《如今都讲智能制造 传统机床会被完全淘汰吗?》

  • 来源专题:数控机床与工业机器人
  • 编译者: 杨芳
  • 发布时间:2018-06-21
  • 机床距今已有几百年发展历史,在这样一个新旧更换的岁月中,不断有机床被时代所淘汰。然而一直到今天,很多工厂内还是有一些传统机床在不断发光发热。笔者曾在走访机床企业的时候询问过很多公司负责人为何依旧在使用传统机床,得出来的回答大致如下:

      一、传统机床价格便宜

      对于企业来说,控制生产成本是极为重要的。很多传统机床特别是车床,同样的功率,数控车床光购置费一项就要比普通车床贵好几倍,后期的维护、维修、配套耗材等费用也高出许多。虽然目前数控机床正在不断取代传统机床,但传统机床便宜实惠的优势还是无法被取代的,所以说传统机床在短期内很难被彻底淘汰。

      二、传统机床更适用于小规模加工和零件二次修改

      在需要生产某些小批量的零件时,传统机床的优势就体现出来了。大部分熟练工人只需要看到零件的图纸,就能通过传统机床将该零件加工出来,可以说是“一窍通则百窍通”。

      如今的机床用户更多的喜欢“定制化”这个词,这也对生产机床的厂家提出了更高要求。在生产这类机床时,由于零件都是定制化产品,很多时候需要工人对加工出来的零部件进行二次修改,如果此时再去用数控机床编程的话,未免过于浪费时间精力。很多老师傅直接通过传统机床进行简单的加工,零件就能被使用了,这是很多厂家保留传统机床的重要原因之一。

      三、数控编程人员薪资高,人才难招

      与如今的很多自动化设备甚至激光设备相比,传统机床只需要手工操作的优点依然被很多老师傅所拥护。因为并不是每个工人都会编程的,对于企业负责人来说,数控编程人员往往需要更高的薪资,并且数控系统很多种,要找一个精通数控机床的操作员难度显然要比找一个传统的机床工人高。

      四、企业投入成本问题

      虽然如今数控机床正不断普及,但是对于企业来说,一次性投入大量资金来批量更换设备往往会对企业造成很大的压力。考虑到企业资金周转、设备合理化使用等问题,大部分企业都会选择逐步更换数控设备,所以很多企业的厂房里都还会使用传统机床进行部分加工。

      总结起来可以看出,虽然如今智能制造已经成为制造业发展的大趋势,但是在智能化设备普及的情况下,传统机床依旧有其自成一格的优势。笔者认为,随着以后数控机床智能化程度不断提升,传统机床可能会被大面积替换,但要做到完全淘汰,就目前来说还不太可行。

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三是智能制造内容。智能制造的内容包含三个方面,分别是智能的产品、智能的制造过程和智能的经营服务方式,三方面内容共同组成了智能制造内容。在这说的智能就是数字化、自动化、网络化、智能化的简称。首先说一下智能产品,智能产品是制造业的标志,也就是说如果说一个产业很强,那这个产业必然有非常好的产品。例如,说高铁很强是因为我国有高速列车。数字技术和信息技术的发展为智能产品提供了创新空间。我举一个例子,大家都知道智能手机的出现把日本的小家电淘汰下去了,手机的出现逐步替代了随身听、录音机、照相机。最近很多企业都在研发无人驾驶汽车,对传统汽车行业更会产生深远影响。智能产品在我们的生活中扮演了重要角色。那么,智能产品有哪些特点呢?一是要有感知作用,即设备本身要有很多自己的特性,质量要好。比如说机床,以前的手摇机床是没有传感器的,后来出现了数控机床,要对移动距离进行测量,就需要传感器。再后来,温度对计算有影响,我们又要测量温度。二是要有获取信息后的自我调节功能,能够使自己处于最佳的工作状态。例如,我测量到温度,我知道温度会测量加工会有影响,就需要温度补偿以保证设备回到初始的测量精度上。还要进行自诊断,能够自动识别什么地方有故障了、电梯电流太大了、电梯发热了等问题。三是要有通讯功能,要能和其他装备和管理系统进行通讯。装备通讯很简单,数控机床配备机械手进行上料,数控机床和机械手之间就需要通讯。数控机床放在制造系统里面,也需要具备通讯功能。四是要对数据进行处理,挖掘分析,提供创造性应用服务。 比如说广东有一家企业,它监测设备的电流,如果电流有毛刺的话,表示轴承安装有问题,通过数据挖掘出新的分析结果,创造出新的价值。第二点,讲一下智能制造过程。智能制造过程包含两部分,一部分是数字化、自动化,是智能制造的基础,追求制造质量和生产效率、减少能耗、降低排放。还有一方面是信息化管理,指生产各个环节间要协调,去掉制造过程中的浪费。数字化管理和信息化、智能化结合在一起的时候才是智能制造过程的全部内容。智能制造过程在各个环节里都可以发挥作用,比如在产品设计环节,过去我们的产品设计是画成图然后把样机加工出来,进行试验发现问题,然后修改图纸,设计周期非常长。在智能化的数字设计领域,可以在虚拟的空间里制造产品模型,在计算机里进行仿真,仿真测试完全达到要求以后可以快速通过物理试验,大大缩短产品设计周期。工艺设计也是这样,一是工艺路线可以在计算机上仿真,例如哪些路线最简洁、最能节省时间;二是当我用某一个数控机床进行加工的时候,可以在计算机上先进行模拟加工,测试精度能不能达到,达标以后再将程序下载到机床里,加工的成功率会非常高,这些都是数字化工艺设计的应用。制造过程的自动化就更多了,包括生产、排产、设备的信息、生产进度信息、现场的可视化、供应链管理等。这个是检验检测,检验检测非常重要,特别是现在大家都讲质量追溯。检验检测的智能化,第一所有的检验检测数据必须是智能填上的,不能手工去填;第二生产线上所有工具的质量都应该是统计出来的,更多的是采用RFID、二维码等,要能够追踪产品生产过程。将来用户在使用过程中出现问题,能够倒追产品哪个工序、哪个工位,甚至是哪一批元器件造成的,这是质量信息方面。再一个是能源管理,我国的能耗跟世界平均水平相比差距较大,单位GDP大概是全球三倍。能源管理里面对主要的高耗能设备要进行可视化的管理,而且产量与能耗之间的关系应该搞清楚,这样就能建立各个重点环节的节能模型。最后是智能物流,这里的物流是指车间内的物流。其实,物流是目前智能化改造之后节约效应最明显的领域,能够大量减少人力、大大提高物流效率,降低物流过程中的质量损耗。可以利用电子单证、RFID等物联网技术,对物品的流动进行定位、跟踪、控制,还有立体仓库的控制等等。我也举一些例子,这是德国公司的模拟生产,在计算机上仿真生产流程,通过模拟对人工的制造资源进行优化配置。这个是西门子与玛莎拉蒂的汽车制造厂,它能够模拟产品整个生命周期的数字化和各个环节的协同,并能完全模拟生产流程。如果生产环境变化,比如原材料、物流有了变化或者供应链没有过来对供应链产生的影响,在计算机里都可以体现。在我们国家的飞机制造领域,数字化设计应用非常多。采用数字化设计以后,飞机可以做到一次装配成功、一次试飞成功。 数字化车间能够实现设备和设备、人和设备在工厂和后台的互联互通。例如海尔工厂,用户下了订单以后,可以在自己手机上看到我所下的订单的冰箱现在在哪个生产线上,到哪一工位,什么时候可以交货,这是数字化车间的典型案例在我们国家的实行。下面讲一下制造过程的智能化,主要讲精益模式的智能化。精益模式的智能化我们主要讲三个方面:一是个性化定制,红领在这方面做得非常好。个性化定制有几个条件,一是产品必须是模块化的,个性化定制并不是每一个产品都从头设计,一定是把产品模块化。经过模块化之后,将符合不同要求的不同模块组合在一起就形成个性化的产品。二是一定要有服务平台,通过服务平台用户可以根据深入的交互让用户选用模块,快速生成产品的定制方案。三是定制完成后,后续的生产要跟得上。生产计划和制造线能够跟得上订单需求,这是很不容易的。符合这三个条件才可以称为个性化定制。首先介绍一下个性化定制,例如奥迪将零件压缩之后形成重点模块,模块可以组合成更多的产品,这是模块化的生产方式。奥迪表示自己有20000多个部件,可以形成10000种产品,为30万用户提供特殊需求。我们国家在这方面的案例就是红领,大家可以看到红领的成绩非常明显,可以采集身上18个部位22个数据,根据这些数据顾客就可以形成他独有的订单,这样的设计7天就可以交付,成本只比批量生产高10%,通过这样的个性化定制,红领的年销售收入和利润增长都超过100%。所以说,个性化定制这样一种智能制造方式能够为企业带来效益。第二种方式是协同开放云制造,协同开放云制造什么意思呢?我建立一个网络平台,在网络平台里可以对不同企业或企业不同部门的创新资源、设计能力、生产能力、服务能力进行集成和对接,此外,还可以和社会上的资源和服务进行对接。目前,协同制造应用最好的领域是航空工业,航空工业本身的特点导致其必须采用协同制造。比如,沈飞坐飞机的头、成飞做机翼、西飞做的机身,肯定是不同的地区、不同的厂家在进行协同的运行设计,设计完成后要到一个地方装配,这样就必须采用协同开放云制造这样的方式才能够实现。经营模式里面,我们推荐远程监控。 远程监控就是说我们利用工业物联网,把我卖出去的产品的设备状态、操作情况、环境情况进行搜集,将数据上传运维平台进行管理,向用户提供在线监测、故障预计等预测性服务方案,此外,还配备了专家团队对远程监控提供支持,如果普通方案不能满足要求的时候,还可以请专家团队过来提出新方案。像陕西鼓风机,每卖一台鼓风机就配备一套测试装备,它在全国设有3个远程监控点为用户服务。这方面做的最漂亮的是GE公司,GE公司将传感器装在发动机的叶面上,并测试发动机叶面参数,从飞机滑行开始,将滑行、起飞、巡航、下降、遇到不同的天气波动等所有情况下的测试参数全部归纳起来,对发动机的状态进行监控,检查、判断发动机是否正常,如果有问题是哪个部件出了问题,飞机还没到达机场就将部件准备好,飞机降落之后马上把部件换上去。由于GE能够提供这种服务,后来它就不卖发动机了,只卖飞行小时,航空公司租GE的发动机,以飞行小时计价,这样的方式使得GE公司去年的业务量从69亿/年增加到187亿/年,该项业务的收入从占到总收入的40%增加到60%,现在全世界的发动机公司都在学习GE的做法。 二、发展形势 以上我将智能制造内涵大致介绍了一下,下面再抽5分钟时间把发展形势说一下。 一是我国智能制造需求旺盛。我们国家从2011年开始推行“智能制造”,当时大家觉得“智能制造”离我们太远了。但是,经过这几点的发展,大家觉得“智能制造”很快就来到了我们跟前。2011年到2014年,发改委、工信部、财政部联合实施了智能制造专项,4年共支持了124个项目,投入经费40亿元。2015年,国家又选出了46个国家试点示范项目,分布在28个省市、36个行业。而且,我国也实施了智能制造专项,其中标准研制43项、数字化车间51项,国家共投资10个亿。通过这几年的努力,我们给企业指出的方向,带动了企业对智能制造的需求,另外,关键的零部件和智能制造装备方面也取得了巨大的进展。数字化车间、数字化工厂的建设也在点上取得了一些突破,有了样板,并培训了一批人才。而且我们形成了一种机制,就是用户和制造商联合实施智能制造项目,这些都是有益的探索。经过这四年,可以说我们国家智能制造的培训期已经过了,从现在开始我们进入发展期。现在,我们国家智能制造需求非常旺盛。2014年,我们对浙江省10个市、20个行业、116家企业进行了调研,在机器换人需求方面,64.2%的企业非常强烈,44.9%的企业一般,14%的企业表示在做准备,真正没有需求的企业只占2%。此外,他们需求的目的非常明确,82%是为了解决人工问题,71.9%是为了解决劳动时间问题,71.9%是为了解决生产问题效率问题,还有46%是为了解决环境问题。浙江省每年在推进数字化、网络化、智能化战略方面政府和企业总投资要达到3600亿到5000亿之间。2015年,我们对福建省做了一项调查,100%的企业都对智能制造需求非常强烈,其中,家居行业需要升级的占32%,装备行业需要升级的站25%,监测环节需要升级的占32%,测试环节需要升级的占28%,物流、搬运、体力劳动升级的占23%。2015年,东莞机器换人已经达到1262个项目,总投资超过100亿,而且力争三年要达到80%的企业实现机器换人。江苏、广州、浙江等企业,三省每年在智能制造投入方面投资达到1万亿,占全国总投资的20%以上。 二是我国智能制造供应不足。虽然智能制造需求旺盛,但是我们国家的供应不足。我们国家的装备制造业现在是70%依赖进口,过程装备应用比率不到30%。根据世界银行的统计,我国每年进口的装备达到2万亿台发动机,这样的情况导致过程装备在市场上的占有率大概只有42%,不到一半,进口率达到58%,高端装备进口的比率会更大。因此,我国的整个市场从需求上分析,市场需求量非常大,2013年是3.5万亿到5万亿,我们预计2020年是8万亿到10万亿。这么大的市场肯定要成为我国“十三五”期间经济发展新的增长点。从供给侧来看,我国国内装备不到一半,一半以上需要进口。因此,我们必须发展我们自己国产的装备制造业,用中国装备装备中国制造,应该成为“中国制造2025”的重要核心战略。 三、关注的问题 最后关注几个问题。一是从国家层面来看,我们在促进智能制造和装备制造应该同步发展,要防止智能制造出现“空心化”,不能我们的数字化水平很高,但打开一看里面的装备全部都是国外的、机器人全部是西门子的,这样的情况不是我们想看到的。二是我们要做好三大基础,分别是标准化、基础设施和网络安全、软件,我国在这三方面还需要大大加强。三是人才培养,我国现在及其缺乏综合的智能制造方面人才,特别是系统集成,国家应该今后在这方面加强。今年,智能制造专项在实施过程中也都体现了这些思想。那么,作为企业来说,在发展智能制造过程中应注意哪些问题呢?首先,智能制造是要有基础的。现在想要实施智能制造的企业必须要管好自身基础,做实基础,包括精益生产、质量管理、劳动生产率等。北航有个老师说过三句话,我觉的很好:“不在落后的工业基础上搞自动化,不在落后的管理基础上搞信息化,不要在没有数字化、网络化的基础上搞智能制造”。所以,企业在实施智能制造的时候首先要关注自身基础。二是企业搞智能制造、搞数字化车间要有明确的经济目标,不要盲目追求高大上,不是为智能制造而智能制造,一定要关注投资汇报周期。在南方,一般企业家一年投资回收周期一定干,两年投资回收可以干,三年以上投资回收周期基本就不干了。三是智能制造不会一次就成功,不要希望投资一次就把智能制造搞起来,一定是分批分阶段,一步步提高的。
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    • 来源专题:数控机床——战略政策
    • 编译者:杨芳
    • 发布时间:2018-12-04
    • 如何实施智能制造?需要考虑智能制造的三个支点:产品、装备和过程。 笔者在《论智能制造》系列中的“论智能制造的三个阶段”中,谈到了对三个阶段的基本认识。而如何实施智能制造,则需要考虑智能制造的三个支点:产品、装备和过程。 图1 智能制造的三个支点 第一个需要考虑的是推动智能制造的目标是什么。显然,企业追求的是产品,而不是要把企业搞的有多时髦。企业销售产品的时候,不是要宣传企业的生产线有多漂亮、多现代,而一定要说明这个产品的价值何在。产品是企业面向社会的表现。智能制造的目标是产品,而不是智能制造本身。因此,产品的智能化是企业必须考虑的首要问题之一。智能制造如果不能生产出智能的产品,智能制造就失去了时代的意义。而且,企业的产品如果不是智能化的,产品和企业今后被淘汰的可能性就很大。 第二个支点是装备,生产过程(包括研发、设计)中的每一个关键环节上的装备,一定要智能化。如果这个智能化实现不了,劳动生产力和劳动效率就不可能得到很大提高,企业可能就没有竞争力。不是数字化、网络化和智能化的生产装备,就不是这个时代的先进制造装备。而且,如果设备没有智能化,也可能无法生产出企业想要生产的智能化产品。 第三个支点是企业生产过程的智能化问题。装备智能化解决的是生产过程中“点”的智能化问题;企业只有实现生产全过程的智能化,才能实现企业全局的智能化,才能够实现智能化效益的最大化。 智能产品是第一支点 一个机床生产厂,生产装备和过程如果都是智能化的,而它生产出来的机床却是一般的机床,没有智能化的要素,那么这个机床厂的前途就非常堪忧。因为,他自己都不会去购买这样不够智能化的机床。 因此,任何一个企业在考虑其智能制造如何发展的时候,首先应该想到的是自己的产品怎么实现智能化。即使生产过程没有部分或全部实现智能化,能够把智能的产品做出来,那么企业还是应该首先考虑产品的智能化问题。 产品的智能化,是通过产品中包含有各种复杂程度不等的计算机系统,尤其是嵌入式系统 ,来实现的。嵌入式系统不仅可以成为智能制造最重要最具有代表性的技术,而且会形成一个庞大的产业链。中国的嵌入式系统,发展的速度比较缓慢――尽管起步并不晚。产品所用的嵌入式系统,绝大多数对于芯片的要求都不一定特别高,一般也就是几十纳米到上百纳米,甚至档次再低一点,也或许够用。因此,技术难度并不大。 产品智能化是当今计算技术发展的一个新的重大趋势。计算技术发明的初衷是为了科学计算。而后,发展为支持人类各种业务活动的信息处理和传播,即业务计算。业务计算的覆盖范围已经比科学计算要大得多。上世纪90年代以后,随着互联网的发展,QQ、微信、Facebook等开始崛起,计算技术渗入了人们的社会生活,大大地推动了社会计算的发展,计算技术的应用覆盖范围则更进一步扩大。 现在,计算技术开始向各种产品领域渗透,提升产品的智能化水平。智能产品数以百亿,甚至千亿计,产品计算的覆盖范围可以说是“无远弗届”,一定会给整个IT产业带来巨大的变化。因此,计算技术应用的下一个热点,是产品计算。所有的产品都要程度不等地走向智能化,计算都有可能参与其中。这一点,跟工业互联网 快速发展的需求有很大的关系。