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去年8月份,国务院国资委印发《关于加快推进国有企业数字化转型工作的通知》,今年两会前夕,工信部发言人也强调,要实施制造业数字化转型行动、智能制造工程、中小企业数字化改造等。制造企业数字化转型或改造是企业的自我革新,好比凤凰涅槃,可以理解为智能制造的前期工作(第一阶段工作),转型后的直接表现是建设成一批数字化车间/工厂、智能工厂等。可以预见的是,2021年将会有更多的注塑企业投入到数字化转型当中。
在之前的内容中我们提到,制造企业推进智能制造,根据不同的阶段,主要是建设数字化工厂,全面数字化工厂(基本智能的工厂),真正智能的工厂(高度智能的工厂),这也基本对应了智能制造的三个基本范式。目前在业内有很多叫法,如“黑灯工厂”、“无人工厂”、“灯塔工厂”、“未来工厂”,这些本质上都是不同水平或阶段的智能工厂。
以注塑产业比较集中的浙江省为例,2019年和2020年,浙江省经信厅先后认定了两批数字化车间/智能工厂,共计263家项目,以机械、汽车、电子、医药、石化、纺织、轻工、建材、冶金等行业为主。其中与注塑产业相关的有十几家,如宁波吉德电器有限公司的洗衣机数字化车间,浙江天喜厨电股份有限公司的智能厨电产品数字化车间项目,舟山市银岱汽车零部件有限公司的年产3500万件汽车遮阳板骨架数字化注塑车间,德清申达机器制造有限公司的高端精密节能注塑装配制造智能工厂,浙江威邦机电科技有限公司的威邦机电注塑数字化车间等。此外在2020年12月份,也认定了首批12家“未来工厂”,16家“未来工厂”培育名单,重点聚焦“415”产业集群和重点产业链。近期浙江省经信厅制定了《数字经济系统建设方案》,提出全力打造以“未来工厂”为引领、智能工厂(数字化车间)为主体的新智造群体,推进产业数字化智能化绿色化发展。注塑企业该如何看待数字化车间、智能工厂、未来工厂呢,一起借助相关的标准思考一下。
数字化车间是以生产对象所要求的工艺和设备为基础,以信息技术、自动化、测控技术等为手段,用数据连接车间不同单元,对生产运行过程进行规划、管理、诊断和优化。
智能工厂是通过系统集成、数据互通、人机交互、柔性制造以及信息分析优化等手段,实现对多个数字化车间的统一管理与协调生产。同时,对车间的各类生产数据进行采集、分析与决策,并将优化信息再次传送到数字化车间,实现车间精准、柔性、高效、节能生产。
未来工厂是指广泛应用数字孪生、物联网、大数据、人工智能、工业互联网等技术,实现数字化设计、智能化生产、智慧化管理、协同化制造、绿色化制造、安全化管控和社会经济效益大幅提升的现代化工厂。当前未来工厂的标准和门槛有所变化!
注塑产业主要属于离散制造业,浙江省对三类项目的建设标准要素都做出了较为明确的说明。其中数字化车间/智能工厂主要有9项要素,未来工厂有7项,具体对比如下。
三类项目建设标准要素介绍
数字化车间/智能工厂建设标准要素简介 | 未来工厂建设标准要素简介 | ||
车间/工厂设计数字化 | 车间/工厂的总体设计、工艺流程及布局已建立数字化模型,并进行模拟仿真,实现规划、生产、运营全流程数字化管理。 |
数字孪生应用 | 综合应用三维建模、计算机仿真、VR/ (AR和物联网等技术,构建产品、设备和产线的数字孪生模型,实现产品设计、物理设备和生产过程的实时可视化展示和迭代优化 |
产品设计数字化
| 采用CAD等技术,实现产品数字化设计。采用CAPP、设计和工艺路线仿真、可靠性评价等先进技术,实现工艺数字化设计及仿真优化。建立PDM,实现产品多配置管理、研发项目管理,产品设计、工艺数据的集成管理。 |
智能化生产 | 建立工厂网络系统,鼓励运用5G、人工智能等技术,广泛应用智能生产设备、检测设备、物流设备,依托SCADA 、ERP、APS、MES、WMS等信息化系统,实现物资采购计划调度、生产作业、仓储配送的数据自动采集、在线分析和优化执行,提高生产计划准确性和生产过程的可控性,工厂或车间实现少人化、无人化。 |
制造过程装备数字化 | 建立生产过程数据自动采集和分析系统,实现生产进度、现场操作、质量检验、设备状态、物料传送等生产现场90%数据自动上传,并实现可视化管理。采用机器视觉等智能感知先进技术,实现工艺质量参数的在线测量及设备安全运行状态的在线监测。关键装备数控化率达到70%以上。 |
智慧化管理 | 建立工业互联网平台和数据中心,通过ERP、PLM、SCM、CRM等集成应用,实现数据共享共用,在采购、生产、销售、质量等方面实现协同管理,推进企业生产、运营和决策的智慧化管理。 |
制造过程管理信息化 | 建立MES,实现制造数据、计划排产、生产调度、质量、设备、能效等管理功能。建立ERP,实现供应链、物流、成本等企业经营管理功能,以系统化思维和供应链管理为核心,科学配置资源,优化运行模式,改善业务流程,提高决策效率。建立WMS、BOM,实现生产制造现场物流与物料的精准管控。 |
协同化制造 | 鼓励龙头企业依托工业互联网平台,实现人员、设备、数据等信息要素共享,打通企业间的物流、资金流、信息流等,实现设计、供应、制造和服务资源的在线共享和优化配置。鼓励整合行业内中小企业产供销资源,打造云上产业链,突破工厂物理界限,实现制造资源的动态分析和柔性配置。 |
数据互联互通
| 实现高档数控机床与工业机器人等关键技术装备之间的信息互联互通与集成。建立企业级的统一数据平台,整合数据资源,支持跨部门及部门内部常规数据分析。建立工厂内部通信网络架构,实现设计、工艺、制造、检验、物流等制造过程各环节之间,以及制造执行系统MES、ERP、SCM、CRM、等关键信息化管理系统之间的信息互联互通与集成,并做好安全保障。 |
绿色化制造 | 建立能源综合管理监测系统,对主要耗能设备实现实时监测与管理;建立产耗预测模型,实现能源资源的优化调度、平衡预测和节能管理;建立环保监测系统,实现从清洁生产到末端治理的全过程环保数据采集、实时监控及报警,开展可视化分析。 |
物流配送信息化 | 实现仓储配送与生产计划、制造执行以及企业资源管理等业务的集成,能够基于生产线实际生产情况拉动物料配送,根据客户和产品需求调整目标库存水平。 |
安全化管控 | 设立安全管理机构,制定风险管控准则和风险管控流程。开展安全预警,实现生产过程中人员、物料、过程、设备、环境、信息等六类安全风险要素的智能化管控,定期开展风险评估。 |
能源资源利用集约化 | 建立能源综合管理监测系统,主要耗能设备实现实时监测与控制。建立产耗预测模型,水、电、气(汽)、煤、油以及物料等消耗实现实时监控、自动分析,实现能源资源的优化调度、平衡预测和有效管理。 |
社会经济效益 | 企业提质增效成果显著,生产效率、资源综合利用率大幅提升,研制周期、运营成本、产品不良品率显著降低。突破一批关键技术,形成一批专利、标准和经验成果,培育一批专业人才队伍。 |
综合经济指标 | 实现生产效率高20%以上,能源利用率提高10%以上,运营成本降低20%以上,产品研制周期缩短30%以上,产品不良品率降低20%以上。 | ||
其他关键要素 | 关键制造装备采用人工智能技术,通过嵌入计算机视听觉、等技术,实现制造装备的自感知、自学习、自适应、自控制。制订智能制造相关的基础共性和关键技术标准或行业应用基础性标准,研制具有自主知识产权的核心技术装备或关键短板装备,拥有智能制造相关的授权发明专利、软件著作权。 |
关键词介绍:数据采集与监视控制系统(SCADA)、资源计划系统(ERP)、高级计划排程(APS)、制造执行系统(MES)、仓储管理系统(WMS)、产品生命周期管理(PLM)、供应链管理系统(SCM)、客户关系管理系统(CRM)、产品数据管理系统(PDM)、物料清单系统(BOM)、计算机辅助设计(CAD)、计算机辅助工艺规划(CAPP)。
这里需要说明的是,认定和培育的未来工厂,此前已经被认定为智能工厂。从上述的标准要素中不难看出,未来工厂的要求要远大于数字化车间/智能工厂。对于大多数注塑企业来说,数字化车间/智能工厂的部分要求是有一定门槛的,可以作为努力的方向和参考。如产品设计数字化,很多注塑企业本身是没有产品设计的(主要是外包),设计和工艺路线仿真也用不着,甚至没有考虑过;装备的数字化中,90%数据自动上传,前体是解决好数据从哪里来,怎么采集到关键数据,并做初步分析,这个要求在很多企业达不到;机器视觉等智能感知技术有很强的场景性(目前主要是产品质检),除了核心的算法外,对网络也有一定要求。在数据互联互通方面,高档数控机床与工业机器人在中小注塑企业的使用率并不高,小家电类注塑企业在装配线上还需要投入大量人力,如何建立企业级的统一数据平台,整合数据资源,这个不是一朝一夕,上线一套系统就可以解决好的。此外在综合经济指标方面,运营成本降低20%以上,产品研制周期缩短30%以上,产品不良品率降低20%以上,对于此前信息化基础很好的企业,很难再有如此大的提升,毫不夸张的说,这一项要求足以劝退90%以上的注塑企业。
至于未来工厂里提到的数字孪生应用、智慧化管理、协同化制造、绿色化制造加在一起,让绝大多数注塑企业望尘莫及,下文列举了未来工厂建设参考要素指标。其中标注的方面很多都是高投入、高门槛、高难度,不再做具体解读。
未来工厂建设参考要素指标
参考要素 | 主要建设内容 | |
数字孪生应用 | 产品数字孪生 | 采用计算机辅助设计等技术,实现产品数字模型设计与管理;开展模拟仿真、虚拟化调试,测试和验证产品设计的合理性,提升研发效率与产品质量,缩短产品研发周期。 |
生产数字孪生 | 采用计算机仿真、虚拟制造等技术,搭建数字化车间或数字化工厂,实现对产线布局、工艺流程、制造过程及生产物流的仿真,优化生产过程。 | |
设备数字孪生 | 采用计算机建模、VR、数据采集等技术实现物理设备运行状态在线监控和可视化展示,进行设备运行优化、预测性维护与保养;通过设备运行信息,对产品设计、工艺和制造迭代优化。 | |
智能化生产 | 物资采购 | 建立供应商评价系统,能够对供应商能力进行量化评价;通过与上游供应商的销售系统集成,实现协同供应。实现与ERP等系统集成自动生成采购计划,实现流水、库存和单价的同步。 |
计划调度 | 采用APS等生产计划排产系统或平台,实现基于市场需求、安全库存、制造过程等因素的科学排产,生成优化的生产作业计划、物料计划,以及生产参数并实现在线校验。通过对生产过程的监控,实现系统自动预警和优化调度排产。 | |
生产作业 | 通过制造执行系统等信息系统集成,实现将工艺指导文件、生产配方、运行参数或生产指令自动下发到制造单元。实现对生产作业、生产资源、制造过程等关键数据的动态监测,建立数据分析模型,并进行优化分析。实时采集产品原料、生产过程、客户使用的质量信息,实现产品质量的全生命周期追溯。 | |
仓储配送 | 通过数字化仓储设备、配送设备与信息系统集成,依据实际生产状态实时拉动物流配送;建立相关知识库及预测分析模型,实现基于生产和物料状态预警的自动仓储和配送协同;流程型行业应安装相关智能仪表,根据储罐状态数据进行趋势预测,给出预防措施。 | |
智慧化管理 | 数据平台 | 构建统一数据平台、数据集市和数据模型,整合数据资源,实现生产经营关键绩效指标(KPI)决策的自动化、智能化,支持跨部门及部门内部常规数据分析,辅助开展决策。鼓励龙头企业建立行业级工业互联网平台。 |
智慧决策 | 通过ERP、PLM、SCM、CRM等互联互通,实现采购、计划、生产、销售等方面的协同管理及企业主要关键绩效指标预警,推进企业决策、管理可视化、智慧化。 | |
设备管理 | 建立设备故障知识库,通过在线监测等技术,实现设备状态实时采集、基于事件的设备状态异常预警、远程诊断,以及应用大数据实现设备的预测性维护等。 | |
智能物流 | 鼓励内外部协同物流平台,实现生产、仓储配送、运输管理多系统的集成优化,实现配送全程信息跟踪,对异常轨迹进行报警;建立优化模型,实现天气、道路、订单等多因素情况下的运输路线优化管理。 | |
销售预测 | 通过对客户信息的挖掘分析,优化客户需求预测,制定精准销售计划。实现线上线下融合销售和协同管理,并与企业信息系统集成,能够基于客户需求变化动态调整设计、采购、生产、物流方案。 | |
协同化制造 | 产业、供应链协同 | 通过工业互联网平台应用,实现信息数据资源在企业内外的交互共享。企业间、企业部门间创新资源、生产能力、市场需求实现集聚与对接,实现基于云的设计、供应、制造和服务等环节的并行组织和协同优化。 |
个性化定制 | 产品可模块化设计和个性化组合;建有用户个性化需求信息平台和各层级的个性化定制服务平台,能提供用户需求特征的数据挖掘和分析服务;产品设计、计划排产、柔性制造、物流配送和售后服务实现集成和协同优化。 | |
绿色化制造 | 能源监控 | 建立能源综合管理监测系统,对主要耗能设备实现实时监测与控制;采集能源统计数据,进行数据和指标分析,形成优化方案。 |
产耗预测 | 建立产耗预测模型,对水、电、气(汽)、煤、油以及物料等消耗进行实时监控分析,实现能源资源的优化调度、平衡预测和有效管理。 | |
节能环保 | 加强先进节能环保技术、工艺和设备应用,提高能源、材料利用率;实现环保数据全面采集,实时监控及报警,开展可视化分析,覆盖从清洁生产到末端治理全过程。 | |
安全化管控 | 安全机制 | 设立工厂安全管理机构,统一负责全厂人员、物料、过程、设备、环境、信息安全的管控;全面梳理生产运营过程中潜在的风险要素,制定风险管理准则和风险管控流程;鼓励建立多层级的工业互联网安全防护体系。 |
安全预警 | 合理利用物联网、大数据、人工智能等技术,对风险进行感知、传输、分析处理、预警响应、应急预案触发、善后处理、总结改进提高;实现生产过程中人员、物料、过程、设备、环境、信息等六类安全风险要素的智能化管控。 | |
风险控制 | 应定期对用于工厂安全控制的装置和系统开展安全风险评估,确定安全控制有效性;鼓励使用安全可控的软件、系统和设备。 | |
经济社会效益 | 综合效益 | 提质增效成果显著,生产效率、资源综合利用率大幅提升,研制周期、运营成本、产品不良品率显著降低。 |
示范推广 | 突破一批产业关键核心技术,形成一批核心专利、标准和经验成果,培育一批专业人才队伍,示范带动效应明显。 |
思考一个比较实际的问题,注塑企业,尤其是中小企业是否要学习、建设未来工厂?如果立足行业现状,正视未来工厂的门槛,深究其意义,本人觉得,这个学不来,甚至很多地方没有必要学习,所以没有多大意义。全行业极力提倡数字化转型的时候,应该回归初心,思考本质,量体裁衣。在这里先抛出一个结论和建议,在“十四五”期间,中小注塑企业,应该在自身的基础上,先建成数字化的注塑车间,再努力建设完整的数字化工厂。
对于数字化转型,务必要看的远,看的细,看的透。看一下IDC对数字化转型的解读,数字化转型是利用数字化技术(例如云计算、大数据、人工智能、物联网、区块链等)和能力来驱动组织商业模式创新和商业生态系统重构的途径和方法即是数字化转型。其目的是实现企业业务的转型、创新、增长。
在我们看来,制造企业数字化转型,要转的了(技术层面)、转的起(成本层面)、还要转的好(结果层面)。数字化转型的本质是以数据驱动,更好的优化资源配置效率,当前的主要矛盾是企业的基本需求与碎片化的供给带来一连串的隐患。制造企业进行数字化转型的最终目的是减人、提质、降本、增效,转型是否成功主要看能否提升了企业的核心价值和能力,这里就要衡量投入(时间、人员、金钱等)、产出(品质、产量、口碑等),以及动态的投入产出比。
对于广大注塑企业而言,不要为了数字化而数字化,想清楚行业的痛点、自身未被满足的需求,数字化首先是工具,其次才是目标。如果一定要下个结论,实现数字化转型,建好数字化车间是基础,建成数字化工厂/智能工厂是必要结果,至于未来工厂,可作为下一阶段的奋斗目标。
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