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(智造专题)赵红武:“装备制造业如何互联网+制造”
发布时间:2015-12-16


目前,全球产业竞争格局正在发生重大调整,发达国家纷纷实施“再工业化”战略,重塑制造业竞争优势,加速推进经济新格局。发展中国家也在加快布局,积极参与全球产业升级,拓展国际市场空间。2012年,美国提出了再工业化战略,GE公司紧接着发布了工业互联网战略。工业互联网用新的方法将现实现社会中的机器、设备、团队、网络及软件系统通过传感器、控制器系统进行连接,推动劳动生产率每年增长1-1.5个百分点。为了在新一轮工业革命中占领先机,在德国工程院、弗劳恩霍夫协会、西门子公司等德国学术界和产业界的建议推动下,“工业4.0”于 2013 4月在汉诺威工业博览会上被正式推出。这一研究项目是20107月德国政府《高技术战略2020》确定的十大未来项目之一,旨在支持工业领域新一代革命性技术的研发与创新。“工业4.0”提出了第四次工业革命的概念,主要推进以虚拟网络实体物理系统(CPS)为核心的智慧工厂与智能制造建设。  

目前,全球制造业已基本形成四级梯队发展格局,第一梯队是以美国为主导的全球科技创新中心,第二梯队是高端制造领域,包括欧盟、日本,第三梯队是中低端制造领域,主要是一些新兴国家,第四梯队主要是资源输出国,包括OPEC、 非洲、拉美等国。新中国成立尤其是改革开放以来,我国制造业持续快速发展,建成了门类齐全、独立完整的产业体系,有力推动了工业化和现代化进程,显著增强 了综合国力,支撑了我国世界大国地位。然而,与世界先进水平相比,我国制造业仍然大而不强,在自主创新能力、资源利用效率、产业结构水平、信息化程度和质 量效益等方面差距明显,转型升级和跨越发展的任务紧迫而艰巨。工信部苗圩部长表示,中国现在处于第三梯队,一是自主创新能力薄弱,二是基础配套能力不足, 三是部分领域产品质量可靠性有待提升,四是产业结构不合理。  

当前,新一轮科技革命和产业变革与我国加快转变经济发展形成历史性交汇,全球产业格局正在重塑,《中国制造2025》已于20155月经李克强总理签批后正式发布,我们必须紧紧抓住这一重大历史机遇,按照“四个全面”战略布局要求,实施制造强国战略,力争通过三个十年的努力,到新中国成立一百年时,把我国建设成为引领世界制造业发展的制造强国,为实现中华民族伟大复兴的中国梦打下坚实基础。作为制造业CIO及信息主管,要改变传统信息化建设思路,以《中国制造2025》为纲领,以智能制造为切入点,结合企业实际情况,推进企业两化深度融合,以两化融合打造企业可持续竞争优势。  

从智能制造的范畴来讲,不仅包含制造过程的数字化、网络化与智能化,管理也是其中重要内容。智能制造应从营销环节开始,包含设计、工艺、制造、试验、再到发 货、售后服务等全生命周期过程,应该是一个完整的闭环系统。本文将从一个典型的装备制造业智能制造全生命周期过程逐一进行论述。  


分析企业生产经营过程中存在的问题  


 

首先,要分析企业生产经营过程存在的问题,根据分析结果才能制定符合企业实际情况的智能制造顶层设计方案,解决企业生产经营过程中存在的关键问题,提升产品设计与制造水平,提高产品质量与可靠性,降低制造成本。  


在分析问题过程中,主要分析以下方面的问题:  

1、供应链问题分析  

主要分析企业是否形成高效的供应链体系,是否有效整合产业供应链上的优势资源,产业结构是否合理,供应商的产品质量控制机制是否有效,外购件与外协件质量是否可控。  


2、制造过程关键工序分析  

要根据企业实际情况,分析企业是否建立了数字化工厂/数字化车间的体系架构,分析制造过程核心工序的数字化、网络化和智能化程度,分析企业制造装备的数字化程度和制造过程的瓶颈工序,对制造过程关键工序进行综合评价。  


3、产品质量与可靠性分析  

对影响产品质量的设计、工艺、生产制造、质量检验及运维服务等环节进行详细分析,对企业的质量管控能力、产品可靠性进行详细分析,找到影响产品质量与可靠性的关键因素。  


4、产品生产周期分析  

对于流程制造,其产品设计及生产周期相对可控;对于离散制造,往往会存在技术准备周期长、生产制造周期长、产品交货期不满足客户需求等问题。应详细分析影响产品交货期的关键问题,在智能制造方案设计时应充分研究影响产品交货期的关键问题,并提出信息化环境下的解决方案。  


5、运维服务分析  

重点分析企业是否建立了现代化服务体系,产品是否具有远程在线监测与诊断功能,要通过新一代信息通信技术,提升企业现代化服务水平。  


6、生产制造过程能耗分析  

重点分析企业是否建设了智慧能源管理系统,以电能消耗为主,详细分析企业水、电、气能源消耗情况,找出能源消耗大户,并在保障用能安全的前提下,强化能源监控能力。  



智能制造总体方案设计  


智能制造推进应注重顶层设计,智能制造总体方案设可从智能运营分析、数字化设计、精益生产、数字化供应链、智慧运维及全生命周期质量控制等方面进行规划,理清各业务之间的协同与数据集成关系。在智能制造总体方案设计中,要重点推进CPS系统建设。CPS系统包含虚拟、物理和系统三个层面,虚拟是指信息系统及各种数据资源;物理是指加工设备;系统是指各种融合,机器与机器相连、机器与系统相连、人与系统相连,通过CPS整合形成虚拟制造与物理制造相互融合、相互映射的现代化制造体系。  


 

智能制造总体框架设计示例  


 


数字化设计体系  


建设集中式设计研发中心,打破原有分散设计方式,突破企业之间的界限,促进企业间的远程协作和设计资源优化配置,提高产品设计的创新能力,实现产品设计制造低成本和高效率的目标。  

建立支持异地协同设计的统一编码、产品数据交换、产品定义模型、三维设计建模、三维装配建模、产品参数化设计等标准与规范,解决设计研发的标准规范问题。重 点研究异地协同数字化虚拟产品设计平台构建、异地协同设计模式下的资源建模、获取和集成技术、异地分析计算技术、异地产品数据管理技术、异地协同工作管理 技术、异地协同数据库等内容,支持产品虚拟样机设计。重点研究异构信息系统应用集成方案,以PLM系统为基础平台,集成整合三维CAD、三维CAE、三维工艺、虚拟现实等技术,并与ERP系统进行无缝集成。提升多学科交叉CAE分析能力,在产品设计过程中全面进行三维电磁场、温度场、结构、强度、疲劳、抗震、流体的有限元分析,形成设计——分析——设计的良性循环,实现设计分析一体化运作。  


 

数字化设计体系结构图

 



精益生产管理  


开展企业精益生产管理工作,生产管理模式与信息系统实现无缝对接,提升企业生产管理能力。建设精益生产管理系统,实现生产计划与作业计划的自动排程,并与制造执行系统进行集成应用,实现管理信息与制造系统的有效衔接。建设覆盖核心车间与工序的制造执行系统(MES),实现生产制造全过程数字化管理,自动采集工序完工与质量等信息,实现产品制造过程质量信息100%可追溯。精益生产信息管理系统总体涵盖了对制造的销售订单下达、计划排程、生产监控、质量追踪、物料配送管理等环节。系统在智能化生产排程、数字化生产执行和数字化生产管控三个层面提供了强大的功能。  

MES系统建设过程中,一是要考虑MESERP的集成问题,集成工作涉及到物料主数据的标准化问题。ERP中的生产计划需要进入MESMES中关键工序的完工情况需要反馈至ERP。二是要考虑MES与设备集成的问题,需要采用自动化的数据采集设备,尽量减少人工输入工作量。MES系统只有在工序出现质量问题时,才让工人做一些手工记录,其他数据采集工作尽量采用自动化手段进行。三是要考虑MES系统二次开发的问题,大多数情况下,需要对MES系统进行二次开发后才能满足产线实际需求,没有一个标准软件可以套用,这也是项目实施难点之一。  


精益生产管理系统结构图 

 

 



数字化供应链体系  


建立高效供应链管理信息系统,打通供应链上下游信息通道,及时发布物料需求信息,获取客户需求信息。建立高效的内部物料配送机制及相应的信息系统支撑平台,建立供应商评价与分级体系及相应的信息系统支撑平台,与供应链上下游建立协同工作的质量控制机制。  


数字化供应链体系结构图  


 



关键制造装备与工序数字化升级改造  


深入研究信息技术与制造技术的融合应用,将信息技术用于产线前端,提升产品质量与可靠性,提高生产效率。制造过程中的关键装备与工序进行数字化、网络化与智 能化改造是智能制造项目中最关键的内容。对于老旧的制造装备,可以采用淘汰一批、改造一批、新购一批的策略进行升级改造。同时要对车间的核心工艺布局进行 优化,对关键车间、关键工序要提出数字化改造方案。在关键制造装备与工序数字化升级改造过程中,主要是加入一些传感器、在线监控设备及RFID,配置自动化立体仓库、AGV小 车、机器人及增材制造设备,并确保设备与车间制造执行系统进行无缝集成,改进与提升现场管理能力。对于计划新购的制造设备,原则上应采用数字化设备,在设 备采购技术条件编制时,应有信息化归口管理部门会签,以确保设备提供相关数字化接口与通讯协议,实现制造设备与信息系统的集成应用。  


全生命周期质量控制  


建立产品质量全生命周期管理系统,对物料供应、设计、制造、试验检测、发运、服务等相关环节质量信息进行统一集中管理,通过条码、二维码及RFID技术应用 ,实现质量信息100%可 追溯。通过与制造执行系统的集成,实现制造过程质量控制。建立质量信息采集网络、嵌入式质量信息采集终端,自动采集产品制造过程中相关质量反馈信息。通过 统一集中的质量数据库,提升企业产品质量分析能力,找出影响产品质量的关键因素,通过质量分析的反馈机制,提高设计能力与制造过程质量控制能力。  


 

全生命周期质量控制系统结构图


 


智慧运维中心  


建设智慧运维中心,对现有的服务中心进行改造,具有产品运输GPS监控、产品在线监控、远程指挥、调度等功能。  

智 慧运维中心与产品的数字化、智能化息息相关,须加快产品智能化研究,产品应支持在线监测、故障诊断与预警功能。智慧运维中心应建立产品运行和状态评估模 型、相应的评估算法和标准,实现产品对自身状态准确评估。建立完善的数字化通信接口、产品在线监测、故障诊断与预警平台,远程在线监测产品运行状态。  


 

智慧运维中心结构图  



 


 

两化融合与智能制造研究、智能制造的推进等工作已成为新的历史时期战略级任务,是企业转型升级的重要支柱,我们要紧紧抓住新一轮科技革命和产业变革的历史时 机,将两化深度融合、智能制造提升到事关企业前途与命运的战略高度,促进企业创新能力提升与转型升级,迈向制造强国之路。  

(来源:e制造)