蘭光創(chuàng)新總經(jīng)理 朱鐸先
一、“工業(yè)4.0”的國(guó)內(nèi)外戰(zhàn)略剖析
1.德國(guó)工業(yè)4.0的概念
“工業(yè)4.0”概念包含了由集中式控制向分散式增強(qiáng)型控制的基本模式轉(zhuǎn)變，目標(biāo)是建立一個(gè)高度靈活的個(gè)性化和數(shù)字化的產(chǎn)品與服務(wù)的生產(chǎn)模式。
該戰(zhàn)略將首先從兩個(gè)方向展開(kāi)：
一是“智能工廠”，重點(diǎn)研究智能化生產(chǎn)系統(tǒng)及過(guò)程，以及網(wǎng)絡(luò)化分布式生產(chǎn)設(shè)施的實(shí)現(xiàn)；
二是“智能生產(chǎn)”，主要涉及整個(gè)企業(yè)的生產(chǎn)物流管理、人機(jī)互動(dòng)以及3D技術(shù)在工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中的應(yīng)用等。
智能工廠是德國(guó)實(shí)現(xiàn)高度自動(dòng)化生產(chǎn)之后，提出的新概念，它的理念優(yōu)勢(shì)在于推動(dòng)工業(yè)生產(chǎn)智能化，從而實(shí)現(xiàn)科幻般的工業(yè)生產(chǎn)模式。智能化自動(dòng)生產(chǎn)線可監(jiān)控設(shè)備總和效率（Overall Equipment Effectiveness，即OEE），促使其達(dá)到最高的質(zhì)量與效率，并可將停機(jī)時(shí)間降到最低。
信息物理（融合）系統(tǒng)（Cyber-Physical System，CPS）是工業(yè)4.0的主體。“工業(yè)4.0”研究報(bào)告認(rèn)為，第四次工業(yè)革命的重大技術(shù)基礎(chǔ)是CPS。
2.美國(guó)GE工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)概念
為提升美國(guó)制造在國(guó)際上的競(jìng)爭(zhēng)力，2008年金融危機(jī)之后，美國(guó)政府提出了“再工業(yè)化”國(guó)家戰(zhàn)略，大力扶持美國(guó)工業(yè)發(fā)展。
2009年初，美國(guó)開(kāi)始調(diào)整經(jīng)濟(jì)發(fā)展戰(zhàn)略，同年12月，公布《重振美國(guó)制造業(yè)框架》，2011年6月和2012年2月，相繼啟動(dòng)《先進(jìn)制造業(yè)伙伴計(jì)劃 》和《先進(jìn)制造業(yè)國(guó)家戰(zhàn)略計(jì)劃》，實(shí)施“再工業(yè)化”。
在此情況下，通用電氣（GE）2012年秋季提出了工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)（Industrial Internet）概念，希望通過(guò)生產(chǎn)設(shè)備與IT相融合，目標(biāo)是通過(guò)高性能設(shè)備、低成本傳感器、互聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)收集及分析技術(shù)等的組合，大幅提高現(xiàn)有產(chǎn)業(yè)的效率并創(chuàng)造新產(chǎn)業(yè)。
3．中國(guó)兩化融合的戰(zhàn)略——兩化深度融合的概念
在兩化深度融合專項(xiàng)行動(dòng)計(jì)劃中指出，總體行動(dòng)目標(biāo)為：面向國(guó)民經(jīng)濟(jì)重點(diǎn)領(lǐng)域智能制造需求，創(chuàng)新智能制造裝備產(chǎn)品，提高重大成套設(shè)備及生產(chǎn)線系統(tǒng)集成水平。加快工業(yè)機(jī)器人、增材制造等先進(jìn)制造技術(shù)在生產(chǎn)過(guò)程中應(yīng)用。培育數(shù)字化車間、智能工廠，推廣智能制造生產(chǎn)模式。主要可分為：
1）推動(dòng)智能制造生產(chǎn)模式的集成應(yīng)用
逐步推廣重點(diǎn)行業(yè)數(shù)字化車間，開(kāi)展智能工廠試點(diǎn)建設(shè)，探索全業(yè)務(wù)鏈綜合集成的路徑和方法。選擇有條件的產(chǎn)業(yè)集聚區(qū)，開(kāi)展智能制造示范試驗(yàn)區(qū)建設(shè)。
2）推動(dòng)物聯(lián)網(wǎng)在工業(yè)領(lǐng)域的集成創(chuàng)新和應(yīng)用。
實(shí)施物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展專項(xiàng)，在重點(diǎn)行業(yè)組織開(kāi)展試點(diǎn)示范，以傳感器和傳感器網(wǎng)絡(luò)、RFID、工業(yè)大數(shù)據(jù)的應(yīng)用為切入點(diǎn)，重點(diǎn)支持生產(chǎn)過(guò)程控制、生產(chǎn)環(huán)境檢測(cè)、制造供應(yīng)鏈跟蹤、遠(yuǎn)程診斷管理等物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用，促進(jìn)經(jīng)濟(jì)效益提升、安全生產(chǎn)和節(jié)能減排。
由此可見(jiàn)，中美德三國(guó)工業(yè)信息化的共同聚焦點(diǎn)，在于智能工廠。
二、蘭光創(chuàng)新打造中國(guó)特色的智能工廠
1.關(guān)于蘭光創(chuàng)新
北京蘭光創(chuàng)新科技有限公司是致力于為高端離散制造企業(yè)提供智能工廠解決方案的專業(yè)技術(shù)公司，是國(guó)內(nèi)第一家為用戶提供真正意義上DNC/MDC/APS/MES等智能工廠全線產(chǎn)品鏈的專業(yè)公司，并在國(guó)內(nèi)有眾多客戶。
蘭光是世界兩大著名品牌——丹麥CIMCO公司和德國(guó)FAUSER 公司的全球戰(zhàn)略合作伙伴和中國(guó)獨(dú)家總代理。
2.蘭光智能工廠
以國(guó)家兩化融合為宗旨，以兩化深度融合為突破口，參考德國(guó)工業(yè)4.0中的智能工廠模式及美國(guó)GE工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)等先進(jìn)理念，結(jié)合企業(yè)實(shí)際情況，建設(shè)具有中國(guó)特色的智能工廠。構(gòu)建國(guó)內(nèi)領(lǐng)先的“設(shè)備自動(dòng)化+管理信息化”的智能型工廠。
蘭光創(chuàng)新認(rèn)為，智能工廠包含了六個(gè)方面：計(jì)劃排產(chǎn)智能、生產(chǎn)協(xié)同智能、設(shè)備互聯(lián)智能、資源管控智能、質(zhì)量控制智能、決策支持智能。
蘭光智能工廠模塊組成，分為四個(gè)層次，19個(gè)模塊，如圖1。
圖1 蘭光智能工廠組成
智能工廠的應(yīng)用場(chǎng)景如圖2。
圖2 智能工廠應(yīng)用場(chǎng)景
蘭光智能工廠涉及到智能互聯(lián)互通、智能計(jì)劃排產(chǎn)、智能生產(chǎn)協(xié)同、智能資源管理、智能決策支持五大關(guān)鍵技術(shù)。
1）智能的設(shè)備互聯(lián)互通
智能設(shè)備互聯(lián)互通體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：
*設(shè)備網(wǎng)絡(luò)化分布式通訊：所有的頂層設(shè)備進(jìn)行聯(lián)網(wǎng)、集中控制，形成設(shè)備網(wǎng)絡(luò)化分布式通訊。
*加工程序集中式管理：可以直接瀏覽NC、TXT、DOC、BMP、PDF、 Autocad、Solidworks、CATIA、PRO/E、UG等多種數(shù)據(jù)文件，對(duì)CATIA 、PRO/E、UG等三維圖形文件能直接進(jìn)行縮放、旋轉(zhuǎn)、平移、剖切。程序作為數(shù)控車間最重要的技術(shù)文件，是數(shù)字化車間里面重要的一環(huán)，支持權(quán)限管理、流程管理、版本管理、信息管理等。
*程序虛擬化制造：在系統(tǒng)模擬制造過(guò)程，5軸刀位軌跡和3軸實(shí)體的動(dòng)態(tài)模擬功能，將程序錯(cuò)誤最大程度地避免在虛擬制造環(huán)境。
*智能化的數(shù)據(jù)采集：通過(guò)實(shí)時(shí)、準(zhǔn)確、客觀、自動(dòng)的數(shù)據(jù)采集，對(duì)不同設(shè)備進(jìn)行監(jiān)管。
*生產(chǎn)工藝參數(shù)的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)、動(dòng)態(tài)預(yù)警：通過(guò)工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的形式對(duì)熔煉、壓鑄、熱處理、涂裝、X光機(jī)、圖像識(shí)別系統(tǒng)等數(shù)字化設(shè)備進(jìn)行采集與管理，包括采集設(shè)備基本狀態(tài)、各類工藝過(guò)程數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)、動(dòng)態(tài)預(yù)警、過(guò)程記錄分析等功能。
2）智能的計(jì)劃排產(chǎn)
支持多種高級(jí)自動(dòng)排產(chǎn)算法，具有按交貨期、精益生產(chǎn)、生產(chǎn)周期、最優(yōu)庫(kù)存、同一裝夾優(yōu)先、已投產(chǎn)訂單優(yōu)先等多種排產(chǎn)方式，可最大程度地滿足各類復(fù)雜的排產(chǎn)要求。圖形化的界面使排產(chǎn)形象直觀，通過(guò)手工拖拽就可調(diào)整計(jì)劃，易于掌握和使用。
3）智能化的生產(chǎn)協(xié)同
智能化的生產(chǎn)協(xié)同，如圖3。
圖3 智能化的生產(chǎn)協(xié)同
4）智能化的生產(chǎn)資源管理
包含：生產(chǎn)資源（物料、刀具、量具、夾具）出入庫(kù)、查詢、盤(pán)點(diǎn)、報(bào)損、并行準(zhǔn)備、切削專家?guī)臁⒔y(tǒng)計(jì)分析等功能，實(shí)現(xiàn)庫(kù)存的精益化管理。
5）智能化的決策支持
提供各種直觀的統(tǒng)計(jì)、分析報(bào)表，為相關(guān)人員決策提供幫助，包括計(jì)劃制訂情況、計(jì)劃執(zhí)行情況、質(zhì)量情況、庫(kù)存情況等。同時(shí)，可實(shí)現(xiàn)用戶在手機(jī)、IPAD等移動(dòng)設(shè)備上對(duì)現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)情況、設(shè)備運(yùn)行情況、質(zhì)量情況的數(shù)據(jù)瀏覽、異常處理。
三、典型案例分享
案例1：河南平原光電有限公司
平原光電隸屬于中國(guó)兵器工業(yè)集團(tuán)，其制造加工方式為小批量、多品種，是典型的離散型加工。
工廠前期實(shí)施了PDM、CAPP 、ERP、CAD系統(tǒng)。但數(shù)控程序、數(shù)控設(shè)備、以及生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)的管理基本采用手工方式。數(shù)控程序的傳輸及管理、車間的作業(yè)計(jì)劃排程、實(shí)時(shí)進(jìn)度跟蹤反饋、現(xiàn)場(chǎng)物料消耗、質(zhì)量問(wèn)題追蹤、數(shù)據(jù)采集、統(tǒng)計(jì)等幾乎采用手工方式。
此項(xiàng)目實(shí)施內(nèi)容涵蓋了5個(gè)分廠的計(jì)調(diào)組、技術(shù)組、生產(chǎn)工段、生產(chǎn)保障組、檢驗(yàn)組、管理組等車間所有班組的業(yè)務(wù)往來(lái)，從計(jì)劃下達(dá)到車間加工以及成品完成的整個(gè)業(yè)務(wù)過(guò)程。涵蓋了生產(chǎn)制造過(guò)程幾乎所有的方方面面。通過(guò)實(shí)際運(yùn)行規(guī)范了各項(xiàng)生產(chǎn)管理，明顯提高了企業(yè)的生產(chǎn)效率。
該系統(tǒng)不僅得到客戶的高度平價(jià)，還順利地通過(guò)國(guó)防科工局的部級(jí)驗(yàn)收，獲得了與會(huì)專家的一致好評(píng)。
案例2：海爾模具有限公司
海爾模具的生產(chǎn)模式為單件生產(chǎn)。
MES上線前，其生產(chǎn)方式為串行作業(yè)，完全靠操作工串行準(zhǔn)備，操作工技能要求高，工作繁雜，易出錯(cuò)，工作效率低，生產(chǎn)節(jié)拍慢。同時(shí)無(wú)系統(tǒng)管控，非可視化管理，由于溝通不及時(shí)，經(jīng)常導(dǎo)致生產(chǎn)加工不必要的待機(jī)。
MES上線后，實(shí)現(xiàn)了程序自動(dòng)修改、刀具參數(shù)自動(dòng)傳輸、準(zhǔn)備工作現(xiàn)場(chǎng)反饋同步展示。同時(shí)，通過(guò)協(xié)同平臺(tái)進(jìn)行可視化管理，通過(guò)紅綠燈看板直觀顯示各項(xiàng)任務(wù)的完成情況，包括程序、刀具、電極準(zhǔn)備的階段信息，如程序編制完成，程序格式轉(zhuǎn)換完成，刀具配送完成，電極完工、配送等信息，提高現(xiàn)場(chǎng)管理效率，并集成短信平臺(tái)對(duì)任務(wù)進(jìn)行催辦。
案例3：中信戴卡股份有限公司
中信戴卡是全球最大的鋁合金車輪制造企業(yè)，是中國(guó)唯一進(jìn)入全球汽車零部件配套供應(yīng)商100強(qiáng)的中國(guó)企業(yè)。
2013年11月，中信戴卡實(shí)施完成了LPS系統(tǒng)，涵蓋了熔煉、鑄造、機(jī)加、表面處理等工藝環(huán)節(jié),實(shí)現(xiàn)了：
*實(shí)時(shí)了解設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)、生產(chǎn)型號(hào)、數(shù)量、在制品、質(zhì)量狀態(tài)等。
*對(duì)生產(chǎn)的整體了解由0.5小時(shí)縮減至 1分鐘。
*對(duì)生產(chǎn)數(shù)據(jù)的分析由1小時(shí)縮減至5分鐘。
*生產(chǎn)進(jìn)度信息實(shí)時(shí)、準(zhǔn)確地反饋給SAP系統(tǒng)。
*相比以前的人工統(tǒng)計(jì)，現(xiàn)在的數(shù)據(jù)更及時(shí)、準(zhǔn)確。
本文根據(jù)蘭光創(chuàng)新總經(jīng)理朱鐸先在2015第十屆中國(guó)制造業(yè)MES應(yīng)用年會(huì)上的發(fā)言整理而成，未經(jīng)本人確認(rèn)。
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本文標(biāo)題：剖析工業(yè)4.0 打造中國(guó)特色的智能工廠
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