智能制造时代:设备智能化与绿色再制造_0
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  本文是工业4.0俱乐部秘书长杜玉河先生《智能制造时代设备智能化与绿色再制造》的文档,我们首先从产业大势开始分析,由表及里,剖析企业的在4.0框架下,智能设备如何与4.0的理念架构相互融合。

  一、从工业1.0到工业4.0

  从1733年,机械师凯伊发明了飞梭,到1765年,织工哈格里夫斯发明了珍妮纺织机的出现首先在棉纺织业引发了机器发明的潮流,进行技术革新的连锁反应,揭开了工业革命的序幕。而1785年的瓦特制成的改良型蒸汽机,蒸汽机是人类历史上,在全世界广泛使用的第一种普及机器,人类社会由此进入了蒸汽时代。

  随着工业生产中机器生产逐渐取代手工操作,传统的手工业无法适应机器生产的需要,为了更好地进行生产管理,提高效率,资本家开始建造工房,安置机器雇佣工人集中生产,这样,一种新型的生产组织形式工厂出现了。工厂成为工业化生产的最主要组织形式,发挥着日益重要的作用。

  19世纪70年代,开始第二次工业革命。,主要标志:电力的广泛应用(即电气时代),第二次工业革命以电器的广泛应用最为显著。科学技术应用于工业生产的另一项重大成就,是内燃机的创新和使用。但科技创新不仅仅是各种层出不重的科学发明,还有大型组织、垄断的出现,而现代管理学的诞生也源自第二次工业革命。

  第三次科技革命以原子能、电子计算机、空间技术和生物工程的发明和应用为主要标志,涉及信息技术、新能源技术、新材料技术、生物技术、空间技术和海洋技术等诸多领域的一场信息控制技术革命。第三次科技革命有几大特征,空间技术的利用和发展是这次技术革命的一大成果;原子能技术的利用和发展,电子计算机技术的利用和发展是另一重大突破。

  在前三次的工业革命造就了现存的全球制造业竞争格局中,中国处在工业2.0时代,美德日韩处于工业3.0时代,其余大部分地区处于工业1.0时代。具体表现为中国在材料技术工艺能源、装备制造,生产应用上处于中低端。全球产业分工中,中国主要处在组装加工上。使用微笑曲线能清晰地表述出前三次工业革命形成的全球产业分工格局,而未来的世界产业竞争新格局,美国AMP2.0/德国工业4.0/中国制造2025/互联网+,是全球竞争环境变化下不同国家根据自己的位置与竞争优势所提出的不同表述,其根本是谋求本国利益最大化与持续竞争优势,而国家的竞争最终反映在行业上及具体的企业上。综上所诉,中国的企业发展之路应该力争从微笑曲线中端向两端扩展,不仅仅是企业利润,附加价值高的问题,还有在向工业4.0方向升级过程中,研究开发、新产品设计、售后服务等都将是4.0的制高点和风口。

  二、工业4.0时代下的新模式

  工业4.0中,物联网和服务网络是智慧工厂的基础,工业4.0拥有巨大的潜力。智慧工厂让用户的个性定制化需求得以满足,这就意味着,即使是一次性的产品也可以通过颇具收益的方式制造出来。

  我们以一个智能工厂的架构为例,智能物料、智能工厂、智能产品为三大架构。网络化深入制造环节已经开展多年,MES、PLM、ERP、QMS等在制造环节也已经成熟。一家传统的制造业企业,只有看得见的东西才是真实的。从技术研发、产品设计、生产制造、营销推广、销售以及相关的采购,物流等环节构成了一家传统制造业企业的基础和流程。但在工业4.0架构下,一家企业的主要基础设施将会是服务互联网和物联网,设计生产直接和用户结合。

  传统的工厂模型从客户的订单开始,向后接设计、工艺、加工、质检、物流和客户的现场服务,最后到回收环节,形成了完整的产品生命周期。当服务互联网融合到物料、工厂、产品时,我们称之为智能物料、智能生产和智能产品。

  使用三个集成的概念可以为我们清晰表述出工业4.0下的工厂如何运作。我们认为,纵向集成,是指企业全流程的信息打通。也就是产品全生命周期,如产品研发、设计、计划、工艺到生产、服务的全生命周期的信息集成。工业4.0的纵向集成要真正的让生产过程走互联网的模式,让信息传递平台化,任何一个工作节点都能与平台直接做交互。

  横向集成,是指工厂生产的某一个节点向外拓展,比如横向集成意味着从设计图纸、工艺图纸、工艺总装图、工艺加工工序图,甚至到工步,都要做冗余或自动化。所谓横向集成能力,就是当一个主要供应商发生了火灾,要恢复产能的时候,能迅速给出图纸、设备需求、工装需求、运输协调等等。

  端到端集成,最常见的概念就是一站式服务,即端点与端点之间的集成。比如在C2B模式下,用户可以参与到产品的设计和生产中来,这意味着大规模、个性化定制时代的来临。因此为了实现这个目标,企业必须通过互联网来实现与用户的互动,为用户带来更多的体验。最终为客户实现定制化生产、企业柔性生产。

  三、我国智能装备发展新思路及企业走向4.0的路径

  1、智能制造的发展以企业的自动化和信息化发展为基础。自动化主要实现生产过程的数字化控制,离不开各类过程控制类软件的深度应用;信息化主要实现企业研发、制造、销售、服务等环节和流程的数字化,打通企业内部的数据流,以研发设计类、生产调度类、经营管理类、市场营销分析类软件的深度应用为特征。

  2、而智能装备的新思路,其核心技术是工业智能软件,以及价值理念和人才培养;核心部件与解决方案圈是机器人、智能传感器、MES、数控系统等;智能装备的应用圈是包装机械、木工机械、模具以及陶瓷机械等;其终端制造业圈是家电制造、家具制造、汽车制造、铁路船舶、航空航天、医药制造等。

  3、由智能装备衍生出来的制造业企业走向工业4.0大的路径,包括高度网络化、高度自动化与信息化和有序完成技术体系的构建。高度网络化指建立以通信网、互联网和物联网为主要基础设施,以业务管理、控制、网络、接入和终端的通信网;通过互联网连接业务体验、云业务、云平台;并通过物联网将实现数据从一台终端传送到另一台终端,也就是机器与机器的对话(M2M);高度自动化与信息化不仅仅是机器换人与制造设备的自动化,也包括制造管理层、信息管理层和工厂层的互联。从而实现生产制造过程中的实时化、可视化、无纸化和智能化;有序的技术体系构建以智能化为目标,通过标准化、精益化、模块化、自动化、数字化一步步实现。

  4、在高度网络化、信息化和自动化的环境下,M2M(MachineToMachine)是制造业企业走向工业4.0的主要特征。而M2M是指将数据从一台终端传送到另一台终端,也就是机器与机器的对话。目前,人们提到M2M的时候,更多的是指非IT机器设备通过移动通信网络与其他设备或IT系统的通信。值得注意的是,M2M不是简单的数据在机器和机器之间的传输,更重要的是,它是机器和机器之间的一种智能化、交互式的通信。当M2M的涵盖范围继续推广时,将涵盖人、机器、系统、产品等,建立通信连接的技术和手段,此时,我们将之称为物联网

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