解读细分行业智能制造发展现状

打印 来源: 浙江省仪器仪表行业协会   发布者:ZJAIA
  浏览21次 时间:2019年2月16日 18:31

       智能工厂是实现智能制造的重要载体,主要通过构建智能化生产系统、网络化分布生产设施,实现生产过程的智能化。智能工厂已经具有了自主能力,可采集、分析、判断、规划;通过整体可视技术进行推理预测,利用仿真及多媒体技术,将实境扩增展示设计与制造过程。系统中各组成部分可自行组成最佳系统结构,具备协调、重组及扩充特性。已系统具备了自我学习、自行维护能力。因此,智能工厂实现了人与机器的相互协调合作,其本质是人机交互。


智能工厂主要建设模式

       由于各个行业生产流程不同,加上各个行业智能化情况不同,智能工厂有以下几个不同的建设模式。

       第一种模式是从生产过程数字化到智能工厂。在石化、钢铁、冶金、建材、纺织、造纸、医药、食品等流程制造领域,企业发展智能制造的内在动力在于产品品质可控,侧重从生产数字化建设起步,基于品控需求从产品末端控制向全流程控制转变。因此其智能工厂建设模式为:一是推进生产过程数字化,在生产制造、过程管理等单个环节信息化系统建设的基础上,构建覆盖全流程的动态透明可追溯体系,基于统一的可视化平台实现产品生产全过程跨部门协同控制;二是推进生产管理一体化,搭建企业CPS系统,深化生产制造与运营管理、采购销售等核心业务系统集成,促进企业内部资源和信息的整合和共享;三是推进供应链协同化,基于原材料采购和配送需求,将CPS系统拓展至供应商和物流企业,横向集成供应商和物料配送协同资源和网络,实现外部原材料供应和内部生产配送的系统化、流程化,提高工厂内外供应链运行效率;四是整体打造大数据化智能工厂,推进端到端集成,开展个性化定制业务。

       第二种模式是从智能制造生产单元(装备和产品)到智能工厂。在机械、汽车、航空、船舶、轻工、家用电器和电子信息等离散制造领域,企业发展智能制造的核心目的是拓展产品价值空间,侧重从单台设备自动化和产品智能化入手,基于生产效率和产品效能的提升实现价值增长。因此其智能工厂建设模式为:一是推进生产设备(生产线)智能化,通过引进各类符合生产所需的智能装备,建立基于CPS系统的车间级智能生产单元,提高精准制造、敏捷制造能力。二是拓展基于产品智能化的增值服务,利用产品的智能装置实现与CPS系统的互联互通,支持产品的远程故障诊断和实时诊断等服务;三是推进车间级与企业级系统集成,实现生产和经营的无缝集成和上下游企业间的信息共享,开展基于横向价值网络的协同创新。四是推进生产与服务的集成,基于智能工厂实现服务化转型,提高产业效率和核心竞争力。

       例如,广州数控通过利用工业以太网将单元级的传感器、工业机器人、数控机床,以及各类机械设备与车间级的柔性生产线总控制台相连,利用以太网将总控台与企业管理级的各类服务器相连,再通过互联网将企业管理系统与产业链上下游企业相连,打通了产品全生命周期各环节的数据通道,实现了生产过程的远程数据采集分析和故障监测诊断。三一重工的18号厂房是总装车间,有混凝土机械、路面机械、港口机械等多条装配线,通过在生产车间建立“部件工作中心岛”,即单元化生产,将每一类部件从生产到下线所有工艺集中在一个区域内,犹如在一个独立的“岛屿”内完成全部生产。这种组织方式,打破了传统流程化生产线呈直线布置的弊端,在保证结构件制造工艺不改变、生产人员不增加的情况下,实现了减少占地面积、提高生产效率、降低运行成本的目的。目前,三一重工已建成车间智能监控网络和刀具管理系统、公共制造资源定位与物料跟踪管理系统、计划、物流、质量管控系统、生产控制中心(PCC)中央控制系统等智能系统,还与其他单位共同研发了智能上下料机械手、基于DNC系统的车间设备智能监控网络、智能化立体仓库与AGV运输软硬件系统、基于RFID设备及无线传感网络的物料和资源跟踪定位系统、高级计划排程系统(APS)、制造执行系统(MES)、物流执行系统(LES)、在线质量检测系统(SPC)、生产控制中心管理决策系统等关键核心智能装置,实现了对制造资源跟踪、生产过程监控,计划、物流、质量集成化管控下的均衡化混流生产。

       第三种模式是从个性化定制到互联工厂。在家电、服装、家居等距离用户最近的消费品制造领域,企业发展智能制造的重点在于充分满足消费者多元化需求的同时实现规模经济生产,侧重通过互联网平台开展大规模个性定制模式创新。因此其智能工厂建设模式为:一是推进个性化定制生产,引入柔性化生产线,搭建互联网平台,促进企业与用户深度交互、广泛征集需求,基于需求数据模型开展精益生产;二是推进设计虚拟化,依托互联网逆向整合设计环节,打通设计、生产、服务数据链,采用虚拟仿真技术优化生产工艺;三是推进制造网络协同化,变革传统垂直组织模式,以扁平化、虚拟化新型制造平台为纽带集聚产业链上下游资源,发展远程定制、异地设计、当地生产的网络协同制造新模式。

国内外智能工厂建设的现状

       近年来,全球各主要经济体都在大力推进制造业的复兴。在工业4.0、工业互联网、物联网、云计算等热潮下,全球众多优秀制造企业都开展了智能工厂建设实践。

       例如,西门子安贝格电子工厂实现了多品种工控机的混线生产;FANUC公司实现了机器人和伺服电机生产过程的高度自动化和智能化,并利用自动化立体仓库在车间内的各个智能制造单元之间传递物料,实现了最高720小时无人值守;施耐德电气实现了电气开关制造和包装过程的全自动化;美国哈雷戴维森公司广泛利用以加工中心和机器人构成的智能制造单元,实现大批量定制;三菱电机名古屋制作所采用人机结合的新型机器人装配产线,实现从自动化到智能化的转变,显著提高了单位生产面积的产量;全球重卡巨头MAN公司搭建了完备的厂内物流体系,利用AGV装载进行装配的部件和整车,便于灵活调整装配线,并建立了物料超市,取得明显成效。

       当前,我国制造企业面临着巨大的转型压力。一方面,劳动力成本迅速攀升、产能过剩、竞争激烈、客户个性化需求日益增长等因素,迫使制造企业从低成本竞争策略转向建立差异化竞争优势。在工厂层面,制造企业面临着招工难,以及缺乏专业技师的巨大压力,必须实现减员增效,迫切需要推进智能工厂建设。另一方面,物联网、协作机器人、增材制造、预测性维护、机器视觉等新兴技术迅速兴起,为制造企业推进智能工厂建设提供了良好的技术支撑。再加上国家和地方政府的大力扶持,使各行业越来越多的大中型企业开启了智能工厂建设的征程。

       我国汽车、家电、轨道交通、食品饮料、制药、装备制造、家居等行业的企业对生产和装配线进行自动化、智能化改造,以及建立全新的智能工厂的需求十分旺盛,涌现出海尔、美的、东莞劲胜、尚品宅配等智能工厂建设的样板。

       例如,海尔佛山滚筒洗衣机工厂可以实现按订单配置、生产和装配,采用高柔性的自动无人生产线,广泛应用精密装配机器人,采用MES系统全程订单执行管理系统,通过RFID进行全程追溯,实现了机机互联、机物互联和人机互联;尚品宅配实现了从款式设计到构造尺寸的全方位个性定制,建立了高度智能化的生产加工控制系统,能够满足消费者个性化定制所产生的特殊尺寸与构造板材的切削加工需求;东莞劲胜全面采用国产加工中心、国产数控系统和国产工业软件,实现了设备数据的自动采集和车间联网,建立了工厂的数字映射模型(Digital Twin),构建了手机壳加工的智能工厂。

       但是,我国制造企业在推进智能工厂建设方面,还存在诸多问题与误区:

       ① 盲目购买自动化设备和自动化产线。很多制造企业仍然认为推进智能工厂就是自动化和机器人化,盲目追求“黑灯工厂”,推进单工位的机器人改造,推行机器换人,上马只能加工或装配单一产品的刚性自动化生产线。只注重购买高端数控设备,但却没有配备相应的软件系统。

       ② 尚未实现设备数据的自动采集和车间联网。企业在购买设备时没有要求开放数据接口,大部分设备还不能自动采集数据,没有实现车间联网。目前,各大自动化厂商都有自己的工业总线和通信协议,OPC UA标准的应用还不普及。

       ③ 工厂运营层还是黑箱。在工厂运营方面还缺乏信息系统支撑,车间仍然是一个黑箱,生产过程还难以实现全程追溯,与生产管理息息相关的制造BOM数据、工时数据也不准确。

       ④ 设备绩效不高。生产设备没有得到充分利用,设备的健康状态未进行有效管理,常常由于设备故障造成非计划性停机,影响生产。

       ⑤ 依然存在大量信息化孤岛和自动化孤岛。智能工厂建设涉及到智能装备、自动化控制、传感器、工业软件等领域的供应商,集成难度很大。很多企业不仅存在诸多信息孤岛,也存在很多自动化孤岛,自动化生产线没有进行统一规划,生产线之间还需要中转库转运。

       究其原因,是智能制造和智能工厂涵盖领域很多,系统极其复杂,企业还缺乏深刻理解。在这种状况下,制造企业不能贸然推进,搞“大跃进”,以免造成企业的投资打水漂。应当依托有实战经验的咨询服务机构,结合企业内部的IT、自动化和精益团队,高层积极参与,根据企业的产品和生产工艺,做好需求分析和整体规划,在此基础上稳妥推进,才能取得实效。

轻工业发展现状及企业智能制造案例
  
       前不久,中国轻工业联合会发布了“2017年度中国轻工业百强企业”荣誉榜单,美的、海尔、娃哈哈、青岛啤酒等百家企业入围。此次入围的百强企业依然具备一个显著特征——智能化升级的步伐明显加快。

       位居榜单前三位的是家电业三大巨头:美的、海尔、格力。2017年,海尔、美的企业营业收入均超过2400亿元。家电业作为中国制造业的重要组成部分,一直被视为中国智能制造转型的标杆。各大龙头企业无论用何种手段切入“智能制造”,都殊途同归,对原有的流程、制度、技术进行“重造”,从生产作业的“智能化”,到产品的“智能化”。

       目前,我国轻工业正处在发展阶段转变、新旧功能转换的关键时期,虽然面临着多重压力,但信息技术迅猛发展,融合领域不断拓展,为轻工业提供了新动力,未来的发展机遇和挑战并存。

我国轻工业发展现状

        据统计,2017年,占全国企业数近30%的轻工企业,实现主营业务收入24万亿元,占全国工业的20.8%;实现利润1.6万亿元,占全国工业的21.1%;出口5998亿美元,占全国出口额的26.5%。今年1-4月,轻工业继续保持良好发展态势,主营业务收入6.7万亿元,增长8.4%,利润4076亿元,增长6.5%,工业增加值增长6.8%,高于全国工业增长水平。

       其中,轻工百强企业发展强劲。2017年,百强企业营业收入2.7万亿元,占全国轻工业的10.95% ;实现利润2458亿元;占全国轻工业的15.45%;平均营业收入265.5亿元,比上年增长10.1%;平均利润24.6亿元,比上年增长19.2%。

       在百强企业的引领下,家电、造纸、酿酒等行业,产业集中度持续提升,行业竞争力不断加强。美的、海尔、格力等15家百强家电企业,营业收入占家电行业的54.6%;利润占63.5%。玖龙、晨鸣、华泰等9家百强造纸企业,营业收入占造纸行业的23%;利润占29.4%。茅台、五粮液、洋河等8家百强酿酒企业,营业收入占酿酒行业的25.2%;利润占55.9%。

       轻工百强企业的强劲快速发展,为全国轻工业经济稳定运行贡献了积极力量。但是,我国轻工业发展稳中有进的同时,依然面临着多重压力,改善供给结构和实现转型升级的任务仍艰巨而繁重。

       第一,轻工业长期积累的深层次问题还未得到有效解决。自主创新支撑作用不强,品牌影响力较弱,资源能源利用效率等一系列的问题影响高质量发展。

       第二,我国是消费品生产大国,但大多数的产品只能满足中低端的消费需求。当前,出口需求和投资需求相对下降,供给结构出现了不适应需求变化的局面,必须以提高供给体系质量和效率为中心,发展壮大新动能,实现新旧动能转换,扩大中高端产品和服务供给。

       第三,新一轮革命和产业变革助力产业升级,物联网、云计算、大数据、人工智能等技术广泛,渗透经济、社会各领域。3D打印、机器人、智能制造、纳米等领域不断取得新的突破。新动能、新产品、新业态迅速发展,推动制造业生产方式向数字化、网络化、智能化发展,以智能制造为特征的制造模式变革为轻工业注入了巨大的活力。

       因此,在当前形势下,轻工业企业尤其是领头企业要不断提升创新发展能力,继续推动“两化”深度融合,大力推进轻工业智能化发展。

轻工企业未来发展方向

       ▼ 科技创新是企业持续发展的重要引擎。要加快推进以企业为主体,市场为导向,产学研相结合的轻工创新体系建设,促进基础性平台建设;加快关键核心技术研发与产业化,攻克一批关键性技术,加快成果转变和应用推动,鼓励行业间的成果共享与产业应用;支持地方在特色和重点产业领域建设,产业创新中心和创新平台建设,提升技术创新能力和产业化的水平。

       ▼ 推进互联网、云计算、大数据在轻工业的应用,推进智能制造,加快智能制造软硬件产品的使用。推进数字化车间的集成创造和应用示范,加快推广,发挥家电智能制造创新联盟作用,协同推进装备制作和产品研发,加快推进智能制造的标准需求研究,围绕智能产品的标准制定产品生产、系统集成和规模的应用四个领域推进智能家居服务机器人,智能电器,可穿戴产品的研发和推广。

       ▼ 全面推行绿色制造,以源头消减污染物为切入点,革新传统的装备,鼓励使用清洁生产的关键技术。推进陶瓷、日用玻璃等节能降耗,推动企业节能减排,强化重点行业废水废气的治理,采用先进的技术实现污染物的持续稳定削减,加强水资源的综合利用,建立和推行用水定额管理治理,提高污水处理的回收力。

轻工企业智能化案例

       目前,全国智能制造示范企业共206家,其中轻工企业32家。龙头骨干企业已走在智能化转型升级的前列。轻工企业必须紧跟时代步伐,大力推进工业与信息化深度融合,加快研发具有智慧决策、智慧执行能力的智能制造装备,加快开发智能家电、智能照明电器等智慧轻工产品。

造纸业

       早在世纪之交,晨鸣就积极推进信息化与工业化深度融合,携手国际一流造纸机械供应商,引入20多条具有世界一流水平的生产线,通过装备水平的提升,晨鸣实现了管理、技术、产品等方面的优化升级。此外,晨鸣集团以信息化作支撑,重点实施了ERP(企业资源计划)和MES(制造执行系统)两大企业信息管理系统,不但优化了业务流程,提高了运营效率,同时助推了公司管理水平的提升,实现了从订单录入、排产计划到生产一线的信息共享。

酿酒业

       当信息化与传统生产制造融合发展遍地开花时,作为传统制造类酒企代表的茅台早已悄无声息地开启大数据与酒企融合之路,将之融入到茅台生产经营中去。2017年,经过茅台集团深思熟虑,一个全新的概念跃入公众视野:“智慧茅台”工程。当点击进入茅台大数据平台的工作界面,基酒生产、酒库库存、包装生产、物流配送、营销分析、财务分析、防伪查验以及门店终端等信息都可通过这个平台进行查阅。

乳制品业

       娃哈哈集团实现了从接收订单,到安排供应、生产与发货计划,再到质量追溯、成本核算、财务结算全过程的系统化与信息化。此外,娃哈哈还自主开发了多种规格的工业机器人,应用于饮料生产线中的物料添加、装箱码垛等工序,大大降低了生产线员工的劳动强度、提高了效率,不断向“无人工厂”的目标迈进。

家电业

       海尔集团则一直在探索“人单合一”的模式,人单合一体现的就是员工和用户的融合,员工在为用户创造价值的同时来分享价值,该模式是通过海尔的COSMOPlat平台实现落地。COSMOPlat平台是海尔自主研发、拥有中国特色的自主产权平台,其核心就是把社区生态、企业和资源连接起来构建成一个工业新生态,这个新生态能够实现用户的最佳体验,实现用户的终身价值。

电池业

       天能集团目前已经构建了柔性智能制造平台和大数据云驱动平台。同时,还通过设备管理、设备利用、设备维护保养等方面,大力打造数字化车间,实现完成各工序数字化全覆盖。

       工作人员只需用一部手机,就可以随时随地体验这种能放进“口袋”里的现场管理。借助天能自主研发的自动配组核心算法,以及RFID物联网技术,实现电池的自动配组,与过去相比精准度更高,效率更快。

纺织行业智能制造发展现状全解读

       纺织行业作为我国国民经济的支柱产业和重要的民生产业,正处于转型升级的关键时期。整个行业面临人口红利消失、原材料价格上涨、环保压力增大、出口缩减等现实问题。面对发展困境,纺织行业积极求变,不断推进两化深度融合,加快新旧动能转换,以智能制造为手段,推动我国纺织行业向高端发展。随着纺织服装行业智能化发展速度加快,企业实施智能化改造的热情高涨。

我国纺织产业向智能制造转型的意义

       中国纺织行业正致力于由“大”向“大而强”的转型发展,谋求在部分领域实现突破并引领世界。借力“中国制造2025”和“互联网+”,加快新一代信息技术与纺织业融合的创新发展已经成为大势所趋,结合持续的科技创新,推动纺织产业向绿色低碳、数字化、智能化和柔性化等方向发展,是实现这一伟大转变的必由路径。

       2017年虽然经济运行好于预期,但来自成本、环保、市场竞争的压力以及招工难、融资难等一系列问题,都是当前行业发展面临的挑战。中国纺织工业联合会副会长夏令敏认为,解决这些问题的关键就在于要不断提升行业的创新发展能力,通过两化深度融合推动行业发展新旧动能转换,从而加快智能化进程,促进产业转型升级。

       夏令敏预测,到2020年,纺织行业智能制造应用标准体系初步建立;数字化、智能化工厂(车间)建设取得显著成效,普及率大幅提升;行业智能制造共性关键技术和装备实现明显突破;新一代互联网、大数据、人工智能技术与纺织工业的融合进一步深化。

纺织企业智能化生产实例参考

       《中国制造2025》指出,智能制造将成为中国制造的主攻方向。当前,纺织服装行业智能化发展速度非常快,企业实施智能化改造的热情很高。

       根据对纺织行业340家企业开展的智能化应用调查结果显示,全行业开展定制化的企业逐渐增多。自动化、智能化纺纱设备的应用,有效帮助纺织企业解决了用工多、生产效率低、产品质量不稳定等系列问题,成为目前棉纺织行业发展的新方向。

       盛虹集团、山东华兴纺织集团等企业陆续开始了数字化车间、智能工厂的建设,并取得了显著的效果。

       在盛虹集团全资子公司国望高科的纺丝车间,只有两名工人在“看管”着工作中的纺丝设备。这是盛虹集团承担研制的国内化纤行业首台(套)国产化纤生产智能物流系统的一个环节。据该集团总工程师梅峰介绍,该系统通过生产物联网,所有生产指令在总控室直接下达给车间,智能化生产车架的机器设备收到指令后马上开工生产,大大提高了生产效率。机器换人加物联网技术让盛虹年均节约成本1500万元,一条生产线可以节省用工127人,用工率减少34%,故障率减少55.9%,人员单产提升29.8%,产能提升33%。

       山东华兴纺织集团的智能纺纱生产线于2015年年底建成投产。生产线采用粗细络联一体纺纱系统,实现了半制品、成品的在线检测和控制、筒纱智能包装输送入库,生产规模为5万纱锭,年产各类高档新型生物材料混纺纱6000吨。据山东华兴纺织集团董事长胡广敏介绍,华兴集团通过低成本自动化成套解决方案、关键工序智能化装备改造方案和无浪费的产线规划制造执行解决方案,使纺纱厂万锭用工实现15人左右,生产效率提升20%,纺纱生产全流程自动化率100%,能源利用率提高12%,制造周期缩短30%,不良品率降低25%,运营成本降低20%。

四大举措推进纺织业智能制造

       一是推进互联网、大数据、人工智能在纺织行业的创新应用。纺织装备是纺织行业开展智能制造的基础和新一代信息技术与纺织技术融合的载体。智能化纺织装备的产业化应用,是提高生产效率和产品质量的关键。应当充分利用现有资金渠道,支持企业开展新型纺纱织造装备、新型印染等装备的研发与推广。

       二是加大纺织行业智能制造试点示范力度。工信部已连续两年开展智能制造试点示范行动,纺织行业涌现出一批先进典型,应当充分总结领先企业的成功经验和技术,并在全行业进行推广,从而带动纺织行业智能化水平的整体提升。

       三是加大纺织行业智能制造人才培养力度。加强纺织行业智能制造人才培训,培养一批兼具纺织行业知识和智能制造技术的复合型人才,一批擅长智能化装备与系统操作的高素质职业人才。探索多样化的人才培养机制,鼓励纺织企业与高校合作培养智能制造人才。

       四是推动建设一批产业集群智能化服务平台。通过产学研深度融合,推进纺织智能制造公共服务平台的建设,向企业提供纺织行业智能制造关键技术的测试验证、转移孵化、专业技术咨询等服务,强化服务资源支撑,加速纺织行业智能制造前沿技术的应用。(来源:智能制造网博会)

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