模具行業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型的“北侖模式”

湯方晴 陳菲 王雷

寧波北侖是“中國(guó)壓鑄模具之鄉(xiāng)”“中國(guó)壓鑄產(chǎn)業(yè)示范基地”，全區(qū)壓鑄模具產(chǎn)值占全國(guó)壓鑄模具總產(chǎn)值比重超過(guò)50%。北侖擁有模具企業(yè)近2000家，從業(yè)人員4萬(wàn)余人，已形成千億級(jí)的壓鑄模具及相關(guān)產(chǎn)業(yè)集聚。中小微企業(yè)是模具行業(yè)的主體，北侖的模具企業(yè)中，除產(chǎn)值過(guò)億企業(yè)15家、規(guī)上企業(yè)38家、注冊(cè)資本100萬(wàn)元以上企業(yè)有360家，其余都是微型企業(yè)。面對(duì)越來(lái)越嚴(yán)峻的市場(chǎng)與疫情形勢(shì)，北侖模具行業(yè)迫切需要通過(guò)數(shù)字化轉(zhuǎn)型提高各項(xiàng)要素的使用效率，實(shí)現(xiàn)技術(shù)、產(chǎn)能、人才的協(xié)同，加快轉(zhuǎn)型超越與集群發(fā)展。

數(shù)字化轉(zhuǎn)型成效初顯

模具行業(yè)的數(shù)字化轉(zhuǎn)型是“工業(yè)強(qiáng)基工程”的組成部分，模具是多種裝備與產(chǎn)品制造、配件與部件制造的基礎(chǔ)，是事關(guān)大部分工業(yè)企業(yè)的效率、質(zhì)量與效益。

2019年下半年，北侖開(kāi)始部署模具行業(yè)數(shù)字化改造“百企提升”活動(dòng)，在浙江省智能制造專(zhuān)家委員會(huì)的指導(dǎo)下，依托寧波創(chuàng)元科技有限公司（寧波創(chuàng)元）的“動(dòng)態(tài)云腦”系統(tǒng)，首批選擇了16家模具生產(chǎn)企業(yè)實(shí)施數(shù)字化改造試點(diǎn)，經(jīng)過(guò)不斷打磨優(yōu)化，已經(jīng)初步形成了以數(shù)字化改造模式為特點(diǎn)的模具行業(yè)數(shù)字化全面轉(zhuǎn)型“北侖模式”，每家模具企業(yè)部署“動(dòng)態(tài)云腦”系統(tǒng)基礎(chǔ)模塊的費(fèi)用控制在30萬(wàn)元以?xún)?nèi)，“2周時(shí)間就可以完成1家企業(yè)”的數(shù)字化改造，實(shí)現(xiàn)模具企業(yè)從接單、生產(chǎn)到采購(gòu)、外協(xié)等業(yè)務(wù)的實(shí)時(shí)優(yōu)化，在試點(diǎn)示范中已取得了良好成效。

寧波臻至機(jī)械模具有限公司所制的模具已進(jìn)入特斯拉（美國(guó)電動(dòng)車(chē)及能源公司）的采購(gòu)體系。2020年5月開(kāi)始，臻至模具以寧波創(chuàng)元“動(dòng)態(tài)云腦”系統(tǒng)為核心開(kāi)展數(shù)字化改造，實(shí)時(shí)采集車(chē)間一線生產(chǎn)數(shù)據(jù)，對(duì)廠內(nèi)所有生產(chǎn)資源進(jìn)行監(jiān)督管控，解決生產(chǎn)資源沖突、任務(wù)分配不合理等難題。6月中旬企業(yè)完成系統(tǒng)改造，雖然還在磨合階段，但生產(chǎn)效率已經(jīng)至少提升了10%。

寧波恒奇精密模具有限公司在薄壁注塑模具領(lǐng)域居國(guó)內(nèi)領(lǐng)先地位。恒奇模具作為北侖首家全面數(shù)字化改造的模具企業(yè)，2017年3月開(kāi)始導(dǎo)入寧波創(chuàng)元自主研發(fā)的Neural—MOS工業(yè)操作系統(tǒng)，當(dāng)年6月系統(tǒng)上線后，在員工和設(shè)備數(shù)量基本不變的情況下，2017年下半年比上半年的產(chǎn)能從月均35副提升至70副、產(chǎn)能提升約100%、交期縮短20%、成本降低15%、返工率降低30%、管理人員減少40%。在Neural—MOS工業(yè)操作系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，2019年3月完成企業(yè)的加工任務(wù)數(shù)字化管理、加工過(guò)程數(shù)字化監(jiān)控、進(jìn)度實(shí)時(shí)追蹤對(duì)比、零配件加工履歷過(guò)程記錄、品質(zhì)統(tǒng)計(jì)分析、模具成本實(shí)時(shí)計(jì)算、智能試模輔助、售后人員調(diào)度等模塊的數(shù)字化改造，對(duì)工廠內(nèi)人、機(jī)、料實(shí)現(xiàn)高效科學(xué)的管理調(diào)度，進(jìn)一步大幅提升生產(chǎn)效率，并促成了創(chuàng)元“動(dòng)態(tài)云腦”的全面完善。

寧波君靈模具技術(shù)有限公司是為吉利、長(zhǎng)城、奧迪、寶馬、上汽等企業(yè)配套的大型精密壓鑄模具的制造企業(yè)。2019年10月由寧波創(chuàng)元依托Neural—MOS工業(yè)操作系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)字化改造，模具車(chē)間基本實(shí)現(xiàn)有序化、數(shù)字化、透明化生產(chǎn)，生產(chǎn)效率提高約30%，返工率減少約15%，管理人員減少約50%。

“三管齊下”探索企業(yè)數(shù)字化改造新模式

針對(duì)模具企業(yè)數(shù)字化改造的需求，寧波創(chuàng)元?jiǎng)?chuàng)新性地探索出“數(shù)字化生產(chǎn)管理經(jīng)營(yíng)云服務(wù)（動(dòng)態(tài)云腦）”的模式，通過(guò)“Neural—MOS智能決策系統(tǒng)+各工崗微服務(wù)App+數(shù)字鏈指揮系統(tǒng)”的方式構(gòu)建企業(yè)數(shù)字化體系（如圖1所示）。

Neural—MOS智能決策系統(tǒng)可實(shí)時(shí)精準(zhǔn)優(yōu)化制造過(guò)程。模具作為典型的離散非標(biāo)定制化生產(chǎn)產(chǎn)品，在需求、設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、測(cè)試等環(huán)節(jié)上都存在高度不確定性的特點(diǎn)，加上每天均可能發(fā)生多次用戶設(shè)計(jì)更改、返工返修與客戶插單引發(fā)的重新排產(chǎn)，導(dǎo)致生產(chǎn)過(guò)程實(shí)時(shí)精確優(yōu)化難度大。以往模具企業(yè)都會(huì)高薪聘請(qǐng)經(jīng)驗(yàn)豐富的生產(chǎn)總調(diào)度來(lái)優(yōu)化排產(chǎn)過(guò)程，但模具制造的任務(wù)不確定性和生產(chǎn)組織復(fù)雜性遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)了管理人員人工排產(chǎn)腦力勞動(dòng)的極限。

寧波創(chuàng)元依靠自主開(kāi)發(fā)的神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)計(jì)算模型，以事件為驅(qū)動(dòng)可實(shí)時(shí)響應(yīng)企業(yè)訂單變化和生產(chǎn)過(guò)程中的意外調(diào)整，依托實(shí)時(shí)獲取的生產(chǎn)任務(wù)信息和采集的各類(lèi)生產(chǎn)信息，通過(guò)智能動(dòng)態(tài)排程算法能對(duì)生產(chǎn)過(guò)程和生產(chǎn)資源進(jìn)行科學(xué)精準(zhǔn)調(diào)配，并能夠?qū)崟r(shí)向動(dòng)態(tài)排程、進(jìn)度追蹤、交期管理、設(shè)備管理、成本管理、績(jī)效管理、品質(zhì)管理等各類(lèi)功能App發(fā)布指令，統(tǒng)管企業(yè)全局的運(yùn)營(yíng)工作，管理活動(dòng)的響應(yīng)速度和優(yōu)化準(zhǔn)確性均大大高于人工排程，亦遠(yuǎn)勝于過(guò)去的排產(chǎn)軟件，大幅度提升了模具企業(yè)整體的管理水平。

Neural—MOS系統(tǒng)構(gòu)建于云端，服務(wù)的是全局實(shí)時(shí)綜合排產(chǎn)，集模具生產(chǎn)與經(jīng)營(yíng)于一體并提供云排產(chǎn)、云調(diào)度、云決策、云管理等對(duì)企業(yè)有核心價(jià)值的管理服務(wù)。Neural—MOS系統(tǒng)可支持加急、插單，并靈活調(diào)動(dòng)資源全面保障所有訂單按期交付。通過(guò)智能算法實(shí)時(shí)排產(chǎn)減少了設(shè)備的閑置率，使得生產(chǎn)效率可提升30%，通過(guò)計(jì)算機(jī)自動(dòng)排程替代人工排產(chǎn)，使得生產(chǎn)管理人員減少50%，通過(guò)系統(tǒng)性、一體化應(yīng)變的數(shù)字化管理，來(lái)優(yōu)化生產(chǎn)秩序、保障產(chǎn)品的交貨時(shí)間，使得模具交期縮短了20%。

各工崗應(yīng)用微服務(wù)App實(shí)現(xiàn)了生產(chǎn)活動(dòng)標(biāo)準(zhǔn)化規(guī)范化。模具是典型的定制化產(chǎn)品，零件繁多、架構(gòu)復(fù)雜、設(shè)計(jì)需求與加工工序多變，每個(gè)產(chǎn)品都需要根據(jù)客戶的實(shí)際需求進(jìn)行定制化設(shè)計(jì)與制造。以往，大多數(shù)模具企業(yè)給各工崗下達(dá)生產(chǎn)任務(wù)后，各工崗主要根據(jù)生產(chǎn)習(xí)慣與經(jīng)驗(yàn)來(lái)完成下達(dá)的崗位工作任務(wù)，經(jīng)常出現(xiàn)質(zhì)量難保證和生產(chǎn)進(jìn)程難把控等問(wèn)題。寧波創(chuàng)元與模具企業(yè)一起花費(fèi)大量精力將生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)與管理經(jīng)驗(yàn)轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與信息交互規(guī)范，根據(jù)模具制造各工崗的工作特點(diǎn)，開(kāi)發(fā)了各類(lèi)工業(yè)App，以標(biāo)準(zhǔn)化、規(guī)范化、蘊(yùn)含工作經(jīng)驗(yàn)知識(shí)的電子表單形式予以呈現(xiàn)，可滿足各個(gè)工崗?fù)瓿蓚€(gè)性化任務(wù)需求，并能實(shí)現(xiàn)相關(guān)數(shù)據(jù)的采集、知識(shí)與經(jīng)驗(yàn)的封裝及運(yùn)算處理。（如圖3所示）。

基于電子表單形式的工業(yè)App是在不斷糾錯(cuò)的積累中形成的數(shù)據(jù)表單，是優(yōu)秀生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)、優(yōu)秀管理經(jīng)驗(yàn)、信息交互規(guī)范與信息實(shí)時(shí)傳達(dá)（支持拍照上傳）的綜合體，貼合工人習(xí)慣，便于固化生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)，可實(shí)時(shí)追蹤進(jìn)度與結(jié)果。通過(guò)建立基于電子表單的App應(yīng)用體系，制造過(guò)程數(shù)據(jù)可格式化、規(guī)范化沉淀，可減少50%的低級(jí)錯(cuò)誤;通過(guò)數(shù)字化、實(shí)時(shí)化的信息傳遞，可提升75%的協(xié)作效率;生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)得到沉淀、提升、傳承，可降低30%的管理成本。

數(shù)據(jù)鏈指揮系統(tǒng)支持了工崗全面協(xié)同與任務(wù)主動(dòng)推送。模具的接單、設(shè)計(jì)、采購(gòu)、生產(chǎn)、裝配等環(huán)節(jié)間的配合度與及時(shí)度很大程度上影響了模具的交期、品質(zhì)與成本。實(shí)際生產(chǎn)中信息交互不實(shí)時(shí)、生產(chǎn)指令不同步等問(wèn)題會(huì)極大影響企業(yè)的生產(chǎn)協(xié)作效率。寧波創(chuàng)元自主研發(fā)了智能實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)生產(chǎn)指揮系統(tǒng)，并通過(guò)動(dòng)態(tài)實(shí)時(shí)的生產(chǎn)與經(jīng)營(yíng)的數(shù)據(jù)鏈建設(shè)，實(shí)現(xiàn)了企業(yè)各類(lèi)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)采集與信息共享、生產(chǎn)指令的實(shí)時(shí)下達(dá)。

寧波創(chuàng)元以數(shù)學(xué)建模的方式將現(xiàn)實(shí)世界中的人、機(jī)、料、法、環(huán)抽象封裝，來(lái)構(gòu)建虛擬工廠，與現(xiàn)實(shí)工廠構(gòu)成雙向同步映射，構(gòu)建了實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)的生產(chǎn)與經(jīng)營(yíng)一體化數(shù)據(jù)鏈，如圖4所示。真實(shí)工廠中的工人、機(jī)器、物料等生產(chǎn)資源通過(guò)數(shù)學(xué)抽象封裝成計(jì)算機(jī)中對(duì)象，打造成模具車(chē)間（企業(yè)）可智能實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)生產(chǎn)指揮的數(shù)據(jù)鏈，再依循工廠的責(zé)權(quán)利架構(gòu)，建立中樞神經(jīng)指揮系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)指令高效下達(dá)與信息高效精準(zhǔn)交互，進(jìn)而達(dá)到生產(chǎn)事件實(shí)時(shí)采集、生產(chǎn)信息實(shí)時(shí)交互、多部門(mén)協(xié)同生產(chǎn)的效果。

企業(yè)的訂單、設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、裝配等人員或設(shè)備全部接入數(shù)據(jù)鏈，企業(yè)的各類(lèi)信息與指令均可以通過(guò)數(shù)據(jù)鏈進(jìn)行實(shí)時(shí)交互。通過(guò)構(gòu)建動(dòng)態(tài)生產(chǎn)指揮數(shù)據(jù)鏈，可以幫助企業(yè)大幅提升信息交互效率，提高應(yīng)對(duì)異常問(wèn)題以及突發(fā)事件的能力，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)資源的優(yōu)化調(diào)度，最終實(shí)現(xiàn)企業(yè)生產(chǎn)效率躍升。相比于大部分被動(dòng)式記錄系統(tǒng)或者流程式計(jì)劃系統(tǒng)，實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)生產(chǎn)指揮數(shù)據(jù)鏈靈活性高、柔性強(qiáng)，在不確定性事件頻繁發(fā)生的情況下，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)人、機(jī)、料等進(jìn)行科學(xué)及時(shí)的優(yōu)化調(diào)度，在非標(biāo)離散化制造領(lǐng)域具有明顯優(yōu)勢(shì)。

數(shù)字化改造模式的三點(diǎn)啟示

“北侖模式”為數(shù)字化改造模式帶來(lái)三點(diǎn)啟示：

企業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型應(yīng)因時(shí)因企制宜，可以“先數(shù)字化后自動(dòng)化”。企業(yè)數(shù)字化的本質(zhì)是“在數(shù)據(jù)+算法定義的世界中，以數(shù)據(jù)的自動(dòng)流動(dòng)化解復(fù)雜系統(tǒng)的不確定性，優(yōu)化資源配置效率，構(gòu)建企業(yè)新型競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)”。如果說(shuō)設(shè)備的自動(dòng)化替代的是體力勞動(dòng)者，那么數(shù)據(jù)流動(dòng)的自動(dòng)化將替代腦力勞動(dòng)者，數(shù)據(jù)流動(dòng)的自動(dòng)化才是工業(yè)4.0的本質(zhì)。經(jīng)過(guò)40多年的發(fā)展，北侖模具出村入園，基本完成了從“低小散”向規(guī)模化、集群化發(fā)展的轉(zhuǎn)變，目前的核心任務(wù)是通過(guò)數(shù)字化轉(zhuǎn)型實(shí)現(xiàn)規(guī)范化、科學(xué)化、精細(xì)化管理，使生產(chǎn)與經(jīng)營(yíng)的管理得到內(nèi)涵式的提升。北侖的模具企業(yè)打破了過(guò)去“必須先自動(dòng)化后數(shù)字化”的固定思維，把數(shù)字化轉(zhuǎn)型的重點(diǎn)放到打通數(shù)據(jù)、用好數(shù)據(jù)上來(lái)，用實(shí)踐證明了“先數(shù)字化后自動(dòng)化”是正確有效的。

“低成本”的數(shù)字化改造是與工業(yè)中小企業(yè)的投資能力完全匹配的。首先，中小企業(yè)投資能力偏弱，骨干模具企業(yè)基本上處在注冊(cè)資本百萬(wàn)元量級(jí)、年?duì)I業(yè)額千萬(wàn)元量級(jí)的水平，數(shù)字化改造過(guò)高的投資成本讓他們難以承受;其次，在新冠肺炎疫情的沖擊下，企業(yè)面臨的形勢(shì)更加嚴(yán)峻，投資能力進(jìn)一步受損。寧波創(chuàng)元的數(shù)字化改造模式順應(yīng)了當(dāng)前中小企業(yè)對(duì)數(shù)字化技改“投資少、效益好”的期盼。輕量化的技改模式下，工業(yè)企業(yè)不需要購(gòu)買(mǎi)自動(dòng)化設(shè)備，只需購(gòu)置一定數(shù)量的硬件、平板電腦、工業(yè)網(wǎng)關(guān)等智能模塊，就可以與模具云Neural—MOS智能生產(chǎn)與經(jīng)營(yíng)的管理系統(tǒng)、全部工崗的數(shù)據(jù)連接，平均每家企業(yè)實(shí)現(xiàn)整體數(shù)字化改造的成本僅為30萬(wàn)元，因而受到了企業(yè)的歡迎。

“短工期”技改有利于破解日常生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)與數(shù)字化技改的矛盾。模具企業(yè)生產(chǎn)任務(wù)一般都比較飽滿，不允許長(zhǎng)時(shí)間全面停產(chǎn)來(lái)進(jìn)行硬件改造與軟件配置，否則會(huì)沖擊企業(yè)的正常生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)。寧波創(chuàng)元的數(shù)字化技改模式通過(guò)采用“智能模組與智能硬件模塊積木式組裝+應(yīng)用微服務(wù)軟件從平臺(tái)上下載”的形式，較好地解決了技改與日常生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)的矛盾。首先，通過(guò)開(kāi)發(fā)“全員易學(xué)好用”的云化微服務(wù)產(chǎn)品，將ERP、MES等軟件解構(gòu)并靈活地進(jìn)行云化處理，將模具生產(chǎn)工藝、生產(chǎn)機(jī)理等工業(yè)知識(shí)整合為工崗微服務(wù)App，部署便捷，企業(yè)全體員工學(xué)得快、用得好;其次，對(duì)各崗位的核心工作內(nèi)容、生產(chǎn)過(guò)程、業(yè)務(wù)流程不作重大調(diào)整，采用的輕量化技改模式大大縮短了技改工期，“2周時(shí)間就可以完成1家企業(yè)”的數(shù)字化改造，讓企業(yè)解除了因?yàn)榧几囊绊懮a(chǎn)經(jīng)營(yíng)的擔(dān)心。

（作者單位：浙江省智能制造專(zhuān)家委員會(huì)研究與咨詢(xún)部）