“三步走”

如何實現(xiàn)智能制造戰(zhàn)略

《中國制造2025》明確指出:“推進制造過程智能化，在重點領域試點建設數(shù)字化車間/黑燈工廠/智能工廠。”數(shù)字化車間建設是實現(xiàn)智能制造的重要一環(huán)，是企業(yè)實現(xiàn)智能制造的主戰(zhàn)場。

01序

制造業(yè)是國民經濟的主體，是立國之本、興國之器、強國之基，推進制造業(yè)做大做強是我國實現(xiàn)工業(yè)轉型升級的必由之路。《中國制造2025》明確指出我國制造業(yè)發(fā)展的戰(zhàn)略是“堅持走中國特色新型工業(yè)化道路，以創(chuàng)新發(fā)展為主題，以促進制造業(yè)提高質量、增加效益為中心，以加快新一代信息技術與制造業(yè)深度融合為主線，以推進智能制造為主攻方向”。對于企業(yè)而言，智能制造如何實現(xiàn)，企業(yè)情況不同，發(fā)展路徑也不盡相同。本文提出的“從信息化輔助生產到智能制造”是一條很務實的發(fā)展路徑。

02什么是智能制造？

目前，國內外對智能制造還沒有標準的定義，作者基于自己的理解，對智能制造進行如下描述:智能制造是在數(shù)字化車間的基礎上，利用物聯(lián)網技術和監(jiān)控技術加強信息管理服務，提高生產過程可控性，減少人為干預，合理計劃排程。集智能手段與智能系統(tǒng)等新興技術為一體，構建的高效、節(jié)能、綠色環(huán)保且舒適的人性化工廠。

圖 1 數(shù)字化車間模型

從上述定義中可以看出，數(shù)字化車間是智能制造的第一步，也是重要基礎?！吨袊圃?025》明確指出:“推進制造過程智能化，在重點領域試點建設數(shù)字化車間/黑燈工廠/智能工廠。”數(shù)字化車間建設是實現(xiàn)智能制造的重要一環(huán)，是企業(yè)實現(xiàn)智能制造的主戰(zhàn)場。

很多人認為，大量采購、引入數(shù)字自動化設備是建設數(shù)字化車間的前提，這是一個很大的誤解，數(shù)字化設備與數(shù)字化車間之間沒有必然聯(lián)系，即便工廠全部采用數(shù)字化設備，如果沒有實現(xiàn)設備間的互聯(lián)互通，沒有實現(xiàn)生產過程的數(shù)字化管理，數(shù)據(jù)沒有實現(xiàn)真正的有序流動，也不能稱之為數(shù)字化車間。現(xiàn)在，作者在一些工廠經?？梢钥吹?，一些老式設備，經過信息化改造，設備接入信息化系統(tǒng)，生產過程實現(xiàn)數(shù)字化、智能化，對生產計劃，物流信息等數(shù)據(jù)進行信息化管理，數(shù)據(jù)能夠根據(jù)生產需要進行有序流動，這也算數(shù)字化車間。

03如何通過三步走實現(xiàn)智能制造戰(zhàn)略？

前面講了什么是智能制造，那么如何實現(xiàn)智能制造?特別是在中國目前的國情下，各個企業(yè)所處的行業(yè)不同，企業(yè)情況不同，實現(xiàn)智能制造的路徑也不相同。智能制造不是企業(yè)的目的，企業(yè)的真正目的是通過智能制造實現(xiàn)降本、提質、增效，提升企業(yè)競爭力。智能制造也要為這個目的服務，從整體上服務于企業(yè)經營戰(zhàn)略。企業(yè)要根據(jù)自身實際情況，基于企業(yè)經營戰(zhàn)略進行智能制造的設計。要對企業(yè)所處的行業(yè)、企業(yè)規(guī)模、產品特點、行業(yè)地位、發(fā)展趨勢以及企業(yè)自身基礎、存在的問題、實施目標等進行深入的分析并綜合考慮，這些因素決定了企業(yè)實施智能制造的方法和路徑。

對于如何實現(xiàn)智能制造，以作者所在的機械加工行業(yè)為例，結合目前公司的實際情況及近些年的探索，我們制定了信息化輔助生產、自動化加工單元、智能生產車間“三步走”的戰(zhàn)略，集中推進了加工、管控以及物流等方式的變革，攻克了系列技術難題，穩(wěn)步推進我們自己的智能制造。

首先，介紹一下作者所在車間的情況，我們車間承擔公司大部分殼體零件加工，屬于典型機械加工車間，車間發(fā)展經歷大體為:剛開始全部都是普通機床，人工操作，逐步實現(xiàn)機床數(shù)控化，目前車間生產基本實現(xiàn)數(shù)控化，并實現(xiàn)機床聯(lián)網管理。生產管理上采用ERP系統(tǒng)與MES系統(tǒng)連接，生產技術文件采用PDM系統(tǒng)管理，生產數(shù)據(jù)開始實現(xiàn)流動，生產模式基本實現(xiàn)“無紙化”，可以說為智能制造及數(shù)字化車間打下良好基礎。

那么，車間目前情況能夠稱得上是數(shù)字化車間嗎?可以很肯定的說:不是!我認為存在的主要問題:其一，生產沒能實現(xiàn)自動化，人工干預太多，目前很多工序甚至離不開人工參與。原因有工藝技術方面的，也有生產管理方面的。其二，生產計劃，物流信息等數(shù)據(jù)雖然進行了信息化管理，但相關數(shù)據(jù)與生產現(xiàn)場數(shù)據(jù)不匹配，難以做到精細化管理，做不到數(shù)據(jù)根據(jù)生產實際進行有序流動，相關數(shù)據(jù)經常變動，目前數(shù)據(jù)只是最終的統(tǒng)計結果，不能用于指導生產，作為排產、評估產能的依據(jù)。

圖2 自動化加工單元模型

前面介紹的就是車間目前的現(xiàn)狀，雖然還不能稱為數(shù)字化車間，但不代表我們實現(xiàn)智能制造的路徑、方向有誤。我認為，首先實現(xiàn)機床數(shù)控化是實現(xiàn)智能制造的前提，普通機床去實現(xiàn)智能制造難度更大。其次，目前車間采用的ERP、PDM與MES等管理系統(tǒng)，從不同方面提高車間的生產管理效率，我認為這些是我們實現(xiàn)智能制造的第一步，也就是信息化輔助生產階段，我們采用各種硬件、軟件幫助我們提高生產效率，針對傳統(tǒng)生產模式下，設備單機作業(yè)、資源手動配送等對零件加工生產效率的制約，探索一種支持多品種小批量零件柔性化加工的生產運行模式，攻克一批支撐柔性生產線自動運行的關鍵技術，從人員、設備、物料運輸、刀具配送和資源調度等多方面實現(xiàn)傳統(tǒng)生產模式向智能生產模式的轉變。并且我們還有著強烈的訴求，需要進一步提高生產效率，實現(xiàn)提質，降本，增效的目的。

那么下一步我們該如何進行?根據(jù)前面智能制造的定義，以目前公司面臨的市場環(huán)境及產品特點，將整個車間改造為數(shù)字化車間，短期內難度較大。但是只對部分設備進行信息化改造，組成一個小單元，作為智能制造的試點、技術驗證還是可行的。這也是筆者目前最看好數(shù)字化單元，數(shù)字化單元可以使一個普通的生產車間邁出智能制造的第一步，探索智能制造的各項底層技術，不斷完善各項技術，等單元成熟以后，也可以將做好的各個單元連接起來，成為數(shù)字化車間，進而發(fā)展成為黑燈工廠，實現(xiàn)智能制造。

自動化加工單元是目前我們正在大力著手落實的項目，目前有幾個項目已經落地，通過這些單元的應用，我們主要實現(xiàn)了以下幾方面突破:在管控方式上，實現(xiàn)線內自動排產、生產資源自動匹配;在物流方式上，實現(xiàn)AGV自動配送、程序自動下載和線外集中裝夾;在過程控制上，實現(xiàn)探頭自動找正、測量，加工程序的自動調用、補償尺寸的自動測量、刀具的自動識別和測量?；诹泓c定位原理開發(fā)快速裝夾技術，應用于自動化生產線的建設，實現(xiàn)零件快速裝夾、精確定位，提高自動化生產單元工裝零部件在數(shù)控加床加工平臺上的快速定位，配合自動上下料機構，單個零件換產機床等待時間縮短了80%。

當然，自動化加工單元在應用過程中也發(fā)現(xiàn)了一些問題，需要進一步改進，同時為今后其他新的自動化加工單元及智能工廠排查關鍵技術，并逐步解決。目前存在的主要問題有:其一，生產管控系統(tǒng)開發(fā)不統(tǒng)一，生產管控系統(tǒng)可以實現(xiàn)自動化生產線資源的協(xié)同配置，通過自動排程系統(tǒng)，為線內數(shù)控機床自動分發(fā)生產任務，實現(xiàn)生產線內資源，任務的合理調度，控制機床的自動啟停、程序運行實現(xiàn)線內零部件的自動加工，對數(shù)控機床加工狀態(tài)進行監(jiān)控，是智能制造的最核心技術之一。目前車間的管控系統(tǒng)都是各個自動化加工單元廠商自行開發(fā)的，存在管控系統(tǒng)與上層MES和底層硬件系統(tǒng)間數(shù)據(jù)異構、通訊協(xié)議不一、信息交互閉塞等問題，如果想避免上述問題，管控系統(tǒng)開發(fā)必須統(tǒng)一進行。其二，快換夾具、在線檢測、物流自動化調度及配送等工藝支撐技術還不能滿足自動化加工需求。這些都是自動化加工的核心底層技術，不能突破這些技術，自動化加工就是無根之木，這些關鍵技術每一項都需要不斷積累，每一項都需要根據(jù)自己產品特點不斷完善，這些才是支撐智能制造的底層技術，是我們努力的方向。

這就是我們智能制造“三步走”戰(zhàn)略的第二步，自動化加工單元，也是最關鍵的一步。

至于智能制造的第三步是智能車間，我認為在實現(xiàn)自動化加工單元的基礎上，完善管控軟件，快換夾具，在線檢測，自動物流等底層技術的基礎上，其需要從更高的層次上理解智能制造。我認為智能車間重點要以智能管控中心為核心，以生產線內自動化物流和車間自動化物流為載體，從作業(yè)層和管控層出發(fā)，協(xié)同推進智能化工藝設計、智能化編程仿真、智能化測量檢測、智能化生產執(zhí)行，以滿足生產車間智能化工藝管理、智能化生產管理和智能化質量管理要求，推動智能車間“黑燈作業(yè)”場景的實現(xiàn)。其最核心的技術是生產管控，為滿足智能車間柔性化、自動化生產制造的要求，促進車間、產線、設備級數(shù)據(jù)的統(tǒng)一接入，生產數(shù)據(jù)有序流轉，實現(xiàn)了車間零件制造過程與物流過程的協(xié)同控制。

圖3 “黑燈”工廠樣板

04智能制造經驗總結及未來思考

通過近幾年自動化加工的建設，我們有一些經驗心得，也有一些存在困惑的地方需要進一步探索，現(xiàn)在就將這些經驗總結跟大家交流一下。首先最重要的一點是:其一是智能制造是信息技術與先進制造技術深度融合,一定要結合自身實際情況，采取的各項措施一定要以能成功落地為導向，只有在智能制造各項底層技術完善的情況下才能進一步推進。智能制造各項底層技術每一個單獨列出來都是一門學科，并且很多技術要根據(jù)自己產品特點慢慢摸索，需要很長時間的積累。正視智能工廠建設過程中存在的問題，問題逐步解決的過程就是智能工廠搭建的過程。

其二是構建數(shù)字化車間不但要有相應的軟硬件設施，精益生產作為指導思想一定要貫穿數(shù)字化建設的始終，精益生產作為車間管理的重要實踐成果，深刻影響著制造業(yè)。關注客戶價值，消除浪費，柔性生產、標準化作業(yè)和可視化管理等精益方法都是實現(xiàn)智能制造的具體措施。兩者雖然側重點不同，精益生產主要強調管理理念與實現(xiàn)方法，智能制造更側重技術實現(xiàn)，兩者是相輔相成，相互協(xié)同作用的。

其三，建設智能工廠是如今制造業(yè)一個明確、具體的方向，但智能工廠沒有一致的概念和標準，每一個建設者都要根據(jù)自身實際情況，在實踐中不斷探索，建設自己的智能工廠。