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沈烈初:实体层互联互通让智能制造不再“卡脖子”

编辑:头头竞技体育 来源:头头竞技体育 创发布时间:2020-12-13阅读26418次
  

主页_按业务流程分,一般智能生产分:管理层、执行层、掌控层及实体层(设备层),有的企业在管理层之前特一个决策层,在实体层之后特一个传感层,这是一个动静融合的系统工程,亦即CPS系统。  实体层是生产过程产生电子货币的过程,亦即是一个企业活动的出发点与挚爱,是社会物质生产产品的单位,它又是一个可观的系统,如机械制造还包括毛坯(铸、冶、焊接等专业)、加工(工件、成形、热处理等工序)、组装调试、配色、检测、纸盒等生产过程。

传感层就是把这些生产过程中各种信息动态收集,所谓各种数据形式的来源,抽象化出来就是人、机、漆、法、的环、测及水、电、风、汽和信息传输(有线或无线)存储网络,它们之间的互联互通不解决问题,数字化、网络化*后发展为智能化生产显然不有可能。  目前中国制造业,尤其是装备制造业有发展不均衡、不充份的特点,其企业结构与水平具备工业1.0、2.0、3.0的实体层比比皆是。据笔者近几年来实地考察将近百个装备制造企业来看,实行所谓智能生产的瓶颈在实体层设备的互联互通及数据采集上。

当然有一批先进设备的大中型企业,精益生产及按时化管理做到的较好,具备合理的业务与工艺流程,且具有较先进设备的生产设备,数控化率较高,因此这些企业是数字化、网络化及以后的智能化生产的先行者,但还必须大量的探寻及累积数据与实践经验的过程,然后才能超过柔性化、自定义化、可视化的阶段。  其中关键环节是因各种控制系统中传递数据信息的通信协议有有所不同的版本,如机床数控系统常用的国外有FANAC、三菱、西门子、Heidenheim等,国内有华中数控、广州数控、光洋、低精、凯恩帝、维宏、精雕等系统;驱动又分伺服电机系统、Q电机系统等;现场总线(Fieldbus)也有有所不同版本,PROFIBUS、MODBUS、CAN、EtherCAT等,如何把传递数据的有所不同版本的协议,能相互相容,上传下达?很多单位是使用软件包或独立国家模块,如日本马扎克称作Smart-Box、光洋称作MCU、沈机i5及ISESOL系统称作i-Box、仪综所称作智能网关口。因此,每个企业就能构成自己独有的信息管理系统及统一的模块与协议,这是智能生产信息架构的最重要组成部分。  数字化、网络化及智能化(以下全称“三化”)生产,就是在生产过程中对生产仅有要素的叙述与使其优化组合,使装备制造超过“质量第一,效率优先”的目的,使企业减少市场竞争力与可持续发展能力。

笔者在调查研究中找到几个难题:  首先,有两种现象普遍存在。一个是畏缩不前,指出实行“三化”过程,必须一大笔资金改建实体层各生产环节。另一个是为“三化”。

而“三化”或许类似于“面子工程”一样,如不做“三化”,不受将近上级及同行的推崇。笔者指出要用“投入产出”经济理论来研究与实施“三化”,如只有投放,没生产量或生产量很少,这是不合理,不经济的。

  其次,是再行办好科学化的生产管理。即精益生产(LP)及按时化管理(JIS),与搞不搞“三化”没多大关系,这是提升企业生产率与竞争力不可或缺的;反过来说,LP及JIS办好了,“水到渠成”做“三化”就更容易多了。所谓“三化”中的管理层(PLM、ERP)、执行层(MES等)、掌控层可构成一个所谓虚拟世界工厂(或车间)优化生产要素的人组及业务流程,后由优化得出结论的数据掌控实体层的各种装备,这就是虚拟世界与实体生产过程相互“同构”,经过多次的PDCA互相同构就可以得出结论较为优化的业务流程。在这个过程中数据的真实性与全面性就*最重要。

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  第三,关键在于数据的收集、传输、检验及建模。数据的种类很多,还包括生产、管理、质量、资金、设备等生产仅有要素的数据,并且还要搜集与企业及产品用户市场需求等数据,构成所谓条数据与块数据(二维的),这才能利用动态的数据展开优化与预测,没数据就没“三化”。因此创建多种数据的数据库是第一位的。

  山东临工等企业实行“三化”的救赎  (一)山东临工案例及救赎  不要把企业“三化”看做“矮小上”技术,若企业员工不懂“三化”的意义、目的、内涵等,做“三化”有什么意义呢?山东临工工程机械有限公司(全称山东临工)的经验对笔者救赎相当大。他们筹办企业的指导思想是“一全(全员参予),二创(管理创意、技术创新),三结合(干部、技术人员与员工)”。笔者曾说道过,这是新时代的“鞍钢宪法”。

过去山东临工的发展,提质增效是靠这个办法,现在企业做“三化”(或两化融合)也是靠“一全二创三结合”的办法。笔者于2017年2月写出过一篇《工业2.0上课,工业3.0全面前进,工业4.0试水—山东临工创业创意实地考察记》,在文章后面附有笔者于2015年5月28日写出的一篇《引荐一篇好文章—山东临工“一全二创三结合”创意管理模式探寻与实践中》。笔者了解到山东临工在上世纪90年代初就引进CAD等数字化技术;2007开始引入VOLVO的精益生产及按时化管理方法,2008~2009年为自学导入期;2010年展开可视化管理,开始正式成立CI小组;2013年前进标准化作业,共计22个模块,在此过程中分期分批展开全员培训,提升员工的了解与业务水平。因为企业的业务流程牵涉到到每个员工的职责,没全体员工的心态参予,再行好的技术与管理模式也起将近理想的起到,这就为构建“三化”或“两化融合”奠下了坚实基础。

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因此,山东临工在过去信息化基础上,使用德国SAP管理软件,再加自己研发的应用软件,设计了一个原始的信息化架构与模块,还包括管理层、执行层、掌控层。在实体层,因车间性质与工艺流程有所不同,执行层、掌控层也不完全相同。笔者实地考察了几个车间,还包括结构焊接车间、液压件车间、装配车间、物流等,只不过体层中很多装备都是由三结合小组自己设计生产的,因为他们熟知工艺,将来也是他们来操作者用于,因而只要统一模块,统一协议就可以了。有的使用有线通信,有的如装配车间一些工序使用无线通信,随时能用智能手机扫瞄,告诉某一订单的产品展开到哪一个工序了。

确实构建了共商、资源共享、分享的做“三化”模式,把“矮小上”技术与全体员工融合一起,他们的经验有一点推崇。由于山东临工很早已留意其生产的工程机械产品,如挖掘机、装载机、路面机械的“三化”掌控,产品都装有GPS定位系统等,可展开远程监控,搜集产品在用户用于情况及运营时的工况数据,不仅可展开在役产品的健康检查及指导维修服务,而且通过在用户中积极开展“好司机”活动,及时获得了终端用户对系统的装备产品质量、可靠性、可用性、易用性等大量简单的信息,为不断改进产品、生产过程,供应链的优化等打下基础,这就是PDCA多次循环后,提质增效的*欠佳的路径。某种程度,利用大数据展开市场对各种工程机械市场需求的预测,山东临工也展开了这方面的研究。

  在前几年工程机械市场处在艰难境地,山东临工坚决“专心实业,探讨主业,大大展开供给侧改革”,大大前进“三化”工程。不像有些工程机械企业,实施所谓“跨行业发展”“多元化发展”“脱实向虚”等发展战略,以求出“逃脱”或减少“体量”“规模”,结果呢?2017年就有了答案,根据某媒体的统计资料,以人均营业收入即劳动生产率来较为,在行业前九位工程机械企业的统计资料中,山东临工为157.75万元(2015年),182.22万元(2016年),315.58万元(2017年),位列9个企业之首,从横向比,山东临工2017年劳动生产率比2015年减少了一倍;从纵向比,2017年人均劳动生产率是第九位企业的1.7倍;当然转交国家的税收及利润也适当减少了。

企业前进“三化”或“两化融合”必须很长的时间,不是一蹴而就的,必须统一规划,分阶段、分步骤的实行。由于新技术尤其是信息技术仍在高速发展,因此,企业还必须在实行一定阶段后,要及时改动及优化“三化”发展规划,然后再行分阶段、分步骤之后实行。总之先易后难,问题导向,借出外力,培育自己的能力,这样看见成果,激励全体员工士气,坚决回头合适自己企业情况的“三化”及“两化融合”的道路。  一个好的企业,必须有一个好的领导及集体,要有一个强有力的执行机构,必须有包括熟知硬件及软件的信息化技术团队。

从优化业务流程来看,牵涉到方方面面的人员工作及其职责的科学区分,也就是部门与个人间的利益调整。总之,没优化业务流程及LP和JIS管理模式,“三化”或“两化融合”是无法展开或没显著效果的。这一点并没被一些企业领导及有关部门所推崇,更容易把智能生产滑入误区,这是危险性的,事倍功半。

  (二)苏州电源等企业案例及救赎  生产断路器的苏州电源生产有限公司,从上世纪1991年,还是处在一个面对倒闭境地的小厂,临危受命兼任厂长的唐春潮决意借款数百万元做CAD产品设计。他自知没高水平的产品,企业是活不了的,高水平的产品必须高水平的设计手段,从而在一片反对声中就做到了,开始踏上两化融合的道路。2011年左右第二代主要领导王春华同志接班人,前赴后继了解做“两化融合”及智能生产,至今已多达25年。

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分阶段辨别各方面的业务流程,从销售、计划、生产、质量、维保、物流、订购、仓储、能源等将近30个业务板块,展开信息化优化,它是在一个大大优化架构下,有步骤、分阶段展开的,享有大量数据。前两年笔者去调查苏州电源数据库时,存储容量相似80T了,现在的员工没信息化手段早已不习惯了。  其它如南京康尼机电股份有限公司、厦门宏发电声股份有限公司、山东文登天润曲轴股份有限公司、重庆盟讯电子科技有限公司、北京时代集团等企业做“两化融合”都有数二三十年了,构成了自己特色的信息化管理系统,没持之以恒的决意,不有可能获得如此大的顺利。

因此做“三化”*在路上,要随着产品升级换代、企业管理的变革、国际化经营发展等情况变化而变化。  装备工业在“三化”中的担任  装备工业是为各行各业的制造业获取装备产品的,其质量、性能、效率等要求着这些制造业的水平与效益,这是大家的共识。

因此,装备工业的“三化”水平更为最重要。装备工业的“三化”还包括产品的“三化”掌控、生产过程的“三化”管理及用户在役产品运维的“三化”服务。  如果装备工业获取的产品、生产线“三化”水平低,用户的生产过程,即用户的实体层互联互通就很更容易构建。装备产品的“三化”,即使用数字化、网络化、智能化掌控是现代机械装备实行机(鎗)电(子)仪(传感器)一体化的Ultra。

上世纪50年代初,美国经常出现数字控制机床,这就打开了数字化掌控大门,具备划时代的意义,以后经常出现半导体技术,仿真计算机向数字计算机过渡性。1971年美国Intel生产出有4位的小规模集成电路,这是又一次质的进步。到现在经过LSI、VLSI已发展到64位产业化芯片,线宽约10纳米超大规模的集成电路,按摩尔定律性价比还更进一步发展。

上世纪70年代经常出现PLC可以用软、软件替换硬件掌控,从此大大增进了软件的发展。除标准化芯片外,还经常出现种类多样的专用芯片,促成装备工业的发展如虎添翼。数字计算机的经常出现,也大大提高了机械工业的产品与管理水平。  笔者上世纪70年代末去美国辛辛那提机床厂实地考察时,他们的产品主要为大规模生产的汽车工业以及小批量多品种生产航空产品的波音及麦道飞机制造公司获取数控及其它金切机床,生产管理早已用了计算机,该厂以销定产,根据订单决定半年、三个月细计划,一个月的细计划,一旬或一天的继续执行计划,滑动修正,大约现在所说的APS系统。

那时还不是动态(online),而是批处理(可以是半天或一天)。笔者在1978从工厂调往原机械工业部部机关工作,当时一机部总工程师陶亨咸,从德国亚琛工业大学(RWTHAchenUniversity)邀两位教授,打算在沈阳第一机床厂的1A62车间大批及中型车床成批生产车间展开计算机管理试点。

笔者会见两位教授到原沈一机实地考察,当时工厂的各级领导尚能不熟知计算机管理,除放学展开技术交流外,并到两个车间详尽实地考察,两位教授查询了工单、工票、计划书、工艺文件等纸质资料及文件,实地考察两天后,两位教授明确提出数据不几乎,有些数据不现实,流程不合理等。两个车间的领导连数据都说不清楚,后来这个合作就暂停了。这解释当时我国*好的机床厂,是前苏联156项援助项目之一,尚且如此,其它机床厂呢,难道也差不多。

  再说宝钢二期工程,引入德国的2050板材热联轧机,用三级计算机控制,一共有11个机架,4个细轧机架,7个精轧机架,都使用液压控制器力下装置,全部用计算机控制。通过宝钢二期工程,我国掌控了热轧、冷轧、连铸连轧等用计算机控制的冶金设备。

不仅提升了宝钢二期的工艺水平,为宝钢实体信息化底层装备的互联互通获取很便利的条件。  去年笔者时隔十余年再度到中信重工展开自学,面貌一新,尤其是成套矿山根本性技术装备,根据用户明确提出的有所不同市场需求,配备各种碎裂及球磨等设备,在这里用户用于工艺*最重要,根据用于工艺试验室实验获得的数据后,展开设备的选型,使用数字化、网络化掌控,这实质上是自定义简化的成套矿山设备,为用户获取谓之“智慧矿山”的装备与信息化管理系统。

  其他如通用机械行业的透平压缩机等高端产品,笔者在西安陕鼓集团的中控室看见还包括在国内外用户处在役产品的运营工况,一览无余。  至于机床工具作为装备工业的母机,这几年在国家04专项反对下,华数、广数、光洋、低精、维宏等企业已不具备了生产高中低档的数控系统,从性能上谈,基本可以满足要求,但在质量、可靠性、性价比、售后服务等仍须要提升,尤其是品牌认知度在用户中还不低,高端数控机床在市场占有率仅有提升到5%。笔者指出数控机床中,机床本体的水平、可靠性、使用性能比数控系统还差,大都逗留在样品、样机阶段,尽管使用了不少国外或境外的功能部件,依然没明显提升,知道为什么,大约是缺少一批工匠及技术工人,再加粗放式管理,补细致生产观念等,我们的智能生产是无法创建在国外的数控机床基础上吧!数控机床及机器人掌控原理大致相同,有可能在算法上有一些有所不同,如华中数控、光洋数控等,一个数控系统,因为有多通道等功能,既可掌控机床,也可同时掌控机器人,如西门子的840Dsl一样。

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  再说说道其它装备吧!铸、冶、焊接、表面处置装备很多已使用计算机、PLC、计算出来板卡或嵌入式芯片、总线传输信息技术,这些装备的“三化”与管理“三化”渐渐显得更容易,如北京时代集团可获取成套的自动化和信息化程度低的焊机及车间的信息管理系统,并可远程可视化监控,在这里尤其要推崇标准化模块,与其它装备或信息化管理系统互联互通。  旋即之前笔者在沈阳参观自学德国的Grob机床厂,它为福特生产的2.00升至(约)铸造铝缸体加工,钢套在合金钢缸体时就铸入,大大减少了加工工序,精加工钢套使用CBN刀具,节奏大约是4~5分钟,整个掌控装置是使用西门子840Dsl,经过Grob二次开发的,福特获取一套与整个福特工厂相容的网络接口,这样Grob的网络接口必需与福特网络相容,这也可说道网络及通讯协议已自定义简化了!生产线很便利在用于场所与整个福特的信息网络互联互通了!  总之,目前我国制造业处在数字化、网络化阶段,数字化是网络化、智能化的基础,因此笔者指出,目前“数字装备工业”与“数字经济”一样,是*严峻的课题,否则很难构建互联互通,或更进一步发展人工智能及智能生产。

  *后笔者还有一个救赎,像苏州电源、厦门宏发等公司,根据自己工艺拒绝,设计生产自己所需的具备“三化”掌控功能专用自动化设备及生产线。厦门宏发设计生产的12头识漆包线的绕线机已约国际水平,除出租外还销往国内外。又如山东文登天润曲轴股份有限公司、滨州渤海活塞股份有限公司等都有自己的数控专用机床生产基地,因为功能部件都可在国内外市场上订购到,更好的是可选上了曲轴、活塞的生产工艺技术,数控专用机床不仅符合了本企业的市场需求,而且有的还可以可供国内外市场用于。又如山东临工在前进信息管理进程中,一个“三结合”小组研发了一台AGV小车,有自己的特点,仅有花上10万元,现在厂内已用于了多达150台,大的AGV小车可装载1~2吨工件重量。

为此专门正式成立了一个公司展开生产,可以对外销售,并可为用户制订一套物流方案。  装备工业的“三化”方兴未艾,关键是互联互通和远程标准化模块,还包括软件相互相容就*最重要,必须有关部门研究解决问题。  这些救赎,是个人的体会,由于笔者的科学知识水平很低,错误之处认同很多,望业内*求证,却是抛砖引玉吧。  (本文构成过程中,机械工业仪器仪表综合技术经济研究所欧阳劲松所长、石镇山副所长、王麟琨副所长等明确提出了很好的意见建议,在此回应衷心感谢。

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