生产系统的人机交互:在高科技的生产设施中,人机互动的直观操作与复杂的生产系统/工具的协调运行;保障互联生产设备的安全:保障生产设施与操作的安全可控,同时保障工人的安全。


图7 智能电子工厂

我们可以看到,各行各业都在思考如何实现工厂的智能化。最近去日本考察参观了三菱电机名古屋制作所,图8所示第一张图是二十年前的一条电磁阀全自动生产线,当时设计的生产节拍是5s一个电磁阀,三个工人,正常运转率是60%。这个生产线长35m,宽8m,设备占地面积太大,面积生产效率低(部分供给装置占大部分),由于部件切换等转化工艺流程时间过长,无法提高运转率。国内好多生产线都是这样的。之后,他们将其改造成了长9m,宽4.9m的回字形生产线,通过人与设备的融合,形成了高运转率、省空间、高品质的生产系统。


图8 三菱电机名古屋制作所:从自动化到智能化产线

图9是对新旧两条生产线的对比。由此看出,日本企业在对自动化生产线改造时还是很精打细算的,节拍并不是越快越好,而是要保证生产线的高运转率和高可靠性。



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wayaj 个人主页 给TA发消息 加TA为好友 发表于:2017-10-12 08:11:12 4楼
 

图9 新老两条生产线的对比


最近,“个性化定制”可谓炙手可热。红领的西服个性化定制、尚品宅配的全屋家具定制,在国内形成巨大影响,众多企业纷纷效仿。但是,个性化定制是有条件的,也有不同的模式和不同的定制深度。其实很多大众产品还是需要大批量生产的,纵观智能手机市场不难发现,龙头老大苹果其实销售的产品品种非常少,反而是市场上的跟随者不得不采用多品种小批量的生产模式。正因为品种少、配置简单,苹果可以委托富士康建立黑灯工厂大批量生产,从而大大提升自己的盈利空间,攫取了整个全球智能手机市场90%的利润。一流的企业建标准,拥有标准的企业可以引领需求,满足客户的共性需求。我们考察的数控系统和工业机器人龙头企业FANUC就是这样的一流企业,采取标准化、系列化的生产模式,实现高度自动化的生产,用机器人组装、每条生产线配备立体仓库,标准化、系列化产品的加工和装配可实现720小时无人值守。所以,企业在推进智能制造过程中,需要根据自己的生产特点,生产批量来确定生产模式,不能盲目追求个性化定制。

图10所示为增强现实技术的一个应用,比如在一台自行车上安装监测速度、加速度、骑行者生理参数等信息的各种传感器,利用ipad可以查看比肉眼更多的信息量。增强现实技术还可以应用于产品设计、市场营销、生产制造、工业设计维修、操作培训等诸多环节。


图10 增强现实技术的应用

今年去日本考察,我们参观了富士通总部,接待人员通过PPT向我们展示了富士通智能工厂的具体情况,它已实现了与生产连动的备料指示、与看板连动的生产指示、机器人同生产线的流程控制、设备质量的流程连锁、画像分析自动全数检查、良品/不良品的自动检查、工程在库实时管理。在自动化方面强调投入顺序的自动化、搬运自动化、装配自动化、备料自动化和检查自动化。


图11 富士通的智能工厂实践

德国考察中参观了重型卡车巨头MAN工厂,参观过程中,觉得最生动的在于AGV的应用,这里的AGV不是在生产线旁来传输物料,而是在装配过程中用来托举物料,这种方式的好处就是在进行产线调整时特别方便,整车的装配也是两台AGV架起的,非常灵活、柔性。智能制造强调的就是柔性的自动化,而非刚性的。



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