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《这四大趋势驱动智能制造未来发展》

  • 来源专题：数控机床——战略政策
  • 编译者： 杨芳
  • 发布时间：2017-09-25

  • 数字化工厂（Digital Factory）

    工业物联网（Industrial IoT）

    人机协作（Human-Machine Collaboration）

    智造新生态（Intelligent Manufacturing Ecosystem）

    四大主题皆由工业4.0衍生，相互关联，共同发展，其中蕴藏着开启智能制造未来之门的钥匙。

    数字化工厂（Digital Factory）

    数字化工厂是综合利用软件技术、网络技术、通讯技术，以及其他各种相关支撑技术，对涵盖工厂研发设计、工艺路径规划、生产工程、生产执行以及服务全价值链进行数字化整合，从而帮助制造业企业加快生产速度、提高生产效率及灵活性，以应对日益激烈的市场竞争。

    工信部《中国制造2025 》将优先推进制造业数字化、网络化、智能化发展列为制造业转型提质八大行动之首，认为数字化是制造业未来发展的重要方向，同时也是“工业化”和“信息化”融合的必由之路。

    无独有偶，德国工业4.0的领军企业们，也将数字化工厂认为是实现工业4.0不可或缺的重要条件之一。数字化工厂的重要意义，可见一斑。

    工业物联网（Industrial IoT）

    2017年被称为工业物联网元年，从GE Predix到Siemens MindSphere、ABB AbilityTM、SAP Leonardo，再到航天云网INDICS、三一重工的树根互联，制造业大鳄们纷纷投身工业物联网之战，战略重心如今已然跃上云端，“织网”无疑已成为新一轮抢占市场竞争至高点的不二法门。

    工业物联网致力于实现数字虚体与物理实体之间的互联与融合，并在此基础之上对数据进行收集与分析，进而辅助企业管理决策，这恰恰与数字化、智能化的发展方向高度吻合。至于实现方法，则是八仙过海，各显其能，究竟是试图借助通用软件与平台打破行业藩篱，以期有效解决不同行业间的共性问题，从而帮助制造业企业降低成本，提高效率的美国派会取得胜利？还是以垂直专业领域know-how和历史积淀为基础，邀请各领域合作伙伴共同构建生态系统的德国派会成为主流？亦或是擅用中庸之道的中国派会最终胜出？让我们拭目以待吧！.

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  • 《董景辰：智能制造发展趋势》
    • 来源专题：数控机床——战略政策
    • 编译者：杨芳
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    • 一、智能制造内涵 大家都知道“智能制造”是《中国制造2025》的主题方向，虽然现在它的概念很热，但是我想现在还有很多同志对到底什么是智能制造不是特别清楚。所以，今天我首先想介绍一下什么是智能制造。 一是智能制造特征。“智能制造 ”到现在为止，全世界都没有一个准确的定义，学术、产业对“智能制造”的定义不太一样。但是，大家在“智能制造”最主要的特征方面，还是有一定共识的，主要具备如下三个特征：一是感知，要能够获取信息。如果智能制造没有信息，智能便无从谈起。制造过程中有产品信息、工艺信息、制造过程中各种各样的生产流程信息和质量信息，这些信息在“智能制造”领域非常重要;二是智能制造是信息技术和制造技术的结合。智能制造一定是利用了大数据、通信、软件等新的技术和制造技术结合在一起实现的;三是要将数据利用知识进行分析和优化，要能够实现与环境的相适应。这三个条件加在一起可以称为“智能制造”。当前企业中，能够达到智能制造水平的并不多，包括西门子在内，它实现智能制造也需要大约15到20年。在我们国家，如果企业说自身实现了智能制造，还为时过早。我国企业更多的是做到了感知和两化融合，这样的制造我们称之为数字化、网络化制造。 二是智能制造范围。全世界都在研究智能制造范围，我们国家也是这样。我们用一个立方体来表示智能制造的范围：x轴表示产品全生命周期，智能制造从设计、工艺、制造、管理、检验、物流的全部过程中，每一个环节都可以发挥作用，它覆盖了产品全生命周期的所有环节;y轴表示系统层次，包含设备层、生产层、管理层、车间层、企业管理层、协同网络层、制造层，在每一个层次里面，智能制造也有它的作用;z轴表示智能功能，包括互联互通、信息集成等等。这三个维度覆盖了整个智能制造可以适用的范围。 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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  • 《工业机器人发展四大趋势》
    • 来源专题：数控机床——前沿技术
    • 编译者：杨芳
    • 发布时间：2018-03-19
    • 根据IFR（国际机器人联合会）最新数据统计，2016年全球工业型机器人销量约29.4万台，相较于2015年成长15％；预计2017年将增加18％，总销量达34.6万台，而2020年预估销售量上看52万台，为2015年產量逾两倍之多。自2009年金融海啸以来，工业型机器人销售量屡创歷史新高，其中亚太地区销售量为主要市场动能，约占全球市场65％。 　　因全球广大的市场需求，工业型机器人四大家族及部份零组件大厂纷纷扩厂或新设產线，期望藉由提升產能以因应屡创新高的销售需求。例如德国kuka将于2018年初启用上海第二期厂房，并规划2019年前于广东建厂，届时将能就整体產能提升现有四倍，抢攻汽车及电子產业。日本安川电机2017年中旬重组中国大陆第一、第二及第三工厂，并于欧洲投资2,500万欧元，希望藉此缩短供应链及交期，拓展欧洲市场。abb在中国拥有全球最大的生產基地，继珠海之后，建立青岛、重庆机器人应用中心，提升销售和在地服务的水准。日本fanuc则投资630亿日圆在现有的筑波工厂邻近地区兴建新厂，预计2018年中可投產，初期月產能估计可达2,000台的规模。 　　作为工业机器人三大关键零组件之一的减速器，大厂HarmonicDriveSystems正着手兴建一座月產能达10万台减速机的新工厂，并针对现有穗高工厂进行增產投资，预计月產能将大幅扩增至现行的2.5倍。具有全球六成市占的纳博特斯克（NabtescoCorperation）计划投入70亿日圆，在日本及中国进行增產投资，规划2019年3月底前，年產能将提高三成达84万台。 　　此外Robo全球机器人与自动化指数ETF于2013年10月在美股挂牌交易，不到五个月时间基金市值即突破1亿美元。此后，德国喊出工业4.0，英、美、日、中、韩等国呼应，相继祭出智慧制造相关政策，2016年以来，该基金净值已从最低的20.54美元攀升至目前歷史新高的45.47美元，其成长力道惊人，同时也反应了全球机器人近年来產业成长趋势。 　　在智慧制造的风潮下，不论从需求面、供给面，或是投资人的立场，都在在显示產业对自动化发展的需求，其中工业型机器人更是构建智慧制造的重要一环。
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