智能制造，先從設(shè)備治“啞”開始

智能制造，先從設(shè)備治“啞”開始

本期名師：朱鐸先

北京蘭光創(chuàng)新科技有限公司創(chuàng)始人、總經(jīng)理。南京航空航天大學(xué)機械學(xué)士，北京航空航天大學(xué)計算機應(yīng)用工程碩士，在航天第二研究院、美國PTC公司工作過多年，有20多年的制造業(yè)信息化研究與應(yīng)用經(jīng)驗。

朱鐸先是國內(nèi)知名的工業(yè)4.0專家。首次提出CPPS人機網(wǎng)三元戰(zhàn)略，深受企業(yè)的歡迎，被認(rèn)為是具有中國特色、務(wù)實的，且投資小、見效快的工業(yè)4.0落地戰(zhàn)略。

日前，中國航天科工集團(tuán)公司在其“十三五”綜合規(guī)劃草案中明確提出：“智慧企業(yè)建設(shè)的前提，就是實現(xiàn)企業(yè)全部經(jīng)營活動的數(shù)字化、信息化、智能化（簡稱為“三化”），解決‘三啞’（啞崗位、啞設(shè)備、啞企業(yè)）問題，實現(xiàn)與外界的信息交換、資源共享、能力協(xié)同?！?/p>

這里的“三啞”是指那些沒有入網(wǎng)、不能自動匯報、不能透明化管理的崗位、設(shè)備與企業(yè)。一個“啞”字，生動形象地描述出這些崗位、設(shè)備與企業(yè)的信息不交互、不共享、不透明的狀況。

今天，隨著德國“工業(yè)4.0”、美國GE“工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)”在全球的風(fēng)靡，以及“中國制造2025”戰(zhàn)略如火如荼地推進(jìn)，以新一代信息技術(shù)與制造業(yè)深度融合為特點的智能制造已經(jīng)引發(fā)了全球性的新一輪工業(yè)革命，并成為制造業(yè)轉(zhuǎn)型升級的重要抓手與核心動力。“三啞”就像是橫在智能制造路上的一塊絆腳石，在“三啞”的情況下，企業(yè)不可能實現(xiàn)智能制造，“治啞”是企業(yè)走向智能制造的必由之路。

其實，不僅僅是我們意識到了這個問題，德國人也非常重視設(shè)備的智能化與信息交流?！暗聡I(yè)4.0教父”、德國國家科學(xué)與工程學(xué)院院長孔翰寧(HenningKagermann)認(rèn)為，在工業(yè)4.0時代：“工廠越來越聰明，知道怎么樣進(jìn)行生產(chǎn)，機器也變得更加智能化，可以相互交流，來控制產(chǎn)量。”作為德國工業(yè)4.0提出單位，弗勞恩霍夫協(xié)會在工業(yè)4.0愿景中更是著重強調(diào)了這一點。

德國人是用“SmartManufacturing”來表示智能制造的。而Smart的中文是聰明、巧妙、敏捷的意思，可以說聰明是Smart的第一表達(dá)。蘭光創(chuàng)新認(rèn)為，作為智能制造的重要一環(huán)，智能的設(shè)備及系統(tǒng)就應(yīng)該能做到“四能”：即“能聽話、能說話、能思考、能執(zhí)行”。

但是，對于國內(nèi)大多數(shù)企業(yè)來說，目前設(shè)備僅僅是生產(chǎn)制造的機器，從某種意義上講，這些設(shè)備是“說不出、講不明”，是地道的“啞巴”，甚至“十聾九啞”，不只是“啞”，還“聽不見”，是聾啞并存，更談不上“耳聰目明”與“精準(zhǔn)執(zhí)行”了。

下面我們看一下生產(chǎn)現(xiàn)場的實際情況。

（1）聾。在車間現(xiàn)場，我們經(jīng)?？吹焦と嗽谠O(shè)備控制面板上手工逐字輸入程序，設(shè)備對外聯(lián)系的通訊功能形同虛設(shè)，一方面，設(shè)備“聽不到”外界信息，另一方面，這種人工在線編寫程序的方式也會造成工人很忙，機床很閑的情況。據(jù)蘭光創(chuàng)新實施過的兩萬余臺DNC/MDC(機床聯(lián)網(wǎng)/機床監(jiān)控)的統(tǒng)計結(jié)果來看，很多企業(yè)的機床利用率徘徊在30%左右，與日本的80%相去甚遠(yuǎn)。企業(yè)購買了那么多貴重設(shè)備，因為不能充分發(fā)揮設(shè)備互聯(lián)互通的功能，造成設(shè)備的利用率低下，著實讓人遺憾。與外界信息不通暢，設(shè)備單機孤立工作，可稱之為“聾”。

（2）啞。如果設(shè)備沒有遠(yuǎn)程監(jiān)控、數(shù)據(jù)自動采集等功能，設(shè)備運行狀態(tài)、生產(chǎn)信息，甚至是故障信息等都是不透明的，出現(xiàn)問題相關(guān)人員不能及時獲知，容易造成更大的損失。也就是說，設(shè)備是啞的，是不會說話的。

（3）傻。由于設(shè)備沒有互聯(lián)互通，設(shè)備狀態(tài)、生產(chǎn)信息等無從自動獲知，只能靠人工事后反饋，效率低，且易出錯。建立在這種人為數(shù)據(jù)基礎(chǔ)上的決策就必然是不及時、不科學(xué)，甚至是錯誤的。不科學(xué)，不智能，從另外一個角度可用“傻”來概括。管理學(xué)大師彼得·德魯克曾經(jīng)說過，“你如果無法度量它，就無法管理它”，沒有及時可靠、及時的數(shù)據(jù)支撐，要進(jìn)行科學(xué)管理就成為了一句空話。

因此，即便是自動化程度很高的數(shù)控設(shè)備，很多也遠(yuǎn)未達(dá)到智能制造的要求。要實現(xiàn)“智能”，必須先“治啞”。

如何“治啞”？

1.美國GE工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的啟發(fā)

為實現(xiàn)“再工業(yè)化”國家戰(zhàn)略，作為美國制造業(yè)先鋒的GE公司于2012年提出了“工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)”概念，希望通過生產(chǎn)設(shè)備與IT相融合，目標(biāo)是通過高性能設(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)。

GE將工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)定位為一場新的“革命”，對其發(fā)展寄予厚望。據(jù)GE預(yù)測：在未來20年，它將使美國人的平均收入比當(dāng)前提高25%～40%；如果世界其它地區(qū)能確保實現(xiàn)美國生產(chǎn)率增長的一半，那么工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)在此期間會為全球GDP增加10萬億～15萬億美元。

蘭光創(chuàng)新認(rèn)為，“他山之石可以攻玉”，盡管GE描述的不是生產(chǎn)設(shè)備，但我們完全可以借鑒他們先進(jìn)的理念，為我所用。

圖為GE工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的價值鏈循環(huán)圖，從圖中可以看出，工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)主要由安裝儀器儀表的工業(yè)機器、工業(yè)數(shù)據(jù)系統(tǒng)（以數(shù)據(jù)采集為主要功能）、大數(shù)據(jù)分析、可視化展現(xiàn)、智能化決策、數(shù)據(jù)流返回機器等環(huán)節(jié)組成，實現(xiàn)“設(shè)備”——“數(shù)據(jù)”——“人”三者的高度融合，從而實現(xiàn)設(shè)備的生產(chǎn)智能與服務(wù)智能。這里的工業(yè)機器，對GE來說，就是他們的航空發(fā)動機、貴重的醫(yī)療設(shè)備等，對制造企業(yè)而言，我們就可以理解為企業(yè)中最重要的生產(chǎn)設(shè)備。

可以這么說，美國GE“工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)”已經(jīng)為我們指出了一條“治啞”的路徑。

2．“三化”就是治“三啞”的良方

在中國航天科工集團(tuán)的“十三五規(guī)劃”草案中也說得很清楚，治“三啞”的藥方就是“三化”，即數(shù)字化、信息化、智能化。在設(shè)備具有數(shù)字化接口的基礎(chǔ)上，通過網(wǎng)絡(luò)化實現(xiàn)設(shè)備的互聯(lián)互通，將設(shè)備聯(lián)入整個網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，打通與外界的連接，并基于大數(shù)據(jù)分析，實現(xiàn)決策與生產(chǎn)管理的智能化。也就是設(shè)備的能聽話（與外界能交互）、能說話（數(shù)據(jù)遠(yuǎn)程自動采集、可視化展現(xiàn)、短信通知等）、能思考（大數(shù)據(jù)分析、智能化決策）、能執(zhí)行（能敏捷、快速、準(zhǔn)確地通過設(shè)備自身或者人工等方法進(jìn)行及時、正確地執(zhí)行或干預(yù)）。

綜上所述，通過實現(xiàn)生產(chǎn)設(shè)備的網(wǎng)絡(luò)化通訊、數(shù)據(jù)自動采集、大數(shù)據(jù)分析、可視化展現(xiàn)、智能化決策支持、數(shù)字化管理等技術(shù)手段，就能夠很好地解決設(shè)備“聾啞”問題，實現(xiàn)設(shè)備的智能化。

GE工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)價值鏈循環(huán)圖

“三步治啞”療效好

作為國內(nèi)領(lǐng)先的智能工廠方案供應(yīng)商，北京蘭光創(chuàng)新科技有限公司一直致力于設(shè)備的互聯(lián)互通及生產(chǎn)過程的智能化管控，經(jīng)過10多年的潛心研究，總結(jié)出來的“三

步治啞法”可很好地解決企業(yè)“三啞”問題。

1.“治啞先治聾”—— 建設(shè)互聯(lián)互通的設(shè)備聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)

通過DNC（DistributedNumericalControl，直譯是分布式數(shù)字控制，一般被稱為機床聯(lián)網(wǎng)）系統(tǒng)將網(wǎng)口、串口等不同接口形式，發(fā)那科、西門子等上百種控制系統(tǒng)，數(shù)控銑床、數(shù)控車床、加工中心、機器人等不同數(shù)字化設(shè)備進(jìn)行聯(lián)網(wǎng)，實現(xiàn)設(shè)備分布式網(wǎng)絡(luò)通訊、程序集中式管理，程序上傳下載，高效靈活，設(shè)備融入整個信息化系統(tǒng)，徹底改變了以前設(shè)備是信息化孤島的局面。

2.通過設(shè)備實時自動采集——實現(xiàn)“啞設(shè)備”的耳聰目明

通過實施MDC（ManufacturingDataCollection，中文為制造數(shù)據(jù)采集，一般的通俗叫法是設(shè)備監(jiān)控與數(shù)據(jù)自動采集）系統(tǒng)，一套MDC-Max設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)可以同時自動采集4096臺數(shù)控設(shè)備，兼容數(shù)控機床、熱處理設(shè)備（如熔煉、壓鑄、熱處理、涂裝等設(shè)備）、機器人、自動化生產(chǎn)線等各類數(shù)字化設(shè)備，兼容發(fā)那科、西門子等所有機床控制系統(tǒng)，以及三菱、歐姆龍等各類PLC的設(shè)備。

對高端設(shè)備可實現(xiàn)遠(yuǎn)程、實時的精準(zhǔn)監(jiān)控與數(shù)據(jù)自動采集：

·設(shè)備開機、關(guān)機。

·設(shè)備的實時狀態(tài)，如運行、空閑、報警等。

·程序信息，如正在運行哪個程序等。

·數(shù)控程序加工次數(shù)。

·實時反饋當(dāng)前的轉(zhuǎn)速S值和進(jìn)給速度F值，機床倍率。

設(shè)備互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)

設(shè)備實時狀態(tài)采集（不同顏色代表設(shè)備處于不同的狀態(tài)）

設(shè)備運行效率

·坐標(biāo)信息，包括絕對坐標(biāo)、機床坐標(biāo)、相對坐標(biāo)、剩余移動量等。

·主軸功率。

這樣，通過網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，可實時監(jiān)控到設(shè)備的實時狀態(tài)、異常情況，也可通過LED等技術(shù)手段對設(shè)備的狀態(tài)進(jìn)行可視化展現(xiàn)，對設(shè)備故障停機、關(guān)鍵工藝參數(shù)超差等重要事件通過短信等形式及時送達(dá)相關(guān)人員，便于及時地采取相關(guān)措施。

3.通過大數(shù)據(jù)分析與深度挖掘，實現(xiàn)智能化決策及管理

系統(tǒng)將采集上來的各類數(shù)據(jù)，在基于工業(yè)知識基礎(chǔ)上進(jìn)行大數(shù)據(jù)分析與深度挖掘，可自動生成各種報表，管理人員能夠通過這些報表進(jìn)行及時的、科學(xué)的決策，形成管理過程中的智能化，從而明顯地提升企業(yè)競爭力。

“治啞”看療效

目前，蘭光創(chuàng)新在國內(nèi)擁有500余家用戶，在航空航天、兵器、機車、外資等高端市場占有70%以上的市場份額。在此，向大家介紹2個比較典型的應(yīng)用。

1.海爾互聯(lián)工廠——始于設(shè)備“治啞”

海爾互聯(lián)工廠作為國內(nèi)智能制造的典型代表，在2015年11月初上海國際工業(yè)博覽會上，曾被“馬凱副總理3分鐘11次點贊”，并一時傳為佳話，其中海爾集團(tuán)里面最亮眼的海爾模具公司就是蘭光創(chuàng)新的一個典型用戶。

海爾模具數(shù)字化工廠生產(chǎn)線一瞥

為了響應(yīng)海爾集團(tuán)向“數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化”的“互聯(lián)工廠”轉(zhuǎn)型戰(zhàn)略要求，最大程度地提升設(shè)備利用率，作為全國模具行業(yè)龍頭企業(yè)的海爾模具公司，于2013年成功地實施了蘭光CPS系統(tǒng)。該系統(tǒng)以生產(chǎn)設(shè)備為中心，用一臺服務(wù)器實現(xiàn)了對上百臺數(shù)控設(shè)備的分布式聯(lián)網(wǎng)，實現(xiàn)了程序的自動傳輸、集中管理、虛擬仿真、設(shè)備數(shù)據(jù)實時采集、智能化決策，并通過信息化手段，實現(xiàn)了程序、刀具、夾具等并行準(zhǔn)備，以及計劃、技術(shù)文檔等信息的共享。設(shè)備狀態(tài)、設(shè)備利用率、工作時間、故障信息在企業(yè)內(nèi)網(wǎng)實時發(fā)布，信息實現(xiàn)了最大程度的共享，各種異常相關(guān)人員及時獲知，各部門響應(yīng)處理速度大幅度提高，明顯提升了企業(yè)的生產(chǎn)效率和競爭力。

（1）直接效益：平均每天減少機臺準(zhǔn)備時間0.5小時/次，按照100臺設(shè)備計算，100臺×0.5小時×200元/小時×300天=300萬元。

（2）間接效益：加工程序、刀具參數(shù)實現(xiàn)自動傳輸，效率明顯提升，節(jié)省了大量人力成本；

（3）設(shè)備故障在線監(jiān)測，實時的短信通知，提高維修響應(yīng)速度50%；

（4）實現(xiàn)生產(chǎn)協(xié)同準(zhǔn)備，減少設(shè)備的待機時間，有效提高當(dāng)日計劃完成率15%；

（5）通過實時加工參數(shù)監(jiān)控，減少了違規(guī)操作，降低了廢品數(shù)量；

（6）生產(chǎn)部計劃執(zhí)行的準(zhǔn)確性提升了20%以上；

（7）企業(yè)的總體運營效率提高20%以上。

2.持續(xù)的“治啞”，打造出被稱為“智能制造典范”的中信戴卡

2015年8月中旬，國家發(fā)改委副主任林念修在視察全球最大的鋁合金車輪制造企業(yè)——中信戴卡輪轂股份有限公司時給予了高度評價：“中信戴卡自動化的生產(chǎn)方式堪稱智能制造的典范，走出了‘中國制造2025’的路；是中國競爭力、軟實力的所在和象征，值得業(yè)內(nèi)學(xué)習(xí)和推廣?！?/p>

中信戴卡緣何獲得領(lǐng)導(dǎo)如此高的評價？除了企業(yè)自身高度的自動化以外，蘭光創(chuàng)新為用戶量身打造的LPS系統(tǒng)也是功不可沒。

自2013年11月開始，蘭光創(chuàng)新陸續(xù)為秦皇島戴卡、濱州戴卡、寧波戴卡、凱斯曼等中信戴卡成員企業(yè)實施了分三步走的蘭光LPS系統(tǒng)。

第一步，解決”啞設(shè)備“問題。

通過設(shè)備的互聯(lián)互通，為企業(yè)的數(shù)控機床、熱處理設(shè)備、機器人等數(shù)字化設(shè)備實現(xiàn)了設(shè)備的網(wǎng)絡(luò)通訊、數(shù)據(jù)遠(yuǎn)程采集、程序集中管理、大數(shù)據(jù)分析、可視化展現(xiàn)、智能化決策支持，將設(shè)備由以前的單機工作的模式，變?yōu)閿?shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化的管理，實現(xiàn)了設(shè)備由“啞”到“智”的質(zhì)變。其中，寧波戴卡項目在“Ofweek2014工業(yè)自動化研討會”上，獲得“2014年度最佳十大自動化工程項目”。

第二步，解決“啞崗位”、“啞企業(yè)”的問題。

通過實施MES中的計劃、排產(chǎn)、派工、物料、質(zhì)量、決策等模塊，實現(xiàn)了車間層面精準(zhǔn)的計劃、精益的庫存、精細(xì)的管理，各崗位都融于整個信息化系統(tǒng)，牽一發(fā)而動全身，企業(yè)做到了“眼觀六路，耳聽八方”，領(lǐng)導(dǎo)者基于實時的、智能化的信息系統(tǒng)，做到了“看得見，說的清，做的對”，實現(xiàn)了生產(chǎn)過程的智能化管控。

第三步，大數(shù)據(jù)分析，“智上加智”

通過一段時間的運行后，基于深厚的制造業(yè)知識，對數(shù)據(jù)進(jìn)行深入挖掘，反過來再優(yōu)化生產(chǎn)過程，全面打造“工業(yè)自動化+管理數(shù)字化+決策智能化”的新一代智能工廠。

“中國制造2025”、德國工業(yè)4.0、美國GE工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)等戰(zhàn)略為我們明確了智能制造的發(fā)展方向，中國航天科工集團(tuán)把治“三啞”作為了“十三五”的重點，這些都是值得學(xué)習(xí)和借鑒。孫子曰：“善戰(zhàn)者，求之于勢，不責(zé)于人”。作為制造企業(yè)，在本次工業(yè)革命的浪潮中，一定要把握住智能制造的這個大勢，不斷提升自己，使自己立于不敗之地。并要在工業(yè)自動化的基礎(chǔ)上，充分發(fā)揮數(shù)字化設(shè)備的優(yōu)勢，通過實施DNC/MDC/MES等系統(tǒng)，實現(xiàn)數(shù)控設(shè)備的網(wǎng)絡(luò)化通訊、程序集中管理、設(shè)備數(shù)據(jù)自動采集、大數(shù)據(jù)分析、可視化展現(xiàn)、智能化決策、智能化生產(chǎn)管控等，讓設(shè)備、崗位、企業(yè)徹底告別“聾啞時代”，變得耳聰目明，為企業(yè)的智能制造奠定良好的基礎(chǔ)。