智能制造，先從設備治“啞”開始

智能制造，先從設備治“啞”開始

本期名師：朱鐸先

北京蘭光創新科技有限公司創始人、總經理。南京航空航天大學機械學士，北京航空航天大學計算機應用工程碩士，在航天第二研究院、美國PTC公司工作過多年，有20多年的制造業信息化研究與應用經驗。

朱鐸先是國內知名的工業4.0專家。首次提出CPPS人機網三元戰略，深受企業的歡迎，被認為是具有中國特色、務實的，且投資小、見效快的工業4.0落地戰略。

日前，中國航天科工集團公司在其“十三五”綜合規劃草案中明確提出：“智慧企業建設的前提，就是實現企業全部經營活動的數字化、信息化、智能化（簡稱為“三化”），解決‘三啞’（啞崗位、啞設備、啞企業）問題，實現與外界的信息交換、資源共享、能力協同。”

這里的“三啞”是指那些沒有入網、不能自動匯報、不能透明化管理的崗位、設備與企業。一個“啞”字，生動形象地描述出這些崗位、設備與企業的信息不交互、不共享、不透明的狀況。

今天，隨著德國“工業4.0”、美國GE“工業互聯網”在全球的風靡，以及“中國制造2025”戰略如火如荼地推進，以新一代信息技術與制造業深度融合為特點的智能制造已經引發了全球性的新一輪工業革命，并成為制造業轉型升級的重要抓手與核心動力。“三啞”就像是橫在智能制造路上的一塊絆腳石，在“三啞”的情況下，企業不可能實現智能制造，“治啞”是企業走向智能制造的必由之路。

其實，不僅僅是我們意識到了這個問題，德國人也非常重視設備的智能化與信息交流。“德國工業4.0教父”、德國國家科學與工程學院院長孔翰寧(HenningKagermann)認為，在工業4.0時代：“工廠越來越聰明，知道怎么樣進行生產，機器也變得更加智能化，可以相互交流，來控制產量。”作為德國工業4.0提出單位，弗勞恩霍夫協會在工業4.0愿景中更是著重強調了這一點。

德國人是用“SmartManufacturing”來表示智能制造的。而Smart的中文是聰明、巧妙、敏捷的意思，可以說聰明是Smart的第一表達。蘭光創新認為，作為智能制造的重要一環，智能的設備及系統就應該能做到“四能”：即“能聽話、能說話、能思考、能執行”。

但是，對于國內大多數企業來說，目前設備僅僅是生產制造的機器，從某種意義上講，這些設備是“說不出、講不明”，是地道的“啞巴”，甚至“十聾九啞”，不只是“啞”，還“聽不見”，是聾啞并存，更談不上“耳聰目明”與“精準執行”了。

下面我們看一下生產現場的實際情況。

（1）聾。在車間現場，我們經常看到工人在設備控制面板上手工逐字輸入程序，設備對外聯系的通訊功能形同虛設，一方面，設備“聽不到”外界信息，另一方面，這種人工在線編寫程序的方式也會造成工人很忙，機床很閑的情況。據蘭光創新實施過的兩萬余臺DNC/MDC(機床聯網/機床監控)的統計結果來看，很多企業的機床利用率徘徊在30%左右，與日本的80%相去甚遠。企業購買了那么多貴重設備，因為不能充分發揮設備互聯互通的功能，造成設備的利用率低下，著實讓人遺憾。與外界信息不通暢，設備單機孤立工作，可稱之為“聾”。

（2）啞。如果設備沒有遠程監控、數據自動采集等功能，設備運行狀態、生產信息，甚至是故障信息等都是不透明的，出現問題相關人員不能及時獲知，容易造成更大的損失。也就是說，設備是啞的，是不會說話的。

（3）傻。由于設備沒有互聯互通，設備狀態、生產信息等無從自動獲知，只能靠人工事后反饋，效率低，且易出錯。建立在這種人為數據基礎上的決策就必然是不及時、不科學，甚至是錯誤的。不科學，不智能，從另外一個角度可用“傻”來概括。管理學大師彼得·德魯克曾經說過，“你如果無法度量它，就無法管理它”，沒有及時可靠、及時的數據支撐，要進行科學管理就成為了一句空話。

因此，即便是自動化程度很高的數控設備，很多也遠未達到智能制造的要求。要實現“智能”，必須先“治啞”。

如何“治啞”？

1.美國GE工業互聯網的啟發

為實現“再工業化”國家戰略，作為美國制造業先鋒的GE公司于2012年提出了“工業互聯網”概念，希望通過生產設備與IT相融合，目標是通過高性能設備、低成本傳感器、互聯網、大數據收集及分析技術等的組合，大幅提高現有產業的效率并創造新產業。

GE將工業互聯網定位為一場新的“革命”，對其發展寄予厚望。據GE預測：在未來20年，它將使美國人的平均收入比當前提高25%～40%；如果世界其它地區能確保實現美國生產率增長的一半，那么工業互聯網在此期間會為全球GDP增加10萬億～15萬億美元。

蘭光創新認為，“他山之石可以攻玉”，盡管GE描述的不是生產設備，但我們完全可以借鑒他們先進的理念，為我所用。

圖為GE工業互聯網的價值鏈循環圖，從圖中可以看出，工業互聯網主要由安裝儀器儀表的工業機器、工業數據系統（以數據采集為主要功能）、大數據分析、可視化展現、智能化決策、數據流返回機器等環節組成，實現“設備”——“數據”——“人”三者的高度融合，從而實現設備的生產智能與服務智能。這里的工業機器，對GE來說，就是他們的航空發動機、貴重的醫療設備等，對制造企業而言，我們就可以理解為企業中最重要的生產設備。

可以這么說，美國GE“工業互聯網”已經為我們指出了一條“治啞”的路徑。

2．“三化”就是治“三啞”的良方

在中國航天科工集團的“十三五規劃”草案中也說得很清楚，治“三啞”的藥方就是“三化”，即數字化、信息化、智能化。在設備具有數字化接口的基礎上，通過網絡化實現設備的互聯互通，將設備聯入整個網絡系統，打通與外界的連接，并基于大數據分析，實現決策與生產管理的智能化。也就是設備的能聽話（與外界能交互）、能說話（數據遠程自動采集、可視化展現、短信通知等）、能思考（大數據分析、智能化決策）、能執行（能敏捷、快速、準確地通過設備自身或者人工等方法進行及時、正確地執行或干預）。

綜上所述，通過實現生產設備的網絡化通訊、數據自動采集、大數據分析、可視化展現、智能化決策支持、數字化管理等技術手段，就能夠很好地解決設備“聾啞”問題，實現設備的智能化。

GE工業互聯網價值鏈循環圖

“三步治啞”療效好

作為國內領先的智能工廠方案供應商，北京蘭光創新科技有限公司一直致力于設備的互聯互通及生產過程的智能化管控，經過10多年的潛心研究，總結出來的“三

步治啞法”可很好地解決企業“三啞”問題。

1.“治啞先治聾”—— 建設互聯互通的設備聯網系統

通過DNC（DistributedNumericalControl，直譯是分布式數字控制，一般被稱為機床聯網）系統將網口、串口等不同接口形式，發那科、西門子等上百種控制系統，數控銑床、數控車床、加工中心、機器人等不同數字化設備進行聯網，實現設備分布式網絡通訊、程序集中式管理，程序上傳下載，高效靈活，設備融入整個信息化系統，徹底改變了以前設備是信息化孤島的局面。

2.通過設備實時自動采集——實現“啞設備”的耳聰目明

通過實施MDC（ManufacturingDataCollection，中文為制造數據采集，一般的通俗叫法是設備監控與數據自動采集）系統，一套MDC-Max設備監控系統可以同時自動采集4096臺數控設備，兼容數控機床、熱處理設備（如熔煉、壓鑄、熱處理、涂裝等設備）、機器人、自動化生產線等各類數字化設備，兼容發那科、西門子等所有機床控制系統，以及三菱、歐姆龍等各類PLC的設備。

對高端設備可實現遠程、實時的精準監控與數據自動采集：

·設備開機、關機。

·設備的實時狀態，如運行、空閑、報警等。

·程序信息，如正在運行哪個程序等。

·數控程序加工次數。

·實時反饋當前的轉速S值和進給速度F值，機床倍率。

設備互聯網絡

設備實時狀態采集（不同顏色代表設備處于不同的狀態）

設備運行效率

·坐標信息，包括絕對坐標、機床坐標、相對坐標、剩余移動量等。

·主軸功率。

這樣，通過網絡系統，可實時監控到設備的實時狀態、異常情況，也可通過LED等技術手段對設備的狀態進行可視化展現，對設備故障停機、關鍵工藝參數超差等重要事件通過短信等形式及時送達相關人員，便于及時地采取相關措施。

3.通過大數據分析與深度挖掘，實現智能化決策及管理

系統將采集上來的各類數據，在基于工業知識基礎上進行大數據分析與深度挖掘，可自動生成各種報表，管理人員能夠通過這些報表進行及時的、科學的決策，形成管理過程中的智能化，從而明顯地提升企業競爭力。

“治啞”看療效

目前，蘭光創新在國內擁有500余家用戶，在航空航天、兵器、機車、外資等高端市場占有70%以上的市場份額。在此，向大家介紹2個比較典型的應用。

1.海爾互聯工廠——始于設備“治啞”

海爾互聯工廠作為國內智能制造的典型代表，在2015年11月初上海國際工業博覽會上，曾被“馬凱副總理3分鐘11次點贊”，并一時傳為佳話，其中海爾集團里面最亮眼的海爾模具公司就是蘭光創新的一個典型用戶。

海爾模具數字化工廠生產線一瞥

為了響應海爾集團向“數字化、網絡化、智能化”的“互聯工廠”轉型戰略要求，最大程度地提升設備利用率，作為全國模具行業龍頭企業的海爾模具公司，于2013年成功地實施了蘭光CPS系統。該系統以生產設備為中心，用一臺服務器實現了對上百臺數控設備的分布式聯網，實現了程序的自動傳輸、集中管理、虛擬仿真、設備數據實時采集、智能化決策，并通過信息化手段，實現了程序、刀具、夾具等并行準備，以及計劃、技術文檔等信息的共享。設備狀態、設備利用率、工作時間、故障信息在企業內網實時發布，信息實現了最大程度的共享，各種異常相關人員及時獲知，各部門響應處理速度大幅度提高，明顯提升了企業的生產效率和競爭力。

（1）直接效益：平均每天減少機臺準備時間0.5小時/次，按照100臺設備計算，100臺×0.5小時×200元/小時×300天=300萬元。

（2）間接效益：加工程序、刀具參數實現自動傳輸，效率明顯提升，節省了大量人力成本；

（3）設備故障在線監測，實時的短信通知，提高維修響應速度50%；

（4）實現生產協同準備，減少設備的待機時間，有效提高當日計劃完成率15%；

（5）通過實時加工參數監控，減少了違規操作，降低了廢品數量；

（6）生產部計劃執行的準確性提升了20%以上；

（7）企業的總體運營效率提高20%以上。

2.持續的“治啞”，打造出被稱為“智能制造典范”的中信戴卡

2015年8月中旬，國家發改委副主任林念修在視察全球最大的鋁合金車輪制造企業——中信戴卡輪轂股份有限公司時給予了高度評價：“中信戴卡自動化的生產方式堪稱智能制造的典范，走出了‘中國制造2025’的路；是中國競爭力、軟實力的所在和象征，值得業內學習和推廣。”

中信戴卡緣何獲得領導如此高的評價？除了企業自身高度的自動化以外，蘭光創新為用戶量身打造的LPS系統也是功不可沒。

自2013年11月開始，蘭光創新陸續為秦皇島戴卡、濱州戴卡、寧波戴卡、凱斯曼等中信戴卡成員企業實施了分三步走的蘭光LPS系統。

第一步，解決”啞設備“問題。

通過設備的互聯互通，為企業的數控機床、熱處理設備、機器人等數字化設備實現了設備的網絡通訊、數據遠程采集、程序集中管理、大數據分析、可視化展現、智能化決策支持，將設備由以前的單機工作的模式，變為數字化、網絡化、智能化的管理，實現了設備由“啞”到“智”的質變。其中，寧波戴卡項目在“Ofweek2014工業自動化研討會”上，獲得“2014年度最佳十大自動化工程項目”。

第二步，解決“啞崗位”、“啞企業”的問題。

通過實施MES中的計劃、排產、派工、物料、質量、決策等模塊，實現了車間層面精準的計劃、精益的庫存、精細的管理，各崗位都融于整個信息化系統，牽一發而動全身，企業做到了“眼觀六路，耳聽八方”，領導者基于實時的、智能化的信息系統，做到了“看得見，說的清，做的對”，實現了生產過程的智能化管控。

第三步，大數據分析，“智上加智”

通過一段時間的運行后，基于深厚的制造業知識，對數據進行深入挖掘，反過來再優化生產過程，全面打造“工業自動化+管理數字化+決策智能化”的新一代智能工廠。

“中國制造2025”、德國工業4.0、美國GE工業互聯網等戰略為我們明確了智能制造的發展方向，中國航天科工集團把治“三啞”作為了“十三五”的重點，這些都是值得學習和借鑒。孫子曰：“善戰者，求之于勢，不責于人”。作為制造企業，在本次工業革命的浪潮中，一定要把握住智能制造的這個大勢，不斷提升自己，使自己立于不敗之地。并要在工業自動化的基礎上，充分發揮數字化設備的優勢，通過實施DNC/MDC/MES等系統，實現數控設備的網絡化通訊、程序集中管理、設備數據自動采集、大數據分析、可視化展現、智能化決策、智能化生產管控等，讓設備、崗位、企業徹底告別“聾啞時代”，變得耳聰目明，為企業的智能制造奠定良好的基礎。