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工業4.0 | 產學研專家縱論工業互聯網
來源:轉載 點擊數:1682次 更新時間:2015-05-15 12:53:38

~2015年3月3 日,值兩會召開之際,中國工業互聯網聯盟舉辦的第三次工業互聯網沙龍在北京交通大學知行大廈七層舉行。工業互聯網沙龍旨在通過一系列活動,確立工業互聯網的概念、內涵、外延、核心內容以及指標體系。通過邀請業內專家及有實戰經驗的工業信息化專業人士分享經驗,工業互聯網沙龍致力于幫助企業確立工業互聯網路線圖,通過樹立樣板項目,讓企業體會工業互聯網的價值。

本次工業互聯網沙龍有十余名業內著名專家參與討論,其中包括交大校友之家常務副理事長李正海、北京郵電大學世紀學院計算機學科帶頭人陳志成、北京交通大學機電學院機械工程系副主任蔣增強、清華大學車船動力研究中心主任黃德洪、北大縱橫咨詢公司合伙人馬兆林、北京車安居停車設備有限公司總經理張林鵬等。

從個性化制造看工業互聯網價值

李正海是交大校友之家常務副理事長、九方宏信CIO、高級工程師,他于1989年畢業于北方交通大學機械系鐵道車輛專業。在上大學期間就從事企業信息化工作,曾任目前屬于中國南車集團的戚墅堰廠計算機中心主任,至今做企業信息化已有20多年。李正海說,從他20多年企業信息和制造工廠信息的經驗來看,工業互聯網和工業4.0更注重把原來信息化的工作進行全面的整合和提升,從而達到新的高度。

李正海介紹了世博演藝中心頂部的制造過程。世博演藝中心于2007年12月30日在浦東開工,于2010年3月竣工。整個演藝中心用地面積近8萬平方米,地上建筑面積約4.5萬平方米,地下建筑約為2萬平方米。世博演藝中心造型呈飛碟狀,從不同角度和不同空間看,能呈現出不同形態。因為特殊圓弧型設計,因此世博演藝中心頂部的每塊鋼板都不一樣,由近1萬塊不同尺寸和工藝的鋼板組成。這樣一個大規模的定制化制造過程,恰恰體現出了工業4.0的概念。

世博演藝大廳頂部由一萬多塊三角板構成,而且每一塊板的尺寸都不同。每一塊板由四個組件對扣在一起,通過彎折外延實現對扣,因此需要知道三角板的板扣、折彎系統和折彎的角度這三個參數。當時的設計單位抽掉了三個部門的人手,每天加班到半夜12點,但一天也只能計算30塊板子左右的數據。一萬多塊板子的數據,需要一年多的時間才能計算完。于是,設計單位找到了李正海。李正海曾負責世博中國館頂部的設計并開發了相應的計算軟件。基于世博中國館的軟件,李正海花了兩個晚上的時間,為世博演藝中心開發了設計軟件,可以實現由設計軟件直接輸出數據到數控切割機床,一步完成。

工業互聯網要以精益制造為基礎

隨著工業生產的個性化需求與日俱增,越來越需要創新的設計方法,這就需要工業互聯網和工業4.0。實際上,在機械企業的生產制造過程中,從單個零件的生命周期來看,生產組件、熱加工、粗加工、精加工、熱處理直到零件裝配,這是一個物對物的變換過程,但它也是制造信息不斷變化的過程。

以前有人問過PDM與ERP的關鍵差別在哪里?李正海認為,最簡單的一點就在于PDM是產品數據管理,它不管生產批量。在生產組織過程中,設計部門往往只管設計不管批次,批次則由工藝部門負責。工藝部門有的時候會認為設計師寫的型號不對或是沒貨,于是就自行更改型號然后進行采購,這種現象在企業里非常普遍。李正海分享了汽車制造的案例。他經歷過生產規模達到20萬輛的汽車制造企業,設計文檔和實際裝車報目清單零件的差異,能多達19頁之多。

一個螺釘從17號換成15號,到底有沒有影響?影響會有多大?英國航空5390號航班是英國航空集團由伯明翰前往西班牙馬洛卡的定期航班,1990年6月10日,飛機的駕駛室中一塊擋風玻璃突然飛脫,并將機長吸出機外。憑著副機師的努力,航機安全降落于南安普敦。窗戶脫落的原因是什么?原來裝到檔風玻璃上的螺釘不是原始設計的螺釘,結果就出了事故,而這個螺釘是在檢修的過程中被更換的。

制造執行系統是工業互聯網的核心

蔣增強現為北京交通大學機電學院機械工程系副主任,主要負責工業工程。從念研究生開始,蔣增強就一直從事制造信息化工作。隨著我國制造信息化的發展,他經歷了從PDM到ERP再到MES的全過程。從2006年開始,蔣增強就開始從事制造執行系統(MES)工作,他經歷過的項目主要是面向汽車行業的制造執行系統,包括國內十幾個相關制造企業的三十余個制造執行系統項目。

關于工業4.0,蔣增強認為制造執行系統就是最終體現工業4.0和工業大數據落地的最佳平臺。制造執行系統分成三層,第一層是基礎的數據采集層,可認為它是CPS信息物理系統的核心,最終通過CPS來實現數據的采集和交互。第二層是業務層,也就是整個生產過程中的流程和業務。第三層為數據服務層,通過大數據的分析,檢測整個制造系統的健康,以及對可靠性和健康性的預測等等。通過制造執行系統,把工業4.0和大數據融到一起了。

從2006年從事制造執行系統開始,蔣增強感覺到企業需求一直在變化。2006年2007年的時候,企業的需求在于信息采集。當時中國出臺了不合格企業產品召回條例,企業存在質量出現問題召回后誰來承擔損失的問題。到底是整車廠裝配的過程中出了問題,還是加工過程中的問題,還是供應商出了問題。因此最早的時候,企業對制造執行系統的要求就是數據的自動采集,采集完了以后歸類,然后進行統計,之后數據就成為死數據。

現在企業對制造執行系統的認識加強了很多,MES的11個模塊開始使用起來。蔣增強今年在青島做制造執行系統,對方企業主動提出排產很重要,要把智能排產放第一位。以前都是蔣增強去跟用戶提需求,但是現在企業已經完全不一樣了,他們已經開始了解制造執行系統了,并且發自內心的希望利用這個系統讓企業發生質的改變。

智能制造:相信機器還是相信人?

制造執行系統現在主要發展的方向是什么?蔣增強表示,前期做的制造執行系統是單向的,就是從底層采集數據,很少反過來再去控制數據,形成一個閉環,這主要指的是離散制造行業。企業的制造執行系統只需要采集單向的,不需要反饋,因為怕產生安全問題。很多企業時候擔心執行方面的可靠性或者是風險。我國目前制造執行系統完全自動化的比例偏低,這里有一個工作習慣問題,企業習慣了人為監控生產過程,一時改不過來。隨著工業4.0提出來以后,制造執行系統將從輔助決策的角色向真正執行角色轉變,讓制造執行系統閉環起來。

從蔣增強的實踐來看,很多中國制造企業寧愿相信人,而不相信機器。他曾經參觀過國內非常先進制造工廠,都是奧地利、意大利進口的全自動新設備,而全自動設備的邊上全是國產的半自動設備且大部分需要人工參與。但企業寧愿用半自動化設備,全自動設備雖好,企業覺得只要一個環節出現問題,全部都要停產,而找一個人過來修需要很長時間。半自動化設計,即便某個環節出問題了,其余的環節還在工作,效率會很高,綜合下來的成本比進口的低很多。

德國人有一種思維,寧愿相信機器,不相信人。德國人的制造技術很高,中國的制造技術不能和德國比。現在的信息化是數據加設備,雖然數據和算法穩定了,但是設備不穩定,所以企業不敢大膽采用自動化設備。要想真正推廣落實制造執行系統,必須要打破傳統制造企業的思維慣性。

從中國制造到中國運營

清華車船動力研究中心的黃德洪針對當前熱門的柔性制造,提出了“反”柔性制造的觀點。所謂柔性制造,指制造企業利用互聯網平臺讓用戶參與制造,廠家提供不同的模塊,讓用戶自己組合。讓客戶參與制造是潮流,保時捷的口號是任何一輛保時捷都是不一樣,因為全是客戶化定制。此外,柔性生產非常關鍵,除了個性化生產制造外,當面臨經常修改的訂單或設計,整個生產制造流程也需要相應調整。

黃德洪說,現在制造業有一種理念,就是不賣產品而改為賣服務,因此這是一種“反”柔性制造的觀點。反柔性制造相當于大樓中央空調的反過程,中央空調通過輸入電能形成溫差,冬季供熱夏季制冷。過去是賣空調廠商賣空調產品,現在改為賣制冷服務。很多房地產開發商已經不買中央空調了,轉而買冷凍水。舉例來說,開發商按照每立方冷凍水五分錢,夏天7度出12度回,每小時的流量五百立方就可以滿足樓的制冷或取暖。開發商按每個立方五分錢支付給空調企業,工資、水電等全由空調企業自管,開發商相當于把中央空調成本全攤薄在這五分錢里,風險也相應鎖定了。空調廠商從賣空調產品轉而提供冷凍運營服務,從產品制造商轉為運營服務商,這就是從中國制造走向中國運營的概念。

從賣產品轉向賣服務,對客戶最大的價值,一是以近于零投資的方式降低了初期投入成本,二是對于廠商來說實現了非常穩定的現金流,因為賣產品是一次性的,而服務必須一直采購下去。從中國制造到中國運營,還有一個好處,就是競爭力變了。如果中國企業與西門子比制造發電機,西門子的發電機可以把工業品做的像藝術品一樣,達到頭發絲的二十分之一,中國企業目前做不到這樣的精度。但通過賣運營服務的方式,中國企業以運營商的身份出現,就形成了新的商業模式。中國高鐵的輸出,就是采用這種模式。

黃德洪介紹,針對特殊行業,反柔性制造把產品模塊化,再按照用戶需求,以達積木的形式滿足用戶的需求。以美國普惠發動機為例,它提供了一款280千瓦的電站,做成了一個集裝箱的樣子。不論是什么樣的能源項目,都用這 280千瓦電站拱積木。如果是發電700千瓦就用3臺,如果發電1000千瓦就用4臺,這樣一來就是大幅簡化生產環節,生產這款電站的工廠也只有一百多個人。雖然總體制造成本略有升高,但管理的費用大幅降低了,供貨周期大為縮短,綜合服務計算下來,還是比較劃算的。

機器人解決人才不足問題

陳志成長期研究工業4.0與智能制造、人工智能系統、物聯網與云計算等領域,先后擔任北京郵電大學世紀學院計算機學科帶頭人、華為技術有限公司高級技術專家等職,現任中國人工智能學會基礎專業委員會常務委員、中國通信學會云計算專家委員會委員、中國信息協會大數據分會理事、北京格分維科技有限公司總經理。

陳志成說,現在各地都出臺了扶持政策,支持當地發展工業4.0。浙江提供了5000億支持當地的企業進行升級改造,并成立了一個專業委員會。廣東、深圳也都出臺了相應政策扶持當地的智能制造業。陳志成前不久參觀了TCL的廣東工廠,工廠里面的生產線上,已經用上很多機器人,原先貼商標、擰螺絲的人工都改成數控機床、機械手,運輸也改為先進的無人運輸車。

浙江省政府5000億的撥款,在五年之內,生產制造企業都可以申請。浙江省政府成立了專家評審團,對項目進行一半的補貼或者是補貼四分之三。專家組織除了評審,還幫助企業評估升級改造的方式。江浙一帶的企業對于先進制造的技術并不了解,也不知道德國、日本的哪些機器人適合他們的需求。因此,如果單獨采購機器人,肯定價格不菲。現在通過專委會平臺統一進行商務談判,有一個打包的價格,就非常便宜了。

陳志成介紹了一個案例。浙江有一個磚廠,原來有500多個人,后來西部地區的員工陸續都回老家了,這個工廠被迫關掉了兩條生產線。后來該廠進行升級改造,從國外引進機器人,工程總價兩三百萬,通過專家評審和浙江省的支持,該廠實際自掏五十萬,就把機器人領回家了。原來一條生產線上有16個人,現在只需要2個人,最多的時候4個人就搞定了。原來是8小時工作制,工人一般都工作10個小時,現在用上了機器人后,基本上是轉16個小時,只要兩個人盯著就可以了,生產制造效率大幅提升。

國家重視促進工業互聯網大發展

李正海表示,隨著國家的物質越來越豐富,越來越需要實現工業產品的個性化與可定制化。而一旦往個性化與定制化方向發展,傳統的工業就會面臨挑戰。傳統的制造業模式,無法處理個性化和定制化的訂單。十多年前,曾經有一本書《大規模定制》,它的核心為當定制產品的總量是達到大規模后,為了適應這種大規模定制,所以企業需要一系列的策略,這種策略就包括定制化生產、內部的標準化,以及車間生產、組織、設備的流程化、自動化和智能化。

陳志成表示,從政策角度來講,中國目前已經意識到了工業落后。從技術角度來講,中國跟歐美日本比,確實還是比較落后,在核心零部件上面掌握的技術很少,但是不妨礙中國進一步引進、消化和吸收國際先進技術。當經濟水平發展到一定程度,國家下決心做起來以后,發展也是很快的。

陳志成說他從2006年開始做物聯網,那個時候很多人并不看好物聯網。后來溫家寶到嘉興發言,要做智慧中國,馬上就成立了無錫智能物聯網基地。北京郵電大學第一個在無錫建立了研究院,然后就是中移動、中聯通。目前中國有70%到80%的物聯網傳感器,都是從無錫出產的,其次是深圳。

總而言之,工業4.0與工業互聯網是一項系統工程和社會工程,從生產制造、企業管理、經營模式,到質量文化、知識文化、人才培養,再到打破傳統的觀念與理念等,方方面面都需要下功夫,齊頭并舉、互相促進,才能真正實現和落地工業4.0與工業互聯網

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