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全民飞机大战风暴猎鹰:沈烈初:實體層互聯互通 讓智能制造不再“卡脖子”

發布時間:2018-08-30 16:44:31點擊量:118

全民飞机大战乐斗模式核心操作攻略 www.jroyo.icu 原機械工業部副部長 沈烈初

  (資料圖片)

  按業務流程分,一般智能制造分:管理層、執行層、控制層及實體層(設備層),有的企業在管理層之前加一個決策層,在實體層之后加一個傳感層,這是一個虛實結合的系統工程,亦即CPS系統。

  實體層是生產過程產生增值的過程,亦即是一個企業活動的出發點與歸宿,是社會物質生產產品的單位,它又是一個龐大的系統,如機械制造包括毛坯(鑄、鍛、焊等專業)、加工(切削、成形、熱處理等工序)、裝配調試、涂裝、檢測、包裝等制造過程。傳感層就是把這些生產過程中各種信息實時采集,所謂各種數據形式的來源,抽象出來就是人、機、料、法、環、測及水、電、風、汽和信息傳輸(有線或無線)存儲網絡,它們之間的互聯互通不解決,數字化、網絡化最后發展為智能化制造根本不可能。

  目前中國制造業,特別是裝備制造業有發展不平衡、不充分的特點,其企業結構與水平具有工業1.0、2.0、3.0的實體層比比皆是。據筆者近幾年來考察近百個裝備制造企業來看,實施所謂智能制造的瓶頸在實體層設備的互聯互通及數據采集上。當然有一批先進的大中型企業,精益生產及準時化管理做的較好,具有合理的業務與工藝流程,且有著較先進的生產設備,數控化率較高,因此這些企業是數字化、網絡化及以后的智能化制造的先行者,但還需要大量的探索及積累數據與實踐經驗的過程,然后才能達到柔性化、定制化、可視化的階段。

  其中關鍵環節是因各種控制系統中傳遞數據信息的通信協議有不同的版本,如機床數控系統常用的國外有FANAC、三菱、西門子、Heidenheim等,國內有華中數控、廣州數控、光洋、高精、凱恩帝、維宏、精雕等系統;驅動又分伺服電機系統、步進電機系統等;現場總線(Fiel dbus)也有不同版本,PROFIBUS、MODBUS、CAN、EtherCAT等,如何把傳遞數據的不同版本的協議,能互相兼容,上傳下達?很多單位是采用軟件包或獨立???,如日本馬扎克稱之為Smart-Box、光洋稱之為MCU、沈機i5及ISESOL系統稱之為i-Box、儀綜所稱之為智能網關。因此,每個企業就能形成自己獨特的信息管理系統及統一的接口與協議,這是智能制造信息架構的重要組成部分。

  數字化、網絡化及智能化(以下簡稱“三化”)制造,就是在制造過程中對生產全要素的描述與使其優化組合,使裝備制造達到“質量第一,效率優先”的目的,使企業增加市場競爭力與可持續發展能力。筆者在調查研究中發現幾個難點:

  首先,有兩種現象普遍存在。一個是畏縮不前,認為實施“三化”過程,需要一大筆資金改造實體層各生產環節。另一個是為“三化”。而“三化”似乎有點像“面子工程”一樣,如不搞“三化”,受不到上級及同行的重視。筆者認為要用“投入產出”經濟理論來研究與落實“三化”,如只有投入,沒有產出或產出很少,這是不合理,不經濟的。

  其次,是先搞好科學化的生產管理。即精益生產(LP)及準時化管理(JIS),與搞不搞“三化”沒有多大關系,這是提高企業生產率與競爭力不可或缺的;反過來說,LP及JIS搞好了,“水到渠成”搞“三化”就容易多了。所謂“三化”中的管理層(PLM、ERP)、執行層(MES等)、控制層可形成一個所謂虛擬工廠(或車間)優化生產要素的組合及業務流程,后由優化得出的數據控制實體層的各種裝備,這就是虛擬與實體生產過程互相“映射”,經過多次的PDCA相互映射就可以得出比較優化的業務流程。在這個過程中數據的真實性與全面性就十分重要。

  第三,關鍵在于數據的采集、傳輸、篩選及建模。數據的種類很多,包括生產、管理、質量、資金、設備等生產全要素的數據,并且還要收集與企業及產品用戶需求等數據,形成所謂條數據與塊數據(二維的),這才能利用實時的數據進行優化與預測,沒有數據就沒有“三化”。因此建立多種數據的數據庫是第一位的。

  

山東臨工等企業實施“三化”的啟示

  

(一)山東臨工案例及啟示

  不要把企業“三化”看作“高大上”技術,若企業員工不懂得“三化”的意義、目的、內涵等,搞“三化”有什么意義呢?山東臨工工程機械有限公司(簡稱山東臨工)的經驗對筆者啟示很大。他們辦企業的指導思想是“一全(全員參與),二創(管理創新、技術創新),三結合(干部、技術人員與員工)”。筆者曾說過,這是新時代的“鞍鋼憲法”。過去山東臨工的發展,提質增效是靠這個辦法,現在企業搞“三化”(或兩化融合)也是靠“一全二創三結合”的辦法。筆者于2017年2月寫過一篇《工業2.0補課,工業3.0全面推進,工業4.0試水—山東臨工創業創新考察記》,在文章后面附有筆者于2015年5月28日寫的一篇《推薦一篇好文章—山東臨工“一全二創三結合”創新管理模式探索與實踐》。筆者了解到山東臨工在上世紀90年代初就引入CAD等數字化技術;2007開始引進VOLVO的精益生產及準時化管理方法,2008~2009年為學習導入期;2010年進行可視化管理,開始成立CI小組;2013年推進標準化作業,共有22個???,在此過程中分期分批進行全員培訓,提高員工的認識與業務水平。因為企業的業務流程涉及到每個員工的職責,沒有全體員工的自覺參與,再好的技術與管理模式也起不到理想的作用,這就為實現“三化”或“兩化融合”奠定了堅實基礎。因此,山東臨工在過去信息化基礎上,采用德國SAP管理軟件,加上自己開發的應用軟件,設計了一個完整的信息化架構與接口,包括管理層、執行層、控制層。在實體層,因車間性質與工藝流程不同,執行層、控制層也不完全相同。筆者考察了幾個車間,包括結構焊接車間、液壓件車間、裝配車間、物流等,其實體層中很多裝備都是由三結合小組自己設計制造的,因為他們熟悉工藝,將來也是他們來操作使用,因而只要統一接口,統一協議就可以了。有的采用有線通信,有的如裝配車間一些工序采用無線通信,隨時可用智能手機掃描,知道某一訂單的產品進行到哪一個工序了。真正實現了共商、共建、共享的搞“三化”模式,把“高大上”技術與全體員工結合起來,他們的經驗值得重視。由于山東臨工很早就注意其生產的工程機械產品,如挖掘機、裝載機、路面機械的“三化”控制,產品都裝有GPS定位系統等,可進行遠程監控,收集產品在用戶使用情況及運行時的工況數據,不僅可進行在役產品的健康檢查及指導維修服務,而且通過在用戶中開展“好司機”活動,及時得到了終端用戶反饋的裝備產品質量、可靠性、可用性、易用性等大量有用的信息,為不斷改進產品、制造過程,供應鏈的優化等打下基礎,這就是PDCA多次循環后,提質增效的最佳的路徑。同樣,利用大數據進行市場對各種工程機械需求的預測,山東臨工也進行了這方面的研究。

  在前幾年工程機械市場處在困難境地,山東臨工堅持“專注實業,聚焦主業,不斷進行供給側改革”,不斷推進“三化”工程。不像有些工程機械企業,實行所謂“跨行業發展”“多元化發展”“脫實向虛”等發展戰略,以求得“脫困”或增加“體量”“規?!?,結果呢?2017年就有了答案,根據某媒體的統計,以人均營業收入即勞動生產率來比較,在行業前九位工程機械企業的統計中,山東臨工為157.75萬元(2015年),182.22萬元(2016年),315.58萬元(2017年),位居9個企業之首,從縱向比,山東臨工2017年勞動生產率比2015年增加了一倍;從橫向比,2017年人均勞動生產率是第九位企業的1.7倍;當然交給國家的稅收及利潤也相應增加了。企業推進“三化”或“兩化融合”需要很長的時間,不是一蹴而就的,需要統一規劃,分階段、分步驟的實施。由于新技術特別是信息技術仍在高速發展,因此,企業還必需在實施一定階段后,要及時修改及優化“三化”發展規劃,然后再分階段、分步驟繼續實施。總之先易后難,問題導向,借用外力,培養自己的能力,這樣看得見成果,鼓舞全體員工士氣,堅持走適合自己企業情況的“三化”及“兩化融合”的道路。

  一個好的企業,需要有一個好的領導及集體,要有一個強有力的執行機構,需要有包含熟悉硬件及軟件的信息化技術團隊。從優化業務流程來看,涉及方方面面的人員工作及其職責的科學劃分,也就是部門與個人間的利益調整。總之,沒有優化業務流程及LP和JIS管理模式,“三化”或“兩化融合”是無法進行或沒有顯著效果的。這一點并沒有被一些企業領導及有關部門所重視,容易把智能制造滑入誤區,這是危險的,事倍功半。

  

(二)常熟開關等企業案例及啟示

  制造斷路器的常熟開關制造有限公司,從上世紀1991年,還是處在一個面臨破產境地的小廠,臨危受命擔任廠長的唐春湘決心借款數百萬元搞CAD產品設計。他深知沒有高水平的產品,企業是活不了的,高水平的產品需要高水平的設計手段,從而在一片反對聲中就做了,開始走上兩化融合的道路。2011年左右第二代主要領導王春華同志接班,前赴后繼深入搞“兩化融合”及智能制造,至今已超過25年。分階段梳理各方面的業務流程,從銷售、計劃、生產、質量、維保、物流、采購、倉儲、能源等近30個業務板塊,進行信息化優化,它是在一個不斷優化架構下,有步驟、分階段進行的,擁有大量數據。前兩年筆者去調查常熟開關數據庫時,存儲容量接近80T了,現在的員工沒有信息化手段已經不習慣了。

  其它如南京康尼機電股份有限公司、廈門宏發電聲股份有限公司、山東文登天潤曲軸股份有限公司、重慶盟訊電子科技有限公司、北京時代集團等企業搞“兩化融合”都已有二三十年了,形成了自己特色的信息化管理系統,沒有持之以恒的決心,不可能取得如此大的成功。因此搞“三化”永遠在路上,要隨著產品升級換代、企業管理的進步、國際化經營發展等情況變化而變化。

  

裝備工業在“三化”中的擔當


  裝備工業是為各行各業的制造業提供裝備產品的,其質量、性能、效率等決定著這些制造業的水平與效益,這是大家的共識。因此,裝備工業的“三化”水平更加重要。裝備工業的“三化”包括產品的“三化”控制、制造過程的“三化”管理及用戶在役產品運維的“三化”服務。

  如果裝備工業提供的產品、生產線“三化”水平高,用戶的生產過程,即用戶的實體層互聯互通就很容易實現。裝備產品的“三化”,即采用數字化、網絡化、智能化控制是現代機械裝備實施機(械)電(子)儀(傳感器)一體化的升級版。上世紀50年代初,美國出現數字控制機床,這就開啟了數字化控制大門,具有劃時代的意義,以后出現半導體技術,模擬計算機向數字計算機過渡。1971年美國Intel制造出4位的小規模集成電路,這是又一次質的飛躍。到現在經過LSI、VLSI已發展到64位產業化芯片,線寬達10納米超大規模的集成電路,按摩爾定律性價比還進一步發展。上世紀70年代出現PLC可以用硬、軟件代替硬件控制,從此大大促進了軟件的發展。除通用芯片外,還出現種類繁多的專用芯片,促使裝備工業的發展如虎添翼。數字計算機的出現,也大大提高了機械工業的產品與管理水平。

  筆者上世紀70年代末去美國辛辛那提機床廠考察時,他們的產品主要為大規模生產的汽車工業以及小批量多品種生產航空產品的波音及麥道飛機制造公司提供數控及其它金切機床,生產管理已經用了計算機,該廠以銷定產,根據訂單安排半年、三個月粗計劃,一個月的細計劃,一旬或一天的執行計劃,滾動修正,大概現在所說的APS系統。那時還不是實時(online),而是批處理(可以是半天或一天)。筆者在1978從工廠調到原機械工業部部機關工作,當時一機部總工程師陶亨咸,從德國亞琛工業大學(RWTH Achen University)邀請兩位教授,準備在沈陽第一機床廠的1A62車間大批及中型車床成批生產車間進行計算機管理試點。筆者陪同兩位教授到原沈一機考察,當時工廠的各級領導尚不熟悉計算機管理,除上課進行技術交流外,并到兩個車間詳細考察,兩位教授查閱了工單、工票、計劃書、工藝文件等紙質資料及文件,考察兩天后,兩位教授提出數據不完全,有些數據不真實,流程不合理等。兩個車間的領導連數據都說不清楚,后來這個合作就停止了。這說明當時我國最好的機床廠,是前蘇聯156項援助項目之一,尚且如此,其它機床廠呢,恐怕也差不多。

  再說寶鋼二期工程,引進德國的2050板材熱聯軋機,用三級計算機控制,一共有11個機架,4個粗軋機架,7個精軋機架,都采用液壓伺服壓下裝置,全部用計算機控制。通過寶鋼二期工程,我國掌握了熱軋、冷軋、連鑄連軋等用計算機控制的冶金設備。不僅提高了寶鋼二期的工藝水平,為寶鋼實體信息化底層裝備的互聯互通提供很方便的條件。

  去年筆者時隔十余年再次到中信重工進行學習,面貌一新,特別是成套礦山重大技術裝備,根據用戶提出的不同需求,配置各種破碎及球磨等設備,在這里用戶使用工藝十分重要,根據使用工藝試驗室實驗取得的數據后,進行設備的選型,采用數字化、網絡化控制,這實際上是定制化的成套礦山設備,為用戶提供謂之“智慧礦山”的裝備與信息化管理系統。

  其他如通用機械行業的透平壓縮機等高端產品,筆者在西安陜鼓集團的中控室看到包括在國內外用戶處在役產品的運行工況,一覽無余。

  至于機床工具作為裝備工業的母機,這幾年在國家04專項支持下,華數、廣數、光洋、高精、維宏等企業已具備了生產高中低檔的數控系統,從性能上講,基本可以滿足要求,但在質量、可靠性、性價比、售后服務等仍需提高,特別是品牌認知度在用戶中還不高,高端數控機床在市場占有率僅提高到5%。筆者認為數控機床中,機床本體的水平、可靠性、使用性能比數控系統還差,大都停留在樣品、樣機階段,盡管采用了不少國外或境外的功能部件,仍然沒有顯著提高,不知為什么,大概是缺乏一批工匠及技術工人,加上粗放式管理,缺精細生產觀念等,我們的智能制造是不能建立在國外的數控機床基礎上吧!數控機床及機器人控制原理基本一致,可能在算法上有一些不同,如華中數控、光洋數控等,一個數控系統,因為有多通道等功能,既可控制機床,也可同時控制機器人,如西門子的840Dsl一樣。

  再說說其它裝備吧!鑄、鍛、焊、表面處理裝備很多已采用計算機、PLC、計算板卡或嵌入式芯片、總線傳輸信息技術,這些裝備的“三化”與管理“三化”逐漸變得容易,如北京時代集團可提供成套的自動化和信息化程度高的焊機及車間的信息管理系統,并可遠程可視化監控,在這里特別要重視標準化接口,與其它裝備或信息化管理系統互聯互通。

  不久之前筆者在大連參觀學習德國的Grob機床廠,它為福特生產的2.00升(大約)鑄鋁缸體加工,鋼套在壓鑄缸體時就鑄入,大大減少了加工工序,精加工鋼套采用CBN刀具,節拍大概是4~5分鐘,整個控制裝置是采用西門子840Dsl,經過Grob二次開發的,福特提供一套與整個福特工廠兼容的網絡接口,這樣Grob的網絡接口必須與福特網絡兼容,這也可說網絡及通訊協議已定制化了!生產線很方便在使用場所與整個福特的信息網絡互聯互通了!

  總之,目前我國制造業處在數字化、網絡化階段,數字化是網絡化、智能化的基礎,因此筆者認為,目前“數字裝備工業”與“數字經濟”一樣,是最緊迫的課題,否則很難實現互聯互通,或進一步發展人工智能及智能制造。

  最后筆者還有一個啟示,像常熟開關、廈門宏發等公司,根據自己工藝要求,設計制造自己所需的具有“三化”控制功能專用自動化設備及生產線。廈門宏發設計制造的12頭微細漆包線的繞線機已達國際水平,除自用外還銷往國內外。又如山東文登天潤曲軸股份有限公司、濱州渤?;釗煞縈邢薰鏡榷加兇約旱氖刈ㄓ沒采?,因為功能部件都可在國內外市場上采購到,更多的是附加上了曲軸、活塞的制造工藝技術,數控專用機床不僅滿足了本企業的需求,而且有的還可以供國內外市場使用。又如山東臨工在推進信息管理進程中,一個“三結合”小組研發了一臺AGV小車,有自己的特點,僅花10萬元,現在廠內已使用了超過150臺,大的AGV小車可裝載1~2噸工件重量。為此專門成立了一個公司進行生產,可以對外銷售,并可為用戶制定一套物流方案。

  裝備工業的“三化”方興未艾,關鍵是互聯互通和遠程標準化接口,包括軟件互相兼容就十分重要,需要有關部門研究解決。

  這些啟示,是個人的體會,由于筆者的知識水平很低,錯誤之處肯定很多,望業內專家指正,算是拋磚引玉吧。

  (本文形成過程中,機械工業儀器儀表綜合技術經濟研究所歐陽勁松所長、石鎮山副所長、王麟琨副所長等提出了很好的意見建議,在此表示衷心感謝。)


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