勇于創(chuàng)新，厚積薄發(fā)

文/賈亞莉·FM 記者

智能制造是全世界都在思考的工業(yè)變革，包括美國(guó)的重振制造業(yè)計(jì)劃，德國(guó)的工業(yè)4.0，歐盟的第七框架地平線(xiàn)2020 計(jì)劃，日本的I-JAPAN 戰(zhàn)略，以及我國(guó)的“中國(guó)制造2025”。智能制造推進(jìn)了鍛造行業(yè)的洗牌，一些小微型企業(yè)在制造裝備、產(chǎn)品質(zhì)量、生產(chǎn)能耗、生產(chǎn)效率方面都越來(lái)越不具備競(jìng)爭(zhēng)力。今年特殊的形勢(shì)促使很多鍛造企業(yè)更加迫切的去推動(dòng)智能制造建設(shè)，減少對(duì)人工的依賴(lài)，同時(shí)也更加注重推進(jìn)柔性自動(dòng)化生產(chǎn)線(xiàn)的應(yīng)用，從而能更好地應(yīng)對(duì)勞動(dòng)力數(shù)量和質(zhì)量的波動(dòng)。2020年4 月，我們雜志有幸采訪(fǎng)了北京機(jī)電研究所有限公司（機(jī)電研究所）鍛壓技術(shù)工程研究中心副主任孫勇，請(qǐng)他給我們介紹機(jī)電研究所是怎樣協(xié)助鍛造企業(yè)實(shí)現(xiàn)智能制造的。

求真務(wù)實(shí)，勇當(dāng)先鋒

機(jī)電研究所是國(guó)內(nèi)較早組織科研創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)展開(kāi)面向汽車(chē)、航空航天、兵器等領(lǐng)域關(guān)鍵零部件精密鍛造成形智能化相關(guān)工作的單位之一。最近五年，先后完成國(guó)家高技術(shù)研究發(fā)展計(jì)劃（863 計(jì)劃）、“高檔數(shù)控機(jī)床與基礎(chǔ)制造裝備”科技重大專(zhuān)項(xiàng)、智能制造新模式應(yīng)用項(xiàng)目等10 余項(xiàng)國(guó)家級(jí)科研項(xiàng)目。

談到機(jī)電研究所在鍛造智能化方面取得的成果時(shí)，孫勇介紹到：“我們成功研制出擁有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的智能鍛造單元集成控制系統(tǒng)、數(shù)字化鍛造車(chē)間精益制造執(zhí)行系統(tǒng)、多通道多協(xié)議的多源異構(gòu)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)等多項(xiàng)成果，擁有軟件著作權(quán)17 項(xiàng)，科研成果獲得中國(guó)機(jī)械工業(yè)科技進(jìn)步二等獎(jiǎng)、機(jī)械科學(xué)研究總院技術(shù)進(jìn)步一等獎(jiǎng)。建立并驗(yàn)證了完整的鍛造行業(yè)智能工廠體系，形成了適合行業(yè)高質(zhì)量發(fā)展的系統(tǒng)化智能制造技術(shù)，并成功在三環(huán)鍛造、正興車(chē)輪、華唐鋁業(yè)、天津立中合金、安大航空鍛造、景航鑄鍛等20 余家企業(yè)推廣應(yīng)用，極大推動(dòng)了行業(yè)自動(dòng)化、數(shù)字化、智能化的技術(shù)進(jìn)步?！?/p>

深鉆細(xì)研，引領(lǐng)智造

近幾年隨著對(duì)智能制造的不斷深入研究，中國(guó)工程院正式提出新一代智能制造的三個(gè)基本范式——數(shù)字化、數(shù)字化網(wǎng)絡(luò)化、數(shù)字化網(wǎng)絡(luò)化智能化。數(shù)字化不僅僅體現(xiàn)在制造裝備的數(shù)字化程度，更涵蓋了產(chǎn)品全生命周期的全流程數(shù)字化，其中包括數(shù)字化設(shè)計(jì)、建模仿真和信息化管理。數(shù)字化網(wǎng)絡(luò)化制造是推動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)和制造業(yè)融合發(fā)展的重要體現(xiàn)。而數(shù)字化網(wǎng)絡(luò)化智能化制造是在互聯(lián)網(wǎng)+、大數(shù)據(jù)、云計(jì)算的先進(jìn)信息技術(shù)的共同驅(qū)動(dòng)下，融合大數(shù)據(jù)智能、人機(jī)混合增強(qiáng)智能、群體智能等新一代人工智能技術(shù)形成的新一代智能制造。

談及在鍛造行業(yè)的智能制造項(xiàng)目時(shí)，孫勇說(shuō)到：“我們符合了智能制造三個(gè)基本范式的內(nèi)在規(guī)律，一方面，三個(gè)基本范式各有自身階段的特點(diǎn)和重要解決的問(wèn)題，體現(xiàn)了先進(jìn)信息技術(shù)與先進(jìn)制造技術(shù)融合發(fā)展的階段性特征；另一方面，三個(gè)基本范式在技術(shù)上是次第展開(kāi)、相互交織、彼此迭代升級(jí)的，對(duì)于我國(guó)鍛造行業(yè)而言，應(yīng)采取三個(gè)基本范式并行推進(jìn)、融合發(fā)展的技術(shù)路線(xiàn)，是我國(guó)作為新興工業(yè)國(guó)家實(shí)現(xiàn)彎道超車(chē)的關(guān)鍵?！?/p>

孫勇接著通過(guò)四個(gè)做過(guò)的項(xiàng)目，闡述三個(gè)范式的內(nèi)在關(guān)系：“我們最早的智能制造專(zhuān)項(xiàng)‘年產(chǎn)百萬(wàn)件曲軸的鍛造數(shù)字化車(chē)間的研究’，建成百萬(wàn)產(chǎn)能的鍛造數(shù)字化車(chē)間，研發(fā)了機(jī)器視覺(jué)在線(xiàn)檢測(cè)技術(shù)，構(gòu)建了數(shù)字化車(chē)間網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)架構(gòu)和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，對(duì)設(shè)備、質(zhì)量和能源進(jìn)行管理。在之后的智能制造專(zhuān)項(xiàng)‘汽車(chē)復(fù)雜鍛件智能制造新模式’，我們研發(fā)了三維在線(xiàn)測(cè)量技術(shù)，并基于ISA95 模型，以MES 系統(tǒng)為核心，集成了世界一流的SAP 的ERP 系統(tǒng)、Siemens 的PLM系統(tǒng)，構(gòu)建了完整的智能工廠信息化系統(tǒng)，對(duì)工單和物料進(jìn)行全面管理，形成了準(zhǔn)時(shí)生產(chǎn)、精益生產(chǎn)和敏捷制造的鍛造智能化車(chē)間軟件體系。我們做的第三個(gè)智能制造專(zhuān)項(xiàng)‘商用車(chē)鋁合金車(chē)輪智能制造新模式應(yīng)用’，突破基于激光標(biāo)識(shí)系統(tǒng)和機(jī)器視覺(jué)識(shí)別系統(tǒng)的單件物料全流程追溯技術(shù)；構(gòu)建了連接車(chē)間所有設(shè)備、傳感器、儀表、終端、看板的完善的數(shù)字化車(chē)間網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，實(shí)現(xiàn)單班次百萬(wàn)級(jí)數(shù)據(jù)采集，建立了大數(shù)據(jù)基礎(chǔ)的智能工廠運(yùn)行評(píng)價(jià)體系。在實(shí)施第四個(gè)智能制造專(zhuān)項(xiàng)‘鍛旋鋁合金輪轂智能制造新模式應(yīng)用’時(shí)，我們建立了‘綠色制造與智能制造的集成應(yīng)用’、‘基于全國(guó)產(chǎn)智能裝備的柔性制造和網(wǎng)絡(luò)制造’、‘面向定制化需求的軟件集成’的智能制造新模式。經(jīng)過(guò)四個(gè)智能制造專(zhuān)項(xiàng)的設(shè)計(jì)和實(shí)施，我們逐步形成了鍛造行業(yè)較為完整的智能制造體系?！?/p>

緊密合作，借力互贏

實(shí)現(xiàn)智能制造不是簡(jiǎn)單的系統(tǒng)集成，在鍛造行業(yè)實(shí)現(xiàn)智能制造的過(guò)程中會(huì)衍生出多種新的技術(shù)，比如熱態(tài)下工件表面標(biāo)識(shí)技術(shù)、三維尺寸測(cè)量技術(shù)、機(jī)器視覺(jué)技術(shù)等。如何突破這些新難題？孫勇說(shuō)，“我們會(huì)設(shè)立專(zhuān)門(mén)團(tuán)隊(duì)，通過(guò)與武漢惟景、武漢雷恩波、濟(jì)南東科、康耐視等專(zhuān)業(yè)公司合作，深入研究、反復(fù)試驗(yàn)，在多個(gè)工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)驗(yàn)證，最終突破了多個(gè)熱成形過(guò)程中技術(shù)難點(diǎn)并形成了成套技術(shù)。”

智能制造在智慧工廠范疇內(nèi)的承擔(dān)主體是MES，而MES 是對(duì)整個(gè)車(chē)間制造過(guò)程進(jìn)行優(yōu)化管理，從而實(shí)現(xiàn)精益制造。但在鍛造行業(yè)，缺乏懂業(yè)務(wù)、懂流程的精益專(zhuān)家，造成實(shí)施主體在軟件開(kāi)發(fā)時(shí)，系統(tǒng)實(shí)施不落地，解決不了限制企業(yè)發(fā)展的瓶頸問(wèn)題。在談到如何解決這個(gè)問(wèn)題時(shí)，孫勇說(shuō)“在經(jīng)歷了若干的研究和探索后，我們以具備精益制造思想的德國(guó)MES 平臺(tái)為基礎(chǔ)，利用其積累了40 年的行業(yè)經(jīng)驗(yàn)，將其與企業(yè)現(xiàn)有的IT 環(huán)境高度集成，實(shí)現(xiàn)從管理層到生產(chǎn)車(chē)間層的管控透明化，并在其基礎(chǔ)上建立了適合鍛造行業(yè)和企業(yè)的精益制造管理流程和體系?！?/p>

智能制造的核心是工業(yè)軟件，工業(yè)軟件是工業(yè)知識(shí)、工作經(jīng)驗(yàn)和技術(shù)訣竅的集大成者。Deform 就是最好的具備鍛造行業(yè)工業(yè)知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)的工業(yè)軟件，但在MES、ERP、PLM 軟件方面，普遍缺乏鍛造行業(yè)工業(yè)知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)，再先進(jìn)的IT 技術(shù)，都無(wú)法實(shí)現(xiàn)鍛造行業(yè)的智能制造。這是需要解決的第三個(gè)難題。孫勇帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)參考石化盈科、上海寶信、蘭光創(chuàng)新等具備行業(yè)工業(yè)知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)的軟件公司，在石化、鋼鐵冶金、機(jī)加工等行業(yè)領(lǐng)域的成功案例。同時(shí)依托機(jī)電研究所在行業(yè)實(shí)施的眾多項(xiàng)目，積累行業(yè)大數(shù)據(jù)、故障案例，搭建鍛壓裝備遠(yuǎn)程運(yùn)維云平臺(tái)。研究機(jī)器學(xué)習(xí)的鍛造工藝參數(shù)迭代優(yōu)化方法，將鍛造行業(yè)的工藝知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)通過(guò)沉淀、積累、固化，形成完整的適用于鍛造行業(yè)的工業(yè)軟件體系。

優(yōu)化流程，精益求精

在談及鍛造企業(yè)上MES 系統(tǒng)時(shí)，孫勇指出普遍存在的三大誤區(qū)。⑴盲目追求“大而全”，做“大而全”的MES 會(huì)湮沒(méi)主要目標(biāo)。很多企業(yè)在第一次做MES 時(shí)，MES 有的工單計(jì)劃、設(shè)備、能源、質(zhì)量、物料等十一個(gè)模塊一起上，每個(gè)模塊設(shè)計(jì)幾個(gè)功能，就開(kāi)始實(shí)施了。這樣往往導(dǎo)致需求蔓延，實(shí)際上是需求不清晰。把精力投入在無(wú)價(jià)值或價(jià)值不大的業(yè)務(wù)流程上，并且每一個(gè)流程或功能又不能深入，這樣的實(shí)施效果往往非常差。⑵注重IT 技術(shù)和IT 人才，缺乏精益專(zhuān)家和精益的管理體系。很多企業(yè)信息化部門(mén)過(guò)分關(guān)注IT 技術(shù)。IT 技術(shù)不是不重要，但是明確的需求分析、清晰的流程梳理、完善的精益體系更重要。精益是對(duì)生產(chǎn)中的過(guò)度生產(chǎn)、等待、物料轉(zhuǎn)運(yùn)、庫(kù)存、缺陷返工進(jìn)行聚焦，并由MES 提供各種量化的方法和工具，來(lái)消除問(wèn)題，以實(shí)現(xiàn)高效、高質(zhì)、高一致性、低耗的高性能制造。⑶IT 與OT 的不融合，也就是自動(dòng)化系統(tǒng)（PLC、DNC 等）與信息化系統(tǒng)不融合。很多企業(yè)負(fù)責(zé)OT 的是設(shè)備部門(mén)，他們關(guān)注的是設(shè)備和生產(chǎn)線(xiàn)的正常運(yùn)轉(zhuǎn)，認(rèn)為MES 是信息化部門(mén)的事情，在建設(shè)的時(shí)候，也是分開(kāi)考慮的，這就是一個(gè)誤區(qū)。之前OT 與IT 的融合是存在一些技術(shù)壁壘的，但隨著OPC UA 技術(shù)、基于中間件的多協(xié)議轉(zhuǎn)換技術(shù)、邊緣計(jì)算技術(shù)的興起，這些技術(shù)壁壘很容易被打破。而IT與OT 的融合，就是通過(guò)打通制造執(zhí)行系統(tǒng)與運(yùn)營(yíng)管理系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)鏈路，并將兩者整合在一個(gè)統(tǒng)一的信息平臺(tái)上，從而幫助企業(yè)提升在生產(chǎn)管理、運(yùn)營(yíng)決策與制造執(zhí)行等方面的綜合效益。

MES 與ERP、PLM 及自動(dòng)化系統(tǒng)相集成，是目前公認(rèn)的智能制造的整體架構(gòu)。孫勇及其團(tuán)隊(duì)基于精益制造的思想和以降低企業(yè)綜合運(yùn)營(yíng)成本為目標(biāo)，為鍛造企業(yè)設(shè)計(jì)了精益制造的流程、評(píng)價(jià)體系和指標(biāo)，主要包括以下五點(diǎn)：⑴了解下料、鍛造、熱處理、機(jī)加工、后處理等工序工作中心的標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)能，分析全制造流程的產(chǎn)能匹配，找出瓶頸工序。確定推動(dòng)，拉動(dòng)或推拉相結(jié)合的生產(chǎn)方式、熱處理爐的最佳經(jīng)濟(jì)生產(chǎn)規(guī)模、坯料的最優(yōu)安全庫(kù)存。⑵在ERP 制造BOM 的基礎(chǔ)之上確定工作中心。根據(jù)訂單總量、準(zhǔn)訂單，確定MPS（主生產(chǎn)計(jì)劃），繼而由MRP 結(jié)合能力需求計(jì)劃計(jì)算、BOM（物料清單）、庫(kù)存信息生成各工作中心生產(chǎn)任務(wù)。⑶利用圖形化排產(chǎn)工具，把工作中心的生產(chǎn)任務(wù)分配到各生產(chǎn)單元，產(chǎn)生工單，并以工單為虛擬載體集成產(chǎn)量、生產(chǎn)效率、廢品率、設(shè)備利用率、能源消耗等信息，以物料為實(shí)際載體集成原材料到成品的全流程質(zhì)量信息。⑷現(xiàn)場(chǎng)可視化看板展示并啟動(dòng)工單，依托IT 與OT 的融合，實(shí)時(shí)采集生產(chǎn)進(jìn)程、設(shè)備利用率、廢品率、能源消耗、工藝參數(shù)、質(zhì)量等數(shù)據(jù)，工單完成后自動(dòng)報(bào)工，并根據(jù)運(yùn)輸產(chǎn)品數(shù)量和目的地的不同生成不同的運(yùn)輸工單，實(shí)現(xiàn)中間在制品的透明化，提高中間在制品在各工作中心的流轉(zhuǎn)效率。⑸以鍛造單元計(jì)劃完成率、各工作中心的WIP（在制品）數(shù)量、各設(shè)備生產(chǎn)時(shí)間，停轉(zhuǎn)或空轉(zhuǎn)時(shí)間、單件能耗、班組廢品率、物料周轉(zhuǎn)率、訂單完成率等評(píng)價(jià)指標(biāo)，綜合評(píng)價(jià)企業(yè)的生產(chǎn)運(yùn)營(yíng)情況，并依據(jù)透明化、指標(biāo)化數(shù)據(jù)優(yōu)化生產(chǎn)過(guò)程，實(shí)現(xiàn)精益制造。

一專(zhuān)多能，科研創(chuàng)新

智能制造是先進(jìn)制造技術(shù)與先進(jìn)信息技術(shù)的深度融合，在鍛造行業(yè)甚至其他制造行業(yè)，未來(lái)都需要多學(xué)科交叉的復(fù)合型人才，既要掌握鍛造工藝、成形裝備等方面的基本理論和基本知識(shí)，也要掌握控制、優(yōu)化和調(diào)度學(xué)科的理論和方法；既要有扎實(shí)的基礎(chǔ)學(xué)科的基本理論和實(shí)驗(yàn)技能，也要了解人工智能基本理論和方法；既要能熟練運(yùn)用自己的專(zhuān)業(yè)知識(shí)去分析問(wèn)題、解決問(wèn)題，更要注重培養(yǎng)自身發(fā)現(xiàn)問(wèn)題的能力。

孫勇介紹到：“我1993 年畢業(yè)于吉林工業(yè)大學(xué)電子工程系工業(yè)電氣自動(dòng)化專(zhuān)業(yè)，分配至北京機(jī)電研究所參加工作，后來(lái)在機(jī)械科學(xué)研究總院讀了研究生，拿到了博士學(xué)位。在工作的前期，從事鍛壓裝備的交直流傳動(dòng)、伺服控制、PLC 控制。2006 年開(kāi)始從事基于現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)的鍛造自動(dòng)化生產(chǎn)線(xiàn)集成控制工作。2013年開(kāi)始從事鍛造行業(yè)智能制造相關(guān)工作。從1993 年至今的27 年時(shí)間里，我一直在科研院所這個(gè)系統(tǒng)。

“作為研究生導(dǎo)師，很清楚從事智能制造的人才，要學(xué)會(huì)打破應(yīng)試教育模式下的被動(dòng)學(xué)習(xí)思維，培養(yǎng)自身創(chuàng)新意識(shí)。我在對(duì)研究生進(jìn)行培養(yǎng)時(shí)，一方面注重培養(yǎng)科研創(chuàng)新能力，另一方面注重培養(yǎng)工程實(shí)踐能力。在科研創(chuàng)新能力方面，我們目前正在重點(diǎn)研究OPC UA、5G 工業(yè)應(yīng)用、數(shù)字孿生和鍛造行業(yè)云平臺(tái)等技術(shù)，需要研究生保持對(duì)熱點(diǎn)技術(shù)的敏銳力和創(chuàng)新力；而作為一名智能制造的復(fù)合型人才，很多新技術(shù)、新方法、新理論都是依托科研項(xiàng)目在工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行反復(fù)試驗(yàn)驗(yàn)證的，因此具有良好的工程實(shí)踐能力也是我培養(yǎng)的目標(biāo)之一。”

結(jié)束語(yǔ)

在采訪(fǎng)的最后，孫勇說(shuō)道：“行業(yè)內(nèi)一部分企業(yè)家更加重視企業(yè)的數(shù)字化轉(zhuǎn)型升級(jí)，比如應(yīng)用了PLM、ERP、MES 的企業(yè)，在常態(tài)下幫助企業(yè)提高員工的協(xié)作效率，提高生產(chǎn)與運(yùn)營(yíng)的透明度。一部分企業(yè)家增加了對(duì)基于工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的遠(yuǎn)程智能服務(wù)需求，通過(guò)增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)AR 等技術(shù)進(jìn)行遠(yuǎn)程指導(dǎo)，以及對(duì)設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)控進(jìn)行預(yù)警等智能服務(wù)。”今年雖然是面臨嚴(yán)峻挑戰(zhàn)的一年，但也是引起了制造企業(yè)對(duì)智能制造更加重視的一年，是挑戰(zhàn)和機(jī)遇并存的一年?！罢l(shuí)無(wú)暴風(fēng)勁雨時(shí)，守得云開(kāi)見(jiàn)月明?！毕嘈沤?jīng)受住這次疫情考驗(yàn)的鍛造企業(yè)，未來(lái)會(huì)越做越好。