智能制造實現路徑

 

智能制造是基于新一代信息技術的先進制造過程、系統與模式的總稱。智能制造貫穿于設計、生產、管理、服務等制造活動的各個環節，具有自感知、自學習、自決策、自執行、自適應等功能的新型生產方式。

 

智能制造的最終實現需要經歷不同的發展階段，每個發展階段均要實現智能制造所需要的核心能力，目前主要可以分為自動化、信息化、互聯化、智能化四個階段。

 

首先，在智能制造的整個過程中需要將智能裝備(包括但不限于機器人、數控機床、自動化集成裝備、3D打印等)通過通信技術有機連接起來，實現生產過程自動化，其次，通過各類感知技術收集生產過程中的各種數據，并利用各類系統優化軟件等信息化手段提供生產方案，再通過工業以太網等通信手段實現設備及數據間的互聯互通，最終實現生產方案智能化。

 

智能制造發展階段

 

隨著新一代信息技術和制造業的深度融合，我國智能制造發展取得明顯成效，以高檔數控機床、工業機器人、智能儀器儀表為代表的關鍵技術裝備取得積極進展。

 

智能制造裝備和先進工藝在重點行業不斷普及，離散型行業制造裝備的數字化、網絡化、智能化步伐加快，流程型行業過程控制和制造執行系統全面普及，關鍵工藝流程數控化率大大提高；在典型行業不斷探索、逐步形成了一些可復制推廣的智能制造新模式，為深入推進智能制造初步奠定了一定的基礎。

 

但目前我國制造業尚處于機械化、電氣化、自動化、數字化并存，不同地區、不同行業、不同企業發展不平衡的階段。發展智能制造面臨關鍵共性技術和核心裝備受制于人，智能制造標準/軟件/網絡/信息安全基礎薄弱，智能制造新模式成熟度不高，系統整體解決方案供給能力不足，缺乏國際性的行業巨頭企業和跨界融合的智能制造人才等突出問題。

 

信息化是智能制造的關鍵，工業軟件是核心

 

制造業整體上可以分為研發設計、生產制造和營銷服務三大環節，每一環節產生相應的價值。

 

 過去人們曾把制造業定義為：“通過加工把原材料轉化為產品的工業”，產出物是產品，其增值主要在加工過程中得以體現，即在20世紀中早期，制造業的主要價值體現在加工制造環節，隨著市場競爭加劇和產品更新換代加快，產品研發、市場營銷和服務的增值作用明顯提高，制造業的產出正在從單一產品轉變為包含產品在內的服務和解決方案。

 

因此，新制造業已經成為同時對物質、信息和知識進行處理的產業，制造業價值曲線已經發生了變化。

 

 根據“微笑曲線”理論，產品生產制造中各個環節的附加值可以被描述成一個開口向上的拋物線，用來描述產品制造流程中各個環節的附加價值。“微笑曲線”其實就是“附加價值曲線”，企業可通過向“微笑曲線”的兩端滲透來創造更多的價值。

 

 隨著科技進步，制造業不斷升級，處于價值鏈的的兩端的研發和銷后服務增值越來越大，而傳統制造業作為勞動密集型的中間制造、裝配環節不但技術含量低、利潤空間小，而且市場競爭激烈，容易被成本更低的同行所替代，成為整個價值鏈條中最不賺錢的部分。

 

 中國制造業目前仍處在微笑曲線底部區間，未來如何提升在全球制造業價值鏈中的地位是中國制造業企業面臨的首要問題。

 

制造業信息化將信息技術、自動化技術、現代管理技術與制造技術相結合，可以改善制造企業的經營、管理、產品開發和生產等各個環節，提高生產效率、產品質量和企業的創新能力，降低消耗，帶動產品設計方法和設計工具的創新、企業管理模式的創新、制造技術的創新以及企業間協作關系的創新，從而實現產品設計制造和企業管理的信息化、生產過程控制的智能化、制造裝備的數控化以及咨詢服務的網絡化，全面提升我國制造業的競爭力。

 

 隨著國家兩化深度融合水平的進一步提高，中國制造業信息化迎來一個嶄新的發展階段。ERP、MES、DNC、MDC、PDM、Tracker等先進信息化管理系統已經在制造企業得到廣泛應用，如通過供應鏈管理(SCM)使得供應商可以參與產品的制造和運輸，通過客戶關系管理(CRM)和產品生命周期管理(PLM)使得客戶能夠參與所買的產品設計和制造過程，并可能使企業為客戶解決產品使用、維護和廢棄處理的各種問題，通過企業資源計劃(ERP)和制造執行系統(MES)準確反映生產過程的物料供應情況、工作進度和產品質量，通過連續的信息流，加強企業內部各部門之間的協作。上述各類信息化管理系統正在不斷加快制造企業實現轉型升級。

 

實現制造業信息化是提升中國制造業全球競爭力的關鍵，其中上述如MES、CAM、ERP等工業軟件是制造業信息化的核心。工業軟件是指在工業領域里應用的軟件，包括系統、應用、中間件、嵌入式等，通常工業軟件被劃分為編程語言、系統軟件、應用軟件和介于這兩者之間的中間件。

 

 其中系統軟件為計算機使用提供最基本的功能，但是并不針對某一特定應用領域，而應用軟件則根據用戶和所服務的領域提供不同的功能。

 

工業軟件一般按照應用分為研發設計類、生產調度和過程控制類、業務管理類三大領域，具有分析、計劃、配置、分工等功能，能夠從機器、車間、工廠層面提升企業生產效率、促進資源配置優化、提升生產線協同水平，對工業化與信息化融合、數字世界與物理世界融合有舉足輕重的作用。

 

1.研發設計類——以產品生命周期管理(PLM)為例：

 

 PLM軟件可以讓企業高效且經濟地管理一個產品的生命周期，從產品構思、設計與制造，一直到服務和退市處理。

 

 計算機輔助設計(CAD)、計算機輔助制造(CAM)、產品數據管理(PDM)和制造過程通過PLM無縫地集成在一起。PLM與SCM、ERP分別從不同維度出發，PLM從時間的維度看世界，并且偏重于產品設計層面，與MES層相互連接，是數字化工廠的需求源頭。

 

 PLM產品構成包括三類：(1)CAx類產品，包括集中于創建3D幾何圖形、產品設計和產品數據形成的CAD軟件，計算機輔助系統進行場景建模，數值分析的CAE軟件，利用計算機進行生產設備管理控制和操作的過程模擬軟件CAM。(2)cPDM產品，這類軟件是協同產品定義管理軟件，在產品全生命周期體系下，存儲和檢索產品和產品數據；(3)數字化制造車間，主要用于計劃和模擬整個制造過程。

 

2.生產調度和過程控制類——以制造執行系統(MES)為例：

 

 MES(manufacturing execution system，制造執行系統)是1990年美國先進制造研究協會旨在加強MRP計劃的執行功能提出的概念，AMR對MES的概念表述如下：“MES是在公司的整個資源按其經營目標進行管理時，為公司提供實現執行目標的執行手段，通過實時數據庫連接基本信息系統的理論數據和工廠的實際數據，并提供業務計劃系統與制造控制系統之間的通信功能。”

 

MES可以概括為一個宗旨―制造怎樣執行，兩個核心數據庫―實時數據庫、關系數據庫，兩個通信接口―與控制層接口和與業務計劃層接口，四個重點功能―生產管理、工藝管理、過程管理和質量管理。MES是從工單、生產、設備管理、保養、質量管制到出入庫、進出貨等整合的系統，可以實現對設備層直接進行管控，是一個制造形態工廠的核心。

 

3.業務管理類——以企業資源計劃系統(ERP)為例：

 

 ERP—Enterprise Resource Planning企業資源計劃系統，是指建立在信息技術基礎上，以系統化的管理思想，為企業決策層及員工提供決策運行手段的管理平臺。

 

 ERP系統集中信息技術與先進的管理思想于一身，成為現代企業的運行模式，反映時代對企業合理調配資源，最大化地創造社會財富的要求，成為企業在信息時代生存、發展的基石。