無人化制造工廠的實踐與思考

劉學平

摘要：中國制造2025、德國工業(yè)4.0等理念的提出，中國的加工制造如何提高效率、降低成本、提高質量，如何實現(xiàn)生產模式的轉變？筆者結合從業(yè)多年的經(jīng)驗，深入分析當前機械加工行業(yè)的現(xiàn)狀，提出實現(xiàn)工業(yè)4.0，不可能一蹴而就，我們需要結合中國制造業(yè)的實際情況，逐步去實施。

Abstract： The concepts of Made in China 2025， German Industry 4.0 have been proposed resulting in the questions of how to improve efficiency of China's manufacturing， reduce costs， improve quality， and how to achieve the transformation of the production mode. The author combined with many years of experience， analyzed the current status of the mechanical processing industry in-depth， and put forward that Industry 4.0 can not be accomplished overnight， and we need to combine the actual situation of China's manufacturing industry， and gradually implement it.

關鍵詞：自動化；工業(yè)4.0；智能化；無人化工廠

Key words： automation；Industry4.0；intelligent；unmanned plant

中圖分類號：TP242.6 文獻標識碼：A 文章編號：1006-4311（2017）10-0102-02

0 引言

2015年的春節(jié)前夕，日本知名鐘表企業(yè)西鐵城在廣州生產基地宣布清算解散，千余名員工被解除勞動合同。與此同時，微軟、松下、大金、TDK等正逐步關閉在華工廠；富士康、船井電機、歌樂、三星等世界知名企業(yè)則紛紛在東南亞和印度開設新廠，加快了撤離中國的步伐。近年來，新聞中不斷出現(xiàn)的某知名制造工廠又發(fā)生員工跳樓自殺事件；長三角、珠三角經(jīng)濟發(fā)達地區(qū)又出現(xiàn)用工荒，現(xiàn)場操作技工難求等現(xiàn)象，都把矛頭直接指向了中國制造業(yè)中人的問題。

30年來，憑借廉價的勞動力資源，中國迅速成長為世界超級制造大國，世界各地的制造業(yè)巨頭紛紛在中國設廠，他們不但帶來了資金、技術，同時也帶來了市場，推動了中國經(jīng)濟的迅速增長。

然而曾經(jīng)的優(yōu)勢已經(jīng)逐步演變?yōu)榱觿?。隨著中國經(jīng)濟的發(fā)展，中國人民的生活水平迅速提高，隨之而來的是中國的勞動力成本也迅速上升；中國幾十年來的計劃生育政策，致使愿意在車間里從事工作的勞動力大幅減少；另外由于制造過程中過多的人的參與，使中國制造很難達到更高的質量水平……這些已經(jīng)成為中國制造企業(yè)主們的共識。

隨著第四次工業(yè)革命的興起，制造業(yè)數(shù)字化，自動化，智能化技術的開發(fā)和利用，以勞動力資源為關鍵生產要素的傳統(tǒng)制造模式已經(jīng)悄然發(fā)生轉變。美國的再制造，德國的工業(yè)4.0，日本的無人化已經(jīng)徹底顛覆了制造業(yè)的生產方式，海外制造已不再是最佳選擇，這將使中國制造業(yè)逐步陷入困境。

如果不盡快轉變”以人為本”的傳統(tǒng)制造模式，曾經(jīng)輝煌的中國制造工廠都將舉步維艱。無人化、智能化制造模式將是當前制造業(yè)發(fā)展的方向。在工業(yè)4.0的各種解讀鋪天蓋地席卷的情況下，中國制造是否具備了升級為工業(yè)4.0的條件？如何實現(xiàn)工業(yè)4.0？這個問題需要中國的制造業(yè)主沉下心來，結合自身企業(yè)的實際情況，從確實能夠降低成本、提高質量的角度來考慮制造模式的升級改造。筆者就在制造業(yè)從業(yè)近二十年的經(jīng)驗，通過觀察、思考和實踐，對中國制造業(yè)的模式升級提出以下一些觀點，以期能給讀者提供一些參考和借鑒。

1 實現(xiàn)無人化工廠，首先要從做好自動化開始

結合日美歐發(fā)達國家機器人產業(yè)發(fā)展經(jīng)驗，我們將機器人行業(yè)發(fā)展劃分為五個階段：技術準備期、產業(yè)孕育期、產業(yè)形成期、產業(yè)發(fā)展期和智能化時期五個階段。日歐機器人產業(yè)已完成前四個階段，目前處于智能化時期，而中國機器人產業(yè)還處于孕育期。

現(xiàn)階段，經(jīng)濟型本體也是國內機器人產業(yè)發(fā)展的一個重要方向，包括低成本的六軸通用關節(jié)機器人，三、四軸專用關節(jié)機器人，還有直線軸桁架機器人等。在“伺服系統(tǒng)”、“控制器”、“核心算法”、“精密減速器”以及“應用和集成技術”這五大領域至少要有2-3個是擅長的。

近年來，我國工業(yè)機器人每年新增裝機量以30%的速度迅猛增長。中國機器人產業(yè)聯(lián)盟發(fā)布的工業(yè)機器人市場統(tǒng)計數(shù)據(jù)顯示：2013年中國市場銷售工業(yè)機器人近3.7萬臺，超過日本，位居全球第一。但根據(jù)相關統(tǒng)計機構的數(shù)據(jù)，2014年，我國每萬名產業(yè)工人所擁有的工業(yè)機器人數(shù)量僅為30臺，遠低于日本的323臺、韓國的437臺、德國的282臺，差不多國際平均水平55臺的二分之一，如圖1所示。我國制造業(yè)自動化程度還處于較低水平，距制造業(yè)強國尚有巨大的增長空間。

國內自動化還存在著以下問題：

①進口自動化成本太高，用戶不敢投入。歐日韓在自動化產業(yè)上起步較早，自動化集成經(jīng)驗比較豐富，自動化改造成功率相對較高，產品穩(wěn)定性較好。但是由于高昂的工程成本，其價格居高不下，一般同類項目價格是國產自動線價格的2-3倍，自動化投入與節(jié)省人工成本相比的投資回收期在5年左右。除了汽車零部件制造行業(yè)的一些大型企業(yè)外，其他制造企業(yè)很少敢輕易進行自動化改造投入。

②國內自動化經(jīng)驗有限，可靠性、穩(wěn)定性不高，有能力承接大型自動化項目的提供商不多。國內自動化集成廠家大多都是近3-5年起步的中小企業(yè)，他們雖然具有工程本地化成本優(yōu)勢，但由于起步晚，經(jīng)驗有限，承接大型自動化項目的能力更欠缺。致使客戶在投入時顧慮重重，制約了國內制造業(yè)裝配自動化升級的快速推進。同時自動化的過程是一個非標定制的過程，對于自動化提供廠家的人員技能要求非常高，而這些高技能人才必須在實踐中不斷去積累經(jīng)驗，成長速度慢。這些也制約了自動化廠家的快速成長。

③很多用戶對于自動化的理解尚不到位，存在貪大求高的問題。在全國一片實現(xiàn)智能化制造的熱潮中，許多用戶內心躁動，打算一次性從現(xiàn)有的數(shù)控設備升級到智能化工廠，工廠改造規(guī)劃高大上，但執(zhí)行推進起來卻困難重重，跌跌撞撞實現(xiàn)的所謂智能化工廠，卻是中看不中用，投入了巨大的成本，最終卻沒有達到降本增效的最終目標。

2 在做好自動化的基礎上，向智能化、無人化工廠發(fā)展

做好自動化，在減少簡單工作的勞動用工，降低產品成本，提高產品質量的前提下，才具備了向智能化、無人化工廠發(fā)展的基本條件。如果工廠改造的結果不是降低成本、提高質量，那么就是失敗的投資。

實現(xiàn)智能化的過程，是打通車間所有智能設備和工廠上層管理軟件之間連接的過程。讓智能設備能夠“開始說話”，將指令執(zhí)行的過程和結果實時匯報給上層管理軟件，同時這個匯報還要讓上層管理軟件能夠“聽”的懂。也就是說從各種不同的智能設備處采集的數(shù)據(jù)要使用統(tǒng)一的格式，保證其能夠被上層軟件所使用，如圖2所示。

目前由美國AMT牽頭引導的MTConect協(xié)議標準和西門子牽頭的OPC協(xié)議標準，就是專門解決這些問題的技術標準，當然解決這些問題的技術標準不止有這些，國內也有相關企業(yè)聯(lián)合在研究這樣的標準，如圖3所示。

3 結論

實現(xiàn)無人化工廠的關鍵是做好自動化，在自動化改造過程中，企業(yè)必須從自身實際情況出發(fā)，以降低生產成本、提高產品質量為終極目標，做好工廠自動化改造工作。在做好自動化的基礎上，再加上打通車間新老設備、不同設備控制器之間信息互聯(lián)互通的標準協(xié)議和工廠管理的軟件解決方案，就具備了實現(xiàn)無人化、智能化工廠的條件。

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