中國(guó)機(jī)床工具工業(yè)協(xié)會(huì) 單希強(qiáng) 執(zhí)筆

智能制造的先行實(shí)踐者
——山崎馬扎克株式會(huì)社總部和大口工廠考察

中國(guó)機(jī)床工具工業(yè)協(xié)會(huì) 單希強(qiáng) 執(zhí)筆

2017年7月14日，籍考察第五屆東京沖壓、鈑金、成形加工展之機(jī)，中國(guó)機(jī)床工具工業(yè)協(xié)會(huì)代表團(tuán)應(yīng)邀對(duì)山崎馬扎克株式會(huì)社（以下簡(jiǎn)稱Mazak ）總部和大口工廠進(jìn)行了考察，代表團(tuán)受到了山崎智久社長(zhǎng)和清水紀(jì)彥副社長(zhǎng)的熱情接待。代表團(tuán)考察的重點(diǎn)是馬扎克公司歷時(shí)2年多，于今年4月剛剛對(duì)外開放的智能工廠改造工程（Mazak iSMART Factory）。

圖1 Mazak大口工廠

目前全球范圍內(nèi)新一輪科技革命和產(chǎn)業(yè)變革正在深刻影響著制造業(yè)的發(fā)展。物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、云計(jì)算、人工智能等新技術(shù)正在給制造業(yè)帶來革命性變化。與德國(guó)的“工業(yè)4.0”、美國(guó)的“國(guó)家制造創(chuàng)新網(wǎng)絡(luò)”、日本的“工業(yè)價(jià)值鏈”等制造業(yè)強(qiáng)國(guó)的做法一樣，我國(guó)也制定了《中國(guó)制造2025》國(guó)家戰(zhàn)略。在這樣的背景下，我國(guó)智能制造正受到空前重視，但普遍仍處在研討探索和初步嘗試階段。參觀MAZAK大口智能工廠，我們頗有茅塞頓開之感，收益良多。

一、Mazak 公司概況

Mazak成立于1919年，最初制造榻榻米機(jī)械，1927年開始制造車床、銑床，進(jìn)入機(jī)床行業(yè)。目前產(chǎn)品范圍包括復(fù)合加工機(jī)、數(shù)控車床、立式加工中心、龍門加工中心、臥式加工中心、數(shù)控激光加工機(jī)、柔性生產(chǎn)線系統(tǒng)、數(shù)控裝置、CAD/CAM系統(tǒng)、生產(chǎn)支持軟件等。

隨著企業(yè)的發(fā)展，Mazak 在日本境內(nèi)陸續(xù)建立了5家工廠，我們這次參觀的大口工廠，坐落于名古屋市愛知縣大口町，是Mazak株式會(huì)社的總部所在地。Mazak自1974年在美國(guó)成立第一家海外工廠開始，現(xiàn)在已經(jīng)有5家海外工廠。其他4家工廠中1家在英國(guó)、1家在新加坡、2家在中國(guó)（即位于銀川的小巨人工廠和位于大連的遼寧工廠）。Mazak 在全球共設(shè)有技術(shù)中心38處、技術(shù)服務(wù)中心43處、服務(wù)基地81處，是唯一確立了全球生產(chǎn)和服務(wù)體系的機(jī)床廠商。

圖2 山崎智久社長(zhǎng)、清水紀(jì)彥副社長(zhǎng)會(huì)見協(xié)會(huì)代表團(tuán)

Mazak在 1998年成立山崎馬扎克科技(上海)有限公司，最初負(fù)責(zé)全線產(chǎn)品在中國(guó)的銷售和服務(wù)，現(xiàn)在專門負(fù)責(zé)日本產(chǎn)激光切割機(jī)在中國(guó)的銷售和服務(wù)；2000年成立寧夏小巨人機(jī)床有限公司；2006年成立山崎馬扎克機(jī)床(上海)有限公司，負(fù)責(zé)除日本產(chǎn)激光切割機(jī)之外其他產(chǎn)品在中國(guó)的銷售和服務(wù)；2013年成立山崎馬扎克（遼寧）有限公司。 此外，Mazak還先后在上海、廣州、大連等地設(shè)立了技術(shù)中心。

山崎智久社長(zhǎng)認(rèn)為，機(jī)床已成為制造業(yè)的基礎(chǔ)。為社會(huì)貢獻(xiàn)一份綿薄之力、讓人們的生活更豐富多彩，是馬扎克作為機(jī)床制造商的使命。Mazak致力于開發(fā)能帶來生產(chǎn)力劃時(shí)代提高的具有獨(dú)創(chuàng)性的產(chǎn)品，在全球范圍內(nèi)為客戶提供最佳整體解決方案和快速支持。

可以佐證山崎社長(zhǎng)以上表述的是，在近百年的歷史中，Mazak屢屢在全球率先推出具有世界領(lǐng)先水平的新產(chǎn)品。例如，1968年既開始生產(chǎn)數(shù)控車床，1970年開始生產(chǎn)加工中心，1981建成FMF工廠，1996年研制出進(jìn)給加速度超過1g的超高速臥式加工中心，2014年推出智能數(shù)控系統(tǒng)Mazatrol SmoothX，2015年導(dǎo)入Mazak iSMART Factory（智能工廠）概念，等等。

最先推出創(chuàng)新性產(chǎn)品往往要承擔(dān)很大的市場(chǎng)風(fēng)險(xiǎn)。為將新產(chǎn)品成功推向市場(chǎng)，Mazak的做法是自己率先使用新產(chǎn)品，一方面通過自己的使用不斷發(fā)現(xiàn)問題，達(dá)到改進(jìn)和完善的目的；另一方面起到給用戶示范和培訓(xùn)的作用。長(zhǎng)期的實(shí)踐已成為Mazak的一個(gè)管理理念：工廠即展廳。

二、Mazak的智能工廠改造工程

圖3 Mazak大口工廠負(fù)責(zé)人介紹智能工廠改造工程

Mazak生產(chǎn)設(shè)備自動(dòng)化、網(wǎng)絡(luò)化，從1981年該公司在大口總部建成FMF工廠開始，已經(jīng)經(jīng)歷了30多年發(fā)展演變的漫長(zhǎng)過程。具有標(biāo)志性的事件有：1987年實(shí)現(xiàn)CIM計(jì)算機(jī)整合生產(chǎn)，1998年起充分利用互聯(lián)網(wǎng)和信息技術(shù)開始了智能化工廠的探索， 2003年實(shí)現(xiàn)720小時(shí)無人運(yùn)轉(zhuǎn)。

與此同時(shí)，Mazak機(jī)床的智能化功能也逐步發(fā)展成熟起來。目前已經(jīng)有如下12項(xiàng)智能化功能：熱變位控制功能、干涉防止功能、五軸高精度調(diào)準(zhǔn)功能、可變加速度控制功能、拐角平滑控制功能、防振控制功能、主軸監(jiān)測(cè)功能、語(yǔ)音導(dǎo)航功能、保養(yǎng)監(jiān)控功能、車削平臺(tái)平衡感知功能、棒材供給控制功能、加工參數(shù)精細(xì)調(diào)整功能。

Mazak于2015年1月正式導(dǎo)入Mazak iSMART Factory（智能工廠）概念，為此與美國(guó)思科公司聯(lián)合開發(fā)了 MAZAK SMART BOX裝置，這是一個(gè)可以便捷、安全地接入工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)的入口平臺(tái)。這一智能工廠系統(tǒng)集成了當(dāng)今世界物聯(lián)網(wǎng)和信息技術(shù)的最新成果和Mazak公司自己多年的成功經(jīng)驗(yàn)，不僅能夠?qū)崿F(xiàn)整個(gè)工廠層面的智能控制，還將Mazak在世界各地的生產(chǎn)、服務(wù)機(jī)構(gòu)聯(lián)成統(tǒng)一網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程智能控制。

Mazak的智能工廠改造是從美國(guó)工廠開始的。在美國(guó)工廠取得經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，又歷時(shí)兩年完成了日本大口工廠的改造。整個(gè)工程在實(shí)施過程中更新了全部生產(chǎn)設(shè)備，在生產(chǎn)不受影響的情況下分區(qū)域逐步實(shí)施，今年4月開始向用戶開放參觀。據(jù)介紹，Mazak今后還將陸續(xù)在全球各個(gè)工廠進(jìn)行智能工廠改造。

圖4 Mazak智能工廠規(guī)劃圖

如圖4所示，這項(xiàng)工程按規(guī)劃將分為五個(gè)步驟實(shí)施：

（1）物聯(lián)網(wǎng)信息安全基礎(chǔ)上的網(wǎng)絡(luò)連接及可視化。

（2）制造大數(shù)據(jù)分析及生產(chǎn)改善。

（3）系統(tǒng)配合協(xié)作分析及最佳化。

（4）熟練工經(jīng)驗(yàn)技能人工智能化與系統(tǒng)配合高度協(xié)作化。

（5）通過人工智能及自適應(yīng)控制具有自律性的不斷進(jìn)化。

Mazak認(rèn)為，現(xiàn)在大口工廠已經(jīng)達(dá)到第三、第四步之間的水平，效果是使產(chǎn)品在制時(shí)間縮短30%，半成品庫(kù)存減少30%，管理工時(shí)減少50%，由于報(bào)警造成的停機(jī)時(shí)間減少37%。山崎智久社長(zhǎng)認(rèn)為，現(xiàn)在所見并不是我們正在努力接近的最終版本，工廠的智能化是一個(gè)不斷完善和提升的過程，這種過程是沒有止境的。

大口工廠智能化改造的基礎(chǔ)工作是將所有生產(chǎn)活動(dòng)數(shù)字化和可視化。該工廠的生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)分為機(jī)加工、鈑金、裝配等幾個(gè)部分。現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)的采集采用了幾種不同的方式：智能功能較強(qiáng)的數(shù)控機(jī)床可直接輸出信號(hào)，不能滿足要求的機(jī)床和其他非數(shù)字化設(shè)備則安裝各種傳感器單獨(dú)取得所需的運(yùn)行狀態(tài)信號(hào)，還有的環(huán)節(jié)是由人工錄入信息。在信息采集環(huán)節(jié)，Mazak特別強(qiáng)調(diào)信號(hào)的安全性，而將現(xiàn)場(chǎng)采集的信息先接入SMART BOX，則是解決這一問題的關(guān)鍵。大口工廠的信息聯(lián)網(wǎng)采用了按照美國(guó)制造技術(shù)協(xié)會(huì)（AMT）制訂的MT-connect協(xié)議，該協(xié)議的作用是兼容并處理來自各種不同數(shù)控系統(tǒng)和信號(hào)源的信息，從而實(shí)現(xiàn)不同類型和不同廠家設(shè)備的互聯(lián)。

我們?cè)诂F(xiàn)場(chǎng)看到，大口工廠的機(jī)加工車間、鈑金車間、裝配車間的各類機(jī)床、機(jī)器人及相關(guān)裝備都經(jīng)由分布在現(xiàn)場(chǎng)多處的SMART BOX連接成網(wǎng)絡(luò)，裝配區(qū)每個(gè)工位都設(shè)有觸摸式數(shù)據(jù)錄入端，可以采錄到生產(chǎn)過程中的全部信息。并且生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)的網(wǎng)絡(luò)與管理部門的網(wǎng)絡(luò)也連為一體，不僅管理人員可以查看到生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)的信息，管理指令、加工程序也可直接傳遞到生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)和機(jī)臺(tái)。手機(jī)、平板電腦等各種移動(dòng)設(shè)備可方便地登錄這個(gè)系統(tǒng)，管理人員可以隨時(shí)隨地掌握設(shè)備和工廠的運(yùn)行情況，操作者也可通過移動(dòng)設(shè)備得到生產(chǎn)設(shè)備的報(bào)警信號(hào)，并及時(shí)處理。

通過這套智能網(wǎng)絡(luò)，每天所采集的數(shù)據(jù)量達(dá)1230余萬個(gè)。該智能制造系統(tǒng)能夠?qū)λ杉拇罅繑?shù)據(jù)進(jìn)行匯總分析，生成各種分析圖表，為管理工作的進(jìn)行和持續(xù)改善提供極大便利。運(yùn)行情況的可視化，使影響生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量的各種因素清楚地展示出來。通過管理人員及相關(guān)員工經(jīng)常性地分析研究，采取有針對(duì)性的措施不斷改進(jìn)優(yōu)化，生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量得以逐步提高。我們注意到，雖然信息的采集和大數(shù)據(jù)的處理及結(jié)果呈現(xiàn)是由系統(tǒng)完成的，但問題分析和改進(jìn)措施的制定與實(shí)施，現(xiàn)階段則主要是由人來進(jìn)行的。隨著智能化水平的提高，系統(tǒng)內(nèi)部自動(dòng)優(yōu)化的成分應(yīng)會(huì)逐步增加。

在機(jī)加工車間一端的墻壁上掛著一排顯示器，分別顯示著Mazak公司全球10家工廠的運(yùn)行情況。從所顯示的機(jī)床運(yùn)行情況圖形可以直觀地看到，美國(guó)工廠和大口工廠由于已實(shí)施智能化改造，機(jī)床開動(dòng)率比其他工廠高了很多。

除此之外，該智能系統(tǒng)還具備一定的人工智能學(xué)習(xí)功能。系統(tǒng)中配置的Mazak Mazatrol Smooth CNC機(jī)床，利用切削條件調(diào)整功能(VFC)及振動(dòng)傳感器等裝置，將得到的最佳切削條件以及將熟練操作工廠的經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)存貯于數(shù)據(jù)庫(kù)，可應(yīng)用至系統(tǒng)內(nèi)所有機(jī)床和新的加工程序。

Mazak大口工廠的智能化改造，在硬件方面也有很大的變化。在機(jī)床方面采用了帶有智能功能的最新產(chǎn)品，現(xiàn)場(chǎng)物流實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化，大量采用帶視覺功能的機(jī)器人，可以自主識(shí)別不同工件，并放到不同的輸送機(jī)構(gòu)上去，這使機(jī)加工車間的操作人員大為減少。在現(xiàn)場(chǎng)我們還看到，Mazak在機(jī)加工生產(chǎn)線上增加了生產(chǎn)線刀庫(kù)，可以自動(dòng)為各機(jī)臺(tái)的刀庫(kù)更換刀具，以補(bǔ)充機(jī)床本身刀庫(kù)容量的不足。

大口工廠鈑金車間有一臺(tái)Mazak產(chǎn)的大型激光切割機(jī)和5臺(tái)日本村田機(jī)械生產(chǎn)的折彎?rùn)C(jī)，整個(gè)車間的切割下料、折彎、噴漆等工序之間都實(shí)現(xiàn)了工件的自動(dòng)傳送。除全部設(shè)備統(tǒng)一聯(lián)網(wǎng)之外，Mazak激光切割機(jī)自身也具備一定的智能功能，例如智能排料、自動(dòng)打碼等功能。

大口工廠裝配車間的布局和傳統(tǒng)工廠沒有太大區(qū)別，主要分為大件組裝和整機(jī)裝配調(diào)試兩個(gè)區(qū)域，機(jī)床在裝配過程中只移動(dòng)一次。數(shù)據(jù)錄入是通過在每個(gè)工位上設(shè)有的觸摸式終端進(jìn)行的。操作者按設(shè)計(jì)好的表格，根據(jù)作業(yè)標(biāo)準(zhǔn)錄入每個(gè)工步的進(jìn)展情況。

三、感受與思考

（1）參觀大口工廠智能工廠，使我們對(duì)智能制造有了更為清晰具體的認(rèn)識(shí)。物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)和人工智能等新技術(shù)的快速發(fā)展正在為機(jī)床制造業(yè)這一個(gè)傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)注入新的發(fā)展活力，機(jī)床制造業(yè)由此進(jìn)入一個(gè)新的發(fā)展階段是完全有可能的。但是如何把這些新技術(shù)正確有效地與機(jī)床制造業(yè)有機(jī)結(jié)合起來并不是一個(gè)簡(jiǎn)單的事情。業(yè)內(nèi)為數(shù)不少的企業(yè)目前仍處于概念探討、模型設(shè)計(jì)階段，更多的企業(yè)則處于茫然無措和觀察狀態(tài)。Mazak已經(jīng)把智能制造的概念和模型變成了企業(yè)的具體實(shí)踐，這將對(duì)全球機(jī)床業(yè)界發(fā)揮示范和引領(lǐng)作用。

（2）應(yīng)充分認(rèn)識(shí)機(jī)床行業(yè)在兩化融合中的重要地位。黨和國(guó)家提出并實(shí)施兩化融合發(fā)展戰(zhàn)略是非常有遠(yuǎn)見的。早在2002年，黨的十六大就提出了"以信息化帶動(dòng)工業(yè)化，以工業(yè)化促進(jìn)信息化"的兩化融合概念。2008年國(guó)務(wù)院在機(jī)構(gòu)改革中成立了工業(yè)和信息化部，把工業(yè)和信息化歸到一個(gè)部門管理，以大力推進(jìn)兩化融合。十多年來，國(guó)家出臺(tái)了一系列推進(jìn)兩化融合的政策和文件，國(guó)家推進(jìn)兩化融合的決心和力度不可謂不大。但應(yīng)該說，很多制造企業(yè)并沒有領(lǐng)悟到國(guó)家這一戰(zhàn)略的重大意義和深遠(yuǎn)影響，機(jī)床企業(yè)大多也沒有充分認(rèn)識(shí)到機(jī)床行業(yè)在兩化融合中的重要地位和作用，因而貫徹落實(shí)的實(shí)際行動(dòng)也乏善可陳。

通過Mazak大口工廠的參觀，我們認(rèn)識(shí)到，不僅我們機(jī)床行業(yè)企業(yè)自身應(yīng)該兩化融合發(fā)展，更重要的是機(jī)床行業(yè)理應(yīng)為整個(gè)制造業(yè)的兩化融合提供示范和成套裝備。

（3）從Mazak大口智能工廠看，智能制造并不神秘，也并非高不可攀，而是可以分步實(shí)施，逐步提升的。Mazak智能工廠目前達(dá)到的水平，是其多年自行研發(fā)數(shù)控系統(tǒng)和機(jī)床智能功能，長(zhǎng)期積累的結(jié)果與自然延伸。其智能工廠建設(shè)規(guī)劃第一步的設(shè)備聯(lián)網(wǎng)和遠(yuǎn)程控制所利用的均是成熟技術(shù)，國(guó)內(nèi)一些機(jī)床企業(yè)已經(jīng)能夠?yàn)榭蛻籼峁┻@樣的產(chǎn)品服務(wù)。第二、第三步所需技術(shù)國(guó)內(nèi)研究機(jī)構(gòu)和企業(yè)也有涉足。國(guó)內(nèi)機(jī)床企業(yè)應(yīng)充分認(rèn)識(shí)到兩化融合的重要意義和所引發(fā)的巨大技術(shù)變革，認(rèn)識(shí)到智能制造的必要性和迫切性，從而提高行動(dòng)的自覺性，同時(shí)也應(yīng)該樹立足夠的信心，只要扎扎實(shí)實(shí)、一步一步地艱苦努力，就一定能夠在智能制造上取得突破，從而促進(jìn)機(jī)床行業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)的實(shí)現(xiàn)。

（4）開展智能制造需明確目的，因地制宜。Mazak建設(shè)智能工廠目的十分明確，就是利用機(jī)床和系統(tǒng)所具有的多種智能功能提高和保證產(chǎn)品質(zhì)量，同時(shí)盡可能減少非機(jī)動(dòng)時(shí)間，減少報(bào)警停機(jī)時(shí)間，減少管理工時(shí)，壓縮庫(kù)存，從而降低成本，提高效率，縮短交貨期，最終提高市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力，提高贏利水平。與傳統(tǒng)的企業(yè)管理一脈相承，質(zhì)量、成本、交貨期，仍然是關(guān)注的核心。由此我們可以得到啟示，智能制造只是手段，不是目的。搞智能制造必須結(jié)合本企業(yè)的基礎(chǔ)條件、產(chǎn)品特點(diǎn)及市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)態(tài)勢(shì)，針對(duì)存在的問題來規(guī)劃適合自己企業(yè)的智能制造方案，而絕對(duì)不能為趕風(fēng)頭而盲目搞花架子。

（5）Mazak公司百年以來對(duì)最新技術(shù)不懈追求的經(jīng)營(yíng)理念和新產(chǎn)品首先自己使用，完善成熟后再推薦給用戶的做法，非常值得我國(guó)機(jī)床企業(yè)學(xué)習(xí)借鑒。正是這樣的經(jīng)營(yíng)理念和踏實(shí)作風(fēng)，才造就了該公司歷百年而彌新，始終傲立業(yè)界巔峰的傳奇。

總之，在Mazak總部和大口工廠短短半天時(shí)間的參觀考察，我們收獲和感觸頗多。同時(shí)我們也建議政府主管部門和國(guó)內(nèi)制造業(yè)特別是機(jī)床企業(yè)對(duì)Mazak的智能工廠給予充分的關(guān)注與研究。

圖5 山崎智久社長(zhǎng)和清水紀(jì)彥副社長(zhǎng)與協(xié)會(huì)代表團(tuán)合影