數字化轉型與智能制造實踐

■ 寧波工業互聯網研究院 （浙江寧波 315000） 胡宇清

寧波工業互聯網研究院副總監胡宇清

1. 智能制造之數字化

（1）智能與智能制造 人類的智能，其基本機理為狀態感知→實時分析→自主決策→精準執行→學習提升。制造的本質就是降低制造系統的不確定性，目標是實現價值最大化。

智能制造的基本邏輯是把人的隱性知識（思想、算法、推理）顯性化，沉淀為顯性知識，把知識嵌入軟件，軟件嵌入芯片，芯片嵌入硬件，硬件嵌入物件（物理設備）。在一定時空的工作場景、給定的約束條件下，軟件形成的數據自動流動，消除復雜系統的不確定性，優化制造資源配置，實現價值最大化。

（2）智能制造技術 智能制造技術就是結合企業經營活動中的直接、間接和管理活動，通過自動化技術、信息化技術、網絡技術，即OT、IT、AI融合而成的技術集成。

其中軟件與物理機器的關系經歷了分離→交匯→融合→一體化的過程，而一體化為智能制造系統打造了技術基礎——分布式智能。

（3）智能制造轉型的兩個關鍵點 制造企業的智能制造轉型過程就是企業通過集成最新制造技術，優化配置企業內部資源和外部資源的經營過程。

1）第一點是企業內部價值鏈的數字化整合，主要指生產、供應鏈、研發、市場、服務和管理等企業價值鏈的打通。設備層包括NC、RC、Sensor、驅動和遠程I/O，現場控制層包括PLC、FCS、PCS/DCS，監視操作層包括SCADA、HMI，制造執行層包括MES、PPS、APS，資源規劃層為ERP。

2）第二點是企業外部資源的數字化有效利用。企業經營活動的外部條件，從宏觀角度，有人口、經濟、政治與法律、自然生態、社會文化和科學技術等，這是行業里的企業都面臨的；從微觀角度，有供應商、營銷中介、顧客、競爭者以及公眾等，這是關系到企業經營的外部直接資源（見圖1）。智能制造技術手段賦予了數據自動流動的能力，并因自動流動而形成泛在知識，通過軟件中的算法、規則為企業優化配置制造資源提供了實現途徑。

圖1 外部直接資源

2. 智能制造實踐

智能制造的實踐包括動作改進、智能設備、自動化單元、柔性生產線、數字化車間、物流自動化以及智能工廠，由點到線再到面。除了不斷發展的裝備智能化，工業機器人、機器視覺和通信技術等也在智能制造系統中起到了關鍵作用。實踐舉例如下。

（1）動作改進 在精密制造的手表行業，機器人抓取0.1mm手表部件，與相機配合檢查部件的外形、角度，合格方可嵌入模腔，提高了生產過程的質量一次合格率，減少了浪費（見圖2）。

圖2 手表行業的動作改進

（2）智能化設備 以醫療器械行業加工義齒為例，340個義齒的加工各不相同，將機器人集成在機床內，通過機器人和加工機床的通信、義齒和機床加工程序的一一匹配以及機床的自動加工，可實現每個工件定制化生產，24h連續無人自動化運作，如圖3所示。

圖3 醫療器械行業的智能化設備

（3）自動化單元 在汽車零部件行業，機器人和三臺加工設備形成自動化單元（見圖4），實現沖壓工序、機加工序及去毛刺工序集成的無人化一件流作業單元，達到了節省人工、7×24h運營及提高生產率的效果。

圖4 汽車零部件行業的自動化單元

（4）柔性生產線 在航空零部件行業，6臺機床通過機器人+軌道形成柔性生產線（見圖5），實現不同型號飛機部件的自動化切換和加工，提升了設備總體稼動率，縮短了交付周期，降低了庫存并且減少了人工。

圖5 航空零部件行業的柔性生產線

（5）數字化車間 在模具行業，制造管理系統集成了模具設計、料單創建、加工工藝路徑和CAM編程，打通物理設備安裝調節、銑削、電火花、線切割、質量控制和機器人等環節，實現了整體高精度、高可靠性的柔性生產，如圖6所示。

圖6 模具行業的數字化車間

（6）5G在智能工廠的應用 諾基亞提出了基于5G、物聯網、機器人和AR/VR技術的智能工廠概念，并在諾基亞奧盧工廠應用（見圖7）。通過5G連接更多資產，獲得全新的靈活性以及人工智能、機器學習和自動化等更多功能，從而提升運營能力。

圖7 諾基亞奧盧智能工廠

上述例子中，企業通過智能制造實踐，賦能運營活動中的“加法”和“減法”，助推企業實現價值的最大化。其中加法包括產品的創新、質量和效率的提升、生產率的提高、安全的改善以及更高的靈活性、可靠性，減法則包括節約成本、降低廢品率、縮短工時、復雜動作簡單化和少人化。

3. 結語

隨著新技術的不斷發展和應用，智能制造為企業經營提供了多種可能性。但是智能制造是手段，不是目的。企業經營的目的是在有限的資源和一定的約束條件下，實現企業價值的最大化。企業應根據所在行業的特性，結合自身的特長和資源的可獲得性，由市場驅動，探索構建適合自己的智能制造模式，持續實踐，實現價值最大化。