智能制造實現(xiàn)路徑

 

智能制造是基于新一代信息技術(shù)的先進制造過程、系統(tǒng)與模式的總稱。智能制造貫穿于設(shè)計、生產(chǎn)、管理、服務(wù)等制造活動的各個環(huán)節(jié)，具有自感知、自學習、自決策、自執(zhí)行、自適應等功能的新型生產(chǎn)方式。

 

智能制造的最終實現(xiàn)需要經(jīng)歷不同的發(fā)展階段，每個發(fā)展階段均要實現(xiàn)智能制造所需要的核心能力，目前主要可以分為自動化、信息化、互聯(lián)化、智能化四個階段。

 

首先，在智能制造的整個過程中需要將智能裝備(包括但不限于機器人、數(shù)控機床、自動化集成裝備、3D打印等)通過通信技術(shù)有機連接起來，實現(xiàn)生產(chǎn)過程自動化，其次，通過各類感知技術(shù)收集生產(chǎn)過程中的各種數(shù)據(jù)，并利用各類系統(tǒng)優(yōu)化軟件等信息化手段提供生產(chǎn)方案，再通過工業(yè)以太網(wǎng)等通信手段實現(xiàn)設(shè)備及數(shù)據(jù)間的互聯(lián)互通，最終實現(xiàn)生產(chǎn)方案智能化。

 

智能制造發(fā)展階段

 

隨著新一代信息技術(shù)和制造業(yè)的深度融合，我國智能制造發(fā)展取得明顯成效，以高檔數(shù)控機床、工業(yè)機器人、智能儀器儀表為代表的關(guān)鍵技術(shù)裝備取得積極進展。

 

智能制造裝備和先進工藝在重點行業(yè)不斷普及，離散型行業(yè)制造裝備的數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化步伐加快，流程型行業(yè)過程控制和制造執(zhí)行系統(tǒng)全面普及，關(guān)鍵工藝流程數(shù)控化率大大提高；在典型行業(yè)不斷探索、逐步形成了一些可復制推廣的智能制造新模式，為深入推進智能制造初步奠定了一定的基礎(chǔ)。

 

但目前我國制造業(yè)尚處于機械化、電氣化、自動化、數(shù)字化并存，不同地區(qū)、不同行業(yè)、不同企業(yè)發(fā)展不平衡的階段。發(fā)展智能制造面臨關(guān)鍵共性技術(shù)和核心裝備受制于人，智能制造標準/軟件/網(wǎng)絡(luò)/信息安全基礎(chǔ)薄弱，智能制造新模式成熟度不高，系統(tǒng)整體解決方案供給能力不足，缺乏國際性的行業(yè)巨頭企業(yè)和跨界融合的智能制造人才等突出問題。

 

信息化是智能制造的關(guān)鍵，工業(yè)軟件是核心

 

制造業(yè)整體上可以分為研發(fā)設(shè)計、生產(chǎn)制造和營銷服務(wù)三大環(huán)節(jié)，每一環(huán)節(jié)產(chǎn)生相應的價值。

 

過去人們曾把制造業(yè)定義為：“通過加工把原材料轉(zhuǎn)化為產(chǎn)品的工業(yè)”，產(chǎn)出物是產(chǎn)品，其增值主要在加工過程中得以體現(xiàn)，即在20世紀中早期，制造業(yè)的主要價值體現(xiàn)在加工制造環(huán)節(jié)，隨著市場競爭加劇和產(chǎn)品更新?lián)Q代加快，產(chǎn)品研發(fā)、市場營銷和服務(wù)的增值作用明顯提高，制造業(yè)的產(chǎn)出正在從單一產(chǎn)品轉(zhuǎn)變?yōu)榘a(chǎn)品在內(nèi)的服務(wù)和解決方案。

 

因此，新制造業(yè)已經(jīng)成為同時對物質(zhì)、信息和知識進行處理的產(chǎn)業(yè)，制造業(yè)價值曲線已經(jīng)發(fā)生了變化。

 

根據(jù)“微笑曲線”理論，產(chǎn)品生產(chǎn)制造中各個環(huán)節(jié)的附加值可以被描述成一個開口向上的拋物線，用來描述產(chǎn)品制造流程中各個環(huán)節(jié)的附加價值。“微笑曲線”其實就是“附加價值曲線”，企業(yè)可通過向“微笑曲線”的兩端滲透來創(chuàng)造更多的價值。

 

隨著科技進步，制造業(yè)不斷升級，處于價值鏈的的兩端的研發(fā)和銷后服務(wù)增值越來越大，而傳統(tǒng)制造業(yè)作為勞動密集型的中間制造、裝配環(huán)節(jié)不但技術(shù)含量低、利潤空間小，而且市場競爭激烈，容易被成本更低的同行所替代，成為整個價值鏈條中最不賺錢的部分。

 

中國制造業(yè)目前仍處在微笑曲線底部區(qū)間，未來如何提升在全球制造業(yè)價值鏈中的地位是中國制造業(yè)企業(yè)面臨的首要問題。

 

制造業(yè)信息化將信息技術(shù)、自動化技術(shù)、現(xiàn)代管理技術(shù)與制造技術(shù)相結(jié)合，可以改善制造企業(yè)的經(jīng)營、管理、產(chǎn)品開發(fā)和生產(chǎn)等各個環(huán)節(jié)，提高生產(chǎn)效率、產(chǎn)品質(zhì)量和企業(yè)的創(chuàng)新能力，降低消耗，帶動產(chǎn)品設(shè)計方法和設(shè)計工具的創(chuàng)新、企業(yè)管理模式的創(chuàng)新、制造技術(shù)的創(chuàng)新以及企業(yè)間協(xié)作關(guān)系的創(chuàng)新，從而實現(xiàn)產(chǎn)品設(shè)計制造和企業(yè)管理的信息化、生產(chǎn)過程控制的智能化、制造裝備的數(shù)控化以及咨詢服務(wù)的網(wǎng)絡(luò)化，全面提升我國制造業(yè)的競爭力。

 

隨著國家兩化深度融合水平的進一步提高，中國制造業(yè)信息化迎來一個嶄新的發(fā)展階段。ERP、MES、DNC、MDC、PDM、Tracker等先進信息化管理系統(tǒng)已經(jīng)在制造企業(yè)得到廣泛應用，如通過供應鏈管理(SCM)使得供應商可以參與產(chǎn)品的制造和運輸，通過客戶關(guān)系管理(CRM)和產(chǎn)品生命周期管理(PLM)使得客戶能夠參與所買的產(chǎn)品設(shè)計和制造過程，并可能使企業(yè)為客戶解決產(chǎn)品使用、維護和廢棄處理的各種問題，通過企業(yè)資源計劃(ERP)和制造執(zhí)行系統(tǒng)(MES)準確反映生產(chǎn)過程的物料供應情況、工作進度和產(chǎn)品質(zhì)量，通過連續(xù)的信息流，加強企業(yè)內(nèi)部各部門之間的協(xié)作。上述各類信息化管理系統(tǒng)正在不斷加快制造企業(yè)實現(xiàn)轉(zhuǎn)型升級。

 

實現(xiàn)制造業(yè)信息化是提升中國制造業(yè)全球競爭力的關(guān)鍵，其中上述如MES、CAM、ERP等工業(yè)軟件是制造業(yè)信息化的核心。工業(yè)軟件是指在工業(yè)領(lǐng)域里應用的軟件，包括系統(tǒng)、應用、中間件、嵌入式等，通常工業(yè)軟件被劃分為編程語言、系統(tǒng)軟件、應用軟件和介于這兩者之間的中間件。

 

其中系統(tǒng)軟件為計算機使用提供最基本的功能，但是并不針對某一特定應用領(lǐng)域，而應用軟件則根據(jù)用戶和所服務(wù)的領(lǐng)域提供不同的功能。

 

工業(yè)軟件一般按照應用分為研發(fā)設(shè)計類、生產(chǎn)調(diào)度和過程控制類、業(yè)務(wù)管理類三大領(lǐng)域，具有分析、計劃、配置、分工等功能，能夠從機器、車間、工廠層面提升企業(yè)生產(chǎn)效率、促進資源配置優(yōu)化、提升生產(chǎn)線協(xié)同水平，對工業(yè)化與信息化融合、數(shù)字世界與物理世界融合有舉足輕重的作用。

 

1.研發(fā)設(shè)計類——以產(chǎn)品生命周期管理(PLM)為例：

 

PLM軟件可以讓企業(yè)高效且經(jīng)濟地管理一個產(chǎn)品的生命周期，從產(chǎn)品構(gòu)思、設(shè)計與制造，一直到服務(wù)和退市處理。

 

計算機輔助設(shè)計(CAD)、計算機輔助制造(CAM)、產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理(PDM)和制造過程通過PLM無縫地集成在一起。PLM與SCM、ERP分別從不同維度出發(fā)，PLM從時間的維度看世界，并且偏重于產(chǎn)品設(shè)計層面，與MES層相互連接，是數(shù)字化工廠的需求源頭。

 

PLM產(chǎn)品構(gòu)成包括三類：(1)CAx類產(chǎn)品，包括集中于創(chuàng)建3D幾何圖形、產(chǎn)品設(shè)計和產(chǎn)品數(shù)據(jù)形成的CAD軟件，計算機輔助系統(tǒng)進行場景建模，數(shù)值分析的CAE軟件，利用計算機進行生產(chǎn)設(shè)備管理控制和操作的過程模擬軟件CAM。(2)cPDM產(chǎn)品，這類軟件是協(xié)同產(chǎn)品定義管理軟件，在產(chǎn)品全生命周期體系下，存儲和檢索產(chǎn)品和產(chǎn)品數(shù)據(jù)；(3)數(shù)字化制造車間，主要用于計劃和模擬整個制造過程。

 

2.生產(chǎn)調(diào)度和過程控制類——以制造執(zhí)行系統(tǒng)(MES)為例：

 

MES(manufacturing execution system，制造執(zhí)行系統(tǒng))是1990年美國先進制造研究協(xié)會旨在加強MRP計劃的執(zhí)行功能提出的概念，AMR對MES的概念表述如下：“MES是在公司的整個資源按其經(jīng)營目標進行管理時，為公司提供實現(xiàn)執(zhí)行目標的執(zhí)行手段，通過實時數(shù)據(jù)庫連接基本信息系統(tǒng)的理論數(shù)據(jù)和工廠的實際數(shù)據(jù)，并提供業(yè)務(wù)計劃系統(tǒng)與制造控制系統(tǒng)之間的通信功能。”

 

MES可以概括為一個宗旨―制造怎樣執(zhí)行，兩個核心數(shù)據(jù)庫―實時數(shù)據(jù)庫、關(guān)系數(shù)據(jù)庫，兩個通信接口―與控制層接口和與業(yè)務(wù)計劃層接口，四個重點功能―生產(chǎn)管理、工藝管理、過程管理和質(zhì)量管理。MES是從工單、生產(chǎn)、設(shè)備管理、保養(yǎng)、質(zhì)量管制到出入庫、進出貨等整合的系統(tǒng)，可以實現(xiàn)對設(shè)備層直接進行管控，是一個制造形態(tài)工廠的核心。

 

3.業(yè)務(wù)管理類——以企業(yè)資源計劃系統(tǒng)(ERP)為例：

 

ERP—Enterprise Resource Planning企業(yè)資源計劃系統(tǒng)，是指建立在信息技術(shù)基礎(chǔ)上，以系統(tǒng)化的管理思想，為企業(yè)決策層及員工提供決策運行手段的管理平臺。

 

ERP系統(tǒng)集中信息技術(shù)與先進的管理思想于一身，成為現(xiàn)代企業(yè)的運行模式，反映時代對企業(yè)合理調(diào)配資源，最大化地創(chuàng)造社會財富的要求，成為企業(yè)在信息時代生存、發(fā)展的基石。