模具行業數字化轉型的“北侖模式”

湯方晴 陳菲 王雷

寧波北侖是“中國壓鑄模具之鄉”“中國壓鑄產業示范基地”，全區壓鑄模具產值占全國壓鑄模具總產值比重超過50%。北侖擁有模具企業近2000家，從業人員4萬余人，已形成千億級的壓鑄模具及相關產業集聚。中小微企業是模具行業的主體，北侖的模具企業中，除產值過億企業15家、規上企業38家、注冊資本100萬元以上企業有360家，其余都是微型企業。面對越來越嚴峻的市場與疫情形勢，北侖模具行業迫切需要通過數字化轉型提高各項要素的使用效率，實現技術、產能、人才的協同，加快轉型超越與集群發展。

數字化轉型成效初顯

模具行業的數字化轉型是“工業強基工程”的組成部分，模具是多種裝備與產品制造、配件與部件制造的基礎，是事關大部分工業企業的效率、質量與效益。

2019年下半年，北侖開始部署模具行業數字化改造“百企提升”活動，在浙江省智能制造專家委員會的指導下，依托寧波創元科技有限公司（寧波創元）的“動態云腦”系統，首批選擇了16家模具生產企業實施數字化改造試點，經過不斷打磨優化，已經初步形成了以數字化改造模式為特點的模具行業數字化全面轉型“北侖模式”，每家模具企業部署“動態云腦”系統基礎模塊的費用控制在30萬元以內，“2周時間就可以完成1家企業”的數字化改造，實現模具企業從接單、生產到采購、外協等業務的實時優化，在試點示范中已取得了良好成效。

寧波臻至機械模具有限公司所制的模具已進入特斯拉（美國電動車及能源公司）的采購體系。2020年5月開始，臻至模具以寧波創元“動態云腦”系統為核心開展數字化改造，實時采集車間一線生產數據，對廠內所有生產資源進行監督管控，解決生產資源沖突、任務分配不合理等難題。6月中旬企業完成系統改造，雖然還在磨合階段，但生產效率已經至少提升了10%。

寧波恒奇精密模具有限公司在薄壁注塑模具領域居國內領先地位。恒奇模具作為北侖首家全面數字化改造的模具企業，2017年3月開始導入寧波創元自主研發的Neural—MOS工業操作系統，當年6月系統上線后，在員工和設備數量基本不變的情況下，2017年下半年比上半年的產能從月均35副提升至70副、產能提升約100%、交期縮短20%、成本降低15%、返工率降低30%、管理人員減少40%。在Neural—MOS工業操作系統的基礎上，2019年3月完成企業的加工任務數字化管理、加工過程數字化監控、進度實時追蹤對比、零配件加工履歷過程記錄、品質統計分析、模具成本實時計算、智能試模輔助、售后人員調度等模塊的數字化改造，對工廠內人、機、料實現高效科學的管理調度，進一步大幅提升生產效率，并促成了創元“動態云腦”的全面完善。

寧波君靈模具技術有限公司是為吉利、長城、奧迪、寶馬、上汽等企業配套的大型精密壓鑄模具的制造企業。2019年10月由寧波創元依托Neural—MOS工業操作系統進行數字化改造，模具車間基本實現有序化、數字化、透明化生產，生產效率提高約30%，返工率減少約15%，管理人員減少約50%。

“三管齊下”探索企業數字化改造新模式

針對模具企業數字化改造的需求，寧波創元創新性地探索出“數字化生產管理經營云服務（動態云腦）”的模式，通過“Neural—MOS智能決策系統+各工崗微服務App+數字鏈指揮系統”的方式構建企業數字化體系（如圖1所示）。

Neural—MOS智能決策系統可實時精準優化制造過程。模具作為典型的離散非標定制化生產產品，在需求、設計、生產、測試等環節上都存在高度不確定性的特點，加上每天均可能發生多次用戶設計更改、返工返修與客戶插單引發的重新排產，導致生產過程實時精確優化難度大。以往模具企業都會高薪聘請經驗豐富的生產總調度來優化排產過程，但模具制造的任務不確定性和生產組織復雜性遠遠超過了管理人員人工排產腦力勞動的極限。

寧波創元依靠自主開發的神經元網絡計算模型，以事件為驅動可實時響應企業訂單變化和生產過程中的意外調整，依托實時獲取的生產任務信息和采集的各類生產信息，通過智能動態排程算法能對生產過程和生產資源進行科學精準調配，并能夠實時向動態排程、進度追蹤、交期管理、設備管理、成本管理、績效管理、品質管理等各類功能App發布指令，統管企業全局的運營工作，管理活動的響應速度和優化準確性均大大高于人工排程，亦遠勝于過去的排產軟件，大幅度提升了模具企業整體的管理水平。

Neural—MOS系統構建于云端，服務的是全局實時綜合排產，集模具生產與經營于一體并提供云排產、云調度、云決策、云管理等對企業有核心價值的管理服務。Neural—MOS系統可支持加急、插單，并靈活調動資源全面保障所有訂單按期交付。通過智能算法實時排產減少了設備的閑置率，使得生產效率可提升30%，通過計算機自動排程替代人工排產，使得生產管理人員減少50%，通過系統性、一體化應變的數字化管理，來優化生產秩序、保障產品的交貨時間，使得模具交期縮短了20%。

各工崗應用微服務App實現了生產活動標準化規范化。模具是典型的定制化產品，零件繁多、架構復雜、設計需求與加工工序多變，每個產品都需要根據客戶的實際需求進行定制化設計與制造。以往，大多數模具企業給各工崗下達生產任務后，各工崗主要根據生產習慣與經驗來完成下達的崗位工作任務，經常出現質量難保證和生產進程難把控等問題。寧波創元與模具企業一起花費大量精力將生產經驗與管理經驗轉變為數據結構與信息交互規范，根據模具制造各工崗的工作特點，開發了各類工業App，以標準化、規范化、蘊含工作經驗知識的電子表單形式予以呈現，可滿足各個工崗完成個性化任務需求，并能實現相關數據的采集、知識與經驗的封裝及運算處理。（如圖3所示）。

基于電子表單形式的工業App是在不斷糾錯的積累中形成的數據表單，是優秀生產經驗、優秀管理經驗、信息交互規范與信息實時傳達（支持拍照上傳）的綜合體，貼合工人習慣，便于固化生產經驗數據，可實時追蹤進度與結果。通過建立基于電子表單的App應用體系，制造過程數據可格式化、規范化沉淀，可減少50%的低級錯誤;通過數字化、實時化的信息傳遞，可提升75%的協作效率;生產經驗得到沉淀、提升、傳承，可降低30%的管理成本。

數據鏈指揮系統支持了工崗全面協同與任務主動推送。模具的接單、設計、采購、生產、裝配等環節間的配合度與及時度很大程度上影響了模具的交期、品質與成本。實際生產中信息交互不實時、生產指令不同步等問題會極大影響企業的生產協作效率。寧波創元自主研發了智能實時動態生產指揮系統，并通過動態實時的生產與經營的數據鏈建設，實現了企業各類數據的實時采集與信息共享、生產指令的實時下達。

寧波創元以數學建模的方式將現實世界中的人、機、料、法、環抽象封裝，來構建虛擬工廠，與現實工廠構成雙向同步映射，構建了實時動態的生產與經營一體化數據鏈，如圖4所示。真實工廠中的工人、機器、物料等生產資源通過數學抽象封裝成計算機中對象，打造成模具車間（企業）可智能實時動態生產指揮的數據鏈，再依循工廠的責權利架構，建立中樞神經指揮系統，實現指令高效下達與信息高效精準交互，進而達到生產事件實時采集、生產信息實時交互、多部門協同生產的效果。

企業的訂單、設計、生產、裝配等人員或設備全部接入數據鏈，企業的各類信息與指令均可以通過數據鏈進行實時交互。通過構建動態生產指揮數據鏈，可以幫助企業大幅提升信息交互效率，提高應對異常問題以及突發事件的能力，實現生產資源的優化調度，最終實現企業生產效率躍升。相比于大部分被動式記錄系統或者流程式計劃系統，實時動態生產指揮數據鏈靈活性高、柔性強，在不確定性事件頻繁發生的情況下，可以實現對人、機、料等進行科學及時的優化調度，在非標離散化制造領域具有明顯優勢。

數字化改造模式的三點啟示

“北侖模式”為數字化改造模式帶來三點啟示：

企業數字化轉型應因時因企制宜，可以“先數字化后自動化”。企業數字化的本質是“在數據+算法定義的世界中，以數據的自動流動化解復雜系統的不確定性，優化資源配置效率，構建企業新型競爭優勢”。如果說設備的自動化替代的是體力勞動者，那么數據流動的自動化將替代腦力勞動者，數據流動的自動化才是工業4.0的本質。經過40多年的發展，北侖模具出村入園，基本完成了從“低小散”向規模化、集群化發展的轉變，目前的核心任務是通過數字化轉型實現規范化、科學化、精細化管理，使生產與經營的管理得到內涵式的提升。北侖的模具企業打破了過去“必須先自動化后數字化”的固定思維，把數字化轉型的重點放到打通數據、用好數據上來，用實踐證明了“先數字化后自動化”是正確有效的。

“低成本”的數字化改造是與工業中小企業的投資能力完全匹配的。首先，中小企業投資能力偏弱，骨干模具企業基本上處在注冊資本百萬元量級、年營業額千萬元量級的水平，數字化改造過高的投資成本讓他們難以承受;其次，在新冠肺炎疫情的沖擊下，企業面臨的形勢更加嚴峻，投資能力進一步受損。寧波創元的數字化改造模式順應了當前中小企業對數字化技改“投資少、效益好”的期盼。輕量化的技改模式下，工業企業不需要購買自動化設備，只需購置一定數量的硬件、平板電腦、工業網關等智能模塊，就可以與模具云Neural—MOS智能生產與經營的管理系統、全部工崗的數據連接，平均每家企業實現整體數字化改造的成本僅為30萬元，因而受到了企業的歡迎。

“短工期”技改有利于破解日常生產經營與數字化技改的矛盾。模具企業生產任務一般都比較飽滿，不允許長時間全面停產來進行硬件改造與軟件配置，否則會沖擊企業的正常生產經營。寧波創元的數字化技改模式通過采用“智能模組與智能硬件模塊積木式組裝+應用微服務軟件從平臺上下載”的形式，較好地解決了技改與日常生產經營的矛盾。首先，通過開發“全員易學好用”的云化微服務產品，將ERP、MES等軟件解構并靈活地進行云化處理，將模具生產工藝、生產機理等工業知識整合為工崗微服務App，部署便捷，企業全體員工學得快、用得好;其次，對各崗位的核心工作內容、生產過程、業務流程不作重大調整，采用的輕量化技改模式大大縮短了技改工期，“2周時間就可以完成1家企業”的數字化改造，讓企業解除了因為技改要影響生產經營的擔心。

（作者單位：浙江省智能制造專家委員會研究與咨詢部）