數(shù)字化轉(zhuǎn)型與智能制造實(shí)踐

■ 寧波工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)研究院 （浙江寧波 315000） 胡宇清

寧波工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)研究院副總監(jiān)胡宇清

1. 智能制造之?dāng)?shù)字化

（1）智能與智能制造 人類的智能，其基本機(jī)理為狀態(tài)感知→實(shí)時(shí)分析→自主決策→精準(zhǔn)執(zhí)行→學(xué)習(xí)提升。制造的本質(zhì)就是降低制造系統(tǒng)的不確定性，目標(biāo)是實(shí)現(xiàn)價(jià)值最大化。

智能制造的基本邏輯是把人的隱性知識(shí)（思想、算法、推理）顯性化，沉淀為顯性知識(shí)，把知識(shí)嵌入軟件，軟件嵌入芯片，芯片嵌入硬件，硬件嵌入物件（物理設(shè)備）。在一定時(shí)空的工作場(chǎng)景、給定的約束條件下，軟件形成的數(shù)據(jù)自動(dòng)流動(dòng)，消除復(fù)雜系統(tǒng)的不確定性，優(yōu)化制造資源配置，實(shí)現(xiàn)價(jià)值最大化。

（2）智能制造技術(shù) 智能制造技術(shù)就是結(jié)合企業(yè)經(jīng)營(yíng)活動(dòng)中的直接、間接和管理活動(dòng)，通過(guò)自動(dòng)化技術(shù)、信息化技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，即OT、IT、AI融合而成的技術(shù)集成。

其中軟件與物理機(jī)器的關(guān)系經(jīng)歷了分離→交匯→融合→一體化的過(guò)程，而一體化為智能制造系統(tǒng)打造了技術(shù)基礎(chǔ)——分布式智能。

（3）智能制造轉(zhuǎn)型的兩個(gè)關(guān)鍵點(diǎn) 制造企業(yè)的智能制造轉(zhuǎn)型過(guò)程就是企業(yè)通過(guò)集成最新制造技術(shù)，優(yōu)化配置企業(yè)內(nèi)部資源和外部資源的經(jīng)營(yíng)過(guò)程。

1）第一點(diǎn)是企業(yè)內(nèi)部?jī)r(jià)值鏈的數(shù)字化整合，主要指生產(chǎn)、供應(yīng)鏈、研發(fā)、市場(chǎng)、服務(wù)和管理等企業(yè)價(jià)值鏈的打通。設(shè)備層包括NC、RC、Sensor、驅(qū)動(dòng)和遠(yuǎn)程I/O，現(xiàn)場(chǎng)控制層包括PLC、FCS、PCS/DCS，監(jiān)視操作層包括SCADA、HMI，制造執(zhí)行層包括MES、PPS、APS，資源規(guī)劃層為ERP。

2）第二點(diǎn)是企業(yè)外部資源的數(shù)字化有效利用。企業(yè)經(jīng)營(yíng)活動(dòng)的外部條件，從宏觀角度，有人口、經(jīng)濟(jì)、政治與法律、自然生態(tài)、社會(huì)文化和科學(xué)技術(shù)等，這是行業(yè)里的企業(yè)都面臨的；從微觀角度，有供應(yīng)商、營(yíng)銷中介、顧客、競(jìng)爭(zhēng)者以及公眾等，這是關(guān)系到企業(yè)經(jīng)營(yíng)的外部直接資源（見(jiàn)圖1）。智能制造技術(shù)手段賦予了數(shù)據(jù)自動(dòng)流動(dòng)的能力，并因自動(dòng)流動(dòng)而形成泛在知識(shí)，通過(guò)軟件中的算法、規(guī)則為企業(yè)優(yōu)化配置制造資源提供了實(shí)現(xiàn)途徑。

圖1 外部直接資源

2. 智能制造實(shí)踐

智能制造的實(shí)踐包括動(dòng)作改進(jìn)、智能設(shè)備、自動(dòng)化單元、柔性生產(chǎn)線、數(shù)字化車間、物流自動(dòng)化以及智能工廠，由點(diǎn)到線再到面。除了不斷發(fā)展的裝備智能化，工業(yè)機(jī)器人、機(jī)器視覺(jué)和通信技術(shù)等也在智能制造系統(tǒng)中起到了關(guān)鍵作用。實(shí)踐舉例如下。

（1）動(dòng)作改進(jìn) 在精密制造的手表行業(yè)，機(jī)器人抓取0.1mm手表部件，與相機(jī)配合檢查部件的外形、角度，合格方可嵌入模腔，提高了生產(chǎn)過(guò)程的質(zhì)量一次合格率，減少了浪費(fèi)（見(jiàn)圖2）。

圖2 手表行業(yè)的動(dòng)作改進(jìn)

（2）智能化設(shè)備 以醫(yī)療器械行業(yè)加工義齒為例，340個(gè)義齒的加工各不相同，將機(jī)器人集成在機(jī)床內(nèi)，通過(guò)機(jī)器人和加工機(jī)床的通信、義齒和機(jī)床加工程序的一一匹配以及機(jī)床的自動(dòng)加工，可實(shí)現(xiàn)每個(gè)工件定制化生產(chǎn)，24h連續(xù)無(wú)人自動(dòng)化運(yùn)作，如圖3所示。

圖3 醫(yī)療器械行業(yè)的智能化設(shè)備

（3）自動(dòng)化單元 在汽車零部件行業(yè)，機(jī)器人和三臺(tái)加工設(shè)備形成自動(dòng)化單元（見(jiàn)圖4），實(shí)現(xiàn)沖壓工序、機(jī)加工序及去毛刺工序集成的無(wú)人化一件流作業(yè)單元，達(dá)到了節(jié)省人工、7×24h運(yùn)營(yíng)及提高生產(chǎn)率的效果。

圖4 汽車零部件行業(yè)的自動(dòng)化單元

（4）柔性生產(chǎn)線 在航空零部件行業(yè)，6臺(tái)機(jī)床通過(guò)機(jī)器人+軌道形成柔性生產(chǎn)線（見(jiàn)圖5），實(shí)現(xiàn)不同型號(hào)飛機(jī)部件的自動(dòng)化切換和加工，提升了設(shè)備總體稼動(dòng)率，縮短了交付周期，降低了庫(kù)存并且減少了人工。

圖5 航空零部件行業(yè)的柔性生產(chǎn)線

（5）數(shù)字化車間 在模具行業(yè)，制造管理系統(tǒng)集成了模具設(shè)計(jì)、料單創(chuàng)建、加工工藝路徑和CAM編程，打通物理設(shè)備安裝調(diào)節(jié)、銑削、電火花、線切割、質(zhì)量控制和機(jī)器人等環(huán)節(jié)，實(shí)現(xiàn)了整體高精度、高可靠性的柔性生產(chǎn)，如圖6所示。

圖6 模具行業(yè)的數(shù)字化車間

（6）5G在智能工廠的應(yīng)用 諾基亞提出了基于5G、物聯(lián)網(wǎng)、機(jī)器人和AR/VR技術(shù)的智能工廠概念，并在諾基亞奧盧工廠應(yīng)用（見(jiàn)圖7）。通過(guò)5G連接更多資產(chǎn)，獲得全新的靈活性以及人工智能、機(jī)器學(xué)習(xí)和自動(dòng)化等更多功能，從而提升運(yùn)營(yíng)能力。

圖7 諾基亞奧盧智能工廠

上述例子中，企業(yè)通過(guò)智能制造實(shí)踐，賦能運(yùn)營(yíng)活動(dòng)中的“加法”和“減法”，助推企業(yè)實(shí)現(xiàn)價(jià)值的最大化。其中加法包括產(chǎn)品的創(chuàng)新、質(zhì)量和效率的提升、生產(chǎn)率的提高、安全的改善以及更高的靈活性、可靠性，減法則包括節(jié)約成本、降低廢品率、縮短工時(shí)、復(fù)雜動(dòng)作簡(jiǎn)單化和少人化。

3. 結(jié)語(yǔ)

隨著新技術(shù)的不斷發(fā)展和應(yīng)用，智能制造為企業(yè)經(jīng)營(yíng)提供了多種可能性。但是智能制造是手段，不是目的。企業(yè)經(jīng)營(yíng)的目的是在有限的資源和一定的約束條件下，實(shí)現(xiàn)企業(yè)價(jià)值的最大化。企業(yè)應(yīng)根據(jù)所在行業(yè)的特性，結(jié)合自身的特長(zhǎng)和資源的可獲得性，由市場(chǎng)驅(qū)動(dòng)，探索構(gòu)建適合自己的智能制造模式，持續(xù)實(shí)踐，實(shí)現(xiàn)價(jià)值最大化。