文/賈亞莉·FM 記者

智能制造是全世界都在思考的工業(yè)變革，包括美國的重振制造業(yè)計劃，德國的工業(yè)4.0，歐盟的第七框架地平線2020 計劃，日本的I-JAPAN 戰(zhàn)略，以及我國的“中國制造2025”。智能制造推進(jìn)了鍛造行業(yè)的洗牌，一些小微型企業(yè)在制造裝備、產(chǎn)品質(zhì)量、生產(chǎn)能耗、生產(chǎn)效率方面都越來越不具備競爭力。今年特殊的形勢促使很多鍛造企業(yè)更加迫切的去推動智能制造建設(shè)，減少對人工的依賴，同時也更加注重推進(jìn)柔性自動化生產(chǎn)線的應(yīng)用，從而能更好地應(yīng)對勞動力數(shù)量和質(zhì)量的波動。2020年4 月，我們雜志有幸采訪了北京機(jī)電研究所有限公司（機(jī)電研究所）鍛壓技術(shù)工程研究中心副主任孫勇，請他給我們介紹機(jī)電研究所是怎樣協(xié)助鍛造企業(yè)實(shí)現(xiàn)智能制造的。

求真務(wù)實(shí)，勇當(dāng)先鋒

機(jī)電研究所是國內(nèi)較早組織科研創(chuàng)新團(tuán)隊展開面向汽車、航空航天、兵器等領(lǐng)域關(guān)鍵零部件精密鍛造成形智能化相關(guān)工作的單位之一。最近五年，先后完成國家高技術(shù)研究發(fā)展計劃（863 計劃）、“高檔數(shù)控機(jī)床與基礎(chǔ)制造裝備”科技重大專項、智能制造新模式應(yīng)用項目等10 余項國家級科研項目。

談到機(jī)電研究所在鍛造智能化方面取得的成果時，孫勇介紹到：“我們成功研制出擁有自主知識產(chǎn)權(quán)的智能鍛造單元集成控制系統(tǒng)、數(shù)字化鍛造車間精益制造執(zhí)行系統(tǒng)、多通道多協(xié)議的多源異構(gòu)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)等多項成果，擁有軟件著作權(quán)17 項，科研成果獲得中國機(jī)械工業(yè)科技進(jìn)步二等獎、機(jī)械科學(xué)研究總院技術(shù)進(jìn)步一等獎。建立并驗證了完整的鍛造行業(yè)智能工廠體系，形成了適合行業(yè)高質(zhì)量發(fā)展的系統(tǒng)化智能制造技術(shù)，并成功在三環(huán)鍛造、正興車輪、華唐鋁業(yè)、天津立中合金、安大航空鍛造、景航鑄鍛等20 余家企業(yè)推廣應(yīng)用，極大推動了行業(yè)自動化、數(shù)字化、智能化的技術(shù)進(jìn)步?！?/p>

深鉆細(xì)研，引領(lǐng)智造

近幾年隨著對智能制造的不斷深入研究，中國工程院正式提出新一代智能制造的三個基本范式——數(shù)字化、數(shù)字化網(wǎng)絡(luò)化、數(shù)字化網(wǎng)絡(luò)化智能化。數(shù)字化不僅僅體現(xiàn)在制造裝備的數(shù)字化程度，更涵蓋了產(chǎn)品全生命周期的全流程數(shù)字化，其中包括數(shù)字化設(shè)計、建模仿真和信息化管理。數(shù)字化網(wǎng)絡(luò)化制造是推動互聯(lián)網(wǎng)和制造業(yè)融合發(fā)展的重要體現(xiàn)。而數(shù)字化網(wǎng)絡(luò)化智能化制造是在互聯(lián)網(wǎng)+、大數(shù)據(jù)、云計算的先進(jìn)信息技術(shù)的共同驅(qū)動下，融合大數(shù)據(jù)智能、人機(jī)混合增強(qiáng)智能、群體智能等新一代人工智能技術(shù)形成的新一代智能制造。

談及在鍛造行業(yè)的智能制造項目時，孫勇說到：“我們符合了智能制造三個基本范式的內(nèi)在規(guī)律，一方面，三個基本范式各有自身階段的特點(diǎn)和重要解決的問題，體現(xiàn)了先進(jìn)信息技術(shù)與先進(jìn)制造技術(shù)融合發(fā)展的階段性特征；另一方面，三個基本范式在技術(shù)上是次第展開、相互交織、彼此迭代升級的，對于我國鍛造行業(yè)而言，應(yīng)采取三個基本范式并行推進(jìn)、融合發(fā)展的技術(shù)路線，是我國作為新興工業(yè)國家實(shí)現(xiàn)彎道超車的關(guān)鍵?！?/p>

孫勇接著通過四個做過的項目，闡述三個范式的內(nèi)在關(guān)系：“我們最早的智能制造專項‘年產(chǎn)百萬件曲軸的鍛造數(shù)字化車間的研究’，建成百萬產(chǎn)能的鍛造數(shù)字化車間，研發(fā)了機(jī)器視覺在線檢測技術(shù)，構(gòu)建了數(shù)字化車間網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)架構(gòu)和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，對設(shè)備、質(zhì)量和能源進(jìn)行管理。在之后的智能制造專項‘汽車復(fù)雜鍛件智能制造新模式’，我們研發(fā)了三維在線測量技術(shù)，并基于ISA95 模型，以MES 系統(tǒng)為核心，集成了世界一流的SAP 的ERP 系統(tǒng)、Siemens 的PLM系統(tǒng)，構(gòu)建了完整的智能工廠信息化系統(tǒng)，對工單和物料進(jìn)行全面管理，形成了準(zhǔn)時生產(chǎn)、精益生產(chǎn)和敏捷制造的鍛造智能化車間軟件體系。我們做的第三個智能制造專項‘商用車鋁合金車輪智能制造新模式應(yīng)用’，突破基于激光標(biāo)識系統(tǒng)和機(jī)器視覺識別系統(tǒng)的單件物料全流程追溯技術(shù)；構(gòu)建了連接車間所有設(shè)備、傳感器、儀表、終端、看板的完善的數(shù)字化車間網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，實(shí)現(xiàn)單班次百萬級數(shù)據(jù)采集，建立了大數(shù)據(jù)基礎(chǔ)的智能工廠運(yùn)行評價體系。在實(shí)施第四個智能制造專項‘鍛旋鋁合金輪轂智能制造新模式應(yīng)用’時，我們建立了‘綠色制造與智能制造的集成應(yīng)用’、‘基于全國產(chǎn)智能裝備的柔性制造和網(wǎng)絡(luò)制造’、‘面向定制化需求的軟件集成’的智能制造新模式。經(jīng)過四個智能制造專項的設(shè)計和實(shí)施，我們逐步形成了鍛造行業(yè)較為完整的智能制造體系?！?/p>

緊密合作，借力互贏

實(shí)現(xiàn)智能制造不是簡單的系統(tǒng)集成，在鍛造行業(yè)實(shí)現(xiàn)智能制造的過程中會衍生出多種新的技術(shù)，比如熱態(tài)下工件表面標(biāo)識技術(shù)、三維尺寸測量技術(shù)、機(jī)器視覺技術(shù)等。如何突破這些新難題？孫勇說，“我們會設(shè)立專門團(tuán)隊，通過與武漢惟景、武漢雷恩波、濟(jì)南東科、康耐視等專業(yè)公司合作，深入研究、反復(fù)試驗，在多個工業(yè)現(xiàn)場驗證，最終突破了多個熱成形過程中技術(shù)難點(diǎn)并形成了成套技術(shù)。”

智能制造在智慧工廠范疇內(nèi)的承擔(dān)主體是MES，而MES 是對整個車間制造過程進(jìn)行優(yōu)化管理，從而實(shí)現(xiàn)精益制造。但在鍛造行業(yè)，缺乏懂業(yè)務(wù)、懂流程的精益專家，造成實(shí)施主體在軟件開發(fā)時，系統(tǒng)實(shí)施不落地，解決不了限制企業(yè)發(fā)展的瓶頸問題。在談到如何解決這個問題時，孫勇說“在經(jīng)歷了若干的研究和探索后，我們以具備精益制造思想的德國MES 平臺為基礎(chǔ)，利用其積累了40 年的行業(yè)經(jīng)驗，將其與企業(yè)現(xiàn)有的IT 環(huán)境高度集成，實(shí)現(xiàn)從管理層到生產(chǎn)車間層的管控透明化，并在其基礎(chǔ)上建立了適合鍛造行業(yè)和企業(yè)的精益制造管理流程和體系?！?/p>

智能制造的核心是工業(yè)軟件，工業(yè)軟件是工業(yè)知識、工作經(jīng)驗和技術(shù)訣竅的集大成者。Deform 就是最好的具備鍛造行業(yè)工業(yè)知識和經(jīng)驗的工業(yè)軟件，但在MES、ERP、PLM 軟件方面，普遍缺乏鍛造行業(yè)工業(yè)知識和經(jīng)驗，再先進(jìn)的IT 技術(shù)，都無法實(shí)現(xiàn)鍛造行業(yè)的智能制造。這是需要解決的第三個難題。孫勇帶領(lǐng)團(tuán)隊參考石化盈科、上海寶信、蘭光創(chuàng)新等具備行業(yè)工業(yè)知識和經(jīng)驗的軟件公司，在石化、鋼鐵冶金、機(jī)加工等行業(yè)領(lǐng)域的成功案例。同時依托機(jī)電研究所在行業(yè)實(shí)施的眾多項目，積累行業(yè)大數(shù)據(jù)、故障案例，搭建鍛壓裝備遠(yuǎn)程運(yùn)維云平臺。研究機(jī)器學(xué)習(xí)的鍛造工藝參數(shù)迭代優(yōu)化方法，將鍛造行業(yè)的工藝知識和經(jīng)驗通過沉淀、積累、固化，形成完整的適用于鍛造行業(yè)的工業(yè)軟件體系。

優(yōu)化流程，精益求精

在談及鍛造企業(yè)上MES 系統(tǒng)時，孫勇指出普遍存在的三大誤區(qū)。⑴盲目追求“大而全”，做“大而全”的MES 會湮沒主要目標(biāo)。很多企業(yè)在第一次做MES 時，MES 有的工單計劃、設(shè)備、能源、質(zhì)量、物料等十一個模塊一起上，每個模塊設(shè)計幾個功能，就開始實(shí)施了。這樣往往導(dǎo)致需求蔓延，實(shí)際上是需求不清晰。把精力投入在無價值或價值不大的業(yè)務(wù)流程上，并且每一個流程或功能又不能深入，這樣的實(shí)施效果往往非常差。⑵注重IT 技術(shù)和IT 人才，缺乏精益專家和精益的管理體系。很多企業(yè)信息化部門過分關(guān)注IT 技術(shù)。IT 技術(shù)不是不重要，但是明確的需求分析、清晰的流程梳理、完善的精益體系更重要。精益是對生產(chǎn)中的過度生產(chǎn)、等待、物料轉(zhuǎn)運(yùn)、庫存、缺陷返工進(jìn)行聚焦，并由MES 提供各種量化的方法和工具，來消除問題，以實(shí)現(xiàn)高效、高質(zhì)、高一致性、低耗的高性能制造。⑶IT 與OT 的不融合，也就是自動化系統(tǒng)（PLC、DNC 等）與信息化系統(tǒng)不融合。很多企業(yè)負(fù)責(zé)OT 的是設(shè)備部門，他們關(guān)注的是設(shè)備和生產(chǎn)線的正常運(yùn)轉(zhuǎn)，認(rèn)為MES 是信息化部門的事情，在建設(shè)的時候，也是分開考慮的，這就是一個誤區(qū)。之前OT 與IT 的融合是存在一些技術(shù)壁壘的，但隨著OPC UA 技術(shù)、基于中間件的多協(xié)議轉(zhuǎn)換技術(shù)、邊緣計算技術(shù)的興起，這些技術(shù)壁壘很容易被打破。而IT與OT 的融合，就是通過打通制造執(zhí)行系統(tǒng)與運(yùn)營管理系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)鏈路，并將兩者整合在一個統(tǒng)一的信息平臺上，從而幫助企業(yè)提升在生產(chǎn)管理、運(yùn)營決策與制造執(zhí)行等方面的綜合效益。

MES 與ERP、PLM 及自動化系統(tǒng)相集成，是目前公認(rèn)的智能制造的整體架構(gòu)。孫勇及其團(tuán)隊基于精益制造的思想和以降低企業(yè)綜合運(yùn)營成本為目標(biāo)，為鍛造企業(yè)設(shè)計了精益制造的流程、評價體系和指標(biāo)，主要包括以下五點(diǎn)：⑴了解下料、鍛造、熱處理、機(jī)加工、后處理等工序工作中心的標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)能，分析全制造流程的產(chǎn)能匹配，找出瓶頸工序。確定推動，拉動或推拉相結(jié)合的生產(chǎn)方式、熱處理爐的最佳經(jīng)濟(jì)生產(chǎn)規(guī)模、坯料的最優(yōu)安全庫存。⑵在ERP 制造BOM 的基礎(chǔ)之上確定工作中心。根據(jù)訂單總量、準(zhǔn)訂單，確定MPS（主生產(chǎn)計劃），繼而由MRP 結(jié)合能力需求計劃計算、BOM（物料清單）、庫存信息生成各工作中心生產(chǎn)任務(wù)。⑶利用圖形化排產(chǎn)工具，把工作中心的生產(chǎn)任務(wù)分配到各生產(chǎn)單元，產(chǎn)生工單，并以工單為虛擬載體集成產(chǎn)量、生產(chǎn)效率、廢品率、設(shè)備利用率、能源消耗等信息，以物料為實(shí)際載體集成原材料到成品的全流程質(zhì)量信息。⑷現(xiàn)場可視化看板展示并啟動工單，依托IT 與OT 的融合，實(shí)時采集生產(chǎn)進(jìn)程、設(shè)備利用率、廢品率、能源消耗、工藝參數(shù)、質(zhì)量等數(shù)據(jù)，工單完成后自動報工，并根據(jù)運(yùn)輸產(chǎn)品數(shù)量和目的地的不同生成不同的運(yùn)輸工單，實(shí)現(xiàn)中間在制品的透明化，提高中間在制品在各工作中心的流轉(zhuǎn)效率。⑸以鍛造單元計劃完成率、各工作中心的WIP（在制品）數(shù)量、各設(shè)備生產(chǎn)時間，停轉(zhuǎn)或空轉(zhuǎn)時間、單件能耗、班組廢品率、物料周轉(zhuǎn)率、訂單完成率等評價指標(biāo)，綜合評價企業(yè)的生產(chǎn)運(yùn)營情況，并依據(jù)透明化、指標(biāo)化數(shù)據(jù)優(yōu)化生產(chǎn)過程，實(shí)現(xiàn)精益制造。

一專多能，科研創(chuàng)新

智能制造是先進(jìn)制造技術(shù)與先進(jìn)信息技術(shù)的深度融合，在鍛造行業(yè)甚至其他制造行業(yè)，未來都需要多學(xué)科交叉的復(fù)合型人才，既要掌握鍛造工藝、成形裝備等方面的基本理論和基本知識，也要掌握控制、優(yōu)化和調(diào)度學(xué)科的理論和方法；既要有扎實(shí)的基礎(chǔ)學(xué)科的基本理論和實(shí)驗技能，也要了解人工智能基本理論和方法；既要能熟練運(yùn)用自己的專業(yè)知識去分析問題、解決問題，更要注重培養(yǎng)自身發(fā)現(xiàn)問題的能力。

孫勇介紹到：“我1993 年畢業(yè)于吉林工業(yè)大學(xué)電子工程系工業(yè)電氣自動化專業(yè)，分配至北京機(jī)電研究所參加工作，后來在機(jī)械科學(xué)研究總院讀了研究生，拿到了博士學(xué)位。在工作的前期，從事鍛壓裝備的交直流傳動、伺服控制、PLC 控制。2006 年開始從事基于現(xiàn)場總線的鍛造自動化生產(chǎn)線集成控制工作。2013年開始從事鍛造行業(yè)智能制造相關(guān)工作。從1993 年至今的27 年時間里，我一直在科研院所這個系統(tǒng)。

“作為研究生導(dǎo)師，很清楚從事智能制造的人才，要學(xué)會打破應(yīng)試教育模式下的被動學(xué)習(xí)思維，培養(yǎng)自身創(chuàng)新意識。我在對研究生進(jìn)行培養(yǎng)時，一方面注重培養(yǎng)科研創(chuàng)新能力，另一方面注重培養(yǎng)工程實(shí)踐能力。在科研創(chuàng)新能力方面，我們目前正在重點(diǎn)研究OPC UA、5G 工業(yè)應(yīng)用、數(shù)字孿生和鍛造行業(yè)云平臺等技術(shù)，需要研究生保持對熱點(diǎn)技術(shù)的敏銳力和創(chuàng)新力；而作為一名智能制造的復(fù)合型人才，很多新技術(shù)、新方法、新理論都是依托科研項目在工業(yè)現(xiàn)場進(jìn)行反復(fù)試驗驗證的，因此具有良好的工程實(shí)踐能力也是我培養(yǎng)的目標(biāo)之一?！?/p>

結(jié)束語

在采訪的最后，孫勇說道：“行業(yè)內(nèi)一部分企業(yè)家更加重視企業(yè)的數(shù)字化轉(zhuǎn)型升級，比如應(yīng)用了PLM、ERP、MES 的企業(yè)，在常態(tài)下幫助企業(yè)提高員工的協(xié)作效率，提高生產(chǎn)與運(yùn)營的透明度。一部分企業(yè)家增加了對基于工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的遠(yuǎn)程智能服務(wù)需求，通過增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)AR 等技術(shù)進(jìn)行遠(yuǎn)程指導(dǎo)，以及對設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)控進(jìn)行預(yù)警等智能服務(wù)?！苯衲觌m然是面臨嚴(yán)峻挑戰(zhàn)的一年，但也是引起了制造企業(yè)對智能制造更加重視的一年，是挑戰(zhàn)和機(jī)遇并存的一年。“誰無暴風(fēng)勁雨時，守得云開見月明?！毕嘈沤?jīng)受住這次疫情考驗的鍛造企業(yè)，未來會越做越好。