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互联网思维下的智能制造及其应用

时间:2015-10-10 来源:未知 作者:傻傻地鱼 本文字数:7187字
摘要

  0引言

  互联网思维下的智能制造的定义为: 将信息技术、 网络技术和智能技术应用于设计、 制造、管理和服务等工业生产的各个环节, 以进行感知、分析、 推理、 判断和决策, 从而产生的一种新的工业形态。 智能制造能够大幅度地提高制造效率,改善产品质量, 降低产品成本和资源消耗, 将传统工业提升到智能化的新阶段, 其主要具有以下3 个 基本特征 : 1) 智 能性 , 与数字化制造相比 ,智能制造具有预测、 决策与自主调整优化能力;2) 融合性, 智能制造是信息化与工业化深度融合的产物, 发展智能制造可大大提高制造过程的自动化和智能化水平; 3) 革命性, 智能制造是一种新的生产方式, 推动传统的、 大规模批量生产向大规模定制生产转变[1].

  1互联网思维下的智能制造的形态

  智能制造的实现是基于互联网技术的渗透和应用, 并与未来的先进制造技术相结合, 形成新的智能化的制造体系。 智能制造在企业中的具体形态是: 大数据系统、 全球虚拟制造、 工业云体系、 计算机集成智能设计系统 (CIIDS)、 工艺系统及协同机制、 全能制造系统 (HMS)、 并行工程 (CE:Concurrent Engineering)、 构建全球云物流公共服务平台和第三方支付系统, 以及关于云物流数据标准化体系和云物流公共服务平台[2].

  总的来说, 互联网思维下的智能制造具有以下几种形态。

  a) 制造业供应链管理

  企业通过在供应链体系中应用传感网络技术,能够构建全球制造业中规模最大、 效率最高的供应链体系[3].

  b) 生产过程工艺优化

  智能制造应用各种传感器和通信网络, 在生产过程中实现对加工产品的宽度、 厚度、 温度的实时监控, 从而提高了产品质量, 优化了生产流程。

  c) 泛在感知网络技术

  建立一种服务于智能制造的泛在网络技术体系, 能够为制造中的设计、 工艺、 设备、 过程、 管理和商务提供无处不在的网络服务[3]. 目前 , 面向未来智能制造的泛在网络技术还处于初始的发展阶段。

  d) 虚拟实现技术

  采用真三维显示与人机自然交互的方式进行智能生产, 能够进一步地提高制造业的效率。 目前,虚拟环境已经在许多重大的智能制造领域中得到了广泛的应用和研究[4].

  e) 人机交互技术

  目前制造业还处在一个信息有限的时代, 人必须要服从和服务于机器。但是, 随着人机交互技术的不断发展,我们将逐步地进入一个基于泛在感知的智能制造人机交互时代[4].

  f) 空间协同技术

  空间协同技术的发展目标是以泛在网络、 人机交互、 泛在信息处理和制造系统集成为基础, 突破现有的制造系统在信息获取、 监控、 控制、 人机交互和管理方面集成度差、 协同能力弱的局限,提高制造系统的敏捷性、 适应性和高效性。

  g) 平行管理技术

  该技术旨在促进制造系统与虚拟系统的有机融合, 从而不断地提升企业认识和预防非正常状态的能力, 提高企业的智能决策和应急管理水平。

  h) 电子商务技术

  目前制造与商务过程一体化特征日趋明显, 整体呈现出纵向整合和横向联合两种趋势。 未来, 我们应该在先进的制造业中建立健全的电子商务技术框架, 大力发展电子商务, 以不断地提高制造企业在激烈的市场竞争中的适应和决策能力, 促进先进制造业朝着健康、 可持续的方向发展。

  i) 系统集成制造技术

  该技术集网络化、 集成化、 自动化和智能化于一身, 使得制造具有修正或重构自身结构和参数的能力, 具有自组织和协调能力, 可以满足千变万化的市场需求, 应对激烈的市场竞争[4].

  2互联网思维下的智能制造的架构及模式

  互联网思维下的智能制造具有 3 种架构形式:1) 涵盖产品全生命周期的设计、 生产、 管理和服务的智能化; 2) 产品的智能化, 包括智能装备、智能终端等; 3) 生产方式和商业模式的变革, 产品生产方式由大规模批量生产向大规模定制生产转变[5]. 智能制造的架构示意图如图 1 所示。

  

  3互联网思维下的智能制造的应用

  1)苏州市的智能制造应用起步较早, 2011 年就有若干企业着手开展项目规划、 人才集聚、 软件选型和数据集成等一系列的工作, 并取得了显着的成果和绩效, 现遴选以下几个具有示范意义的企业,对智能制造在这些企业中的实际应用情况进行分析和评估。

  3.1智能制造在苏州纽威阀门有限公司的应用

  苏州纽威阀门有限公司, 是一家国内最大, 同时也是世界着名的阀门制造商。 自成立以来, 公司一直致力于为客户提供全套工业阀门解决方案, 专业从事工业阀门的生产、 研发、 销售和服务。 该公司于 2012 年开始应用 CAX 系统进行企业的各项管理工作。

  所谓 CAX 系统 , 即是计算机辅助设计(CAD)、 计算机辅助制造 (CAM)、 计算机辅助工程 (CAE)、 计算机辅助工艺计划 (CAPP)、 计算机集成制造 ( CIM) 、 计算机集成制造系统(CIMS)、 计算机辅助造型 (CAS)、 计算机辅助测试 (CAT) 和计算机辅助教学 (CAI) 等各项技术的总称, 因为上述所有的缩写词都是以 CA 开头, X表示所有。 CAX 实际上就是把多元化的计算机辅助技术集成起来, 复合和协调地进行工作。 例如:

  在产品设计阶段, 除了设计部门要开展工作以外,其他各部门也可以提前介入, 并行作业, 无需等待上一道作业完成后, 才开始下一道作业, 因而可以有效地缩短开发时间; 同时, 在产品设计的早期,能够比较全面地考虑到产品生命周期的各种因素,提前发现设计上的错误和误差, 及时地进行修正;此外, CAX 系统还可以在设计的过程中, 按照市场的需求, 不断地提出可以进行比较的多种设计方案, 从而获得最优化的设计成果和效益。 纽威公司全面应用仓储条形码管理系统, 高效、 有序地对各种工艺和加工工序进行精确的控制, 以便最大限度地满足市场与制造的需求。 通过 CAX 系统, 纽威公司具备了阀门智能制造所需的最先进的设计理念, 能为客户提供从最小 1.27 cm (0.5 英寸) 到最大 162.56 cm (64 英寸)、 重达 45 吨的全系列的优质阀门产品。 因此, CAX 技术在纽威公司的应用,不仅能够改变公司产品的设计方式和手段, 同时也能为智能制造在公司的进一步发展和变革提供巨大的潜力, 从而不断地促进公司生产制造过程中的智能化水平, 为公司在激烈的市场竞争中赢得一席之地。

  3.2智能制造在三一集团有限公司的应用

  三一集团有限公司成立于 1989 年。 自成立以来, 三一集团一直秉持着 "创建一流企业, 造就一流人才, 做出一流贡献" 的企业愿景, 打造了业内知名的 "三一" 品牌。 目前, 该公司是全球装备制造业的领先企业之一。 集团的核心企业三一重工于2010 年开始实施智能制造项目, 秉承 "制造品质改变世界" 的使命, 每年将销售收入的 5 %~7 %用于智能制造的研发和应用, 旨在将产品升级换代至世界一流水准。 在智能制造的应用上, 三一集团采用了统计过程控制技术 (SPC)。 SPC 是一种借助数理统计方法的过程控制工具。 它对制造过程进行分析评价, 根据反馈信息及时地发现系统性因素出现的征兆, 并采取措施消除其影响, 使制造过程维持在仅受随机性因素影响的受控状态, 以达到控制质量的目的。 SPC 在三一公司的实施, 能够帮助其在产品制造之前就有效地预防不合格产品的出现, 从而提高了产品的质量, 巩固了三一的品牌地位, 很好地实现了三一产品理念; 同时, 也降低了三一公司的生产成本, 增强了其在价格方面的竞争能力。

  3.3智能制造在沙钢集团有限公司的应用

  沙钢集团公司是中国特大型工业企业, 也是国内最大的民营钢铁企业。 近年来, 面对着复杂多变的宏观经济形势及激烈的市场竞争环境, 沙钢积极地推进了智能制造的应用。 在 "做精做强钢铁主业、 做大做优现代物流" 的战略指引下, 沙钢开展了供应链管理 (SCM) 系统在企业的应用。 SCM是一种对企业供应链进行管理的方法, 它对供应、需求、 原材料采购、 市场、 生产、 库存、 定单和分销发货等环节的管理, 涉及生产到发货、 供应商到顾客的全过程。 SCM 能够有效地提高整个供应链的整体效率, 降低企业的成本, 提升企业的服务能力。 沙钢集团顺应社会发展的趋势, 视 SCM 系统为其自身赖以生存的商业循环系统, 在企业的供应链管理方面大力推动 SCM 系统的使用, 从而有效地提高了自身供应链管理的效率, 降低了总成本,在市场竞争中获得了稳定、 持久的竞争优势。

  3.4智能制造在宇通集团有限公司的应用

  经过多年的发展, 宇通集团公司已经成为了中国客车行业中最具影响力的企业。 集团的核心企业宇通客车是全国客车行业内唯一拥有中国名牌及中国驰名商标两项殊荣的企业。 宇通集团致力于引领客车行业的智能制造的应用和发展, 成为了国内最先实施智能制造的企业。 公司在遵循 "总体规划,分布实施" 的原则的基础上, 先后推广应用了企业资源计划 (ERP)、 产品数据管理 (PDM)、 知识化办公自动化系统 (KOA)、 协同数字营销 (CRM)和供应商关系管理系统 (SRM) 等系统。 随后, 为了适应车间内复杂多变的现场环境, 宇通又在车间作业计划执行的过程中, 在生产流水线上全面地实施了制造企业生产过程执行管理系统 (MES), 从而充实了企业的软件在车间控制和车间调度方面的功能。 MES 能够通过信息传递对从订单下达到产品完成的整个生产过程进行优化管理。 当生产流水线发生实时事件时, MES 能够对此及时地做出反应并进行报告, 运用当前的准确数据对它们进行指导和处理。 这种对状态变化的迅速响应使 MES 能够减少企业内部没有附加值的活动, 有效地指导工厂的生产运作过程, 从而使其既能提高工厂的及时交货能力, 改善物料的流通性能, 又能提高生产回报率。 MES 系统在宇通的实施, 优化了宇通整个车间的制造过程, 降低了企业的制造成本, 提高了产品和服务的质量, 以及企业的按时交货率, 为宇通的良性运营、 健康发展提供了保障。

  3.4智能制造在波司登国际控股有限公司的应用

  波司登国际控股有限公司是中国规模最大的羽绒服装企业, 在全球共设有 13 009 个零售网点,独家销售本集团旗下的四大核心羽绒服品牌, 包括"波司登" "雪中飞" "康博" 和 "冰洁". 通过这些品牌, 该集团提供多种羽绒服产品以迎合不同阶层的消费者, 藉此进一步地巩固其在中国羽绒服行业的市场龙头地位。 为了进一步地开拓全球市场,波司登于 2000 年开始实施 ERP 系统。 ERP 系统是指建立在信息技术的基础上, 以系统化的管理思想, 为企业决策层及员工提供决策运行手段的管理平台。 它是目前国内外最先进的一种企业管理模式。 ERP 系统在波司登国际控股有限公司的实施,帮助波司登优化了其内部的业务流程和管理过程,实现了自身经济效益的最大化, 从而提升了其在市场中的核心竞争力。

  4互联网思维下智能制造的发展意义

  4.1智能制造成为新一轮产业变革的核心

  a) 智能制造的核心是数字化与智能化制造业数字化、 智能化是新一轮产业变革的核心技术。 一方面, 它是实现机电产品创新的共性使能技术, 能使机电产品向 "数控一代" 和 "智能一代" 的方向发展, 从而从根本上提高产品的功能、性能和市场竞争力; 另一方面, 它也是制造技术创新的共性使能技术, 能使制造业向数字化、 智能化集成制造的方向发展, 全面提升产品的设计、 制造、 管理与服务水平, 深刻地改革制造业的生产模式和产业形态, 并有效地减少资源与能源的消耗、提高环境持续性与安全性[6].

  b) 发达国家大力推进制造业数字化和智能化美国于 1999 年执行新技术政策, 大力支持包括信息技术和新的制造工艺、 智能制造技术在内的关键、 重大技术的研发; 2011 年 6 月, 美国正式启动包括工业机器人在内的 "先进制造伙伴计划";2012 年 2 月又出台 "先进制造业国家战略计划",通过加强研究和减免试验税收、 扩大和优化政府投资、 建设 "智能" 制造技术平台, 以加快智能制造的技术创新。 德国在 2013 年 4 月的汉诺威工业博览会上正式提出 "工业 4.0" 战略 (INDUSTRIE4.0)[7]. "工业 4.0" 战略是德国 《高技术战略2020》确定的十大未来项目之一, 由德国联邦教研部与联邦经济技术部联手资助, 联邦政府投入达 2 亿欧元, 旨在支持工业领域新一代革命性技术的研发与创新, 被看作是提振德国制造业的有力催化剂[8].

  4.2智能制造大幅度地提高了柔性化水平

  随着数字化和智能化技术的深入应用, 将从产品设计、 生产工艺、 制造装备和运营管理等主要方面持续地推动工业的智能化和柔性化水平的提升。

  a) 在产品设计方面, 采用面向产品全生命周期、 具有丰富设计知识库和模拟仿真技术支持的数字化智能化设计系统, 在图形图像学、 数据库、 系统建模和优化计算等技术的支持下, 可在虚拟的数字环境中并行地、 协同地实现产品的全数字化设计, 结构、 性能和功能的计算优化与仿真, 极大地提高产品设计质量和一次研发成功率[9].

  b) 在加工工艺方面, 广泛地采用加工过程的仿真优化、 自适应控制等数字化智能化技术, 可以极大地提高各种制造工艺的精度和效率, 大幅度地提升整个制造业的工艺水平。

  c) 在制造装备及系统方面 , 智能制造装备 、柔性制造单元、 数字化车间乃至于数字化工厂等智能化生产系统的广泛应用, 将大幅度地提升生产系统的功能、 性能和柔性, 以及自动化与智能化程度。

  d) 在管理方面, 集成应用数字化智能化技术,形成计算机集成制造系统、 智能化集成制造系统,甚至于数字化智能化制造企业, 可实现产品的全生命周期优化及企业的资源最优利用与最佳模式运作, 不仅可以有效地提高企业的市场反应速度和产品开发速度, 同时可以大幅度地提高制造效益、 降低产品成本和资源消耗, 使制造业由资源高消耗型和环境高污染型转变为资源节约型和环境友好型,实现绿色制造[10].

  4.3智能制造将引发企业生产方式和商业模式的重大变革

  在互联网、 物联网、 云计算和大数据等信息技术的强力支持下, 智能工业企业可进一步地进行更大跨度的资源集成, 方便地实现远程定制、 异地设计、 协同生产、 就地加工与服务, 不仅使产品制造模式由批量生产向面向客户需求的定制化、 个性化制造模式转变, 同时, 企业的生产组织模式及商业与服务模式等均发生根本性的变化, 可在有效地提高产品服务质量的同时进一步地降低产品成本、 减少资源消耗。

  4.4智能制造装备的应用日趋广泛

  以机器人为中枢钮结的智能制造装备的应用日趋广泛, 将大幅度地提高生产和制造的效率。 智能制造装备主要包括智能化生产设备和生产线 (工业机器人、 智能机床和智能生产线等), 是智能企业的构成基础。 十几年来, 全球工业机器人的需求快速地扩张: 2002-2012 年, 全球新装工业机器人年均增速约为 9 %; 2011 年全球新装工业机器人同比增长 38 %; 2012 年全球共新装机器人 16 余万台; 到 2025 年, 预计全球装机量达到 1 500~2 500万台, 年均增速为 25 %~30 %. 2013 年初, 郭台铭宣布启动 "百万台机器人" 计划。 比如: 富士康在深圳的 iPhone5 耳机生产车间使用机器人后, 每台机器人每 12 个小时可完成 2.4 万个产品的工作量, 而此前人工仅能完成 1 万个。 未来, 机器人将出现在抛光、 打磨、 镭射打标、 焊接和喷涂等越来越多的作业岗位, 从而大幅度地提高企业的生产和制造效率。

  4.5智能制造的发展颠覆了经典管理学

  互联网思维下的智能制造颠覆了经典管理学,其颠覆的学术理路和中枢维度的关键节点表现为:1) 互联网思维下的智能制造的行为方式、 思想路径的变化与人性原则和人的普遍利益保持一致, 一定程度上是对人类认知的补充和完善; 2) 互联网思维下的智能制造对于新的管理学的影响和关联,并不是直接发生的, 它是通过社会经济及其制度环境的互动而实现的, 实际上, 新的管理学在互联网思维下的智能制造的泛化中, 其固有的定义被扩展和提升, 它不仅仅是人本责任的自我承担, 而且是整个社会制度环境同一规则的支撑; 3) 互联网思维下的智能制造蕴藉着人文哲学因素, 以及人的道德关怀的 "数据化情愫", 促使人能以柔性的管理哲学和管理思想去统摄刚性的大数据系统与企业全球供应链管理; 4) 互联网思维下的智能制造与企业全球供应链管理 "总体镜像" 的虚拟性, 必然包涵管理哲学和管理思想的重新选择与建构, 而建构的主要任务是跨越数据化的 "双重鸿沟", 实现在全球供应链管理的架构上人与人之间的公正和平等; 5) 时空价值取向是互联网思维下的智能制造中人的伦理思辨及行为准则的重要基点, 应坚持时空压缩和时空延伸相统一的方向和境界, 加强人的内在心境张力与一般管理思想的沟通和协调。

  5结束语

  互联网思维下的智能制造包含了建立一个高度灵活的个性化和数字化的产品与服务的生产模式。

  在这种模式中, 传统的行业界限将消失, 并会产生各种新的活动领域和合作形式。 创造新价值的过程正在发生改变, 产业链分工将被重组。 这意味着通过充分利用信息通信技术和网络空间虚拟系统相结合的手段, 推进信息技术与制造业深度融合, 促使工业领域的设备、 生产与系统以网络化的形式向互联网迈进, 将制造业向智能化转型。 它使人与人、人与机器、 机器与机器, 以及服务与服务之间能够互联互通, 实现横向、 纵向的全价值链集成。 生产的每一领域都被赋予了 "智慧".

  参考文献:
  [1] 孙 彦广。 工业智能控制技术与应用 [M] . 北京 : 科学出版社, 2007.
  [2] 顾 寄南。 基于网络的设计制造及智能集成 [M] . 北京 :科学出版社, 2011.
  [3] 雷 徳明。 现代制造系统智能调度技术及其应用 [M] . 北京: 中国电力出版社, 2011.
  [4] ( 英 ) 迈 尔·舍恩伯格 , ( 英 ) 库克耶 . 大数据时代[M] . 杭州: 浙江人民出版社, 2013.
  [5] 车品觉。 决战大数据: 驾驭未来商业的利器 [M] . 杭州:浙江人民出版社, 2014.
  [6] 沈拓。 重生战略: 移动互联网和大数据时代的转型法则[M] . 北京: 企业管理出版社, 2014.
  [7] 陈 光锋。 互 联网思维 ---商业颠覆与重构 [M] . 北京 :机械工业出版社, 2014.
  [8] 张波。 O2O: 移动互联网时代的商业革命 [M] . 北京: 机械工业出版社, 2013.
  [9] (美) KERPEN D, BRAUN T, PRITCHARD V. 互 联网新思维: 未来十年的企业变形计 [M] . 北京: 中国人民大学出版社, 2014.
  [10] 雷万云。 信息化与信息管理实践之道 [M] . 北京: 清华大学出版社, 2012.

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