智能制造背景下工業(yè)企業(yè)設(shè)計(jì)制造一體化創(chuàng)新研究

向雪梨 羅曉 余忺杪 彭徽

摘 要：繼2013年德國提出“工業(yè)4.0”戰(zhàn)略以后，中國政府通過學(xué)習(xí)借鑒以及充分結(jié)合中國現(xiàn)階段制造業(yè)特色，著眼于整個(gè)國際國內(nèi)的經(jīng)濟(jì)發(fā)展階段、產(chǎn)業(yè)變革的大趨勢，提出了《中國制造2025》的制造強(qiáng)國戰(zhàn)略，智能制造也由此被人們所重視。對于工業(yè)企業(yè)而言，設(shè)計(jì)和制造是最為重要的環(huán)節(jié)，在智能制造的背景下，設(shè)計(jì)制造的創(chuàng)新率先被人們所探討，因此，本文對智能制造背景下工業(yè)企業(yè)設(shè)計(jì)制造一體化創(chuàng)新進(jìn)行研究。

關(guān)鍵詞：智能制造;工業(yè)企業(yè);設(shè)計(jì);制造

一、工業(yè)4.0背景下的工業(yè)企業(yè)智能制造分析

在全球的生產(chǎn)制造行業(yè)中，德國具有領(lǐng)先的地位。這主要是因?yàn)榈聡浅Ｗ⒅毓I(yè)生產(chǎn)的創(chuàng)新和科研，并且注重對工業(yè)生產(chǎn)流程的管理。德國聯(lián)邦教研部與聯(lián)邦經(jīng)濟(jì)技術(shù)部聯(lián)手，并聯(lián)合德國工程院等組織，在2013年推動(dòng)形成了工業(yè)4.0的項(xiàng)目。

在德國的“工業(yè)4.0”項(xiàng)目當(dāng)中，其的目標(biāo)就是智能工程的建設(shè)，但是“工業(yè)4.0”當(dāng)前還是個(gè)愿景和概念。隨著時(shí)間的推移、技術(shù)的發(fā)展、管理理念的革新，我們對“工業(yè)4.0”的認(rèn)知會(huì)漸進(jìn)明細(xì)。在目前的階段當(dāng)中，主要的工作還是數(shù)字化工廠的建設(shè)，在“工業(yè)4.0”中，數(shù)字化工廠是只能發(fā)展的基礎(chǔ)?！肮I(yè)4.0”就是要基于強(qiáng)大的計(jì)算機(jī)技術(shù)、優(yōu)異的創(chuàng)新能力來構(gòu)建出數(shù)字化的智能工廠。智能工廠要能夠建設(shè)和實(shí)施，數(shù)字化的發(fā)展是前提，只有實(shí)現(xiàn)了從上到下、由里到外的數(shù)字化，才能夠使得制造過程當(dāng)中的“智能”得以實(shí)現(xiàn)。所以，數(shù)字化是智能工程能夠建設(shè)和運(yùn)營的關(guān)鍵，在數(shù)字化的這一根基上，進(jìn)一步加入智能制造、智能設(shè)備等智能因素，才能夠使得智能工廠得以打造出來，使得智能生產(chǎn)成為可能。

制造企業(yè)實(shí)現(xiàn)“工業(yè)4.0”是在“工業(yè)3.0”得到良好實(shí)踐的基礎(chǔ)上進(jìn)行的?？傮w來說就是基于數(shù)字化來進(jìn)行智能制造。在智能制造的過程當(dāng)中，工廠是其中的核心，工廠的科學(xué)化高效管理非常重要，工廠并非自己獨(dú)立工作，而是要伴隨著供應(yīng)鏈上下游，智能電網(wǎng)，運(yùn)輸物流等共同連接工作，按照物流、訂單情況、資源情況來對生產(chǎn)進(jìn)行動(dòng)態(tài)的調(diào)整。隨著技術(shù)的進(jìn)步、需求的提升，工廠的生產(chǎn)也變得越來越智能化，知道在什么樣的情況下應(yīng)當(dāng)進(jìn)行怎樣的生產(chǎn)，機(jī)器也變得更加智能，得以更好地將信息傳輸，這都有助于對生產(chǎn)的組織和控制。

二、工業(yè)企業(yè)設(shè)計(jì)制造一體化創(chuàng)新策略

（一）工業(yè)企業(yè)設(shè)計(jì)制造一體化創(chuàng)新思路

工業(yè)企業(yè)設(shè)計(jì)制造一體化實(shí)際是 把智能工廠作為數(shù)字化建設(shè)的愿景，在柔性靈活的生產(chǎn)模式下，持續(xù)提升的生產(chǎn)力，優(yōu)化的生產(chǎn)資源配置，成本精益的企業(yè)文化的基礎(chǔ)上，通過制造過程的數(shù)字化、信息化與自動(dòng)化將推動(dòng)工廠的整體協(xié)同，最終實(shí)現(xiàn)智能工廠。

數(shù)字化工廠采用了一種全新的方法，其將世界分成兩部分，即虛擬世界和物理世界;虛擬世界里解決產(chǎn)品的設(shè)計(jì)研發(fā)、工藝規(guī)劃、仿真驗(yàn)證等等，在物理世界中就是實(shí)實(shí)在在的進(jìn)行產(chǎn)品的加工制造、物料采購、設(shè)備運(yùn)作、工程服務(wù)等;然而這兩者不是孤立的，而是虛擬世界設(shè)計(jì)規(guī)劃輸出給物理世界用于指導(dǎo)，而物理世界的實(shí)做發(fā)生將反饋給虛擬世界用于下一輪的提升改進(jìn)。通過研發(fā)制造一體化來改變傳統(tǒng)價(jià)值流的狀態(tài)，讓設(shè)計(jì)制造一體化幫助企業(yè)增強(qiáng)制造柔性化能力，以適應(yīng)混線復(fù)雜制造模式，從而可以更好的滿足前端客戶對產(chǎn)品的個(gè)性化需求。

（二）西門子工業(yè)企業(yè)設(shè)計(jì)制造一體化創(chuàng)新案例分析

在西門子SEWA數(shù)字化工廠實(shí)際就是依據(jù)這樣的一個(gè)原理在運(yùn)作。在此基礎(chǔ)上，能夠決定這個(gè)企業(yè)核心競爭力要取決于設(shè)計(jì)和研發(fā)的協(xié)同程度，產(chǎn)品設(shè)計(jì)到底多大程度上、要多久可以形成制造規(guī)約，實(shí)際上是端到端價(jià)值鏈的核心環(huán)節(jié);如果企業(yè)在市場上沒能尋找到創(chuàng)新的點(diǎn)，那么研發(fā)和生產(chǎn)一體化的創(chuàng)新程度將推動(dòng)企業(yè)向前。所以認(rèn)識(shí)到這一點(diǎn)，你會(huì)發(fā)現(xiàn)不單單是西門子SEWA工廠，西門子已經(jīng)把研發(fā)和生產(chǎn)二合一組合發(fā)展成為西門子全球工廠的“標(biāo)準(zhǔn)配置”。在設(shè)計(jì)和生產(chǎn)之間存在一個(gè)鴻溝，如果以一個(gè)研發(fā)制造的項(xiàng)目而言，這個(gè)鴻溝所占的比例大約是40%-60%?？梢娫O(shè)計(jì)制造一體化可以大大提升項(xiàng)目的整體效率。

西門子SEWA數(shù)字化工廠，通過設(shè)計(jì)制造一體化增強(qiáng)制造柔性化能力，以適應(yīng)混線復(fù)雜制造模式從而可以更好的滿足前端客戶對產(chǎn)品的個(gè)性化需求。所謂混線復(fù)雜制造，就是按照比較特別途徑來識(shí)別智能的產(chǎn)品，這樣能夠隨時(shí)對產(chǎn)品的情況進(jìn)行確定，而且還能夠了解到為了使得目標(biāo)能夠?qū)崿F(xiàn)，還有什么其他的備選路徑。制造系統(tǒng)讓企業(yè)和工廠的信息傳遞變得更加順暢，在業(yè)務(wù)流程上的相互聯(lián)結(jié)，使得生產(chǎn)的整體過程都能夠得到控制和管理，各類資源也能夠得到更好的調(diào)整和配置。西門子數(shù)字化工廠一直在探索制造管理的高效性，2008年第一條完整意義的混線模式的生產(chǎn)線落成。從客戶發(fā)起需求到產(chǎn)品設(shè)計(jì)再到生產(chǎn)執(zhí)行，是目前非常具有特點(diǎn)和價(jià)值的制造業(yè)的價(jià)值鏈條，其處于一個(gè)相對靜態(tài)的狀態(tài)下，并且完成的時(shí)間需要比較久，這樣對于制造的全球化是難以實(shí)現(xiàn)的。雖然，基于技術(shù)的視角，產(chǎn)品是能夠順利制造的，然而，顧客是不能根據(jù)自身的需求選擇定制化的產(chǎn)品的。隨著數(shù)字化技術(shù)的應(yīng)用，可以完成價(jià)值鏈端到端解決方案：設(shè)計(jì)、模擬、驗(yàn)證、制造、服務(wù)等涵蓋了客戶各個(gè)方面的需求，包括產(chǎn)品的設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、成品產(chǎn)出、后續(xù)服務(wù)等，各環(huán)節(jié)都包括在內(nèi)，各個(gè)環(huán)節(jié)相互依存的關(guān)系也在此當(dāng)中得到了描述。這種數(shù)字化工廠的模式制造始終可跟上產(chǎn)品研發(fā)相結(jié)合，從而讓企業(yè)實(shí)現(xiàn)滿足用戶的個(gè)性化定制產(chǎn)品。

三、結(jié)論

通過對全球領(lǐng)先的面向工業(yè)4.0的數(shù)字化工廠的創(chuàng)新研究和分析，期望能夠?qū)庀冗M(jìn)模式以及實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行總結(jié)體現(xiàn)，讓企業(yè)能夠更好的認(rèn)知其先進(jìn)性、創(chuàng)新性，并能夠形成共識(shí)和理解，以便于批判地參考和學(xué)習(xí)進(jìn)而讓中國企業(yè)在實(shí)踐中能夠更好的推進(jìn)和把握，能夠避免不必要的錯(cuò)誤發(fā)生。同時(shí)需要認(rèn)識(shí)到，我國企業(yè)也要保持清醒頭腦，清楚地認(rèn)識(shí)到我國的國情和制造業(yè)的現(xiàn)狀，要能夠看準(zhǔn)問題、找出差距，因地制宜地進(jìn)行數(shù)字化工廠建設(shè)。

參考文獻(xiàn)：

[1]程婉， 李成漢， 李垣. 基于"三網(wǎng)"融合的智能制造生態(tài)系統(tǒng)構(gòu)建[J]. 科學(xué)學(xué)研究， 2021， 39（6）：4.

[2]高柏， 朱蘭. 從"世界工廠"到工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)強(qiáng)國：打造智能制造時(shí)代的競爭優(yōu)勢[J]. 改革， 2020（6）：14.

[3]陳旭升， 梁穎. 雙元驅(qū)動(dòng)下智能制造發(fā)展路徑——基于本土制造企業(yè)的多案例研究[J]. 科技進(jìn)步與對策， 2020， 37（10）：10.

作者簡介：

1.向雪梨，女，1992年12月20日生，湖北恩施，大學(xué)本科，就職于湖北中煙恩施卷煙廠，助理工程師，主要研究方向?yàn)闄C(jī)械自動(dòng)化、安全管理、環(huán)境管理類。

2.羅曉，男，1992年11月21日生，湖北省恩施州鶴峰縣人，本科學(xué)歷，現(xiàn)就職于湖北中煙工業(yè)有限責(zé)任公司恩施卷煙廠，助理工程師，主要研究設(shè)備管理、智能制造、機(jī)電控制等方向。

3.余忺杪，男，1994年03月生，湖北省恩施州利川市人，本科學(xué)歷，現(xiàn)就職于湖北中煙工業(yè)有限責(zé)任公司恩施卷煙廠，助理工程師，主要研究設(shè)備管理、智能制造、機(jī)電控制等方向。

4.彭徽，男，1992年7月16日生，湖北巴東人，本科學(xué)歷，現(xiàn)就職于湖北中煙工業(yè)有限責(zé)任公司恩施卷煙廠，助理政工師，主要研究政工人文、煙草機(jī)械等方向。

3830500589277