智能制造幫助企業(yè)提升新的競爭力

鮮 飛，易亞軍

（武漢華中數(shù)控股份有限公司，湖北 武漢 430223）

智能制造幫助企業(yè)提升新的競爭力

鮮 飛，易亞軍

（武漢華中數(shù)控股份有限公司，湖北 武漢 430223）

當(dāng)前制造業(yè)自動化發(fā)展的總趨勢是由單元自動化發(fā)展成信息技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和計算機技術(shù)支撐的智能制造系統(tǒng)，以華中數(shù)控（簡稱華數(shù)）為例，初步探討了企業(yè)如何創(chuàng)建智能制造制造系統(tǒng)。

智能制造；智能化工廠；信息；自動化

如今智能制造被視為新一輪產(chǎn)業(yè)革命的核心，成為全球制造業(yè)的發(fā)展趨勢。各國紛紛推出了相應(yīng)的發(fā)展規(guī)劃，以便搭上這次產(chǎn)業(yè)革命的快車。如美國制定的“工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)”發(fā)展戰(zhàn)略；德國提出的“工業(yè)4.0”。今年5月國務(wù)院發(fā)布的《中國制造2025》，被視為中國版“工業(yè)4.0”規(guī)劃。以數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化為特征的智能制造被置于“中國制造2025”的核心位置。未來的制造工廠，都將在自動化的基礎(chǔ)上向智能化發(fā)展。這將對制造企業(yè)提出巨大的挑戰(zhàn)，不僅要求單體設(shè)備是智能的，而且設(shè)備之間還要互聯(lián)互通，滿足智能生產(chǎn)和智能物流要求，進(jìn)而打造智能工廠、實現(xiàn)智能制造。對于華中數(shù)控來說，由于重大專項產(chǎn)業(yè)化要求，原有制造能力無論效率還是質(zhì)量都難以滿足規(guī)模化生產(chǎn)要求，升級制造平臺能力已顯得迫在眉睫，而“智能工廠”概念的出現(xiàn)，則為華數(shù)未來發(fā)展指明了方向。

1 “智能工廠”的概念

2009年，美國羅克韋爾自動化有限公司CEO奇思·諾斯布希在美國最早提出“智能化工廠”的概念，其核心是工業(yè)化和信息化的高度融合。但目前智能化工廠的準(zhǔn)確定義仍眾說紛紜，比較一致的看法是：在數(shù)字化工廠的基礎(chǔ)上，利用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)和設(shè)備監(jiān)控技術(shù)加強信息管理和服務(wù)，通過大數(shù)據(jù)與分析平臺，將大型工業(yè)機器產(chǎn)生的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為實時信息，并融綠色智能手段和智能系統(tǒng)等于一體，構(gòu)建一個高效節(jié)能、綠色環(huán)保、環(huán)境舒適的人性化工廠。 智能化工廠的基本特征主要有制程控制可視化、系統(tǒng)監(jiān)管全方位及制造綠色化三個層面。三個層面要共同發(fā)揮作用，需要對硬件和軟件進(jìn)行整合，最終形成包括能自主交換信息的集智能機器、存儲系統(tǒng)和生產(chǎn)設(shè)施為一體的智能體系，體系構(gòu)成要素要能獨立運行，又要能相互控制。智能化工廠的建設(shè)有利于從根本上改善工業(yè)過程（包括制造、材料使用、供應(yīng)鏈和產(chǎn)品生命周期管理等），還能幫助企業(yè)有效應(yīng)對資源整合、結(jié)構(gòu)調(diào)整等方面的挑戰(zhàn)，帶來效率的極大增益。

目前，如何讓制造流程具有自動判斷能力，是打造智能化工廠的焦點之一。主要途徑是以微處理器和人工智能技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用為主，包括運用專家系統(tǒng)、進(jìn)化計算等，使儀器儀表具備高效、多功能、機動靈活等性能。未來5～15年，在各種智能化、自動化系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，智能化工廠將由工廠局部智能自動化逐步分層次地發(fā)展到全工廠智能自動化和社會化智能制造。未來，生產(chǎn)設(shè)備將不再是過去單一獨立的個體，一旦接入云端，完成連線，將可提供完整的、系統(tǒng)的服務(wù)，一切制造規(guī)則都可能會改變。

正因為看到了智能化工廠的巨大潛力和影響，世界先進(jìn)經(jīng)濟(jì)體均提出并制定了針對性的國家戰(zhàn)略。除德國外，美國政府提出了《國家關(guān)鍵技術(shù)》的報告。許多國家將智能化生產(chǎn)技術(shù)列為重要研究內(nèi)容，并通過政府主導(dǎo)，企業(yè)和科研院所合作實施，大力促進(jìn)智能生產(chǎn)技術(shù)的發(fā)展。

許多跨國公司也在積極打造智能化工廠，通過專家系統(tǒng)技術(shù)進(jìn)行工藝過程設(shè)計、故障診斷等，將神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和模糊控制等先進(jìn)的智能控制原理和方法應(yīng)用于產(chǎn)品配方、生產(chǎn)調(diào)度等，努力實現(xiàn)制造過程智能化。世界前五百強企業(yè)中絕大多數(shù)企業(yè)在使用ERP解決方案（企業(yè)資源計劃系統(tǒng)，是指在信息技術(shù)基礎(chǔ)上，以系統(tǒng)化的管理思想，為企業(yè)決策層及員工提供決策運行手段的管理平臺），并取得了明顯的經(jīng)濟(jì)效益。如西門子、三菱都紛紛加入探索智能化生產(chǎn)技術(shù)的陣營。

為適應(yīng)競爭加劇的市場，近年來，中國制造業(yè)對質(zhì)量、成本、效率以及安全的要求也在不斷提高，正在經(jīng)歷著重要的轉(zhuǎn)變，如企業(yè)從大批量生產(chǎn)向按市場或客戶要求的柔性生產(chǎn)轉(zhuǎn)變，從設(shè)計和控制系統(tǒng)各自獨立向設(shè)計和控制系統(tǒng)集成一體轉(zhuǎn)變，從局限在本地生產(chǎn)向全球化采購、生產(chǎn)轉(zhuǎn)變。但問題是，如果只是在企業(yè)的某個局部實現(xiàn)智能化，無法保證全局的優(yōu)化，這種智能化的意義是有限的，我們傳統(tǒng)的制造業(yè)離智能化還有一段很長的路要走。

從自動化到智能化，雖然中國制造業(yè)任重而道遠(yuǎn)，但毫無疑問，隨著世界經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，智能化制造將給所有產(chǎn)業(yè)帶來沖擊，也將引領(lǐng)全球制造業(yè)發(fā)展模式的革新，對于中國的制造業(yè)來說，轉(zhuǎn)型已是必然選擇。華中數(shù)控作為中國數(shù)控行業(yè)的領(lǐng)軍企業(yè)，按照國家重大專項產(chǎn)業(yè)發(fā)展需求，也開始在智能制造領(lǐng)域做一些大膽嘗試。

2 “智能工廠”對華數(shù)的挑戰(zhàn)

華中數(shù)控來自2011年導(dǎo)入第一條SMT（表面貼裝）生產(chǎn)線開始，在十二五規(guī)劃期間又陸續(xù)引入了選擇性三防生產(chǎn)線、焊接機器人、組裝流水線、自動化成品立體倉庫、電子元件立體倉庫等大型工藝裝備，同時研發(fā)部門還開發(fā)了一大批自動化測試工裝并提供給制造部門使用，見圖1，這些裝備投入使用都極大提升了華數(shù)制造工廠的自動化水平，滿足了重大專項關(guān)于標(biāo)準(zhǔn)型數(shù)控裝置產(chǎn)品的產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)需求，即使放眼整個華中地區(qū)來看，華數(shù)制造工廠的自動化程度在業(yè)內(nèi)都是領(lǐng)先的，但是按照智能化工廠的要求，華數(shù)制造工廠還存在許多薄弱環(huán)節(jié)和亟需突破的瓶頸。從智能化工廠的必要條件來說，目前華數(shù)在以下幾方面仍需 要努力：

圖1 華數(shù)引入或自制一大批自動化生產(chǎn)測試設(shè)備

一是全面感知系統(tǒng)不完善。目前自動化倉儲系統(tǒng)只能識別產(chǎn)品的生產(chǎn)時間、貨位、數(shù)量等簡單信息，無法進(jìn)行進(jìn)一步統(tǒng)計和分析應(yīng)用，還未完全與ERP系統(tǒng)對接起來，無法滿足智能化工廠的信息要求；

二是互通互聯(lián)尚未實現(xiàn)。各部門間的信息管理系統(tǒng)等無法達(dá)到信息共享、數(shù)據(jù)互聯(lián)的水平，必要的數(shù)據(jù)交換不實時，準(zhǔn)確性無從驗證。例如設(shè)計部門幾乎全部采用CAD軟件進(jìn)行電路設(shè)計，生產(chǎn)制造部門也大量使用自動化設(shè)備進(jìn)行生產(chǎn)，但這兩個部門很少了解相互需求，許多有用信息不能共享，在企業(yè)間往往形成了兩個“自動化”孤島；

三是智能應(yīng)用水平較低。這體現(xiàn)在制造過程中的很多數(shù)據(jù)需要人工填報，無法實時收集、管控，并且由人工上報的數(shù)據(jù)不可避免面臨人為修改的風(fēng)險。目前的數(shù)據(jù)收集不全面、不統(tǒng)一、不實時，造成行業(yè)對數(shù)據(jù)的智能化分析和處理不夠。對于已經(jīng)收集的數(shù)據(jù)，也面臨著數(shù)據(jù)倉庫建設(shè)滯后、對海量數(shù)據(jù)不能充分使用等問題；

四是還未達(dá)到全公司范圍內(nèi)規(guī)模化運作。物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)，需要把公司內(nèi)所有的人、財、物都貼上信息標(biāo)簽，實時識別和管控，才能實現(xiàn)整體運營的規(guī)模優(yōu)勢。而華數(shù)現(xiàn)有的物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用還僅僅停留在物流、倉儲等領(lǐng)域，如何形成一個融合從原材料、成品制造、成品銷售的實時物流和生產(chǎn)計劃、銷售信息、客戶反饋、貨款結(jié)算的智能化網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)仍需進(jìn)一步探索；

五是還未出現(xiàn)廣泛適用的智能化工廠建設(shè)模式。目前，只在倉儲物流、部分生產(chǎn)線上實現(xiàn)了零星的、區(qū)域性的智能化，還未達(dá)到整體化的智能生產(chǎn)管理水平。

同時，我們也要看到，華中數(shù)控的硬件條件和技術(shù)儲備、人才培養(yǎng)在全國數(shù)控制造業(yè)中處于領(lǐng)先水平，在自動化、信息化系統(tǒng)運用方面也有很多成熟的實踐項目和經(jīng)驗，這些構(gòu)成了建設(shè)智能化工廠的堅實基礎(chǔ)。

我們需要全面了解、深入研究智能化工廠技術(shù)，搭建與之相適應(yīng)的系統(tǒng)平臺的整體框架和結(jié)構(gòu)，將傳感設(shè)備、嵌入式分析系統(tǒng)、智能控制系統(tǒng)和通信設(shè)施通過云端平臺整合在一起，形成一個智能化網(wǎng)絡(luò)，使人、機、服務(wù)三方面之間能夠互聯(lián)，共享信息，從而代替過去傳統(tǒng)的固定式流水線作業(yè)模式，使智能化生產(chǎn)成為可能。

我們相信，只要公司做好整體策劃，通過全體人員的積極探索，充分利用大數(shù)據(jù)、云計算的現(xiàn)代技術(shù)和工具，通過管理信息化與設(shè)備自動化的深度融合，利用各種傳感器、智能控制系統(tǒng)、工業(yè)機器人、自動化生產(chǎn)線，構(gòu)建設(shè)計制造一體化、管理智能化、數(shù)據(jù)信息化、控制自動化的智能制造體系，形成從原材料、成品制造、成品銷售的實時物流和生產(chǎn)計劃、銷售信息、客戶反饋、貨款結(jié)算的信息流完整融合，從而構(gòu)建華中數(shù)控的核心競爭力。

對華中數(shù)控來說，通向智能化工廠的道路將會是一段艱辛的歷程，更是一場從制造到智造的蝶變之旅。

［1］楊叔子.先進(jìn)制造技術(shù)及其發(fā)展趨勢［N］.文匯報，2003-10-12.

［2］周濟(jì).中國制造2025［R］.2015智能制造國際會議，北京，2015-5-13.

Intelligent Manufacturing Helps to Increasing the Competition of Enterprise

XIAN Fei，YI Yajun
（Wuhan Huazhong Numerical Control Co.，Ltd，Wuhan 430223，China）

At present，the general trend of manufacture automation is from unit automation to intelligent manufacturing system which is supported by information techniques，network techniques and computer techniques.Takes HZNC for example，this paper does some tentative approach about how to create intelligent manufacturing system from several aspects.

Intelligent manufacturing；Intelligent factory；Information；Automation

TN919.85

A

1004-4507（2015）12-0001-04

鮮飛（1978-），男，華中科技大學(xué)計算機學(xué)院工程碩士，高級工程師，從事電子組裝工藝技術(shù)工作，在各種學(xué)術(shù)會議及電子科技期刊上發(fā)表學(xué)術(shù)論文300多篇，出版有《電子組裝技術(shù)》專著。

2015-11-16

“高檔數(shù)控機床與基礎(chǔ)制造裝備”科技重大專項課題（2012ZX04001-022）