智能制造及其在中小型企業(yè)實(shí)踐中的思考

隨著新一代信息技術(shù)的快速普及應(yīng)用，傳統(tǒng)的制造生產(chǎn)模式在悄然發(fā)生變化。工廠的生產(chǎn)線上出現(xiàn)了一個(gè)個(gè)身手敏捷的機(jī)器人，產(chǎn)線旁穿梭著一個(gè)個(gè)身背貨物的物流小車，各個(gè)生產(chǎn)設(shè)備在系統(tǒng)的統(tǒng)一指揮下快速協(xié)同作業(yè)，這樣的場景越來越多出現(xiàn)在以汽車、家電為代表的大型制造工廠，也是近幾年我國制造業(yè)快速發(fā)展的縮影。

1 制造業(yè)的發(fā)展

制造業(yè)的發(fā)展歷史久遠(yuǎn)，三星堆遺址不斷出土的文物帶給我們越來越深刻的啟示。早在新石器時(shí)代，當(dāng)時(shí)的制造工藝就已經(jīng)讓人嘆為觀止，之后以造紙術(shù)、指南針、火藥、印刷術(shù)“四大發(fā)明”為代表的精湛工藝是我國古代人民創(chuàng)新的智慧成果，對政治、經(jīng)濟(jì)、文化的發(fā)展起了巨大的推動(dòng)作用，甚至對世界的歷史進(jìn)程產(chǎn)生了深遠(yuǎn)的影響。

時(shí)間的車輪進(jìn)入18世紀(jì)，由蒸汽機(jī)驅(qū)動(dòng)的機(jī)器在英國誕生，先后傳入法國、德國和美國，經(jīng)過一段時(shí)間發(fā)展，機(jī)器代替了手工，工廠代替了作坊，這是人類技術(shù)發(fā)展史上一次巨大的飛躍，由手工制造時(shí)代進(jìn)入機(jī)器制造時(shí)代，即第一次工業(yè)革命。19世紀(jì)，電力開始用于帶動(dòng)機(jī)器，成為新的主要能源;流水線生產(chǎn)方式大幅提高了勞動(dòng)生產(chǎn)率，也降低了對勞動(dòng)者的技術(shù)要求，降低了生產(chǎn)成本，1870年后，由此產(chǎn)生的各種新技術(shù)、新發(fā)明層次不窮，被應(yīng)用于各種工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域，人類進(jìn)入電氣時(shí)代，即第二次工業(yè)革命。

隨著信息技術(shù)的發(fā)展和集成電路的出現(xiàn)，1969年，美國數(shù)字設(shè)備公司研制出了第一臺可編程邏輯控制器。大規(guī)模自動(dòng)化生產(chǎn)得到較快發(fā)展，大幅提高了制造業(yè)的效率，極大推動(dòng)了生產(chǎn)力的發(fā)展，進(jìn)入了自動(dòng)化時(shí)代，即第三次工業(yè)革命。三次工業(yè)革命為當(dāng)今各行業(yè)的生產(chǎn)設(shè)備研發(fā)制造提供了完整的技術(shù)，瑞士的機(jī)床、德日的高速貼片機(jī)等精密的儀器設(shè)備歷經(jīng)幾代技術(shù)革新，在速度精度上達(dá)到了非常高的水平。

2 智能制造的提出與發(fā)展

1988年，美國的賴特、伯恩正式出版了智能制造研究領(lǐng)域的首本專著《智能制造》，就智能制造的內(nèi)涵與前景進(jìn)行了系統(tǒng)描述，將智能制造定義為“通過集成知識工程、制造軟件系統(tǒng)、機(jī)器人視覺和機(jī)器人控制來對制造技工們的技能和專家知識進(jìn)行建模，以使智能機(jī)器能夠在沒有人工干預(yù)的情況下進(jìn)行小批量生產(chǎn)”。在此基礎(chǔ)上，英國技術(shù)大學(xué)Williams教授對上述定義作了更為廣泛的補(bǔ)充，認(rèn)為“集成范圍還應(yīng)包括貫穿制造組織內(nèi)部的智能決策支持系統(tǒng)”。隨著人工智能、物聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算、大數(shù)據(jù)、5G等新一代信息與通信技術(shù)的成熟及技術(shù)成本的降低，這些技術(shù)不斷融入到生產(chǎn)設(shè)備研發(fā)和系統(tǒng)集成應(yīng)用中，智能制造的知識體系更加完善，更多中國元素從過去集中在產(chǎn)業(yè)鏈后端逐漸開始往前端滲透。

我國制造業(yè)近年來取得了快速的發(fā)展，高技術(shù)制造業(yè)占規(guī)模以上工業(yè)增加值比重從2012年的9.4%提高到2020年的15%;裝備制造業(yè)占規(guī)模以上工業(yè)增加值比重提高到33.7%。技術(shù)改造投資占工業(yè)投資比重提高到47.1%。重點(diǎn)領(lǐng)域關(guān)鍵工序數(shù)控化率由2012年的24.6%提高到2020年的52.1%。智能制造的集成實(shí)施能力也得到了快速提升，2017年智能制造系統(tǒng)解決方案市場規(guī)模達(dá)1280億元，同比增長20.8%，智能制造進(jìn)入實(shí)質(zhì)落地期。

其中，可編程邏輯控制器(PLC)、分布式控制系統(tǒng)(DCS)、數(shù)據(jù)采集與監(jiān)視控制系統(tǒng)(SCADA)等工業(yè)控制系統(tǒng)集成能力是實(shí)施整體解決方案的基礎(chǔ)。另外，制造執(zhí)行系統(tǒng)(MES)、倉儲(chǔ)管理系統(tǒng)(WMS)、企業(yè)資源計(jì)劃系統(tǒng)(ERP)、產(chǎn)品生命周期管理(PLM)、客戶關(guān)系管理(CRM)系統(tǒng)等上層應(yīng)用系統(tǒng)從研發(fā)設(shè)計(jì)、物料采購、物資流轉(zhuǎn)、制造過程、售后服務(wù)等環(huán)節(jié)出發(fā)，以現(xiàn)代制造企業(yè)管理方法支撐引領(lǐng)系統(tǒng)開發(fā)應(yīng)用，以網(wǎng)絡(luò)化的方式打通整個(gè)信息流，貫穿整個(gè)研產(chǎn)購銷過程。

3 智能制造在中小型企業(yè)中的實(shí)施的思考

在電子產(chǎn)品生產(chǎn)行業(yè)，具體到系統(tǒng)電路設(shè)計(jì)以及SMT下的印制板印刷、貼片、焊接、裝配、檢驗(yàn)、調(diào)試、返修過程，包括物資采購、物料入庫出庫、半成品轉(zhuǎn)運(yùn)儲(chǔ)存、成品包裝暫存等，上述各系統(tǒng)均可涉及。企業(yè)需要信息系統(tǒng)，但并非都有必要集成各種系統(tǒng)。如果企業(yè)只是在研發(fā)環(huán)節(jié)擁有核心技術(shù)，人員也相對集中在研發(fā)部門，并且希望能夠精細(xì)化管理研發(fā)過程，在制造環(huán)節(jié)更多依賴服務(wù)外包的模式，那么PDM/PLM系統(tǒng)無疑是比較好的選擇。

對于制造型企業(yè)同理，MES系統(tǒng)的適用性無疑高于PDM/PLM系統(tǒng)。如果企業(yè)在研發(fā)和生產(chǎn)都有大量的資源投入，PDM/PLM和MES系統(tǒng)對企業(yè)的管理會(huì)有很大幫助。對于大型的代工廠、汽車家電等大批量生產(chǎn)企業(yè)，采用MES系統(tǒng)、WMS系統(tǒng)管理產(chǎn)品的生產(chǎn)和物料流轉(zhuǎn)是性價(jià)比很高的生產(chǎn)運(yùn)營方式。然而對許多中小型企業(yè)、部分國有企業(yè)來講，多品種小批量是這類企業(yè)產(chǎn)品的特點(diǎn)，面向大批量生產(chǎn)的系統(tǒng)設(shè)計(jì)理念到了這里難免水土不服，系統(tǒng)的柔性化能力是解決這類企業(yè)難題的關(guān)鍵。

隨著全球能源資源成本上升和中國人口紅利下降，原有相對低效的生產(chǎn)模式難以長期維系。新一代信息技術(shù)的成熟以及在金融、電商、電信等行業(yè)普及應(yīng)用，也逐步融入到制造企業(yè)的研發(fā)、運(yùn)營、生產(chǎn)之中，為數(shù)字化、智能化轉(zhuǎn)型帶來可能。2020年9月，國務(wù)院國資委發(fā)布《關(guān)于加快推進(jìn)國有企業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型工作的通知》，其中要求實(shí)行數(shù)字化轉(zhuǎn)型一把手負(fù)責(zé)制，圍繞“產(chǎn)品創(chuàng)新數(shù)字化、生產(chǎn)運(yùn)營智能化、用戶服務(wù)敏捷化、產(chǎn)業(yè)體系生態(tài)化”等目標(biāo)推進(jìn)國企數(shù)字化轉(zhuǎn)型。

2021年4月國家工業(yè)和信息化部對外發(fā)布了《“十四五”智能制造發(fā)展規(guī)劃》(征求意見稿)，從加快系統(tǒng)創(chuàng)新、深化推廣應(yīng)用、加強(qiáng)自主供給、夯實(shí)基礎(chǔ)支撐等多方面進(jìn)行重點(diǎn)任務(wù)布局，并且明確指出要堅(jiān)定不移地以智能制造為主攻方向，推動(dòng)產(chǎn)業(yè)技術(shù)變革和優(yōu)化升級，推動(dòng)制造業(yè)產(chǎn)業(yè)模式和企業(yè)形態(tài)根本性轉(zhuǎn)變。

轉(zhuǎn)型意味著改變，改變就少不了陣痛。傳統(tǒng)的生產(chǎn)模式要改，最終體現(xiàn)在人要改變上，這種改變不是一個(gè)人在改，是企業(yè)員工從上至下的變化。數(shù)字化轉(zhuǎn)型對于各個(gè)層級的管理和技術(shù)人員的知識結(jié)構(gòu)提出新要求，企業(yè)必須有足夠的人才儲(chǔ)備，或者進(jìn)行大量的員工培訓(xùn)。未來，既懂技術(shù)、又懂管理，既熟悉業(yè)務(wù)、又能進(jìn)行數(shù)據(jù)分析和管理決策的人才，將成為數(shù)字化轉(zhuǎn)型的中堅(jiān)力量。轉(zhuǎn)型過程需要供需各方克服自身困難一起前行。

一方面，智能制造的系統(tǒng)集成商需要為中小型企業(yè)、部分國有企業(yè)開發(fā)適合的制造管理運(yùn)營系統(tǒng)，系統(tǒng)一定是需要面向多品種小批量特點(diǎn)的，而不僅僅將原有產(chǎn)品生硬嫁接在這一類型的企業(yè)項(xiàng)目中。另一方面，用戶企業(yè)也要早作準(zhǔn)備、未雨綢繆，從各個(gè)層級進(jìn)行數(shù)字化、智能化轉(zhuǎn)型的宣貫、培訓(xùn)、學(xué)習(xí)，使得真正要推動(dòng)項(xiàng)目上線運(yùn)營的時(shí)候，員工從意識到技能都可以跟上步伐。不少系統(tǒng)集成商還未對小批量多品種的企業(yè)做出貼身的信息化產(chǎn)品。

以電子產(chǎn)品制造企業(yè)為例，并不是所有企業(yè)都像代工廠一樣進(jìn)行大批量加工，不少企業(yè)的電裝生產(chǎn)線不到10條，人員的素質(zhì)能力參差不齊，計(jì)劃排產(chǎn)受物資齊套和產(chǎn)品交期影響時(shí)有變化，產(chǎn)品的生產(chǎn)過程受人為因素干擾較大。如何通過系統(tǒng)快速有效實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)變化情況下的計(jì)劃排產(chǎn)是小批量多品種企業(yè)的一大痛點(diǎn)。目前的很多系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)簡單的工單前提順延，做到按產(chǎn)品進(jìn)行批次拆單、插單等功能。但是，計(jì)劃的變更導(dǎo)致生產(chǎn)準(zhǔn)備的變化是一項(xiàng)系統(tǒng)性工作。

面對生產(chǎn)計(jì)劃的更改，僅僅是在生產(chǎn)日歷進(jìn)行更改顯然無法滿足實(shí)際需求。當(dāng)前，工廠主要是通過生產(chǎn)管理、工藝技術(shù)、物資管理、一線班組例會(huì)以及借助物資管理系統(tǒng)傳達(dá)部署生產(chǎn)準(zhǔn)備工作。系統(tǒng)集成商需要將機(jī)器準(zhǔn)備、物資回庫出庫、圖紙資料準(zhǔn)備、人員通知準(zhǔn)備等通過系統(tǒng)的方式傳遞信息。物資管理員快速地了解未來一天一周科研生產(chǎn)的物資齊套情況，工藝技術(shù)人員需要通過歷史數(shù)據(jù)及時(shí)修正工藝路線，一線班組可以快速準(zhǔn)備生產(chǎn)設(shè)備程序、溫度曲線、錫膏回溫，檢查工位物資齊套，這類工作目前仍然是依靠人工借助數(shù)字化工具進(jìn)行預(yù)判準(zhǔn)備，工作繁雜、質(zhì)量難以保證。部分具有一定信息化開發(fā)能力的企業(yè)，依托自身的技術(shù)實(shí)力，可以借助工作流引擎串接企業(yè)各部門，將部分紙質(zhì)化的流程用電子流程加以替代。

另外，也可以通過開發(fā)CMS內(nèi)容管理系統(tǒng)，將通用工藝、典型維修案例、批次總結(jié)、圖紙資料、生產(chǎn)注意事項(xiàng)上傳發(fā)布。甚至通過已購買軟件的接口，開發(fā)一些外圍系統(tǒng)輔助設(shè)計(jì)生產(chǎn)。這些系統(tǒng)在一定程度上優(yōu)化了傳統(tǒng)的工作方式，是在當(dāng)前生產(chǎn)信息化產(chǎn)品還不能完全滿足要求情況下的一種折中的方法。

但是，受限于集成能力，更多是在上層應(yīng)用開展常規(guī)功能性的開發(fā)，缺乏設(shè)備物聯(lián)，縱向信息流，倉儲(chǔ)和轉(zhuǎn)運(yùn)等涵蓋PLC控制、工業(yè)總線、數(shù)據(jù)采集、大量實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)交互等實(shí)施經(jīng)驗(yàn)。從智能工廠建設(shè)的角度，仍然需要專業(yè)的系統(tǒng)集成商構(gòu)建符合小批量多品種企業(yè)需要的產(chǎn)品，更加有效助力制造企業(yè)的數(shù)字化、智能化轉(zhuǎn)型。

作者：王湘 龔弦 莫如玉 梁金木 夏科

來源：新工業(yè)網(wǎng)