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工业4.0 | 产学研专家纵论工业互联网
来源:转载 点击数:1830次 更新时间:2015-05-15 12:53:38

~2015年3月3 日,值两会召开之际,中国工业互联网联?#21496;?#21150;的第三次工业互联网沙龙在北京交通大学知行大厦七层举行。工业互联网沙龙旨在通过一系列活动,确立工业互联网的概念、内涵、外延、核心内容以及指标体系。通过邀请业内专家及有实战经验的工业信息化专业人士分享经验,工业互联网沙龙致力于帮助企业确立工业互联网路线图,通过树立样板项目,让企业体会工业互联网的价值。

本次工业互联网沙龙有十余名业内著名专家参与讨论,其中包括交大校友之家常务副理事长李正海、北京邮电大学世纪学院计算机学科带头人陈志成、北京交通大学机电学院机械工程系副主任蒋增强、清华大学车船动力研究中心主?#20301;?#24503;洪、北大纵横咨询公司合伙人马兆林、北京车安居停车设备有限公司总经理张林鹏等。

从个性化制造看工业互联网价值

李正海是交大校友之家常务副理事长、九方宏信CIO、高级工程师,他于1989年毕业于北方交通大学机械系铁道车辆专业。在上大学期间就?#37038;?#20225;业信息化工作,曾?#25991;?#21069;属于中国南车集团的戚墅堰厂计算机中心主任,至今做企业信息化已有20多年。李正海说,从他20多年企业信息和制造工厂信息的经验来看,工业互联网和工业4.0更注重把原来信息化的工作进行全面的整合和提升,从而达到新的高度。

李正海介绍了世博演艺中心顶部的制造过程。世博演艺中心于2007年12月30日在浦东开工,于2010年3月竣工。整个演艺中心用地面积近8万平方米,地上建筑面积约4.5万平方米,地下建筑约为2万平方米。世博演艺中心造型呈飞碟状,从不同角度和不同空间看,能呈现出不同形态。因为特殊?#19981;?#22411;设计,因此世博演艺中心顶部的每块?#32844;?#37117;不一样,由近1万块不同尺寸和工艺的?#32844;?#32452;成。这样一个大规模的定制化制造过程,恰恰体现出了工业4.0的概念。

世博演艺大厅顶部由一万多块三角板构成,而且每一块板的尺寸都不同。每一块板由四个组件对扣在一起,通过弯折外?#37038;?#29616;对扣,因此需要知道三角板的板扣、折弯系统和折弯的角?#26085;?#19977;个参数。当时的设?#39057;?#20301;抽掉了三个部门的人手,每天加班到半夜12点,但一天也只能计算30块板子左?#19994;?#25968;据。一万多块板子的数据,需要一年多的时间才能计算完。于是,设?#39057;?#20301;?#19994;?#20102;李正海。李正海曾负责世博中国馆顶部的设计并开发了相应的计算软件。基于世博中国馆的软件,李正海花了两个晚上的时间,为世博演艺中心开发了设计软件,可以实现由设计软件直?#37038;?#20986;数据到数控切割机床,一步完成。

工业互联网要以精益制造为基础

随着工业生产的个性化需求与日俱增,越来越需要创新的设?#21697;?#27861;,这就需要工业互联网和工业4.0。实际上,在机械企业的生产制造过程中,从单个零件的生命周期来看,生产组件、热加工、粗加工、精加工、热处理直到零件装配,这是一个物对物的变换过程,但它也是制造信息不断变化的过程。

以前有人问过PDM与ERP的关键差别在哪里?李正海认为,最简单的一点就在于PDM是产品数据管理,它不管生产批量。在生产组织过程中,设计部门往往只管设计不管批次,批次则由工艺部门负责。工艺部门有的时候会认为设计师写的型号不对或是?#25442;酰?#20110;是就自行更改型号然后进行采?#28023;?#36825;种现象在企业里非常普遍。李正海分享了汽车制造的案例。他经历过生产规模达到20万辆的汽车制造企业,设计文档和实际装车报目清单零件的差异,能多达19页之多。

一个螺钉从17号换成15号,到底有没有影响?影响会有多大?英国航空5390号航班是英国航空集团由伯明翰前往西班牙马洛卡的定期航班,1990年6月10日,飞机的驾驶室中一块挡风玻璃突然飞脱,并将机长吸出机外。凭着副机师的努力,航机安全?#24503;?#20110;南安普敦。窗户脱落的原因是什么?原来装到档风玻璃上的螺钉不是原始设?#39057;?#34746;钉,结果就出了事故,而这个螺钉是在检修的过程中被更换的。

制造执行系统是工业互联网的核心

蒋增强现为北京交通大学机电学院机械工程系副主任,主要负责工业工程。从念研究生开始,蒋增强就一直?#37038;?#21046;造信息化工作。随着我国制造信息化的发展,他经历了从PDM到ERP再到MES的全过程。从2006年开始,蒋增强就开始?#37038;?#21046;造执行系?#24120;∕ES)工作,他经历过的项目主要是面向汽车行业的制造执行系?#24120;?#21253;括国内十几个相关制造企业的三十余个制造执行系统项目。

关于工业4.0,蒋增强认为制造执行系统就是最终体现工业4.0和工业大数据落地的最佳平台。制造执行系统分成三层,第一层是基础的数据采集层,可认为它是CPS信息物理系统的核心,最终通过CPS来实现数据的采集和交互。第二层是业务层,也就是整个生产过程中的流程和业务。第三层为数据服务层,通过大数据的分析,检测整个制造系统的健康,以及对可靠?#38498;?#20581;康性的预测等等。通过制造执行系?#24120;?#25226;工业4.0和大数据融到一起了。

从2006年?#37038;?#21046;造执行系统开始,蒋增强感觉到企业需求一直在变化。2006年2007年的时候,企业的需求在于信息采集。当时中国出台了不合格企业产品召回条例,企业存在质量出现问题召回后谁来?#26800;?#25439;失的问题。到?#36164;?#25972;车厂装配的过程中出?#23435;?#39064;,还是加工过程中的问题,还是供应?#22363;雋宋?#39064;。因此最早的时候,企业对制造执行系统的要求就是数据的?#36828;?#37319;集,采集完了以后归类,然后进行统计,之后数据就成为死数据。

现在企业对制造执行系统的认识加强了很多,MES的11个模块开?#38469;?#29992;起来。蒋增强今年在青岛做制造执行系?#24120;?#23545;方企业主动提出排产很重要,要把智能排产放第一位。以前?#38469;?#33931;增强去跟用户提需求,但是现在企业已经完全不一样了,他们已经开始了解制造执行系统了,并且发自内心的希望利用这个系统让企业发生质的改变。

智能制造?#21512;?#20449;机器还是相信人?

制造执行系统现在主要发展的方向是什么?蒋增强表示,前期做的制造执行系统是单向的,就是从底层采集数据,很少反过来再去控制数据,形成一个闭环,这主要指的是离散制造行业。企业的制造执行系统只需要采集单向的,不需要反馈,因为怕产生安全问题。很多企业时候担心执行方面的可靠性或者是风险。我国目前制造执行系统完全?#36828;?#21270;的比例偏?#20572;?#36825;里有一个工作习惯问题,企业习惯了人为监控生产过程,一时改不过来。随着工业4.0提出来以后,制造执行系统将从辅助决策的角色向真正执行角色转变,让制造执行系统闭环起来。

从蒋增强的实践来看,很多中国制造企业宁愿相信人,而不相信机器。他曾经参观过国内非常先进制造工厂,?#38469;前?#22320;利、意大利进口的全?#36828;?#26032;设备,而全?#36828;?#35774;备的边上全是国产的半?#36828;?#35774;备且大部?#20013;?#35201;人工参与。但企业宁愿用半?#36828;?#21270;设备,全?#36828;?#35774;备虽好,企业觉得只要一个?#26041;?#20986;现问题,全部?#23478;?#20572;产,而找一个人过来修需要很长时间。半?#36828;?#21270;设计,即便某个?#26041;?#20986;问题了,其余的?#26041;?#36824;在工作,效率会很高,综合下来的成本比进口的低很多。

德国人有一种思维,宁愿相信机器,不相信人。德国人的制造技术很高,中国的制造技术不能和德国比。现在的信息化是数据加设备,虽然数据和算法稳定了,但是设备不稳定,所以企业不敢大胆采用?#36828;?#21270;设备。要想真正推广落实制造执行系?#24120;?#24517;须要打破传统制造企业的思维惯性。

从中国制造到中国运营

清华车船动力研究中心的黄德洪针对当前?#35753;?#30340;柔性制造,提出了“?#30784;比?#24615;制造的观点。所谓柔性制造,指制造企业利用互联网平台让用户参与制造,厂家提供不同的模块,让用户?#32422;?#32452;合。让?#31361;?#21442;与制造是潮流,保时捷的口号是任?#25105;?#36742;保时捷?#38469;?#19981;一样,因为全?#24378;突?#21270;定制。此外,柔性生产非常关键,除了个性化生产制造外,当面临经常修改的订单或设计,整个生产制造流程也需要相应调整。

黄德洪说,现在制造业有一种理念,就是不卖产品而改为卖服务,因此这是一种“?#30784;比?#24615;制造的观点。反柔性制造相当于大楼中央空调的反过程,中央空调通过输入电能形成温差,冬季供热夏季制冷。过去是卖空调厂商卖空调产品,现在改为卖制冷服务。很多房地产开发商已经不买中央空调了,转而买冷冻水。举例来说,开发商按照每立方冷冻水五?#26234;?#22799;天7度出12度回,每小时的流量五百立方就可以满足楼的制冷或取暖。开发商按每个立方五?#26234;?#25903;付给空调企业,工资、水电等全由空调企业自管,开发商相当于把中央空调成本全摊薄在这五?#26234;?#37324;,风险也相应锁定了。空调厂商从卖空调产品转而提供冷冻运营服务,从产品制造商转为运营服务商,这就是从中国制造走向中国运营的概念。

从卖产品转向卖服务,对?#31361;?#26368;大的价值,一是以近于零投资的方式?#26723;?#20102;初期投入成本,二是对于厂商来说实?#33267;?#38750;常稳定的现金流,因为卖产品是一次性的,而服务必须一直采购下去。从中国制造到中国运营,还有一个好处,就是竞争力变了。如果中国企业与西门子比制造发电机,西门子的发电机可以把工业品做的像艺术品一样,达到头发丝的二十分之一,中国企业目前做不到这样的精度。但通过卖运营服务的方式,中国企业以运营商的身份出现,就形成了新的商业模?#20581;?#20013;国高铁的输出,就是采用这种模?#20581;?

黄德洪介绍,针对特殊行业,反柔性制造把产品模块化,再按照用户需求,以达积木的形式满足用户的需求。以美国普惠发动机为例,它提供了一款280千瓦的电站,做成了一个集装箱的样子。不论是什么样的能源项目,?#21152;?#36825; 280千瓦电站拱积木。如果是发电700千瓦就用3台,如果发电1000千瓦就用4台,这样一来就是大幅简化生产?#26041;冢?#29983;产这款电站的工厂也只有一百多个人。虽然总体制造成本略有升高,但管理的?#24310;?#22823;幅?#26723;?#20102;,供货周期大为缩短,综合服务计算下来,还是比较划算的。

机器人解决人才不足问题

陈志?#27801;?#26399;研究工业4.0与智能制造、人工智能系统、物联网与云计算等领域,先后担任北京邮电大学世纪学院计算机学科带头人、华为技术有限公司高级技术专?#19994;?#32844;,现任中国人工智能学会基础专业委员会常务委?#34180;?#20013;国通信学会云计算专家委员会委?#34180;?#20013;国信息协会大数据分会理事、北京格分维科技有限公司总经理。

陈志成说,现在各地都出台了扶?#32456;?#31574;,支?#20540;?#22320;发展工业4.0。浙江提供了5000亿支?#20540;?#22320;的企业进行升级改造,并成立了一个专业委员会。广东、深圳也都出台了相应政策扶?#20540;?#22320;的智能制造业。陈志成?#23433;?#20037;参观了TCL的广东工厂,工厂里面的生产线上,已经用上很多机器人,原先贴商标、拧螺丝的人工都改成数控机床、机械手,运输也改为先进的无人运输车。

浙江省政府5000亿的拨款,在五年之内,生产制造企业都可以申请。浙江省政府成立了专家评审团,对项目进行一半的补贴或者是补贴四分之三。专家组织除了评审,还帮助企业评估升级改造的方?#20581;?#27743;浙一带的企业对于先进制造的技术并不了解,也不知道德国、日本的哪些机器人适合他们的需求。因此,如果单独采购机器人,肯定价格不菲。现在通过专委会平台统一进行商务?#27010;校?#26377;一个打包的价格,?#22836;?#24120;便宜了。

陈志成介绍了一个案例。浙江有一个砖厂,原来有500多个人,后来西部地区的员工陆续都回老家了,这个工厂?#40644;?#20851;掉了两条生产线。后来该厂进行升级改造,从国外引进机器人,工程总价两三百万,通过专家评审和浙江省的支持,该厂实?#39318;?#25487;五十万,就把机器人领回家了。原来一条生产线上有16个人,现在只需要2个人,最多的时候4个?#21496;?#25630;定了。原来是8小时工作制,工人一般都工作10个小时,现在用上了机器人后,基本上是转16个小时,只要两个人盯着就可以了,生产制造效率大幅提升。

国家重视促进工业互联网大发展

李正海表示,随着国?#19994;?#29289;质越来越丰富,越来越需要实现工业产品的个性化与可定制化。而一旦往个性化与定制化方向发展,传统的工业就会面临挑战。传统的制造业模式,无法处理个性化和定制化的订单。十多年前,曾经有一本书《大规模定制》,它的核心为当定制产品的总量是达到大规模后,为了适应这种大规模定制,所以企业需要一系列的策略,这种策略就包括定制化生产、内部的标准化,以及车间生产、组织、设备的流程化、?#36828;?#21270;和智能化。

陈志成表示,从政策角度来?#29627;?#20013;国目前已经意识到了工业落后。从技术角度来?#29627;?#20013;国跟欧美日本比,确实还是比?#19979;?#21518;,在核心零部件?#21414;?#25484;握的技术很少,但是不妨碍中国进一步引进、消化和吸收国际先进技术。当经?#30431;?#24179;发展到一定程度,国家下决心做起来以后,发展也是很快的。

陈志成说他从2006年开始做物联网,那个时候很多人并不看好物联网。后来温家宝到嘉兴发言,要做智慧中国,马上就成立?#23435;?#38177;智能物联网基地。北京邮电大学第一个在无锡建立了研究?#28023;?#28982;后就是中移动、中联通。目前中国有70%到80%的物联网传感器,?#38469;?#20174;无锡出产的,其次是深圳。

总而言之,工业4.0与工业互联网是一项系统工程和社会工程,从生产制造、企业管理、经营模式,到质量文化、知识文化、人才培养,再到打破传统的观念与理念等,方方面面都需要下功夫,齐头并举、互相促进,才能真正实现和落地工业4.0与工业互联网

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