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智能制造前沿趋势与实施策略！

2017/10/20 14:16:32 人评论次浏览来源：广东格乐智能设备有限公司分类：新闻

导读

2017年9月22日，由国家商务部、中国国际贸易促进委员会、湖北省人民政府、武汉市人民政府主办，e-works数字化企业网、武汉?中国光谷制造业信息化技术创新产业联盟、武汉市两化融合促进中心、武汉东湖新技术开发区两化融合产业窗口服务平台承办的“2017（第三届）智能制造国际论坛”，在武汉洲际酒店盛大召开。在以“工业软件支撑智能制造”为主题的分会场上，e-works总编黄培博士发表了《智能制造前沿趋势与实施策略》的主题演讲，本文根据演讲内容整理而成。

目前为止，e-works已经成功组织了12次国际考察，通过考察洞悉了大量国际前沿趋势，所以今天演讲的主题是《智能制造前沿趋势和实施策略》。

图2 制造模式的变革趋势

图3 制造业的数字化转型

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。

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

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。

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。

图12 MAN工厂的AGV应用

欧特克提出了“未来智造(the Future Of Making Things)”的概念，要求在概念阶段，充分考虑个性化需求；在设计阶段，需要进行协作和大量创新；在生产阶段，采用灵活的生产模式；在销售阶段，考虑消费者的体验需求；在运行和报废阶段，提供互联服务。

在设计方面，欧特克还提出了衍生式设计的概念，是由英文Generative Design翻译而来，是指在传统的CAD设计的基础上，通过拓扑优化来确定和去除那些不影响零件刚性部位的材料，从而实现轻量化的创新设计，然后再利用增材制造技术将这些传统制造工艺无法实现的复杂结构制造出来，从而实现整个创新过程，衍生式设计简化了设计制造整个流程，可以说对传统制造业而言是个颠覆性的转变。

图13 Autodesk：未来制造

工业物联网是智能制造十分重要的支撑技术，也是企业非常关注的焦点。工业物联网领导者象限里有PTC、IBM、GE、Microsoft，Amazon作为云服务商介于领导者和表现强劲者之间，SAP和Cisco等公司则是表现强劲者。据统计，中国的物联网平台已超过150个。

图14 全球物联网应用平台的市场格局

下面来分析一下这些公司提出的观点。自动化厂商罗克韦尔提出“互联企业（Connected Enterprise）”的观点，强调IT与OT的融合。目前很多企业都是信息化和自动化“两张皮”，我认为未来自动化、信息化和运营这三个部门会越走越近。

图15 罗克韦尔：互联企业实现IT/OT融合

GE公司是最全最大的制造企业之一，他们正在利用自己的装备企业来实践Predix工业物联网平台，去年11月份到GE美国工厂参观了内燃机车的再制造工厂，将淘汰的内燃机车全部拆解后，重新组装成一台新的内燃机车，在再制造过程中，新的内燃机车和Predix工业物联网平台相连接。目前，GE已经与中国电信集团签署了战略合作协议，其核心是将Predix工业互联网平台，通过中国电信的通信网络和云平台在我国落地运营。GE还提出了卓越工厂的概念，强调连接、洞察、优化。

图16 GE：Predix的数字工业生态系统

我们也参观了专注石化、钢铁等流程行业自动化的EMERSON（艾默生），艾默生1997年就推出了面向流程行业的数字化工厂架构Plantweb，经过二十年的不断完善，形成了基于工业物联网的Plantweb数字生态系统。如图17所示，Plantweb最底层是数据层，利用测量仪表实现全面感知、数据采集；第二层为安全层，运用一系列网络安全技术和设备，将各类仪表采集的数据单向传输到IT平台，供英特网和云端使用，同时防止外部数据侵入企业过程运营平台；第三层顾问系统可以对设备的健康状态、运营绩效和能耗进行分析与优化。Plantweb还支持移动应用，并可以通过云服务将整个工业物联网平台的信息传递给专家，从而提供远程服务。

图17 Emerson的工业物联网平台

西门子Mindsphere工业物联网平台架构的最底层是连接，中间是物联网应用开发平台，上层为各种各样的工业应用软件。过去的十年里，西门子卖掉了很多制造业部门，买进了大量工业软件公司。西门子将Mindsphere工业物联网平台称为基于云的开放式物联网操作系统。

图18 西门子Mindsphere平台

综上可以看出，工业巨头都在向工业物联网迁移并提供相应的解决方案。我国的工业物联网应用平台刚刚兴起，如中国移动OneNET，广州机智云，最有名的是源于三一重工的树根互联。

图19 中国工业物联网应用平台刚刚兴起

以上分享的是一些前沿趋势及一些大公司的做法。具体到企业推进智能制造，首先要做一个现状的评估，评估企业到底处在哪一个层次——已规划级、规范级、集成级、优化级、引领级。图20是国家发布的智能制造成熟度评估体系，包括设计、生产、物流、销售、服务等各个环节，还涉及到互联互通、系统集成、信息融合和新兴业态等新模式。