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中国特色的I M混合版的互联网+制造业规划设想

2015年06月23日 13:47中国机床商务网作者:罗百辉点击:7839

  【中国机床商务网 投稿专栏】国务院近期印发《中国制造2025》战略规划,将“互联网+制造业”推向舆论的风口浪尖。经过多年发展,我国目前已经形成比较完善的制造业体系,国内市场规模巨大,对先进制造的产品需求爆发式增长,这是我国发展新一代制造业的优势所在。
  
  需要注意的是,与德国、美国、日本等技术领先的制造业大国相比,国内制造业企业普遍存在着技术短板,在关键零组件研发、工业级系统软件开发等方面与世界先进水平仍然有较大差距。
  
  此外,我国整体的经济结构也与这些国家不同,劳动密集型企业、中小微企业数量大、占比高,信息化程度低,在大力发展先进制造的同时,如何保证这些企业成功触“网”得分,是相关部门在政策制定过程中需要考虑的问题。
  

  目前围绕互联网如何与传统工业制造业结合的讨论,呈现一个双中心结构。一个中心在加号的前端,即由互联网企业主导的“互联网 制造业”版本(以下简称I版,即Internet版);另一个中心在加号后端,即由传统制造业企业主导的“互联网 制造业”版本(以下简称M版,即Manufacturing版)。
  
  M版的代表如德国的“工业4.0”等,在国内被热议,而对I版方案的讨论相对冷清。实际上,I版相对与M版所需投资较小、适用生产场景更多、操作更灵活,天然适合中小微企业和创业企业,也已为很多大型先进制造企业所用,成本节省效果明显。
  
  更重要的是,在移动互联时代,中国企业与国外企业实现了“零时差”,也即国内互联网企业在规模、技术、应用等维度上与国际先进互联网企业已经可以比肩。
  
  因此,以I版为模板推进”互联网+制造业“成为现实可能。这与从M版出发并不矛盾,两者大可以齐头并进,服务不同类型的制造业企业,共同推进中国制造2025宏伟蓝图的实现。
  
  本文先讨论处在舆论中心引领潮流的M版,再讨论相对较少受到关注的I版,最后在总结两个版本的基础上,结合中国实际,探讨中国“互联网+制造业”的可能道路。
  
  一、M版方案
  
  M版的主角,大都来自工业基础雄厚的发达国家。如德国版的“工业4.0”战略,半版的博世“慧连制造”解决方案和西门子“数字工厂”解决方案,美国GE的工业互联网和炫工厂,日本三菱电机的e-f@ctory方案。以下我们对比较有代表性的M版方案逐一进行概括和梳理,提炼M版的共性因素。
  
  1.德国政府版“工业4.0”
  
  “工业4.0”在2011年4月汉诺威工业博览会(HanoverFair)上头一次见诸报端。2013年4月,“工业4.0”工作小组的最终工作报告出炉,正式将物联网在制造业中的应用定义为第四次工业革命。
  
  报告中描述的未来制造业场景是这样的:分布在全球的机器、仓储系统及其他生产设备通过CPS整合在一起,落地在由可以自主交换信息、触发操作、独立控制的智慧机器、存储系统、生产设施构成的所谓“智慧工厂”(smartfactory)中。
  
  智慧工厂与垂直的上下游供应商、物流销售网络和水平的其他智慧工厂实时互联,落实全价值链工程端到端数字整合。智慧产品(smartproduct)被贴上唯一识别芯片,记录所有历史信息、实时状态信息、可能的制造路径,在智慧工厂中穿行,完成从原材料到成品的过程。“工业4.0”的主要构想包括价值网络的水平整合、全价值链工程端到端数字整合,和垂直整合的联网制造系统:
  
  按照“工业4.0”小组的说法,物联网在工业制造业中的应用刚刚起步。如上描绘的智慧工厂、智慧产品等以物联网为基础的制造业场景,已经或多或少在近年来发展出的先进制造业解决方案中有所体现。
  
  2.博世的“慧连制造”解决方案(IntelligentConnectedManufacturingsolutions)
  
  博世(RobertBoschGmH)成立于1886年,是全球最大的汽车零件供应商之一,总部设在德国Gerlingen。博世旗下的工业技术集团BoschRexroth提供的压力、动力、控制系统,被广泛应用于从运输业到采矿业等重型工业企业。
  
  博世是德国政府的“工业4.0”工作小组的主要成员,联席主席之一。博世近来推出的“博世物联网套装”(BoschIOTSuite),可以看做是博世物联网应用战略的基石。
  
  具体到制造业,博世的主打概念为“慧连制造”解决方案,方案核心为制造-物流软件平台,以之作为本地(on-prem)和云端的软件基础,对整个生产流程进行云化和再造。方案包括三个部分,一是制程质量管理(ProcessQualityManager),二是远端服务管理(RemoteServiceManager),三是预测维护(Predictivemaintenance)。
  
  制程质量管理:对生产全过程中所有的车间、流水线、作业区、机器设备实时监控;操作界面把各环节的表现指标和容忍度可视化,并对可能出现的波动提前预警。工作人员可以直观地感受到整个流程是否顺畅,及早对表现不正常生产环节进行纠正。
  
  远端服务管理:这一系统允许机器的制造者在远端控制产品,帮助客户解决在机器装配、使用中遇到的问题。例如博世的工作人员可以在办公室里,对在世界其他角落的设备进行功能测试、参数设置、数据接入、错误排查、故障解除等工作。大幅缩减设备交割、安装、售后维修的工作量。
  
  预测维护:基于博世物联网套装,厂家可以通过装在产品上的传感器实时掌握其工作状态,并对可能出现的检修维护做准确预测,减少用户停产检修的次数。
  
  可以看到,制程质量管理已经具备了工厂内信息实时互联等智慧工厂的基本要素;远端服务管理、预测维修,都是基于物联网产生的价值链延伸。从这个意义上说,博世的慧连制造,已经具备”工业4.0”的一些关键基础,未来发展值得关注。
  
  3.西门子数字工厂解决方案(DigitalFactorySolution)
  
  西门子(SiemensAG)成立于1847年,是欧洲最大的工业集团之一,总部设在德国柏林和慕尼黑。公司以电报业务起家,架设了欧洲第一条长途电话线,历史上曾生产过收音机、电视、洗衣机等家电;也生产过半导体、手机、电子显微镜、医疗器械;建过水坝、铁路、风电场;接过国防产品的大单。
  
  一部公司的历史,几乎可以看成是迷你版的工业革命史。目前,西门子是德国工业自动化的排头兵、“工业4.0”的重要参与者和推手。西门子对于未来的制造业有自己的一套蓝图和实现路径设想、方法论。认为软件、数据、连接造就所谓数字工厂(digitalfactory),是未来互联网与传统制造业结合的落地场景。
  
  为实现这一目标,西门子2006年以32亿美元收购PLM软件商UGS。UGS的软件弹药库中包括在线设计软件平台NX,其中内置CAD、CAM等一系列设计软件。还包括数字化生产流程规划软件Tecnomatix,以及市面上领先的cPDM解决方案Teamcenter。以Teamcenter为基础,西门子将UGS的弹药库嫁接在自家的工业自动化生产系统Simatic之上,形成较为完善的制造业解决方案。
  
  整合之后,西门子数字工厂蓝图初具规模。其核心是基于数据分享的合作平台Teamcenter。平台之上,生产者与用户、供应商共同组成“数字工厂”,通过PLM、MES、TIA三位一体的软件系统平台,实时沟通,达成产品从研发设计到售后服务的全周期管理。
  
  “数字工厂”的工作流程可以大致描述如下,通过PLM前端NX软件,和用户一起设计产品,同时从TIA中调取制造流水线的组成模块信息,模拟生产流程。制造过程模拟信息实时反馈至设计环节,互相调整、配适。在模拟无误之后,产品设计、制造流程方案传递至加工基地,由MES实现由生产设施构建、生产线的改装、产品生产、下线、配送到用户手中的全过程。
  
  数字工厂的设想,已经在一些高端汽车业的自动化制造过程中得到应用。例如玛莎拉蒂Buiglie的定制。
  
  数字工厂可以看成是部分实现的“工业4.0”第二构想全价值链工程端到端数字整合:从产品设计这一“端”到产品出厂的这一“端”,都事先在数字模拟平台上完成详尽的规划。与现实中在工厂走流程的产品相对应的,是数字模拟平台在云中分享的一个一模一样的虚拟产品。工厂内的具体执行系统,可以根据数字模拟平台的要求进行一定程度的重构。
  
  不仅如此,为了配合自己的工业自动化产品,西门子推出一款APP“西门子工业支持中心”。但是这个App目前只是将西门子的5000多份各种手册、操作指南,以及60000多个常见问题解答。
  
  4.GE的炫工厂(brilliantfactory)
  
  GE的炫工厂,是工业互联网(IndustrialInternet)和先进制造(advancedmanufacturing)相结合的产物。用数据链(digitalthread)打通设计、工艺、制造、供应链、分销渠道、售后服务,并形成一个内聚、连贯的智能系统。
  
  在2014年年报中,GE把工业互联网描述为“大铁块 大数据=大成果”(bigiron bigdata=bigoutcomes)。其中大铁块意指涡轮机、发动机、风机、火车机车等工业用机器设备,大数据即云基分析(cloud-basedanalytics)。从总体看,GE的工业互联网与工业4.0中的CPS十分类似,都强调数字世界和现实世界边界变得模糊,装载了各种传感器的铁块之间、铁块与人之间,通过互联网实时交换信息。铁块们因而变得可预测、会反应、社会化。
  
  先进制造,包括3D打印、创新材料科技等模块。工业用3D打印,或称增材制造(additivemanfuacturing),在很大程度上实现了工业设计的所见即所得。3D打印的应用场景在很大程度上受材料科技的限制。配合创新材料科技的发展,先进制造技术让很多从未有过的零件设计很快变成原型机。
  
  2015年2月14日,GE在印度Pune建设的炫工厂揭幕。区别于传统的大型工业制造厂,这间工厂具备超强的灵活性(flexibility),可以根据GE在全球不同地区的需要,在同一厂房内加工生产飞机发动机、风机、水处理设备、内燃机车组件等看似完全不相干的产品。
  

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