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数字化革命来袭 中国智能制造要越过几道坎

2016-11-28 14:32| 发布者: wangyanqing| 查看: 137| 评论: 0

摘要:   工业4.0时代带给整个世界的绝不是某个环节的改变,它将影响整个工业生产环节,进而影响人们的生活。不敢想象,在工业4.0时代,地球上将会多么智能化。  近些年我国智能制造技术及其产业化发展迅速,并取得了较 ...
  工业4.0时代带给整个世界的绝不是某个环节的改变,它将影响整个工业生产环节,进而影响人们的生活。不敢想象,在工业4.0时代,地球上将会多么智能化。

  近些年我国智能制造技术及其产业化发展迅速,并取得了较为显著的成效。智能化以及工业自动化等新兴的科学技术已经融入到了工业发展之中,与国外发达国家相比我们已经取得了不小的成绩。但就目前中国智能制造的现状而言,我国与发达国家相比差距还是很大的,如果放在一个更为宏观的场景里观察中国智能制造,我们会发现有很多制约因素影响着它的发展。

  制造业迎来数字革命

  制造业正在进入一场数字革命,这将从根本上改变企业部门的运营方式。下一个工业制造业的时代——被称作“工业4.0”,与前三次工业革命的几个目标相同:包括提升市场速度、质量和成本效益。然而,与前几次工业革命相似,在前期的革命中,游戏规则制定将是大规模的生产和全球经济的规模,而未来工厂的目标都包括灵活性和个性化。一系列的研发技术正在挑战现有的生产模式,包括保证机器、人员、信息和业务流程的安全及工厂之间的连接灵活性。

  物联网是通过网络联系的设备、机器、交通工具、物体甚至是生物等这些具有独一无二的身份特征在没有人类帮助的前提下分享数据。Gartner预测到2020年,在全球范围内将会有大约250亿相互关联的对象。物联网在寻找进入企业环境的方式后成为更强大的结构,能够实时处理大量数据,并在工厂中将这些转化为智能工程。

  制造业的企业和客户产生的数据是通过指数速度增长。随着计算能力的增加,许多企业能够积累、挖掘和分析庞大而复杂的数据集,来降低企业的运营风险,提高效率,了解市场需求和增加新的收入流。当大多数的企业刚刚理解“大数据”的潜在趋势时,如今制造商需要收集和组织的战略计划的数据——这关系与他们如何考虑在未来使用这些数据来创造价值。

  机器人可以与人类一起在现实领域安全有效的工作。这一发展要比大多数制造商想象的要早,将改变工厂地面的工作环境。由于视觉分析、增强上下文感知和机器学习,分析人士预测,工业机器人与在前线的人类将一起执行更复杂的任务。这些智能机器不是简单的执行任务,将能够预测和满足需求。

  3D打印技术如今发展很快。对于制造商而言,他们的优势是能够快速创建原型,用更少的资源,产生小批量甚至个别产品。这种趋势最终会导致更多的制造商,通过产品图纸销售给那些在家里的客户,通过注重实际印刷的过程,来实现自身收入的多元化。

  作为上述趋势创建新的业务线,制造商可能不得不重新考虑信息的基础设施。面对不断变化的市场需求、敏捷的业务流程应用程序,可以无缝地与现有的系统框架集成是一个理想的解决方案。传统手工编码业务应用的构建、测试和安装即昂贵又费时,因此新的低码或者无码平台正在产生。这些突破性的业务应用可以使没有经过专业培训的用户进行可视化配置。因此在不确定的市场条件下更具灵活性并能够快速进行部署。低码或无码业务应用程序为制造公司提供了一个可扩展的平台,可以快速弥合整个组织内人员、数据、决策和系统之间的差距。

  这些技术有望成为整个行业增长的主要催化剂,使制造商能够提高生产力和产出,并专注于新的商业利益。探索这些技术的潜力可以使企业在未来创造成功。

  工业4.0带来的机遇

  工业4.0的核心是大数据的价值创造,而中国既是制造大国,同时也是使用大国,大量的数据都在中国得到汇集。如果数据是工业4.0时代创造价值的原材料,那么中国无疑是资源最多的国家。

  虽然德国是工业4.0的发起者,但作为控制器、物联网技术和生产设备的提供者,德国只是基础技术的供应商,直接面向客户的价值创造端却是中国,中国工厂的手上有大量第一手的生产数据,这些大数据可以让中国、让无锡这样制造业雄厚的城市在未来竞争中占据上风。

  业界人士认为,中国制造在产业发展、市场体量等方面具有良好基础,有助于实现智能升级。首先,中国制造业已建成门类齐全、独立完整的产业体系。在电子通信领域,中国也已形成较完整的产业集群,中国企业已从传统的设备提供商,向系统解决方案提供商转变,在全球电子信息产业具备较强竞争力。

  其次,中国巨大的国内市场为企业智能生产提供了庞大的用户基础,是企业根据用户需求改进生产技术的优势所在,有利于适应与智能生产伴生的各种新商业模式,也有利于吸引外部资源,找到合作机会。

  此外,中国制造水平虽与发达国家相比还存在较大差距,但在智能升级中具备后发优势。德国国家科学与工程院院长孔翰宁说,在市场体量和跨越发展的可能性上,中国具备德国无法比拟的优势。

  德国信息技术与电子通信行业协会“工业4.0”部门负责人沃尔夫冈·多斯特表示,发展“工业4.0”仅靠德国自己无法成功,需要寻找合作伙伴,构建全球产业链,中国是其中重要的一环。

  目前,中德双方正在中德标准化合作委员会框架下就“工业4.0”领域的标准化议题进行讨论。以华为为代表的中国信息通信领军企业正积极在欧洲参与智能生产的解决方案开发。

  要顺利实现“中国制造2025”的目标,中国工业企业必须做好两件事:一是要“顶天”,掌握高端装备行业的工业数据,在高端制造领域完全实现中国智造;二是“立地”,掌握中国制造行业的工业大数据,通过运用工业大数据,提升中国制造企业的效益,实现节能降耗,从而进一步提升中国制造产品质量。尤其要将中小企业视为创新的原动力,建议扶持不同的中小企业从事不同的零部件开发,例如传感器、齿轮、传输器、减速器等,这些都是机器人、自动化需要用的零部件。小企业如小狼,灵活、转型快,中国制造2025应用小公司的速度带动转型的速度。

  中国智能制造的几道坎

  目前很多产业的生产方式,多是对现有的原材料,无论是金属材料、塑性材料、纤维材料还是半导体材料等,通过一定的切削、成型、编织等工艺进行加工,而这些加工很多在机械上是有制约的。例如制药,我们不能进行“插单”实现灵活定制化,因为每个批次的药物需要进行清洗生产环境才能进行另一个生产,很多影响生产质量的参数无法实现在线的调整,这必然会导致产生不良品,而质量迭代需要有批量基础的数据才能实现提升。

  智能制造中的3D增材打印技术是中国智能制造的一个热点,但是,在材料方面、加工速度与成本方面还是有瓶颈制约的。材料科技没有突破,传统的生产工艺也无法实现突破。例如:节能最有效的是工艺节能——通过工艺的彻底改善,以新的生产方式来实现能耗的降低。但改进工艺是困难的。一个例子是,数字印刷虽然很好,但是喷墨头的材料与加工目前没有创新性进步,国内在这个方向就无法实现制造领域的新进展。其他像油墨技术、黏胶技术、高性能金属材料、特种纤维材料等,都在各自应用领域存在类似问题。

  目前,在推进智能工厂的过程中,我们会发现由于原有的设备来自不同厂商、不同代次,这造成工厂设备间无法互联。在控制器上,动态的数据如印刷套色的偏差及影响值、纱线CV值等传统生产的数据都无法被有效采集。很多时候,这种情况出现并非是技术封锁造成的。供应商当然不愿意开放核心技术,但很多时候,这些参数在传统的生产模式下根本未被考虑,因而导致数据被大量浪费,没有实现有效采集。而无法互联互通则仅仅是制约因素之一,反倒是相对容易突破的。

  在很多企业的生产线数据互联升级中缺乏信息模型,使得对于采集什么样的数据,如何使用这些数据,都没有有效的标准化以及应用软件的支撑。

  在信息化与自动化的融合中,最为普遍的现象就是,在很多工厂里,管理系统使用最有名的SAP/ORACLE的ERP系统,代表着全球最顶级的管理水平,采用的是自动化程度最高的生产线。然而,这些信息化系统和自动化系统仿佛两个世界的人,他们相互并不认识,说的也是不同的语言,两化融合的效果并不尽如人意。原因在于,很多企业并没有很清晰的产业升级初衷,只是因为老板说了“我们的同行都在做智能制造,我们也要上智能制造系统”,只是为了升级而升级,这种升级投入,效果打折扣是在意料之中的。

  经过数据采集、传输,数据到达所谓的云平台、大数据平台,之后这些数据如何被分析优化呢?传统的专家系统采用类似于深蓝这种工程,经过了数十年的数据累积与处理经验。因此,如果没有数十年的积累,智能化制造仍然是没有能力实现“智能优化与决策”的。

  在智能制造时代,显而易见的趋势是,企业不再是个体的竞争,而是企业联盟的竞争,仍然依靠自己的力量形成垄断的组织将会在未来的协同中被逐渐边缘化,而新的商业生态系统正在构建。如何将内部的信息更加有效地分享,新的合作模式如何更加明确地被定义与实践,都是需要探索的方向。

  制造业的未来

  工业改变了人类的世界,现有的工业体系也面临变革。工业创造财富和价值,工业创造科技和产品,也带来能源、生态、金融、经济危机等诸多问题和迷茫。这些问题警示我们经历了三次工业革命所建立起的现代工业体系,迫切需要新的变革。

  工业革命用机器建立了现代工业体系,新一代信息技术为工业的变革提供了数据和知识的强大平台。杨海成分析说,新工业革命实际上是用信息技术所创造的互联网+场景、数字空间、网络空间,特别是由数字知识网络构建起的强大平台、手段来武装工业,使得工业不仅用机器代替了人的体力,也将逐渐替代我们的脑力,释放我们的智慧。

  新一代信息技术提供了知识智慧无所不在、无所不处理、引发全方位变革的条件,走到哪儿,融合到哪儿,变革到哪儿。信息技术以其强大的渗透力、变革力,带来了知识和智慧处理的强大机器,使得各行各业都处在变革和改革中。实际上工业正处在迈入到智慧工业和智慧产业的新时代。网络所创造的庞大智能化基础条件,正在对制造业进行全方位的变革、推进、调整和创新。

  中国制造2025主要目标是推动制造业的数字化、网络化和智能化,智能制造是整个工业体系全方位改造提升和创新发展的过程,包括企业、工厂、装备、技术层面工业体系全方位的改造。

  “十三五”推进智能制造重大工程目前已明确了六大重点目标和任务,既在网络层面上、企业层面上进行智能化的改造,也在工厂和车间生产线层面推进,还在关键装备上要求取得突破,掌握核心的能力和竞争力,要打造好中国工业强有力的新基础——“新四基”和工业的基础体系。智能制造六大主攻方向和任务,既有网络层面的协同制造,研发体系的创新,也有制造生产运营管理,以及供应链全方位的基于未来网络所构建的大平台。未来的制造业在企业间一定是网络上进行协同、管理以及运营,网络协同制造是未来制造业更大的发展体系和平台。

  智能工厂是网络制造中最关键的制造节点和生产管理节点,从底层设备的物联,生产智能化调度到按需生产,都是智能工厂所涉及的内容。智能机器人是智能制造的核心装备,未来在生产线上通过网络互联,会代替人的体力的作用,3D打印支撑个性化定制,将具有特殊重要的作用,也是我国推动的热点和重点,科技部已经率先启动了3D打印专项,我们已经走在了世界的前列,下一步应打造自主可控的装备体系,掌握技术核心、前沿的制高点,拥有自己独特的核心竞争力,避免一大批国外的平台、国外的装备涌入我国制造业,将我们变成空心化的工业体系。

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