“三步走”

如何實現智能制造戰略

《中國制造2025》明確指出:“推進制造過程智能化，在重點領域試點建設數字化車間/黑燈工廠/智能工廠。”數字化車間建設是實現智能制造的重要一環，是企業實現智能制造的主戰場。

01序

制造業是國民經濟的主體，是立國之本、興國之器、強國之基，推進制造業做大做強是我國實現工業轉型升級的必由之路。《中國制造2025》明確指出我國制造業發展的戰略是“堅持走中國特色新型工業化道路，以創新發展為主題，以促進制造業提高質量、增加效益為中心，以加快新一代信息技術與制造業深度融合為主線，以推進智能制造為主攻方向”。對于企業而言，智能制造如何實現，企業情況不同，發展路徑也不盡相同。本文提出的“從信息化輔助生產到智能制造”是一條很務實的發展路徑。

02什么是智能制造？

目前，國內外對智能制造還沒有標準的定義，作者基于自己的理解，對智能制造進行如下描述:智能制造是在數字化車間的基礎上，利用物聯網技術和監控技術加強信息管理服務，提高生產過程可控性，減少人為干預，合理計劃排程。集智能手段與智能系統等新興技術為一體，構建的高效、節能、綠色環保且舒適的人性化工廠。

圖 1 數字化車間模型

從上述定義中可以看出，數字化車間是智能制造的第一步，也是重要基礎。《中國制造2025》明確指出:“推進制造過程智能化，在重點領域試點建設數字化車間/黑燈工廠/智能工廠。”數字化車間建設是實現智能制造的重要一環，是企業實現智能制造的主戰場。

很多人認為，大量采購、引入數字自動化設備是建設數字化車間的前提，這是一個很大的誤解，數字化設備與數字化車間之間沒有必然聯系，即便工廠全部采用數字化設備，如果沒有實現設備間的互聯互通，沒有實現生產過程的數字化管理，數據沒有實現真正的有序流動，也不能稱之為數字化車間。現在，作者在一些工廠經常可以看到，一些老式設備，經過信息化改造，設備接入信息化系統，生產過程實現數字化、智能化，對生產計劃，物流信息等數據進行信息化管理，數據能夠根據生產需要進行有序流動，這也算數字化車間。

03如何通過三步走實現智能制造戰略？

前面講了什么是智能制造，那么如何實現智能制造?特別是在中國目前的國情下，各個企業所處的行業不同，企業情況不同，實現智能制造的路徑也不相同。智能制造不是企業的目的，企業的真正目的是通過智能制造實現降本、提質、增效，提升企業競爭力。智能制造也要為這個目的服務，從整體上服務于企業經營戰略。企業要根據自身實際情況，基于企業經營戰略進行智能制造的設計。要對企業所處的行業、企業規模、產品特點、行業地位、發展趨勢以及企業自身基礎、存在的問題、實施目標等進行深入的分析并綜合考慮，這些因素決定了企業實施智能制造的方法和路徑。

對于如何實現智能制造，以作者所在的機械加工行業為例，結合目前公司的實際情況及近些年的探索，我們制定了信息化輔助生產、自動化加工單元、智能生產車間“三步走”的戰略，集中推進了加工、管控以及物流等方式的變革，攻克了系列技術難題，穩步推進我們自己的智能制造。

首先，介紹一下作者所在車間的情況，我們車間承擔公司大部分殼體零件加工，屬于典型機械加工車間，車間發展經歷大體為:剛開始全部都是普通機床，人工操作，逐步實現機床數控化，目前車間生產基本實現數控化，并實現機床聯網管理。生產管理上采用ERP系統與MES系統連接，生產技術文件采用PDM系統管理，生產數據開始實現流動，生產模式基本實現“無紙化”，可以說為智能制造及數字化車間打下良好基礎。

那么，車間目前情況能夠稱得上是數字化車間嗎?可以很肯定的說:不是!我認為存在的主要問題:其一，生產沒能實現自動化，人工干預太多，目前很多工序甚至離不開人工參與。原因有工藝技術方面的，也有生產管理方面的。其二，生產計劃，物流信息等數據雖然進行了信息化管理，但相關數據與生產現場數據不匹配，難以做到精細化管理，做不到數據根據生產實際進行有序流動，相關數據經常變動，目前數據只是最終的統計結果，不能用于指導生產，作為排產、評估產能的依據。

圖2 自動化加工單元模型

前面介紹的就是車間目前的現狀，雖然還不能稱為數字化車間，但不代表我們實現智能制造的路徑、方向有誤。我認為，首先實現機床數控化是實現智能制造的前提，普通機床去實現智能制造難度更大。其次，目前車間采用的ERP、PDM與MES等管理系統，從不同方面提高車間的生產管理效率，我認為這些是我們實現智能制造的第一步，也就是信息化輔助生產階段，我們采用各種硬件、軟件幫助我們提高生產效率，針對傳統生產模式下，設備單機作業、資源手動配送等對零件加工生產效率的制約，探索一種支持多品種小批量零件柔性化加工的生產運行模式，攻克一批支撐柔性生產線自動運行的關鍵技術，從人員、設備、物料運輸、刀具配送和資源調度等多方面實現傳統生產模式向智能生產模式的轉變。并且我們還有著強烈的訴求，需要進一步提高生產效率，實現提質，降本，增效的目的。

那么下一步我們該如何進行?根據前面智能制造的定義，以目前公司面臨的市場環境及產品特點，將整個車間改造為數字化車間，短期內難度較大。但是只對部分設備進行信息化改造，組成一個小單元，作為智能制造的試點、技術驗證還是可行的。這也是筆者目前最看好數字化單元，數字化單元可以使一個普通的生產車間邁出智能制造的第一步，探索智能制造的各項底層技術，不斷完善各項技術，等單元成熟以后，也可以將做好的各個單元連接起來，成為數字化車間，進而發展成為黑燈工廠，實現智能制造。

自動化加工單元是目前我們正在大力著手落實的項目，目前有幾個項目已經落地，通過這些單元的應用，我們主要實現了以下幾方面突破:在管控方式上，實現線內自動排產、生產資源自動匹配;在物流方式上，實現AGV自動配送、程序自動下載和線外集中裝夾;在過程控制上，實現探頭自動找正、測量，加工程序的自動調用、補償尺寸的自動測量、刀具的自動識別和測量。基于零點定位原理開發快速裝夾技術，應用于自動化生產線的建設，實現零件快速裝夾、精確定位，提高自動化生產單元工裝零部件在數控加床加工平臺上的快速定位，配合自動上下料機構，單個零件換產機床等待時間縮短了80%。

當然，自動化加工單元在應用過程中也發現了一些問題，需要進一步改進，同時為今后其他新的自動化加工單元及智能工廠排查關鍵技術，并逐步解決。目前存在的主要問題有:其一，生產管控系統開發不統一，生產管控系統可以實現自動化生產線資源的協同配置，通過自動排程系統，為線內數控機床自動分發生產任務，實現生產線內資源，任務的合理調度，控制機床的自動啟停、程序運行實現線內零部件的自動加工，對數控機床加工狀態進行監控，是智能制造的最核心技術之一。目前車間的管控系統都是各個自動化加工單元廠商自行開發的，存在管控系統與上層MES和底層硬件系統間數據異構、通訊協議不一、信息交互閉塞等問題，如果想避免上述問題，管控系統開發必須統一進行。其二，快換夾具、在線檢測、物流自動化調度及配送等工藝支撐技術還不能滿足自動化加工需求。這些都是自動化加工的核心底層技術，不能突破這些技術，自動化加工就是無根之木，這些關鍵技術每一項都需要不斷積累，每一項都需要根據自己產品特點不斷完善，這些才是支撐智能制造的底層技術，是我們努力的方向。

這就是我們智能制造“三步走”戰略的第二步，自動化加工單元，也是最關鍵的一步。

至于智能制造的第三步是智能車間，我認為在實現自動化加工單元的基礎上，完善管控軟件，快換夾具，在線檢測，自動物流等底層技術的基礎上，其需要從更高的層次上理解智能制造。我認為智能車間重點要以智能管控中心為核心，以生產線內自動化物流和車間自動化物流為載體，從作業層和管控層出發，協同推進智能化工藝設計、智能化編程仿真、智能化測量檢測、智能化生產執行，以滿足生產車間智能化工藝管理、智能化生產管理和智能化質量管理要求，推動智能車間“黑燈作業”場景的實現。其最核心的技術是生產管控，為滿足智能車間柔性化、自動化生產制造的要求，促進車間、產線、設備級數據的統一接入，生產數據有序流轉，實現了車間零件制造過程與物流過程的協同控制。

圖3 “黑燈”工廠樣板

04智能制造經驗總結及未來思考

通過近幾年自動化加工的建設，我們有一些經驗心得，也有一些存在困惑的地方需要進一步探索，現在就將這些經驗總結跟大家交流一下。首先最重要的一點是:其一是智能制造是信息技術與先進制造技術深度融合,一定要結合自身實際情況，采取的各項措施一定要以能成功落地為導向，只有在智能制造各項底層技術完善的情況下才能進一步推進。智能制造各項底層技術每一個單獨列出來都是一門學科，并且很多技術要根據自己產品特點慢慢摸索，需要很長時間的積累。正視智能工廠建設過程中存在的問題，問題逐步解決的過程就是智能工廠搭建的過程。

其二是構建數字化車間不但要有相應的軟硬件設施，精益生產作為指導思想一定要貫穿數字化建設的始終，精益生產作為車間管理的重要實踐成果，深刻影響著制造業。關注客戶價值，消除浪費，柔性生產、標準化作業和可視化管理等精益方法都是實現智能制造的具體措施。兩者雖然側重點不同，精益生產主要強調管理理念與實現方法，智能制造更側重技術實現，兩者是相輔相成，相互協同作用的。

其三，建設智能工廠是如今制造業一個明確、具體的方向，但智能工廠沒有一致的概念和標準，每一個建設者都要根據自身實際情況，在實踐中不斷探索，建設自己的智能工廠。