智能制造的先行實踐者
——山崎馬扎克株式會社總部和大口工廠考察

中國機床工具工業(yè)協(xié)會 單希強 執(zhí)筆

智能制造的先行實踐者
——山崎馬扎克株式會社總部和大口工廠考察

中國機床工具工業(yè)協(xié)會 單希強 執(zhí)筆

2017年7月14日，籍考察第五屆東京沖壓、鈑金、成形加工展之機，中國機床工具工業(yè)協(xié)會代表團應邀對山崎馬扎克株式會社（以下簡稱Mazak ）總部和大口工廠進行了考察，代表團受到了山崎智久社長和清水紀彥副社長的熱情接待。代表團考察的重點是馬扎克公司歷時2年多，于今年4月剛剛對外開放的智能工廠改造工程（Mazak iSMART Factory）。

圖1 Mazak大口工廠

目前全球范圍內(nèi)新一輪科技革命和產(chǎn)業(yè)變革正在深刻影響著制造業(yè)的發(fā)展。物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、云計算、人工智能等新技術正在給制造業(yè)帶來革命性變化。與德國的“工業(yè)4.0”、美國的“國家制造創(chuàng)新網(wǎng)絡”、日本的“工業(yè)價值鏈”等制造業(yè)強國的做法一樣，我國也制定了《中國制造2025》國家戰(zhàn)略。在這樣的背景下，我國智能制造正受到空前重視，但普遍仍處在研討探索和初步嘗試階段。參觀MAZAK大口智能工廠，我們頗有茅塞頓開之感，收益良多。

一、Mazak 公司概況

Mazak成立于1919年，最初制造榻榻米機械，1927年開始制造車床、銑床，進入機床行業(yè)。目前產(chǎn)品范圍包括復合加工機、數(shù)控車床、立式加工中心、龍門加工中心、臥式加工中心、數(shù)控激光加工機、柔性生產(chǎn)線系統(tǒng)、數(shù)控裝置、CAD/CAM系統(tǒng)、生產(chǎn)支持軟件等。

隨著企業(yè)的發(fā)展，Mazak 在日本境內(nèi)陸續(xù)建立了5家工廠，我們這次參觀的大口工廠，坐落于名古屋市愛知縣大口町，是Mazak株式會社的總部所在地。Mazak自1974年在美國成立第一家海外工廠開始，現(xiàn)在已經(jīng)有5家海外工廠。其他4家工廠中1家在英國、1家在新加坡、2家在中國（即位于銀川的小巨人工廠和位于大連的遼寧工廠）。Mazak 在全球共設有技術中心38處、技術服務中心43處、服務基地81處，是唯一確立了全球生產(chǎn)和服務體系的機床廠商。

圖2 山崎智久社長、清水紀彥副社長會見協(xié)會代表團

Mazak在 1998年成立山崎馬扎克科技(上海)有限公司，最初負責全線產(chǎn)品在中國的銷售和服務，現(xiàn)在專門負責日本產(chǎn)激光切割機在中國的銷售和服務；2000年成立寧夏小巨人機床有限公司；2006年成立山崎馬扎克機床(上海)有限公司，負責除日本產(chǎn)激光切割機之外其他產(chǎn)品在中國的銷售和服務；2013年成立山崎馬扎克（遼寧）有限公司。 此外，Mazak還先后在上海、廣州、大連等地設立了技術中心。

山崎智久社長認為，機床已成為制造業(yè)的基礎。為社會貢獻一份綿薄之力、讓人們的生活更豐富多彩，是馬扎克作為機床制造商的使命。Mazak致力于開發(fā)能帶來生產(chǎn)力劃時代提高的具有獨創(chuàng)性的產(chǎn)品，在全球范圍內(nèi)為客戶提供最佳整體解決方案和快速支持。

可以佐證山崎社長以上表述的是，在近百年的歷史中，Mazak屢屢在全球率先推出具有世界領先水平的新產(chǎn)品。例如，1968年既開始生產(chǎn)數(shù)控車床，1970年開始生產(chǎn)加工中心，1981建成FMF工廠，1996年研制出進給加速度超過1g的超高速臥式加工中心，2014年推出智能數(shù)控系統(tǒng)Mazatrol SmoothX，2015年導入Mazak iSMART Factory（智能工廠）概念，等等。

最先推出創(chuàng)新性產(chǎn)品往往要承擔很大的市場風險。為將新產(chǎn)品成功推向市場，Mazak的做法是自己率先使用新產(chǎn)品，一方面通過自己的使用不斷發(fā)現(xiàn)問題，達到改進和完善的目的；另一方面起到給用戶示范和培訓的作用。長期的實踐已成為Mazak的一個管理理念：工廠即展廳。

二、Mazak的智能工廠改造工程

圖3 Mazak大口工廠負責人介紹智能工廠改造工程

Mazak生產(chǎn)設備自動化、網(wǎng)絡化，從1981年該公司在大口總部建成FMF工廠開始，已經(jīng)經(jīng)歷了30多年發(fā)展演變的漫長過程。具有標志性的事件有：1987年實現(xiàn)CIM計算機整合生產(chǎn)，1998年起充分利用互聯(lián)網(wǎng)和信息技術開始了智能化工廠的探索， 2003年實現(xiàn)720小時無人運轉(zhuǎn)。

與此同時，Mazak機床的智能化功能也逐步發(fā)展成熟起來。目前已經(jīng)有如下12項智能化功能：熱變位控制功能、干涉防止功能、五軸高精度調(diào)準功能、可變加速度控制功能、拐角平滑控制功能、防振控制功能、主軸監(jiān)測功能、語音導航功能、保養(yǎng)監(jiān)控功能、車削平臺平衡感知功能、棒材供給控制功能、加工參數(shù)精細調(diào)整功能。

Mazak于2015年1月正式導入Mazak iSMART Factory（智能工廠）概念，為此與美國思科公司聯(lián)合開發(fā)了 MAZAK SMART BOX裝置，這是一個可以便捷、安全地接入工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)的入口平臺。這一智能工廠系統(tǒng)集成了當今世界物聯(lián)網(wǎng)和信息技術的最新成果和Mazak公司自己多年的成功經(jīng)驗，不僅能夠?qū)崿F(xiàn)整個工廠層面的智能控制，還將Mazak在世界各地的生產(chǎn)、服務機構聯(lián)成統(tǒng)一網(wǎng)絡，實現(xiàn)遠程智能控制。

Mazak的智能工廠改造是從美國工廠開始的。在美國工廠取得經(jīng)驗的基礎上，又歷時兩年完成了日本大口工廠的改造。整個工程在實施過程中更新了全部生產(chǎn)設備，在生產(chǎn)不受影響的情況下分區(qū)域逐步實施，今年4月開始向用戶開放參觀。據(jù)介紹，Mazak今后還將陸續(xù)在全球各個工廠進行智能工廠改造。

圖4 Mazak智能工廠規(guī)劃圖

如圖4所示，這項工程按規(guī)劃將分為五個步驟實施：

（1）物聯(lián)網(wǎng)信息安全基礎上的網(wǎng)絡連接及可視化。

（2）制造大數(shù)據(jù)分析及生產(chǎn)改善。

（3）系統(tǒng)配合協(xié)作分析及最佳化。

（4）熟練工經(jīng)驗技能人工智能化與系統(tǒng)配合高度協(xié)作化。

（5）通過人工智能及自適應控制具有自律性的不斷進化。

Mazak認為，現(xiàn)在大口工廠已經(jīng)達到第三、第四步之間的水平，效果是使產(chǎn)品在制時間縮短30%，半成品庫存減少30%，管理工時減少50%，由于報警造成的停機時間減少37%。山崎智久社長認為，現(xiàn)在所見并不是我們正在努力接近的最終版本，工廠的智能化是一個不斷完善和提升的過程，這種過程是沒有止境的。

大口工廠智能化改造的基礎工作是將所有生產(chǎn)活動數(shù)字化和可視化。該工廠的生產(chǎn)現(xiàn)場分為機加工、鈑金、裝配等幾個部分?，F(xiàn)場數(shù)據(jù)的采集采用了幾種不同的方式：智能功能較強的數(shù)控機床可直接輸出信號，不能滿足要求的機床和其他非數(shù)字化設備則安裝各種傳感器單獨取得所需的運行狀態(tài)信號，還有的環(huán)節(jié)是由人工錄入信息。在信息采集環(huán)節(jié)，Mazak特別強調(diào)信號的安全性，而將現(xiàn)場采集的信息先接入SMART BOX，則是解決這一問題的關鍵。大口工廠的信息聯(lián)網(wǎng)采用了按照美國制造技術協(xié)會（AMT）制訂的MT-connect協(xié)議，該協(xié)議的作用是兼容并處理來自各種不同數(shù)控系統(tǒng)和信號源的信息，從而實現(xiàn)不同類型和不同廠家設備的互聯(lián)。

我們在現(xiàn)場看到，大口工廠的機加工車間、鈑金車間、裝配車間的各類機床、機器人及相關裝備都經(jīng)由分布在現(xiàn)場多處的SMART BOX連接成網(wǎng)絡，裝配區(qū)每個工位都設有觸摸式數(shù)據(jù)錄入端，可以采錄到生產(chǎn)過程中的全部信息。并且生產(chǎn)現(xiàn)場的網(wǎng)絡與管理部門的網(wǎng)絡也連為一體，不僅管理人員可以查看到生產(chǎn)現(xiàn)場的信息，管理指令、加工程序也可直接傳遞到生產(chǎn)現(xiàn)場和機臺。手機、平板電腦等各種移動設備可方便地登錄這個系統(tǒng)，管理人員可以隨時隨地掌握設備和工廠的運行情況，操作者也可通過移動設備得到生產(chǎn)設備的報警信號，并及時處理。

通過這套智能網(wǎng)絡，每天所采集的數(shù)據(jù)量達1230余萬個。該智能制造系統(tǒng)能夠?qū)λ杉拇罅繑?shù)據(jù)進行匯總分析，生成各種分析圖表，為管理工作的進行和持續(xù)改善提供極大便利。運行情況的可視化，使影響生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量的各種因素清楚地展示出來。通過管理人員及相關員工經(jīng)常性地分析研究，采取有針對性的措施不斷改進優(yōu)化，生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量得以逐步提高。我們注意到，雖然信息的采集和大數(shù)據(jù)的處理及結(jié)果呈現(xiàn)是由系統(tǒng)完成的，但問題分析和改進措施的制定與實施，現(xiàn)階段則主要是由人來進行的。隨著智能化水平的提高，系統(tǒng)內(nèi)部自動優(yōu)化的成分應會逐步增加。

在機加工車間一端的墻壁上掛著一排顯示器，分別顯示著Mazak公司全球10家工廠的運行情況。從所顯示的機床運行情況圖形可以直觀地看到，美國工廠和大口工廠由于已實施智能化改造，機床開動率比其他工廠高了很多。

除此之外，該智能系統(tǒng)還具備一定的人工智能學習功能。系統(tǒng)中配置的Mazak Mazatrol Smooth CNC機床，利用切削條件調(diào)整功能(VFC)及振動傳感器等裝置，將得到的最佳切削條件以及將熟練操作工廠的經(jīng)驗數(shù)據(jù)存貯于數(shù)據(jù)庫，可應用至系統(tǒng)內(nèi)所有機床和新的加工程序。

Mazak大口工廠的智能化改造，在硬件方面也有很大的變化。在機床方面采用了帶有智能功能的最新產(chǎn)品，現(xiàn)場物流實現(xiàn)自動化，大量采用帶視覺功能的機器人，可以自主識別不同工件，并放到不同的輸送機構上去，這使機加工車間的操作人員大為減少。在現(xiàn)場我們還看到，Mazak在機加工生產(chǎn)線上增加了生產(chǎn)線刀庫，可以自動為各機臺的刀庫更換刀具，以補充機床本身刀庫容量的不足。

大口工廠鈑金車間有一臺Mazak產(chǎn)的大型激光切割機和5臺日本村田機械生產(chǎn)的折彎機，整個車間的切割下料、折彎、噴漆等工序之間都實現(xiàn)了工件的自動傳送。除全部設備統(tǒng)一聯(lián)網(wǎng)之外，Mazak激光切割機自身也具備一定的智能功能，例如智能排料、自動打碼等功能。

大口工廠裝配車間的布局和傳統(tǒng)工廠沒有太大區(qū)別，主要分為大件組裝和整機裝配調(diào)試兩個區(qū)域，機床在裝配過程中只移動一次。數(shù)據(jù)錄入是通過在每個工位上設有的觸摸式終端進行的。操作者按設計好的表格，根據(jù)作業(yè)標準錄入每個工步的進展情況。

三、感受與思考

（1）參觀大口工廠智能工廠，使我們對智能制造有了更為清晰具體的認識。物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)和人工智能等新技術的快速發(fā)展正在為機床制造業(yè)這一個傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)注入新的發(fā)展活力，機床制造業(yè)由此進入一個新的發(fā)展階段是完全有可能的。但是如何把這些新技術正確有效地與機床制造業(yè)有機結(jié)合起來并不是一個簡單的事情。業(yè)內(nèi)為數(shù)不少的企業(yè)目前仍處于概念探討、模型設計階段，更多的企業(yè)則處于茫然無措和觀察狀態(tài)。Mazak已經(jīng)把智能制造的概念和模型變成了企業(yè)的具體實踐，這將對全球機床業(yè)界發(fā)揮示范和引領作用。

（2）應充分認識機床行業(yè)在兩化融合中的重要地位。黨和國家提出并實施兩化融合發(fā)展戰(zhàn)略是非常有遠見的。早在2002年，黨的十六大就提出了"以信息化帶動工業(yè)化，以工業(yè)化促進信息化"的兩化融合概念。2008年國務院在機構改革中成立了工業(yè)和信息化部，把工業(yè)和信息化歸到一個部門管理，以大力推進兩化融合。十多年來，國家出臺了一系列推進兩化融合的政策和文件，國家推進兩化融合的決心和力度不可謂不大。但應該說，很多制造企業(yè)并沒有領悟到國家這一戰(zhàn)略的重大意義和深遠影響，機床企業(yè)大多也沒有充分認識到機床行業(yè)在兩化融合中的重要地位和作用，因而貫徹落實的實際行動也乏善可陳。

通過Mazak大口工廠的參觀，我們認識到，不僅我們機床行業(yè)企業(yè)自身應該兩化融合發(fā)展，更重要的是機床行業(yè)理應為整個制造業(yè)的兩化融合提供示范和成套裝備。

（3）從Mazak大口智能工廠看，智能制造并不神秘，也并非高不可攀，而是可以分步實施，逐步提升的。Mazak智能工廠目前達到的水平，是其多年自行研發(fā)數(shù)控系統(tǒng)和機床智能功能，長期積累的結(jié)果與自然延伸。其智能工廠建設規(guī)劃第一步的設備聯(lián)網(wǎng)和遠程控制所利用的均是成熟技術，國內(nèi)一些機床企業(yè)已經(jīng)能夠為客戶提供這樣的產(chǎn)品服務。第二、第三步所需技術國內(nèi)研究機構和企業(yè)也有涉足。國內(nèi)機床企業(yè)應充分認識到兩化融合的重要意義和所引發(fā)的巨大技術變革，認識到智能制造的必要性和迫切性，從而提高行動的自覺性，同時也應該樹立足夠的信心，只要扎扎實實、一步一步地艱苦努力，就一定能夠在智能制造上取得突破，從而促進機床行業(yè)轉(zhuǎn)型升級的實現(xiàn)。

（4）開展智能制造需明確目的，因地制宜。Mazak建設智能工廠目的十分明確，就是利用機床和系統(tǒng)所具有的多種智能功能提高和保證產(chǎn)品質(zhì)量，同時盡可能減少非機動時間，減少報警停機時間，減少管理工時，壓縮庫存，從而降低成本，提高效率，縮短交貨期，最終提高市場競爭力，提高贏利水平。與傳統(tǒng)的企業(yè)管理一脈相承，質(zhì)量、成本、交貨期，仍然是關注的核心。由此我們可以得到啟示，智能制造只是手段，不是目的。搞智能制造必須結(jié)合本企業(yè)的基礎條件、產(chǎn)品特點及市場競爭態(tài)勢，針對存在的問題來規(guī)劃適合自己企業(yè)的智能制造方案，而絕對不能為趕風頭而盲目搞花架子。

（5）Mazak公司百年以來對最新技術不懈追求的經(jīng)營理念和新產(chǎn)品首先自己使用，完善成熟后再推薦給用戶的做法，非常值得我國機床企業(yè)學習借鑒。正是這樣的經(jīng)營理念和踏實作風，才造就了該公司歷百年而彌新，始終傲立業(yè)界巔峰的傳奇。

總之，在Mazak總部和大口工廠短短半天時間的參觀考察，我們收獲和感觸頗多。同時我們也建議政府主管部門和國內(nèi)制造業(yè)特別是機床企業(yè)對Mazak的智能工廠給予充分的關注與研究。

圖5 山崎智久社長和清水紀彥副社長與協(xié)會代表團合影