胡 建

研究 Research

制造企業(yè)智能制造轉(zhuǎn)型思考

胡 建

（重慶川儀調(diào)節(jié)閥有限公司，重慶市 400000）

長(zhǎng)期以來(lái)，企業(yè)為客戶創(chuàng)造價(jià)值的流程涵蓋研發(fā)、采購(gòu)、生產(chǎn)、銷售和售后服務(wù)，大多數(shù)企業(yè)僅僅在銷售和服務(wù)環(huán)節(jié)直接面對(duì)客戶，如圖1所示。

圖1 傳統(tǒng)時(shí)代

在數(shù)字化時(shí)代，企業(yè)要滿足客戶需求，就必須在各個(gè)環(huán)節(jié)全面貼近客戶。因此，企業(yè)的數(shù)字化流程必須與上下游客戶的全流程對(duì)應(yīng)、打通，才能高效地滿足客戶需求，才是高效的流程，如圖2所示。

因此，數(shù)字化轉(zhuǎn)型首先應(yīng)實(shí)現(xiàn)全流程的數(shù)字化，利用各種信息系統(tǒng)打通數(shù)據(jù)鏈路管理，如圖3所示。比如產(chǎn)品全生命周期管理（PLM）系統(tǒng)、制造運(yùn)營(yíng)管理（MOM）系統(tǒng)、客戶關(guān)系管理（CRM）系統(tǒng)和倉(cāng)儲(chǔ)管理系統(tǒng)（WMS）等，通過(guò)構(gòu)建單點(diǎn)業(yè)務(wù)環(huán)節(jié)信息系統(tǒng)，全面優(yōu)化企業(yè)的研發(fā)、生產(chǎn)和經(jīng)營(yíng)流程，提高管理效率。橫向價(jià)值流是價(jià)值產(chǎn)生和交付的過(guò)程，包括從訂單處理到產(chǎn)品設(shè)計(jì)、物料采購(gòu)、生產(chǎn)加工和產(chǎn)品交付的整個(gè)價(jià)值鏈。

圖2 數(shù)字化時(shí)代

圖3 全流程數(shù)字化

全流程數(shù)字化實(shí)際是信息化深度應(yīng)用階段，在大數(shù)據(jù)、工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)、云技術(shù)和人工智能等新興技術(shù)的興起，驅(qū)動(dòng)企業(yè)開(kāi)始對(duì)原有的運(yùn)營(yíng)模式進(jìn)行數(shù)字化轉(zhuǎn)型，包括營(yíng)銷數(shù)字化、供應(yīng)鏈數(shù)字化和制造數(shù)字化等。從原有的信息化階段向數(shù)字化階段進(jìn)行轉(zhuǎn)變，通過(guò)數(shù)字化轉(zhuǎn)型將大數(shù)據(jù)技術(shù)、人工智能技術(shù)等先進(jìn)數(shù)字技術(shù)與制造技術(shù)、產(chǎn)品研發(fā)和市場(chǎng)營(yíng)銷等相關(guān)專業(yè)知識(shí)深度融合，在制造模式、制造方法及生態(tài)系統(tǒng)方面促成一場(chǎng)顛覆性變革，才能給企業(yè)帶來(lái)新的出路。在整個(gè)價(jià)值鏈的每一個(gè)環(huán)節(jié)都產(chǎn)生大量的數(shù)據(jù)，針對(duì)每個(gè)環(huán)節(jié)都進(jìn)行縱向信息流的深度挖掘，最終實(shí)現(xiàn)數(shù)字化管控、數(shù)字化決策，從而實(shí)現(xiàn)智能制造。

要實(shí)現(xiàn)全流程數(shù)字化，首當(dāng)其沖是精益化，即精益化的管理，通過(guò)精益管理，優(yōu)化流程，建立標(biāo)準(zhǔn)的作業(yè)模式。因此，智能制造應(yīng)遵循精益化—自動(dòng)化—信息化—數(shù)字化—智能化的模式推進(jìn)，如表1所示。

表1 智能制造推進(jìn)模式

下面以重慶川儀調(diào)節(jié)閥有限公司的智能制造建設(shè)為例，說(shuō)明調(diào)節(jié)閥公司智能制造建設(shè)之路。

智能制造是“中國(guó)制造2025”的主攻方向，是制造業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)的重要手段，是未來(lái)工業(yè)發(fā)展的主要趨勢(shì)。智能調(diào)節(jié)閥是工業(yè)自動(dòng)化控制系統(tǒng)重要的組成部分，是流程工業(yè)智能化生產(chǎn)的關(guān)鍵設(shè)備，承載著生產(chǎn)實(shí)時(shí)優(yōu)化、節(jié)能降耗和安全保障的重任。隨著流程工業(yè)數(shù)字化、智能化發(fā)展，以及自主可控與國(guó)產(chǎn)化替代的迫切需求，智能調(diào)節(jié)閥生產(chǎn)制造呈現(xiàn)出高參數(shù)化（高溫、零泄漏）、高安全性、高附加值、多品種多規(guī)格和個(gè)性化定制的大趨勢(shì)，對(duì)生產(chǎn)制造信息化、設(shè)計(jì)系統(tǒng)智能化、關(guān)鍵設(shè)備數(shù)字化和網(wǎng)絡(luò)化的要求越來(lái)越高。企業(yè)要高質(zhì)量發(fā)展，通過(guò)復(fù)制產(chǎn)線和人力的發(fā)展方式客觀條件已經(jīng)不再具備，調(diào)節(jié)閥的數(shù)字化、智能化建設(shè)為必經(jīng)之路。同時(shí)綜合應(yīng)用5G、工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)、人工智能、大數(shù)據(jù)、虛擬現(xiàn)實(shí)、數(shù)字孿生、云計(jì)算、物聯(lián)網(wǎng)和區(qū)塊鏈等新一代信息技術(shù)，打造企業(yè)5G內(nèi)網(wǎng)、工業(yè)AR/VR和數(shù)字孿生等場(chǎng)景應(yīng)用，提升生產(chǎn)制造能力，使企業(yè)降本增效，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過(guò)程數(shù)字化、車間信息集成化和企業(yè)管理智能化水平有效提升，形成具有離散制造業(yè)特點(diǎn)的工業(yè)儀表創(chuàng)新智能示范 工廠。

智能工廠的技術(shù)架構(gòu)搭建自下向上分為五層，如圖4所示。

1）現(xiàn)場(chǎng)層：基礎(chǔ)設(shè)施的5G/4G/WiFi等通信網(wǎng)絡(luò)、機(jī)房設(shè)施和安全設(shè)施等，也包括智能設(shè)備的傳感器、儀器儀表、射頻識(shí)別、數(shù)控機(jī)床、機(jī)器人等感知和執(zhí)行單元，完成操作級(jí)的基礎(chǔ)自動(dòng)化。

圖4 智能工廠平臺(tái)系統(tǒng)架構(gòu)

2）控制層：包括可編程序邏輯控制器（PLC）、分布式控制系統(tǒng)（DCS）和工業(yè)無(wú)線控制系統(tǒng)等，完成機(jī)組執(zhí)行級(jí)的過(guò)程控制。

3）業(yè)務(wù)管理和制造執(zhí)行層：運(yùn)行系統(tǒng)由控制生產(chǎn)線進(jìn)行生產(chǎn)的系統(tǒng)所構(gòu)成，主要包括制造執(zhí)行系統(tǒng)（MES）、產(chǎn)品生命周期管理軟件（PLM）等，完成生產(chǎn)廠命令級(jí)的短期生產(chǎn)控制。管理系統(tǒng)由企業(yè)資源計(jì)劃系統(tǒng)（ERP）、供應(yīng)鏈管理和客戶管理系統(tǒng)等構(gòu)成，完成企業(yè)管理級(jí)的整體管控。

4）決策層：由決策分析、績(jī)效管理、商務(wù)智能和企業(yè)運(yùn)營(yíng)分析等構(gòu)成，完成企業(yè)戰(zhàn)略級(jí)的長(zhǎng)期經(jīng)營(yíng)決策支持。采用“云、大、移、物、智、數(shù)、區(qū)”新一代信息技術(shù)，實(shí)現(xiàn)制造資源間的連接及制造資源與企業(yè)管理系統(tǒng)間的連接，在保障信息安全的前提下，協(xié)同企業(yè)內(nèi)外部的信息共享，造就了個(gè)性化定制、協(xié)同制造等服務(wù)型制造新模式。

基于此架構(gòu)，公司充分設(shè)計(jì)了26個(gè)綜合應(yīng)用場(chǎng)景，其中重點(diǎn)有設(shè)備聯(lián)網(wǎng)與數(shù)據(jù)采集、機(jī)器人遠(yuǎn)程噴焊系統(tǒng)和數(shù)字化交付平臺(tái)等。

1 設(shè)備聯(lián)網(wǎng)與數(shù)據(jù)采集

產(chǎn)品制造5G+應(yīng)用場(chǎng)景的角度，主要是圍繞傳統(tǒng)業(yè)務(wù)和運(yùn)營(yíng)優(yōu)化的兩大應(yīng)用組成，技術(shù)實(shí)施通過(guò)基于工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)打通OT數(shù)據(jù)與IT數(shù)據(jù)，以數(shù)據(jù)為驅(qū)動(dòng)實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)管理從局部改善到綜合集成優(yōu)化的方法。

針對(duì)川儀調(diào)節(jié)閥生產(chǎn)線物流AGV小車、加工機(jī)床以及壓力試驗(yàn)裝置，根據(jù)不同設(shè)備的不同特點(diǎn)，對(duì)已有自控系統(tǒng)的設(shè)備，可采用通信讀取、寫入的方式進(jìn)行設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)參數(shù)的遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)和控制；對(duì)沒(méi)有自控的，則采用加裝傳感器的方式進(jìn)行設(shè)備能耗和啟停狀態(tài)參數(shù)的遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)和分析。

由于工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展，對(duì)底層設(shè)備數(shù)據(jù)采集需求不斷增加，傳統(tǒng)工廠采用WiFi、NB-IoT和Zigbee等實(shí)現(xiàn)設(shè)備連接，但傳輸速率、覆蓋范圍、延遲、可靠性和安全性等方面還存在各自的局限性，在工業(yè)復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)采集與傳輸中的應(yīng)用較少。通過(guò)5G采集網(wǎng)卡與底層設(shè)備PLC進(jìn)行通信，基于5G海量連接的工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)，全面監(jiān)控工廠人、機(jī)、料、法、環(huán)和測(cè)等生產(chǎn)數(shù)據(jù)，生產(chǎn)數(shù)據(jù)的采集和車間工況、設(shè)備狀態(tài)的監(jiān)控愈發(fā)重要，能為生產(chǎn)的決策、調(diào)度和運(yùn)維提供可靠的依據(jù)，如表2所示。

表2 生產(chǎn)設(shè)備數(shù)據(jù)采集點(diǎn)

5G網(wǎng)絡(luò)的大連接、低時(shí)延優(yōu)勢(shì)，可將工廠內(nèi)海量的生產(chǎn)設(shè)備及關(guān)鍵部件進(jìn)行互聯(lián)，并提升生產(chǎn)數(shù)據(jù)采集的及時(shí)性，為生產(chǎn)流程優(yōu)化管理提供網(wǎng)絡(luò)支撐，如圖5所示。

圖5 數(shù)據(jù)傳輸改造示意圖

結(jié)合5G通信模塊，采用多接入邊緣網(wǎng)絡(luò)技術(shù)（MEC），利用就近的網(wǎng)絡(luò)基站組成無(wú)線私有網(wǎng)絡(luò)，讓儀表數(shù)據(jù)在通信模塊、基站和數(shù)據(jù)服務(wù)器構(gòu)成的網(wǎng)絡(luò)空間流動(dòng)，如圖6、圖7所示。既滿足了高速的數(shù)據(jù)通信，又達(dá)到了數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)與互聯(lián)網(wǎng)公網(wǎng)的有效隔離，滿足了數(shù)據(jù)安全性的需求。

圖6 電流電量傳感器

圖7 現(xiàn)場(chǎng)信號(hào)箱

2 機(jī)器人遠(yuǎn)程噴焊系統(tǒng)

智能噴焊系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，利用5G高帶寬、低延時(shí)特性上傳執(zhí)行視頻和噴涂過(guò)程數(shù)據(jù)下傳控制指令，整個(gè)控制系統(tǒng)采用基于5G的Ethernet/IP通信協(xié)議，實(shí)現(xiàn)一網(wǎng)到底；噴焊系統(tǒng)能獨(dú)立運(yùn)行，也可以向ERP、MES等系統(tǒng)對(duì)接上傳、下載等功能，實(shí)現(xiàn)智能工廠的智能化管理；同時(shí)系統(tǒng)整合VR/AR/MR技術(shù)+5G傳輸技術(shù)，利用混合現(xiàn)實(shí)手段將實(shí)時(shí)噴涂畫面與感知數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)疊加后，工程師可在噴焊房外第一人稱視角監(jiān)控噴焊過(guò)程狀態(tài)，并進(jìn)行遠(yuǎn)程控制。

噴焊系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了對(duì)加熱裝置、合金粉熔化與控制裝置等關(guān)鍵設(shè)備的應(yīng)急控制，對(duì)生產(chǎn)過(guò)程中突發(fā)事件，實(shí)現(xiàn)自主停機(jī)并報(bào)警，也可工程師實(shí)現(xiàn)一鍵應(yīng)急控制，大大提高生產(chǎn)安全性。同時(shí)，通過(guò)建設(shè)智能噴焊系統(tǒng)，直接避免了工程師處于高溫和密閉空間的噴焊操作，做到了安心生產(chǎn)和放心生產(chǎn)，也極大地提高了生產(chǎn)效率和生產(chǎn)質(zhì)量。

3 數(shù)字化交付平臺(tái)

將5G與增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)（Augmented Reality, AR）相結(jié)合，對(duì)于閥門產(chǎn)品出售給客戶后，客戶發(fā)現(xiàn)閥門出現(xiàn)問(wèn)題，需要川儀調(diào)節(jié)閥工程師現(xiàn)場(chǎng)巡檢及維修，需要聯(lián)系后端資深專家進(jìn)行指導(dǎo)；建立一套“5G+AR”的遠(yuǎn)程維保系統(tǒng)，資深專家在后端通過(guò)此系統(tǒng)指導(dǎo)普通技術(shù)工人完成閥門遠(yuǎn)程售后技術(shù)支撐、閥門維修全過(guò)程的實(shí)時(shí)指導(dǎo)監(jiān)控；供應(yīng)商工程師佩戴AR智能眼鏡通過(guò)5G網(wǎng)絡(luò)將現(xiàn)場(chǎng)盤查視頻傳輸至川儀調(diào)節(jié)閥側(cè)，實(shí)現(xiàn)零件質(zhì)量的遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)，最大限度地提高售后故障維修、零件供應(yīng)檢查的工作效率。

“5G+AR”遠(yuǎn)程維保系統(tǒng)利用鏡上人機(jī)界面將數(shù)據(jù)內(nèi)容與現(xiàn)場(chǎng)實(shí)景內(nèi)容進(jìn)行疊加，如圖8所示。采集實(shí)景后利用5G技術(shù)的超低延時(shí)傳輸，在邊緣側(cè)進(jìn)行圖像分析、信息提取、系統(tǒng)聯(lián)動(dòng)和物聯(lián)數(shù)據(jù)聯(lián)動(dòng)等，生成反饋內(nèi)容并利用AR眼鏡進(jìn)行光學(xué)成像，使維修工程師觀看維修區(qū)實(shí)際運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)的同時(shí)，獲取多方面信息，大幅提升售后效率。

圖8 “5G+AR”遠(yuǎn)程指導(dǎo)示意圖