我国离散制造业未来发展之路彩世界彩票注册平
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产品的复杂性成倍增长、产品的制造时间缩短、利润与质量的压力越来越大,企业开始考虑如何缩短产品生命周期,用更低成本、更高性能的生产制造能力在竞争中取得立足之地。IT技术的不断发展,为制造业带来了新的思路,大数据、云计算、物联网、3D打印、工业互联网等新技术的发展,正帮助企业由传统制造转向智能制造。这也宣告着第四次工业革命——工业4.0时代的到来。

为了应对新一轮科技革命和产业变革,我国相继出台了一系列规划——《中国制造2025》、互联网+行动计划、大众创业万众创新、大数据应用等。这些规划都有一个共同的指向——制造业要走向智能化、数字化、网络化、绿色化,企业要迈向智能工厂。 智能制造是历史发展必然 制造业走向智能工厂这是中国经济转型升级的必然,是社会经济发展的必然,是科学技术发展的必然,是企业获取可持续发展竞争优势的必然。 中国经济转型升级的必然。中国工业自主创新能力不强,在全球产业链分工中处于价值链的的低端,经济长期依赖投资、出口拉动。随着土地、劳动力、原材料、燃料动力等要素成本的全面、快速上升,中国传统比较优势将逐步削弱。 根据2015年8月美国波士顿咨询公司对世界主要国家制造业成本竞争力的分析(同时考虑人工成本、生产效率、汇率变动),中国2004年平均每小时工资4.35美元,2014年上升到12.47美元,上升了2.9倍。同期中国成本竞争力比美国下降了10个百分点。中国制造业资源环境的压力突出,传统的工业发展模式不可持续,亟待形成新的竞争优势。信息化和工业化两化融合,发展智能制造,走新型工业化道路是中国经济转型升级的必然。 科学技术发展的必然。信息技术特别是信息通信技术的发展,深刻地改变了人们的生产方式、生活方式、社会形态。互联网、物联网的广泛应用,使得信息物理系统CPS应运而生,它将物理世界与信息世界融合在一起,掀起了新一轮的工业革命。如今,智能手机、智能可穿戴设备、智能汽车、智能家居、智慧城市……像飓风一样席卷全球,发展智能制造是技术发展的必然。 社会经济发展的必然。随着世界人口老龄化进程的加快,劳动力短缺现象从发达国家向发展中国家、再向欠发达国家蔓延。随着中国农业现代化、城镇化进程的加快,广大农村受教育水平的提高,从事简单劳动和重体力劳动的人越来越少,招工难将成为常态。发展智能制造是社会经济发展的必然。 获取可持续发展竞争优势的必然。企业的竞争是人才、技术、成本的竞争。当同行在智能工厂里,以高效率、高柔性的装备,以精益的管理,快速响应客户个性化的需求,提供贴心周到的服务、低成本的产品的时候,传统的企业将面临生存危机。企业为了获取可持续发展的竞争优势必须建造智能工厂。 离散制造业智能工厂总体框架 一个离散制造业的智能工厂的总体框架,是在信息物理融合系统的支持下,由智能设计、智能产品、智能经营、智能制造、智能服务、智能决策六个部分组成。通过企业信息门户实现与供应商、客户、合作伙伴的横向集成,以及企业内部的纵向集成。要做到这些集成,首先要有一系列标准的支持和信息安全的保障。 2015年7月1日,《国务院关于积极推进“互联网+”行动的指导意见》中提出了“互联网+”的目标: 第一,到2018年,互联网与经济社会各领域的融合发展进一步深化,基于互联网的新业态成为新的经济增长动力,互联网支撑大众创业、万众创新的作用进一步增强,互联网成为提供公共服务的重要手段,网络经济与实体经济协同互动的发展格局基本形成。 第二,到2025年,网络化、智能化、服务化、协同化的“互联网+”产业生态体系基本完善,“互联网+”新经济形态初步形成,“互联网+”成为经济社会创新发展的重要驱动力量。 《指导意见》提出了“互联网+”的十一项重点行动:“互联网+”创业创新、“互联网+”协同制造、“互联网+”现代农业、“互联网+”智慧能源、“互联网+”普惠金融、“互联网+”益民服务、“互联网+”高效物流、“互联网+”电子商务、“互联网+”便捷交通、“互联网+”绿色生态、“互联网+”人工智能。 互联网+行动计划包括社会经济各个领域,与智能工厂最紧密的是:“互联网+”协同制造、“互联网+”电子商务和“互联网+”人工智能。该行动计划的提出,推动互联网与制造业融合,提升制造业数字化、网络化、智能化水平,加强产业链协作,发展基于互联网的协同制造新模式。在重点领域推进智能制造、大规模个性化定制、网络化协同制造和服务型制造,打造一批网络化协同制造公共服务平台,加快形成制造业网络化产业生态体系。这些都为制造业未来发展指明了方向。我们可以从信息物理融合系统CPS、协同设计、协同供应链、协同生产、企业电子商务、协同服务等诸方面进行分析。 互联网+协同制造 今天的世界是协同、创新、智能的时代。充分利用互联网技术实现与外部世界的协同创新是增强企业竞争能力的重要手段。协同制造就是充分利用Internet技术为特征的网络技术、信息技术,实现供应链内及跨供应链间的企业产品设计、制造、管理和商务等的合作,最终通过改变业务经营模式与方式达到资源最充分利用的目的。它强调企业间的协同。协同制造是基于敏捷制造、虚拟制造、网络制造、全球制造的生产模式,它打破时间、空间的约束,通过互联网络,使整个供应链上的企业和合作伙伴共享客户、设计、生产经营信息。从传统的串行工作方式,转变成并行工作方式,从而最大限度缩短新品上市时间,缩短生产周期,快速响应客户需求,提高设计、生产的柔性。通过面向工艺的设计、面向生产的设计、面向成本的设计、供应商参与设计,大大提高产品设计水平和可制造性、成本的可控性。它有利于降低生产经营成本,提高质量,提高客户满意度。协同制造的总体框架,是在协同平台的支持下,实现协同设计、协同供应链、协同生产、协同服务。 协同制造将传统的客户需求、初步设计、详细设计、工艺设计、工装设计、生产准备、制造、销售、售后服务这种串行工作方式在一系列信息系统的支持下,变成一个同心圆。让任何客户需求的变动、设计变更、工艺变更,迅速在供应链上做出快速响应。要实现企业间的协同,离不开信息物理融合系统CPS。 信息物理融合系统CPS 信息物理融合系统CPS是智能工厂万物互联的基础。通过物联网、服务网将制造业企业设施、设备、组织、人互通互联,集计算机、通信系统、感知系统为一体,实现对物理世界安全、可靠、实时、协同感知和控制。对物理世界实现“感”、“联”、“知”、“控”。 CPS由感知层、网络层、认知层和控制层组成。其特征呈现为:环境感知性、自愈性、异构性、开放性、可控性、移动性、融合性和安全性。 协同设计 随着产品智能化的发展,产品集机、电、液、声、光、各种传感器、嵌入式系统、网络通信、接口……,非常复杂,依靠少数人进行设计已经不现实。这就需要集中社会资源进行协同设计。协同设计是指利用计算机技术、多媒体技术和网络技术,支持工作群体成员在共享环境下的协同工作、交互协商、分工合作,共同完成某些任务。它支持多个时间上分离、空间上分布,而工作又相互依赖的协作成员的协同工作。实现协同设计需要计算机支持的协同工作平台(Computer Supported CooperativeWorks,CSCW),支持动态企业联盟内分布于不同地域的多功能项目组成员开展基于网络的协同工作,用于选择、评估、发送与接收产品数据,分析技术方案,快捷迅速地完成设计并投入生产。它要解决协调机制的问题,建立冲突消解机制、通信机制、数据管理、系统的柔性和开放性。例如,中烟机械集团公司在技术系统内打破企业法人界限,将上海烟机技术中心、常德烟机、许昌烟机、秦皇岛烟机、上海烟机五个跨地域的部门建立分布式协同设计平台,开展大型成套设备的设计。 协同供应链 复杂制造业产业链长,制造工艺复杂,供应商和协作单位多,需要通过互联网络创建协同化的环境,即建立供应链网络,在此网络中,供应商、制造商、分销商和客户可动态地共享客户需求、产品设计、工艺文件、供应链计划、库存等信息。任何客户的需求、变动、设计的更改,在整个供应链的网络中快速传播,及时响应。避免了传统管理中的“牛鞭效应”。 最典型的协同供应链管理是汽车制造业,随着人们对汽车产品个性化需求的增加,如何将国内外众多的供应商、协作配套厂商、分销商、最终用户在一个供应链平台上共享客户需求信息,是协同供应链管理的重要课题。通过供应链计划,可以将客户的个性化需求精准地发布到整个供应链上,以快速响应客户需求,最大限度降低库存,准时供货。 协同生产 一些复杂的产品往往由多家工厂协同制造,最终交付同类产品。这些工厂之间需要生产计划协同、供应协同,同步生产,按质、按量、按时提交零部件和产品。 企业电子商务 在传统电子商务基础上,发展行业电子商务,建设以主制造商为核心的供应链电子商务体系,实施网上招投标、网上采购、网上支付、物流和质量跟踪,实施B2B、O2O的销售模式。通过大数据分析用户的习惯、喜好等显性需求,以及客户的身份、时空、工作生活状态关联的隐性需求,分析不同客户的偏好、习惯,主动为用户提供精准销售和服务。 协同服务 在信息物理融合系统CPS的支持下,着眼于产品全生命周期,从用户需求、设计制造、卖方信贷、产品租赁、售后服务、备品备件、直至回收再利用全过程的管理和服务。在产品智能化的基础上,实现产品运行状态的在线数据采集,通过物联网进行数据传输,结合产品运维知识库,进行在线诊断和分析,进行在线服务。提高客户服务的满意度,为客户和企业本身创造新的价值,实现传统制造向制造服务转型。 国内中联重科、三一重工、徐工集团、陕西鼓风机都已通过物联网实现客户产品的远程监控和维护。如中联重工已通过物联网技术、北斗导航技术、云计算、大数据分析构建了基于物联网的智能云服务平台,实现了远程在线工况检测、运行信息自动采集与存储、故障预警、作业状况分析等功能。 在新一轮科技革命和产业变革中,制造业要想获得可持续发展的竞争优势,必须迈向智能制造,拥抱互联网。依靠信息物理融合系统,实现协同设计、协同供应链、协同生产、协同服务、企业电子商务。将企业置身于全球供应链的生态系统之中,提高供应链的竞争能力,这是企业发展的必由之路。(本文来源:中国工业评论,转载请注明出处)

通过互联网和物联网技术,把处于制造企业与相关的零配件配套企业及用户的采购、生产、销售、运输等业务在网络平台上进行资源整合,不仅有助于促进业务流程的直接化和透明化,还将提高效率、减少交易成本。

作为制造企业生产前线解决方案,在过去的十几年,生产管理技术发展迅速,已从只有简单的生产管理模块发展到实现生产全过程的管理与控制,与其他管理系统无缝对接,实现了从需求到生产到交付的闭环。既形成了通用的离散、流程行业的解决方案,又有针对特定行业的行业出现了生产信息管理系统。企业正通过生产管理系统实现生产数据的采集与跟踪、质量控制、生产监控以及物料管理,让生产指令在车间现场有效执行,并实现低成本、可视化管理。

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在全球化与互联网时代,协同不仅仅是组织内部的协作,而且往往要涉及到产业链上、下游组织之间的协作。一方面,通过网络协同,消费者与制造业企业共同进行产品设计与研发,满足个性化定制需求;另一方面,通过网络协同,配置原材料、资本、设备等生产资源,组织动态的生产制造。缩短产品研发周期,满足差异化市场需求。

但在工业4.0时代,企业仅关注生产监控、数据采集等问题是远远不够的,在解决了生产过程的自动化后,未来必须向智能化发展。工业4.0的主要特征包括通过价值网络实现横向集成、工程端到端数字集成横跨整个价值链以及垂直集成和网络化的制造系统,因此在跨企业的生产网络融合中,伴随着工业物联网技术的发展,生产管理系统将会起更加重要的作用,自动化层和生产信息管理系统之间的对接会变得更加重要,且更加的无缝化,还能跨企业来实现柔性的生产。所有的信息都必须实时有效的供生产网络化环节使用。可以说,未来的制造将是基于大数据、互联网、人,通过各种信息技术进行柔性制造。

作为一个未来的潮流,工厂将通过互联网和物联网,实现内、外服务的网络化,向着互联工厂的趋势发展。随之而来,采集并分析生产车间的各种信息,向消费者进行反馈,从工厂采集的信息作为大数据通过解析,能够开拓更多的、新的商业机会。经由硬件从车间采集的海量数据如何处理,也将在很大程度上决定服务、解决方案的价值。也就是说,互联制造模式下,制造业企业将不再自上而下地集中控制生产,不再从事单独的设计与研发环节,或者单独的生产与制造环节,或者单独的营销与服务环节。而是从顾客需求开始,到接受产品订单、寻求合作生产、采购原材料或零部件、共同进行产品设计、生产组装,整个环节都通过互联网联接起来并进行实时通信,从而确保最终产品满足大规模客户的个性化定制需求。

如今,制造业全球化竞争正愈演愈烈,制造业在同行竞争中力求出现差异化,智能化改革是重点。为实现智能化工厂的目标,不少的企业已经有了智能制造系统以及自动化设备,但仍然存在排期规划混乱、工人执行效率太低,库存大量积压、成品返工率高等方面的问题,这些问题对制造业的长期发展都造成了严重的影响。为解决这一问题,助力制造企业提高生产效率、降低制造成本,打通信息孤岛,一体化的生产管理系统应运而生。

当今,全球正在出现以互联网为代表的新一轮工业革命创新浪潮。而变革的核心也是互联网等新一代信息技术的应用。当新的形态开始注入制造业领域时,一个全新的挑战也随之开始,那就是让制造业由机械化、电气化、数字化,转向网络化、数据化和智能制造的挑战。

制造企业要从以往的生产设备效率低下,能源消耗高,人工成本高等状况走出,转型迫在眉睫,为了应对市场变化,满足客户个性化需求,最终必需能够快速实时的响应和调整生产过程,在企业走向智能生产的过程中,生产管理系统至关重要。

随着信息技术和互联网、电子商务的普及,制造业市场竞争的新要求出现了变化。一方面,要求制造业企业能够不断地基于网络获取信息,及时、动态地对市场需求做出快速反应;另一方面,要求制造业企业能够动态地将各种资源集成与共享,合理利用各种资源。互联制造能够快速响应市场变化,通过制造企业快速重组、动态协同来快速配置制造资源,提高产品质量的同时,减少产品投放市场所需的时间,增加市场份额。同时,还能够分担基础设施建设费用、设备投资费用等,减少经营风险。制造资源的整合已经突破了企业和国家的界限,正在变得可以基于互联网从全球范围内寻求资源,物流、资金流、信息流在全球经济一体化及互联网的支持下将突破区域限制而动态流动,世界将进入一个全球互联制造时代。

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图1 工业化的发展规律

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未来制造业:缩短工期、降低成本、提高效率、满足定制、减少能耗

作为未来生产的代表性概念之一,德国政府提出的“工业4.0”计划被理解为第四次工业革命,它意在升级工业体系,形成“智能制造”的未来。工业4.0强调两大主题,一是“智能工厂”,重点研究智能化生产系统及过程,以及网络化分布式生产设施的实现;二是“智能生产”,主要涉及整个企业的生产物流管理、人机互动以及3D技术在工业生产过程中的应用。由此可见,实现智能化工厂离不开生产管理系统。

2.外部网络协同制造

未来,伴随着工业互联网,工业4.0时代的生产管理系统将会给企业带来至关重要的作用,工业4.0不仅仅意味着技术的转变、生产过程的转变,同时也意味着整个管理和组织结构的调整,生产管理系统在协同制造方面将超越目前内部个人和组织范畴,而扩展至与供应商和客户的连接,在制造智能方面将不限于收集、分析与展现,而将进一步实现现场实时分析、协同智能决策,及时调整制造执行过程,生产管理系统将变得更加智能,最终帮助企业实现智能生产,打造智慧工厂。

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尤其是,随着对于制造的敏捷性及精益制造的要求不断提高,靠人工导入导出信息已经不能满足制造业信息化的需求,这就要求在不同系统之间进行网络协同,做到实时的信息传递与共享。

可以说,互联网和物联网影响了人类社会,并对社会发展起了很大的推动作用,是如今社会面临的各种变革的最大根源。未来制造业将通过互联网和物联网技术手段让制造业价值链上的各个环节更加紧密联系、高效协作,使得个性化产品能够以高效率的批量化方式生产,实现所谓的“大规模定制”。未来制造业的智能制造也将使制造业的产品形态、设计和制造过程、管理方法和组织结构、制造模式、商务模式发生重大甚至革命性变革,并带动人类生活方式的大变革。

传统工业化的技术特征是利用机械化、电气化和自动化,实现大规模生产和批量销售。在当前复杂的国际竞争中和中国环境下,为提升中国制造业在全球产业价值链中的地位,解决制造业大而不强的问题,必须从传统生产方式向智能化生产方式转变。

未来制造业中,每个工厂是独立运作的模式,每个工厂都有独立运行的生产管理系统,或者采用一套生产管理系统来管理所有的工厂的操作。但是随着企业的发展,企业设置有不同的生产基地及多个工厂,工厂之间往往需要互相调度,合理地利用人力、设备、物料等资源,企业中每个工厂之间的信息的流量越来越多,实时性的要求越来越高,同时每个工厂的数据量和执行的速度的要求也越来越高。这就要求不同工厂之间能够做到网络协同,确保实时的信息传递与共享。

无处不在的互联网和便捷的物流系统,使得产品的研发、设计、生产、销售和服务等流程未必一定在一个企业、甚至在一个国家内独立完成,而有可能被分解、外包、众包到不同企业,甚至各国各地。未来,一个企业竞争力的强弱不在于拥有多少资源和多少核心技术,而是信息数据分析能力、资源整合能力、国际化资源能力。

“工业4.0”中的横向集成代表生产系统的结合,这是一个全产业链的集成。以往的工厂生产中,产品或零部件生产只是一个独立过程,之间没有任何联系,没有进一步的逻辑控制。外部的网络协同制造使得一个工厂根据自己的生产能力和生产档期,只生产某一个产品的一部分,外部的物流、外部工厂的生产,包括销售等整个的全产业链能够联系起来。这样一来,就实现了价值链上的横向产业融合。

内、外部的网络协同

现代工业化的技术特征,除了物理系统(机械化、电气化、自动化)之外,还要通过融合信息系统(计算机化、信息化、网络化),最终实现信息物理系统。“工业4.0”时代,中国制造业向智能化发展,存在着巨大的空间和潜力。目前,中国正处在工业化的发展进程之中,经济的崛起必定首先依托制造业。新一轮工业革命在带来诸多挑战的同时,也将为中国新一轮制造业发展提供许多难得“契机”。因为,历史经验表明,每一次工业革命都为后发国家成功实现赶超提供“契机”,英、德、美、日等都是通过把握工业革命的机遇而成功的。就中国制造业转型升级而言,新一轮工业革命将会同样带来赶超发展的“契机”。

“工业4.0”定义了制造商、供应商乃至开发商之间的网络协同结构,主要目的是实现市场与研发的协同、研发与生产的协同、管理与通信的协同,从而形成一个完整的制造网络,由多个制造企业或参与者组成,它们相互交换商品和信息,共同执行业务流程。企业、价值链和产品生命周期这三个维度贯穿于各个价值链中的制造参与者之间。居于上方的是管理职能,下方是制造职能。

无界限、全民化、信息化、传播速度快是互联网的特征。制造业的各个环节通过应用互联网技术,将数字信息与物理现实社会之间的联系可视化,将生产工艺与管理流程全面融合,实现“互联网 ”协同制造。这样一来,可以一边设计研发、一边采购原材料零部件、一边组织生产制造、一边开展市场营销,从而降低了运营成本、提升了生产效率、缩短了产品生产周期,也减少了能源使用。

图2 智能制造的优势

同时“智能工厂”的“智能生产”,重点研究智能化生产系统及过程,以及网络化分布式生产设施的实现,其核心就是在整个工业生产过程中的应用中,通过信息物理系统,利用物联网的技术、软件技术和通信技术,加强信息管理和服务,提高生产过程的可控性,从而实现研发、生产、制造工艺及工业控制等全方位的信息覆盖,全面控制各种信息,确保各个生产制造环节都能处于最优状态。从而引导制造业向智能化转型。

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对于一个制造业企业来说,其内部的信息是以制造为核心的,包括生产管理、物流管理、质量管理、设备管理、人员及工时管理等和生产相关的各个要素。传统的制造管理是以单个车间/工厂为管理单位,管理的重点是生产,管理的范围是制造业内部。

这种生产制造的灵活程度代表着制造业未来的发展方向,将使企业面对客户的需求变化时,能迅速、轻松地做出响应,并保证其生产具有竞争力,满足大规模客户的个性化定制需求,企业本身将实现从单纯制造向“制造 服务”的转型升级。

但是,随着信息技术的进步,很多制造型企业在发展的不同时期,根据管理的不同时期的需求,不断地开发了不同的系统,并在企业内部逐步使用,如库存管理系统、生产管理系统、质量管理系统、产品生命周期管理系统、供应量管理系统系统等等。不同的系统来实现不同的功能,有些系统采用自主开发或不同供应商的系统所组成。随着企业的发展,要求不同的生产元素管理之间的协同性,以避免制造过程中的信息孤岛,因此对各个系统之间的接口和兼容性的需求越来越高,即各个系统之间的内部协同越来越重要。

1.内部网络协同制造

以前,中国制造业技术含量不高,一直处于国际产业价值链的低端环节。工业和信息化深度融合有效地为制造业的网络化、智能化发展奠定了殷实的基础。毫无疑问,“工业4.0”时代,新一轮工业革命将更快速地带动两化深度融合。信息技术向制造业全面嵌入,将打破传统的生产流程、生产模式和管理方式。生产制造过程与业务管理系统的深度集成,将实现对生产要素的高度灵活配置,实现大规模定制生产。从而,将有力推动传统制造业加快转型升级的步伐。

落后的人力劳动已经无法满足现代化制造业的需求,一些发达国家很早就开始投入自动化技术去提升生产力。使得最近几十年以来,随着各种产品的信息化、数字化和网络化,制造业本身的生产结构也变得更复杂、更精细、更自动。生产线和生产设备内部的信息流量,以及管理工作的数据剧增,以往的自动化系统在信息处理能力、效率和规模上都已经难以满足制造业的更高需求。新一代信息技术的应用在一定程度上解决了这一难题。

从工业化到智能化的演变

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