實踐智能制造

霍娜

習(xí)近平總書記強調(diào)，振興制造業(yè)特別是先進制造業(yè)，短期看是實現(xiàn)經(jīng)濟良性循環(huán)的關(guān)鍵，長期看是國家經(jīng)濟命脈。要將發(fā)展先進制造業(yè)作為長期堅持的戰(zhàn)略任務(wù)，以供給側(cè)結(jié)構(gòu)性改革為主線，以實施“中國制造2025”為抓手，強化創(chuàng)新驅(qū)動、改革推動、融合帶動，推動質(zhì)量變革、效率變革、動力變革，加快實現(xiàn)我國制造業(yè)由高速增長向高質(zhì)量發(fā)展的跨越。智能制造是發(fā)展先進制造業(yè)、培育全球經(jīng)濟發(fā)展新動能的關(guān)鍵，也是中國實現(xiàn)新興產(chǎn)業(yè)培育發(fā)展與傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)改造升級有機結(jié)合的最佳途徑。“中國制造2025”已將智能制造作為主攻方向和突破口。抓住智能制造這個核心，必將對深化制造業(yè)和互聯(lián)網(wǎng)融合發(fā)展，夯實實體經(jīng)濟根基產(chǎn)生重要而深遠的影響。質(zhì)量變革、效率變革、動力變革是加快發(fā)展先進制造業(yè)的根本要求。面對歷史機遇，我們必須順勢而為、前瞻部署，加強戰(zhàn)略謀劃和統(tǒng)籌協(xié)調(diào)，推動互聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、人工智能和制造業(yè)深度融合，促進先進制造業(yè)快速健康發(fā)展。總體來看，通過各方共同努力，推進智能制造的社會共識已經(jīng)形成，成效不斷顯現(xiàn)。同時我們也要清醒地認識到，推進智能制造是一項復(fù)雜的系統(tǒng)工程，需要逐步推進落實。不過讓人欣慰的是，越來越多的智能制造實踐正展現(xiàn)在我們眼前。

案例1 海爾大規(guī)模定制實踐

海爾集團是中國智能家居產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟的發(fā)起者和參與標(biāo)準(zhǔn)制定者。智能家居要“落地”，實現(xiàn)大規(guī)模應(yīng)用，必須摒棄傳統(tǒng)的制造模式，以互聯(lián)網(wǎng)思維進行變革和創(chuàng)新，通過技術(shù)手段與用戶的個性化需求緊密對接，帶來最佳的用戶體驗。海爾智能研究院與菲尼克斯電氣聯(lián)合研制大規(guī)模定制最佳實踐設(shè)計方案，凝結(jié)了海爾集團對未來家電智能制造的理念和菲尼克斯電氣的智能智造觀。

海爾大規(guī)模定制實踐項目是采用菲尼克斯電氣的智能化、模塊化的設(shè)計理念，展示家電產(chǎn)品從云端下單的個性化定制、智能組裝、智能測試、個性化打印、智能包裝，到智能物流的生產(chǎn)制造產(chǎn)業(yè)鏈的全過程。該項目基于菲尼克斯電氣對工業(yè)4.0及智能制造的深刻理解，將機器人、AGV、3D仿真技術(shù)、MES、ERP等智能生態(tài)共存元素與海爾COSMOPlat智能制造云平臺無縫連接，體現(xiàn)了智能制造的魅力。海爾COSMOPlat平臺作為整個系統(tǒng)的管理核心，通過移動終端的交互操作，就可在眾創(chuàng)匯平臺上進行產(chǎn)品設(shè)計，通過COSMOPlat云平臺接受用戶訂單信息。云平臺收到訂單信息后將生產(chǎn)信息指令下達給生產(chǎn)控制系統(tǒng)PLC，生產(chǎn)控制系統(tǒng)PLC控制機器人自動抓取物料，產(chǎn)品自動裝配、自動打印個性化信息和自動包裝，AGV自動執(zhí)行插單功能，65英寸大屏幕看板上實時顯示智能制造的所有過程和生產(chǎn)數(shù)據(jù)。三維仿真既可以離線仿真所有生產(chǎn)流程，也可實時顯示現(xiàn)場設(shè)備的運行狀態(tài)和訂單信息。從下單到產(chǎn)品交付，只需要短短三分鐘。整個過程透明、高效、智能，實現(xiàn)了由菲尼克斯電氣提出的生產(chǎn)制造自動化、流程管理數(shù)字化、信息管理網(wǎng)絡(luò)化和智能制造云端化四步曲的智能生態(tài)智造觀。

首先，海爾大規(guī)模定制實踐項目最大限度地利用智能設(shè)備實現(xiàn)生產(chǎn)制造自動化。機器人、AGV等智能化產(chǎn)品在COSMOPlat與PLC全面信息交互的前提下，由PLC控制，完成了產(chǎn)品的生產(chǎn)過程，顯著地降低了生產(chǎn)過程的人力成本，由項目實施前的8人減少為1人，為實施前的12.5%，操作工與機器人的參與比達到了1：6，人機占比領(lǐng)先于行業(yè)平均水平。智能設(shè)備的大量運用也促進了產(chǎn)品質(zhì)量的提高，不良品率降至0.8%。

其次，海爾大規(guī)模定制實踐項目全面實現(xiàn)了流程管理數(shù)字化。合理布置 的傳感器所獲取的生產(chǎn)過程數(shù)據(jù)與設(shè)備狀態(tài)，由PLC實時通過生產(chǎn)區(qū)域內(nèi)的工控機、大屏幕看板以及生產(chǎn)區(qū)域外的計算機，數(shù)字化、圖形化地友好呈現(xiàn)給操作人員與管理層，改變了以往的數(shù)據(jù)展示方式，解決了生產(chǎn)數(shù)據(jù)的實時性問題，也降低了原材料的庫存率，縮短了生產(chǎn)環(huán)節(jié)的待機時間，運營成本降低了20%，具有技術(shù)引領(lǐng)的意義。

再次，海爾大規(guī)模定制實踐項目全面實現(xiàn)信息管理網(wǎng)絡(luò)化。借助菲尼克斯電氣提供的基于以太網(wǎng)的工業(yè)4.0 PROFINET主干網(wǎng)、工業(yè)智能交換機、無線接入設(shè)備以及信息安全設(shè)備，項目實現(xiàn)了從現(xiàn)場執(zhí)行器層到公司管理層之間數(shù)據(jù)流的無縫連接，采用“一網(wǎng)到底”，極大地節(jié)省了項目實施前因不同協(xié)議而產(chǎn)生的硬件投入，同時，可靠的信息安全解決方案也為智能工廠的安全運行提供了堅實保障。網(wǎng)絡(luò)的靈活運用改變了人工抄錄數(shù)據(jù)的舊方式，極大地提高了數(shù)據(jù)的時效性，保證了生產(chǎn)的連續(xù)性，企業(yè)生產(chǎn)效率提升20%。

最后，海爾COSMOPlat平臺以極其友好的形式將制造過程呈現(xiàn)在了云端，全面、開放地將定制化的家電產(chǎn)品以生命周期的形式呈現(xiàn)給用戶，實現(xiàn)用戶全生命周期與企業(yè)零距離互聯(lián)互通，創(chuàng)造用戶最佳體驗。用戶與項目環(huán)節(jié)的全面交互體現(xiàn)了工業(yè)4.0對用戶交互參與的要求，打通了從供應(yīng)鏈到生產(chǎn)鏈、管理鏈和服務(wù)鏈的全過程。以資源共享的形式對生產(chǎn)方式產(chǎn)生了根本性的變革，企業(yè)資源重復(fù)利用率提高4%。

案例2 上海寶鋼 基于云實現(xiàn)虛擬遠程運維

“中國制造2025”對設(shè)備管理與維護賦予了新的內(nèi)涵，寶鋼技術(shù)定位于設(shè)備全生命周期智慧服務(wù)的供應(yīng)商，遠程運維將是寶鋼技術(shù)智慧服務(wù)的重點發(fā)展方向。寶鋼技術(shù)與西門子決定成立“基于云技術(shù)的虛擬遠程運維平臺及標(biāo)準(zhǔn)研究”項目組，共同研究設(shè)備運維在智能制造背景下的未來藍圖與實施路徑。同時在流程型行業(yè)和離散型行業(yè)尋找符合虛擬遠程運維特征的落地項目，研發(fā)虛擬遠程運維平臺和標(biāo)準(zhǔn)核心技術(shù)。基于云平臺的運程運維App 的開發(fā)，基于運維平臺虛擬集控管理的數(shù)字化工具開發(fā)，基于運維數(shù)據(jù)的大數(shù)據(jù)分析等，面對智能制造，形成設(shè)備運維方面智能制造的人才，積累實施經(jīng)驗，在全行業(yè)內(nèi)復(fù)制推廣，遠期共同進行商業(yè)開發(fā)。

項目通過對設(shè)備虛擬遠程運維平臺及標(biāo)準(zhǔn)的研究，形成比較完善的虛擬遠程運維平臺，實現(xiàn)生產(chǎn)線設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測、數(shù)據(jù)分析診斷、狀態(tài)預(yù)測、關(guān)鍵部件全生命周期分析、數(shù)字化可視化展示等功能，并固化形成5 項標(biāo)準(zhǔn)，將原有設(shè)備運維的“預(yù)防維修模式”轉(zhuǎn)變?yōu)楦冗M的“預(yù)知維修模式”，甚至是預(yù)測維修模式，是全行業(yè)設(shè)備管理方面一個跨越式的發(fā)展。

國外先進制造企業(yè)，如日本新日鐵，已經(jīng)采用了先進的監(jiān)測診斷技術(shù)來掌握生產(chǎn)線的設(shè)備狀態(tài)，并以設(shè)備狀態(tài)結(jié)果來指導(dǎo)設(shè)備運維過程，但尚未形成標(biāo)準(zhǔn)。目前國內(nèi)尚未有虛擬遠程運維平臺，基本處于預(yù)防性維修或事后維修的階段，屬于比較傳統(tǒng)的設(shè)備運維模式。國內(nèi)某些企業(yè)，如寶鋼股份目前采用的是以預(yù)知維修為基礎(chǔ)的預(yù)防維修模式，其運維模式代表了國內(nèi)先進水平，但與遠程運維的要求相比還是有一定的差距，還處于常規(guī)運維發(fā)展的高級階段。遠程運維需要打破原有的設(shè)備管理界限，將原有的“預(yù)防維修模式”轉(zhuǎn)變?yōu)楦冗M的“預(yù)知維修模式”，甚至是預(yù)測維修模式，是全行業(yè)設(shè)備管理方面一個跨越式的發(fā)展。

遠程運維與目前采用的常規(guī)運維相比，無論是掌握狀態(tài)信息的全面性、狀態(tài)診斷的準(zhǔn)確性、設(shè)備的可靠性、設(shè)備維護的經(jīng)濟性、產(chǎn)品質(zhì)量的穩(wěn)定性各方面均有質(zhì)的變化，是設(shè)備運維的發(fā)展方向，具有很好的先進性。

通過該項目研究，將形成比較完善的虛擬遠程運維平臺，實現(xiàn)生產(chǎn)線設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測、數(shù)據(jù)分析診斷、狀態(tài)預(yù)測、關(guān)鍵部件全生命周期分析等功能，并固化形成標(biāo)準(zhǔn)，實施后將達到目前國際先進的設(shè)備運維水平。預(yù)期達到設(shè)備故障降低30%，設(shè)備維修量降低20%，取得巨大的經(jīng)濟、社會效益。

我國是制造大國，制造產(chǎn)線多，尤其是大型連續(xù)的產(chǎn)線，具有設(shè)備精度高、復(fù)雜程度高、運維難度大等特點，包括控制系統(tǒng)、動力系統(tǒng)和傳動系統(tǒng)三大共性系統(tǒng)以及部分個性化系統(tǒng)，研究設(shè)備系統(tǒng)的虛擬遠程運維平臺及標(biāo)準(zhǔn)對于流程型行業(yè)和離散型行業(yè)均具有非凡的意義。通過搭建數(shù)據(jù)云平臺，選取合適的設(shè)備關(guān)鍵表征參數(shù)、研究數(shù)據(jù)接口規(guī)范、研究設(shè)備狀態(tài)診斷模型，研究設(shè)備虛擬化、可視化展示，形成設(shè)備全生命周期運維管理的規(guī)范，整個虛擬遠程運維的平臺及標(biāo)準(zhǔn)可以非常容易地適用于全行業(yè)的設(shè)備運維管理，隨著標(biāo)準(zhǔn)在全行業(yè)的推廣應(yīng)用可快速提升我國設(shè)備整體運維水平，具有極高的推廣價值。虛擬遠程運維平臺所采用的技術(shù)具有廣泛的可移植性。其應(yīng)用的云平臺、大數(shù)據(jù)預(yù)警、網(wǎng)絡(luò)安全防護等新型技術(shù)更是能在傳統(tǒng)制造業(yè)的產(chǎn)業(yè)升級改造中發(fā)揮示范應(yīng)用的作用，有助于我國工業(yè)整體能力的快速提升。

案例3 一汽-大眾動力總成試點智能工廠

一汽-大眾汽車有限公司是由中國第一汽車股份有限公司、德國大眾汽車股份公司、奧迪汽車股份公司和大眾汽車（中國）投資有限公司合資經(jīng)營的大型乘用車企業(yè)。一汽-大眾動力總成智能工廠項目，通過四個維度建設(shè)特色的智能制造樣板工廠：

1.先進物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)：利用無線傳感技術(shù)、RFID技術(shù)，解決異構(gòu)系統(tǒng)、設(shè)備、網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)，實現(xiàn)信息物理網(wǎng)建設(shè)。

2.系統(tǒng)集成和生產(chǎn)管理：以SOA為核心，以ESB為手段，實現(xiàn)“合縱連橫”的信息系統(tǒng)一體化集成。信息能夠貫穿于工藝規(guī)劃、制造、質(zhì)量、物流等環(huán)節(jié)，實現(xiàn)產(chǎn)品的全生命周期管理。

3.大數(shù)據(jù)和云計算：通過大數(shù)據(jù)獲取、挖掘、分析，實現(xiàn)基于大數(shù)據(jù)驅(qū)動的企業(yè)管理的綜合評估體系，通過“圖形化展示”“鉆取式查詢”“透視性分析”，實現(xiàn)對指標(biāo)的逐層細化、深化分析。實時反映企業(yè)的運行狀態(tài)，將采集的數(shù)據(jù)形象化、直觀化、具體化。

4.統(tǒng)一的系統(tǒng)管理平臺：利用遠程監(jiān)控技術(shù)、移動終端等設(shè)備，能夠獲取各類信息、聯(lián)動各類報警，實現(xiàn)統(tǒng)一管理。

對于工廠智能化水平的量化考量，可以從六個維度進行：數(shù)據(jù)加工能力、機器間通信能力（M2M）、生產(chǎn)網(wǎng)絡(luò)的集成度、信息和通信技術(shù)的集成度（ICT）、人機交互的水平、柔性化生產(chǎn)。

對于一汽-大眾發(fā)傳廠動力總成智能工廠項目，其實施前后的效果非常明顯。

數(shù)據(jù)加工能力：目前發(fā)傳廠生產(chǎn)過程中的生產(chǎn)數(shù)據(jù)僅存儲一小部分，主要用于匯報或者文檔存檔。在項目實施后，可實現(xiàn)對生產(chǎn)、設(shè)備等過程數(shù)據(jù)的實時采集、存儲與分析，可評估生產(chǎn)過程；大量的數(shù)據(jù)加工與分析可實現(xiàn)自動生產(chǎn)過程的設(shè)計和管控，并進行預(yù)測。

M2M：目前發(fā)傳廠設(shè)備均具備總線接口和工業(yè)以太網(wǎng)接口，但是總線接口的應(yīng)用僅僅局限于單臺設(shè)備內(nèi)部部件間的通信、裝配線的前后工位的通信以及一小部分的設(shè)備間的集成，并未實現(xiàn)設(shè)備與設(shè)備之間的互聯(lián)。在項目實施后，機器與機器間實現(xiàn)互聯(lián)，可通過網(wǎng)絡(luò)服務(wù)訪問其他機器。上下工序之間的機器可以進行加工參數(shù)共享，實時對加工參數(shù)進行修正和補償。通過MES與ERP的集成，機器可以直接和管理網(wǎng)絡(luò)甚至互聯(lián)網(wǎng)通信，實現(xiàn)設(shè)備的遠程監(jiān)控。

生產(chǎn)網(wǎng)絡(luò)：目前發(fā)傳廠的生產(chǎn)網(wǎng)絡(luò)和辦公網(wǎng)絡(luò)脫節(jié)，生產(chǎn)網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)生的數(shù)據(jù)如產(chǎn)量、設(shè)備狀態(tài)、工藝狀態(tài)等等無法直接傳送到辦公網(wǎng)絡(luò)，而是通過人工進行統(tǒng)計、錄入、匯總后再通過電話和郵件的形式傳送給辦公網(wǎng)絡(luò)。項目完成后，將實現(xiàn)生產(chǎn)網(wǎng)絡(luò)和辦公網(wǎng)絡(luò)的集成，生產(chǎn)現(xiàn)場的各種數(shù)據(jù)可實時采集，生產(chǎn)網(wǎng)絡(luò)和辦公網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)交換有統(tǒng)一的數(shù)據(jù)格式和規(guī)則，通過預(yù)設(shè)的分析處理方法將有用的信息直接傳遞或推送給辦公網(wǎng)絡(luò)相關(guān)人員，從而便于快速分析和決策。

ICT： 目前一汽大眾供應(yīng)商和客戶等分別通過ERP集成在一起進行信息交換與業(yè)務(wù)溝通，而這些信息如生產(chǎn)計劃的下達與生產(chǎn)車間的交換則以人工電話和郵件的形式進行通知。項目完成后將實現(xiàn)生產(chǎn)車間信息與管理通信技術(shù)的集成，將供應(yīng)商和客戶緊密的集成在生產(chǎn)過程中。

人機交互：目前發(fā)傳廠的人機交互僅限于在生產(chǎn)現(xiàn)場通過操作面板進行。而項目實施后，設(shè)備與設(shè)備互聯(lián)，設(shè)備與計算機互聯(lián)，可實現(xiàn)遠程的監(jiān)控與控制，實現(xiàn)集中式的生產(chǎn)監(jiān)控和控制，并可通過手機或Pad等移動終端作為人機交互界面，大大提高了人機交互的便捷性與交互效率。

柔性化：項目實施后可實現(xiàn)靈活的生產(chǎn)系統(tǒng)管理，實現(xiàn)不同型號的發(fā)動機快捷換線生產(chǎn)。

一汽-大眾動力總成智能工廠以先進的自動化信息化生產(chǎn)設(shè)備、完善的康采恩生產(chǎn)管理體系、強大的市場份額為基礎(chǔ)，依托于CPS物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、MES制造企業(yè)生產(chǎn)過程執(zhí)行系統(tǒng)、SAP ERP企業(yè)資源計劃，SAP HANA大數(shù)據(jù)云計算等全球先進技術(shù)而建立。

一汽-大眾動力總成智能工廠項目在“生產(chǎn)制造”“產(chǎn)品檢測與測試”“質(zhì)量控制”“刀具管理”“物流管理”“物料管理”等全流程達到了智能裝備全覆蓋。機加生產(chǎn)線大規(guī)模使用工業(yè)機器人，配合自動輸送料道等實現(xiàn)生產(chǎn)的全自動化；雙主軸加工中心的大量使用，使生產(chǎn)線具備極高的柔性生產(chǎn)能力；大量采用超硬材料切削刀具，能夠?qū)崿F(xiàn)高速切削加工，實現(xiàn)高效率生產(chǎn)；部分生產(chǎn)線采用微量潤滑、干式切削等先進切削方式，兼顧了規(guī)模化生產(chǎn)與環(huán)保需求；裝配生產(chǎn)線應(yīng)用有先進的集成質(zhì)量控制系統(tǒng)，包括裝配回轉(zhuǎn)力矩檢測、壓裝力與位移監(jiān)控、在線試漏、在線冷試測量及全過程裝配零件二維碼記錄等，實現(xiàn)裝配過程質(zhì)量的全面控制。

汽車發(fā)動機、變速箱等產(chǎn)品的高效加工裝備、柔性裝配裝備以及試驗檢測裝備等技術(shù)均屬于“中國制造2025”的關(guān)鍵領(lǐng)域。動力總成智能工廠的成功打造，將為汽車行業(yè)，乃至其他行業(yè)建立一個樣板工廠，其示范性和作用將是巨大的。