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    智造專題:“裝備制造業如何互聯網+制造”
    2015-12-16 17:06 點擊:

    目前,全球產業競爭格局正在發生重大調整,發達國家紛紛實施“再工業化”戰略,重塑制造業競爭優勢,加速推進經濟新格局。發展中國家也在加快布局,積極參與全球產業升級,拓展國際市場空間。2012年,美國提出了再工業化戰略,GE公司緊接著發布了工業互聯網戰略。工業互聯網用新的方法將現實現社會中的機器、設備、團隊、網絡及軟件系統通過傳感器、控制器系統進行連接,推動勞動生產率每年增長1-1.5個百分點。為了在新一輪工業革命中占領先機,在德國工程院、弗勞恩霍夫協會、西門子公司等德國學術界和產業界的建議推動下,“工業4.0”于 2013 年4月在漢諾威工業博覽會上被正式推出。這一研究項目是2010年7月德國政府《高技術戰略2020》確定的十大未來項目之一,旨在支持工業領域新一代革命性技術的研發與創新。“工業4.0”提出了第四次工業革命的概念,主要推進以虛擬網絡實體物理系統(CPS)為核心的智慧工廠與智能制造建設。

     

    目前,全球制造業已基本形成四級梯隊發展格局,第一梯隊是以美國為主導的全球科技創新中心,第二梯隊是高端制造領域,包括歐盟、日本,第三梯隊是中低端制造領域,主要是一些新興國家,第四梯隊主要是資源輸出國,包括OPEC、非洲、拉美等國。新中國成立尤其是改革開放以來,我國制造業持續快速發展,建成了門類齊全、獨立完整的產業體系,有力推動了工業化和現代化進程,顯著增強了綜合國力,支撐了我國世界大國地位。然而,與世界先進水平相比,我國制造業仍然大而不強,在自主創新能力、資源利用效率、產業結構水平、信息化程度和質量效益等方面差距明顯,轉型升級和跨越發展的任務緊迫而艱巨。工信部苗圩部長表示,中國現在處于第三梯隊,一是自主創新能力薄弱,二是基礎配套能力不足,三是部分領域產品質量可靠性有待提升,四是產業結構不合理。

     

    當前,新一輪科技革命和產業變革與我國加快轉變經濟發展形成歷史性交匯,全球產業格局正在重塑,《中國制造2025》已于2015年5月經李克強總理簽批后正式發布,我們必須緊緊抓住這一重大歷史機遇,按照“四個全面”戰略布局要求,實施制造強國戰略,力爭通過三個十年的努力,到新中國成立一百年時,把我國建設成為引領世界制造業發展的制造強國,為實現中華民族偉大復興的中國夢打下堅實基礎。作為制造業CIO及信息主管,要改變傳統信息化建設思路,以《中國制造2025》為綱領,以智能制造為切入點,結合企業實際情況,推進企業兩化深度融合,以兩化融合打造企業可持續競爭優勢。

     

    從智能制造的范疇來講,不僅包含制造過程的數字化、網絡化與智能化,管理也是其中重要內容。智能制造應從營銷環節開始,包含設計、工藝、制造、試驗、再到發貨、售后服務等全生命周期過程,應該是一個完整的閉環系統。本文將從一個典型的裝備制造業智能制造全生命周期過程逐一進行論述。

     

    分析企業生產經營過程中存在的問題

     

    首先,要分析企業生產經營過程存在的問題,根據分析結果才能制定符合企業實際情況的智能制造頂層設計方案,解決企業生產經營過程中存在的關鍵問題,提升產品設計與制造水平,提高產品質量與可靠性,降低制造成本。

     

    在分析問題過程中,主要分析以下方面的問題:

    1、供應鏈問題分析

    主要分析企業是否形成高效的供應鏈體系,是否有效整合產業供應鏈上的優勢資源,產業結構是否合理,供應商的產品質量控制機制是否有效,外購件與外協件質量是否可控。

     

    2、制造過程關鍵工序分析

    要根據企業實際情況,分析企業是否建立了數字化工廠/數字化車間的體系架構,分析制造過程核心工序的數字化、網絡化和智能化程度,分析企業制造裝備的數字化程度和制造過程的瓶頸工序,對制造過程關鍵工序進行綜合評價。

     

    3、產品質量與可靠性分析

    對影響產品質量的設計、工藝、生產制造、質量檢驗及運維服務等環節進行詳細分析,對企業的質量管控能力、產品可靠性進行詳細分析,找到影響產品質量與可靠性的關鍵因素。

     

    4、產品生產周期分析

    對于流程制造,其產品設計及生產周期相對可控;對于離散制造,往往會存在技術準備周期長、生產制造周期長、產品交貨期不滿足客戶需求等問題。應詳細分析影響產品交貨期的關鍵問題,在智能制造方案設計時應充分研究影響產品交貨期的關鍵問題,并提出信息化環境下的解決方案。

     

    5、運維服務分析

    重點分析企業是否建立了現代化服務體系,產品是否具有遠程在線監測與診斷功能,要通過新一代信息通信技術,提升企業現代化服務水平。

     

    6、生產制造過程能耗分析

    重點分析企業是否建設了智慧能源管理系統,以電能消耗為主,詳細分析企業水、電、氣能源消耗情況,找出能源消耗大戶,并在保障用能安全的前提下,強化能源監控能力。

     

    智能制造總體方案設計

     

    智能制造推進應注重頂層設計,智能制造總體方案設可從智能運營分析、數字化設計、精益生產、數字化供應鏈、智慧運維及全生命周期質量控制等方面進行規劃,理清各業務之間的協同與數據集成關系。在智能制造總體方案設計中,要重點推進CPS系統建設。CPS系統包含虛擬、物理和系統三個層面,虛擬是指信息系統及各種數據資源;物理是指加工設備;系統是指各種融合,機器與機器相連、機器與系統相連、人與系統相連,通過CPS整合形成虛擬制造與物理制造相互融合、相互映射的現代化制造體系。

     

    數字化設計體系

     

    建設集中式設計研發中心,打破原有分散設計方式,突破企業之間的界限,促進企業間的遠程協作和設計資源優化配置,提高產品設計的創新能力,實現產品設計制造低成本和高效率的目標。

     

    建立支持異地協同設計的統一編碼、產品數據交換、產品定義模型、三維設計建模、三維裝配建模、產品參數化設計等標準與規范,解決設計研發的標準規范問題。重點研究異地協同數字化虛擬產品設計平臺構建、異地協同設計模式下的資源建模、獲取和集成技術、異地分析計算技術、異地產品數據管理技術、異地協同工作管理技術、異地協同數據庫等內容,支持產品虛擬樣機設計。重點研究異構信息系統應用集成方案,以PLM系統為基礎平臺,集成整合三維CAD、三維CAE、三維工藝、虛擬現實等技術,并與ERP系統進行無縫集成。提升多學科交叉CAE分析能力,在產品設計過程中全面進行三維電磁場、溫度場、結構、強度、疲勞、抗震、流體的有限元分析,形成設計——分析——設計的良性循環,實現設計分析一體化運作。

     

    精益生產管理

     

    開展企業精益生產管理工作,生產管理模式與信息系統實現無縫對接,提升企業生產管理能力。建設精益生產管理系統,實現生產計劃與作業計劃的自動排程,并與制造執行系統進行集成應用,實現管理信息與制造系統的有效銜接。建設覆蓋核心車間與工序的制造執行系統(MES),實現生產制造全過程數字化管理,自動采集工序完工與質量等信息,實現產品制造過程質量信息100%可追溯。精益生產信息管理系統總體涵蓋了對制造的銷售訂單下達、計劃排程、生產監控、質量追蹤、物料配送管理等環節。系統在智能化生產排程、數字化生產執行和數字化生產管控三個層面提供了強大的功能。

     

    在MES系統建設過程中,一是要考慮MES與ERP的集成問題,集成工作涉及到物料主數據的標準化問題。ERP中的生產計劃需要進入MES,MES中關鍵工序的完工情況需要反饋至ERP。二是要考慮MES與設備集成的問題,需要采用自動化的數據采集設備,盡量減少人工輸入工作量。MES系統只有在工序出現質量問題時,才讓工人做一些手工記錄,其他數據采集工作盡量采用自動化手段進行。三是要考慮MES系統二次開發的問題,大多數情況下,需要對MES系統進行二次開發后才能滿足產線實際需求,沒有一個標準軟件可以套用,這也是項目實施難點之一。

     

    數字化供應鏈體系

     

    建立高效供應鏈管理信息系統,打通供應鏈上下游信息通道,及時發布物料需求信息,獲取客戶需求信息。建立高效的內部物料配送機制及相應的信息系統支撐平臺,建立供應商評價與分級體系及相應的信息系統支撐平臺,與供應鏈上下游建立協同工作的質量控制機制。

     

     

    關鍵制造裝備與工序數字化升級改造

     

    深入研究信息技術與制造技術的融合應用,將信息技術用于產線前端,提升產品質量與可靠性,提高生產效率。制造過程中的關鍵裝備與工序進行數字化、網絡化與智能化改造是智能制造項目中最關鍵的內容。對于老舊的制造裝備,可以采用淘汰一批、改造一批、新購一批的策略進行升級改造。同時要對車間的核心工藝布局進行優化,對關鍵車間、關鍵工序要提出數字化改造方案。在關鍵制造裝備與工序數字化升級改造過程中,主要是加入一些傳感器、在線監控設備及RFID,配置自動化立體倉庫、AGV小車、機器人及增材制造設備,并確保設備與車間制造執行系統進行無縫集成,改進與提升現場管理能力。對于計劃新購的制造設備,原則上應采用數字化設備,在設備采購技術條件編制時,應有信息化歸口管理部門會簽,以確保設備提供相關數字化接口與通訊協議,實現制造設備與信息系統的集成應用。

     

    全生命周期質量控制

     

     

    建立產品質量全生命周期管理系統,對物料供應、設計、制造、試驗檢測、發運、服務等相關環節質量信息進行統一集中管理,通過條碼、二維碼及RFID技術應用 ,實現質量信息100%可追溯。通過與制造執行系統的集成,實現制造過程質量控制。建立質量信息采集網絡、嵌入式質量信息采集終端,自動采集產品制造過程中相關質量反饋信息。通過統一集中的質量數據庫,提升企業產品質量分析能力,找出影響產品質量的關鍵因素,通過質量分析的反饋機制,提高設計能力與制造過程質量控制能力。

     

     

    智慧運維中心

     

     

    建設智慧運維中心,對現有的服務中心進行改造,具有產品運輸GPS監控、產品在線監控、遠程指揮、調度等功能。

    智慧運維中心與產品的數字化、智能化息息相關,須加快產品智能化研究,產品應支持在線監測、故障診斷與預警功能。智慧運維中心應建立產品運行和狀態評估模型、相應的評估算法和標準,實現產品對自身狀態準確評估。建立完善的數字化通信接口、產品在線監測、故障診斷與預警平臺,遠程在線監測產品運行狀態。

     

    兩化融合與智能制造研究、智能制造的推進等工作已成為新的歷史時期戰略級任務,是企業轉型升級的重要支柱,我們要緊緊抓住新一輪科技革命和產業變革的歷史時機,將兩化深度融合、智能制造提升到事關企業前途與命運的戰略高度,促進企業創新能力提升與轉型升級,邁向制造強國之路。

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