協(xié)同制造：通往智能制造的最高境界

歐陽(yáng)勁松

智能制造，按照中國(guó)現(xiàn)行的標(biāo)準(zhǔn)，包括資源配置以及正在進(jìn)行管理的文件，里面有31個(gè)大類，173個(gè)中類，608個(gè)小類。智能制造被定義為，基于新一代信息通信技術(shù)與先進(jìn)制造技術(shù)深度融合，貫穿于設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、管理、服務(wù)等制造活動(dòng)的各個(gè)環(huán)節(jié)，具有自感知、自學(xué)習(xí)、自決策、自執(zhí)行、自適應(yīng)等功能的新型生產(chǎn)方式，可有效縮短產(chǎn)品研制周期、降低運(yùn)營(yíng)成本、提高生產(chǎn)效率、提升產(chǎn)品質(zhì)量、降低資源能源消耗。

智能制造是手段不是目的

什么是智能？從感覺(jué)到記憶的思維過(guò)程稱為智慧，智慧產(chǎn)生了行為和語(yǔ)言，將行為和語(yǔ)言的表達(dá)過(guò)程稱為能力。這是一個(gè)閉環(huán)的過(guò)程，也就是說(shuō)，進(jìn)一個(gè)門感覺(jué)熱、涼，濕度適不適合，舒服不舒服，這個(gè)過(guò)程是智慧。過(guò)程是自己動(dòng)手、還是服務(wù)員動(dòng)手，把執(zhí)行的過(guò)程加起來(lái)才叫智能。因此，搞生產(chǎn)一定要叫智能，而不叫智慧，所以叫智能制造而不叫智慧制造。

2015年，工信部在征集智能制造第一批新模式項(xiàng)目的過(guò)程中，有很多項(xiàng)目在審查中就被淘汰掉，比如當(dāng)時(shí)針對(duì)數(shù)控機(jī)床的智能程度就出現(xiàn)了問(wèn)題，生產(chǎn)智能設(shè)備——智能洗衣機(jī)、智能電腦、智能冰箱等，只是制造了智能設(shè)備，而不是指制造設(shè)備本身。又比如，兩口子結(jié)婚50年還有拌嘴，但是冷冰冰的機(jī)器要達(dá)到這個(gè)程度還有很長(zhǎng)時(shí)間。

在30多年的信息化制造發(fā)展過(guò)程中，縮短產(chǎn)品研制周期，降低成本，提高質(zhì)量，降低能耗，一直是長(zhǎng)期努力的目標(biāo)。所謂的數(shù)字化制造，企業(yè)的內(nèi)生動(dòng)力就是要為提質(zhì)增效服務(wù)。智能制造是手段，而不是目的。沒(méi)有哪個(gè)制造企業(yè)提質(zhì)增效是為智能制造而智能制造的，除非是做噱頭。

產(chǎn)品設(shè)計(jì)與生產(chǎn)過(guò)程無(wú)縫集成

IEC詞匯庫(kù)將數(shù)字化工廠定義為：數(shù)字化工廠是數(shù)字模型、方法和工具的綜合網(wǎng)絡(luò)（包括仿真和3D虛擬現(xiàn)實(shí)可視化），通過(guò)連續(xù)的沒(méi)有中斷的數(shù)據(jù)管理集成在一起。它是以產(chǎn)品全生命周期的相關(guān)數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，在計(jì)算機(jī)虛擬環(huán)境中，對(duì)整個(gè)生產(chǎn)過(guò)程進(jìn)行仿真、評(píng)估和優(yōu)化，并進(jìn)一步擴(kuò)展到整個(gè)產(chǎn)品生命周期的新型生產(chǎn)組織方式，是現(xiàn)代數(shù)字制造技術(shù)與計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物。

數(shù)字化建模的方法和工具的綜合性網(wǎng)絡(luò)，放在一個(gè)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)里，通過(guò)連續(xù)沒(méi)有中斷的數(shù)據(jù)管理集成在一起，與平臺(tái)數(shù)據(jù)方案無(wú)縫地集成在一起，以產(chǎn)品全生命周期的數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，在計(jì)算機(jī)的虛擬環(huán)境中，對(duì)整個(gè)生產(chǎn)過(guò)程中進(jìn)行仿真、優(yōu)化和評(píng)估。所以，數(shù)字化工廠就是現(xiàn)代數(shù)字制造技術(shù)與計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物。

通過(guò)數(shù)字工廠的膠片，產(chǎn)品設(shè)計(jì)的鏡像，產(chǎn)品的數(shù)字仿真，以及生產(chǎn)資源的數(shù)字仿真，包括了傳感、大腦、控制器、PLC、執(zhí)行系統(tǒng)、冷加工設(shè)備、熱加工設(shè)備以及物流設(shè)備，然后把折價(jià)生產(chǎn)資源鏡像到數(shù)據(jù)平臺(tái)上。管理標(biāo)準(zhǔn)、質(zhì)量、檢測(cè)包括物流都應(yīng)該鏡像到數(shù)據(jù)平臺(tái)上面去。這里面很重要的就是要快速的流轉(zhuǎn)起來(lái)，設(shè)計(jì)方和生產(chǎn)資源的配置方要快速的流轉(zhuǎn)起來(lái)。

通過(guò)將近200家企業(yè)的調(diào)研后，發(fā)現(xiàn)大部分企業(yè)生產(chǎn)系統(tǒng)是沒(méi)有打通的，要解決這個(gè)中間環(huán)節(jié)，很多是靠人工去翻譯數(shù)據(jù)，這一點(diǎn)可能很多企業(yè)要用很多的時(shí)間開發(fā)中間的軟件，才能把它快速的或者高實(shí)時(shí)的響應(yīng)起來(lái)，這是最大的瓶頸?？偠灾?，要達(dá)到數(shù)字工廠的核心部分，就是產(chǎn)品的仿真，生產(chǎn)的仿真，以及仿真以后變成實(shí)體工廠的時(shí)候要鏡像出來(lái)。這里面是一個(gè)實(shí)物一個(gè)虛擬，最后變成功能塊，梳理出來(lái)，功能化以后再進(jìn)行新的工廠拷貝或者是新的服務(wù)。

在汽車的生產(chǎn)過(guò)程中，是貨車、卡車還是轎車等，整個(gè)舒適度、空調(diào)的制冷效果等等，這些要分解各個(gè)零部件和總裝以及后續(xù)的質(zhì)量保證上，這就是虛擬仿真。最終是否達(dá)到效果，也是在虛擬空間去仿真，仿真完了用什么手段，是冷加工在前熱加工在后，還是熱加工在前冷加工在后，這都需要仿真。用最快最低的消耗，生產(chǎn)資源滿足汽車定義的性能和功能的要求，要做到這一點(diǎn)，自動(dòng)化、信息化、經(jīng)營(yíng)化、集成化是不可缺少的。從生產(chǎn)設(shè)備到傳感監(jiān)控設(shè)備到生產(chǎn)管理系統(tǒng)到經(jīng)營(yíng)管理系統(tǒng)，再到生產(chǎn)裝備，都要集成。

圖1 數(shù)字工廠簡(jiǎn)圖。來(lái)源：機(jī)械工業(yè)儀器儀表綜合技術(shù)經(jīng)濟(jì)研究所

打通縱向集成和橫向集成

個(gè)性化批量生產(chǎn)模式顛覆了傳統(tǒng)的制造模式，不僅需要制造系統(tǒng)能夠支持自適應(yīng)生產(chǎn)任務(wù)、資源和環(huán)境等制造要素的動(dòng)態(tài)變化，而且需要制造系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)企業(yè)內(nèi)部管理的縱向集成和面向供應(yīng)鏈的橫向集成。

如圖2所示，位于第三層的MES（制造企業(yè)生產(chǎn)過(guò)程執(zhí)行管理系統(tǒng)）和位于第二層的SCADA（數(shù)據(jù)采集與監(jiān)視控制系統(tǒng)）兩個(gè)軟件系統(tǒng)是數(shù)字化智能制造的核心工業(yè)軟件。

圖2 打通縱向集成和橫向集成。【圖注：客戶關(guān)系管理（CRM）、三維計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)（CAD）、計(jì)算機(jī)輔助工程（CAE）、計(jì)算機(jī)輔助工藝過(guò)程設(shè)計(jì)（CAPP）、計(jì)算機(jī)輔助制造（CAM）、供應(yīng)鏈管理（SCM）、企業(yè)資源計(jì)劃管理系統(tǒng)（ERP）、產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)（PDM）、制造執(zhí)行管理系統(tǒng)（MES）。】來(lái)源：機(jī)械工業(yè)儀器儀表綜合技術(shù)經(jīng)濟(jì)研究所

PLM緊緊圍繞產(chǎn)品，對(duì)用戶需求、訂單信息、產(chǎn)品開發(fā)、工藝規(guī)劃、生產(chǎn)制造、使用維護(hù)和回收再利用等全生命周期各個(gè)階段產(chǎn)品數(shù)據(jù)的生成、變化進(jìn)行科學(xué)高效的管理，以達(dá)到縮短產(chǎn)品上市周期、保證產(chǎn)品質(zhì)量、降低產(chǎn)品成本等目的。從地域上可以橫跨企業(yè)和供應(yīng)鏈，從時(shí)間上可以覆蓋從產(chǎn)品的概念階段一直到產(chǎn)品結(jié)束的全生命周期。

制造的最高境界，就是可以讓用戶的需求向云端發(fā)布，然后評(píng)估生產(chǎn)資源的配置，通過(guò)全球配置資源，跨行業(yè)、跨地區(qū)、跨領(lǐng)域的配置資源，從而生產(chǎn)出需要的產(chǎn)品。真正的制造最高境界，就是跨行業(yè)、跨地域、跨企業(yè)的協(xié)同制造。