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制造业与互联网融合发展的主要模式

供稿:中国工控网 2016/8/19 9:21:57

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基于资源效率提升的智能生产模式 


智能生产是以互联网为代表的新一代信息技术在企业研发设计、生产制造、经营管理、营销服务等制造各环节深度应用的基础上,形成的深度感知、远程可控、智慧决策、自动执行的先进生产模式,对缩短研发周期、降低运营成本、提升生产效率、提高产品合格率等方面的作用显著。 


智能工厂是实现智能生产的重要载体,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。企业基于CPS和工业互联网构建的智能工厂模型,主要包括物理层、信息层、大数据层、工业云层、决策层。其中,物理层包含工厂内不同层级的硬件设备,从最小的嵌入设备和基础元器件开始,到感知设备、制造设备、制造单元和生产线,相互间均实现互联互通。

以此为基础,构建了一个“可测可控、可产可管”的纵向集成环境。信息层涵盖企业经营业务各个环节,包含研发设计、生产制造、营销服务、物流配送等各类经营管理活动,以及由此产生的众创、个性化定制、电子商务、可视追踪等相关业务。在此基础上,形成了企业内部价值链的横向集成环境,实现数据和信息的流通和交换。纵向集成和横向集成均以CPS和工业互联网为基础,产品、设备、制造单元、生产线、车间、工厂等制造系统的互联互通,及其与企业不同环节业务的集成统一,则是通过数据应用和工业云服务实现,并在决策层基于产品、服务、设备管理支撑企业最高决策。这些共同构建起智能工厂完整的价值网络体系,为用户提供端到端的解决方案。 


由于产品制造工艺的明显差异,离散制造企业和流程制造企业在开展智能工厂建设的侧重点各有不同。


对于离散制造企业而言,产品生产具有多品种、小批量的特点,需要经历多个零部件独立生产、不连续装配等环节,在物料配送安排、工艺线路规划、生产组织优化等方面有较高要求,更加注重柔性生产线的建设。如,海尔沈阳智能互联家电工厂通过打造集成设计制造一体化、物流管理、制造执行、企业资源管理等系统的智能生产线,使得物料配送、工艺调整和设备使用更加灵活,实现了单线500多种型号产品的柔性生产。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。三一重工的智能总装车间建有混凝土机械、路面机械、港口机械等多条装配线,通过车间“部件工作中心岛”开展单元化生产,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,达到了减少占地面积、提高生产效率、降低运行成本的目的。 


对于流程制造企业而言,产品生产具有原料物理化学转化、管道式输送、连续性传导性生产等特点,在生产环境智能感知、生产流程智能优化、系统自主决策控制等方面有较高要求,更加注重全流程智能控制生产线的建设。如,九江石化建立了生产炼化控制中心,集成了DCS控制、生产运行、视频监控、环境监测、全流程优化等多个系统,形成数据驱动的数字化生产管控模式,实现了企业控制率提高10%,数据自动采集率超过90%,以及对污染排放的100%自动监控。同时,九江石化还通过内外联动系统,建立了中控室与生产现场操作的即时互通,确保异常数据信息由移动终端实时反馈至中控室,中控室据此评估制定解决方案、及时发送解决指令,使操作平稳率提高5.3%,操作合格率从90.7%提升至100%。上海华谊信息技术有限公司构建了华谊智慧HSE(Health,Safety,Environment)管理平台,实现集团下属氯碱化工、三爱富、焦化、吴泾化工、丙烯酸厂五个公司的PI系统中的数据(包括重要装置的压力、温度、流量、装置开停工状态、装置负荷等)实时采集,并通过数据分析和预判,提高了集团内物料配送、生产一体化管理水平。 

基于协作效率提升的网络化协同制造模式 


借助互联网的力量,工业生产逐步由集中式控制向分散式控制转变,网络化协同制造由此产生。一些企业利用互联网平台跨时空、无边界、促共享的特性,实现企业内部与企业之间各类资源的集聚整合,推动制造活动从单打独斗向产业协同转变。


当前,网络化协同制造模式主要呈现出协同研发、众包设计、供应链协同、云制造等几种类型。


研发设计是创造性极强的活动,对企业集聚资源、集成创新提出了较高要求。互联网平台为企业集聚、对接各类社会创新资源提供了有效载体,帮助企业提高研发效率,降低创新成本,快速提升市场核心竞争力。家电、服装等与消费端衔接紧密的行业搭建开放网络平台,畅通与用户交互渠道,广泛采集用户需求,发展按需定制业务。海尔等大型企业进一步探索发展众包模式,在掌握消费者实际需求的基础上,通过构建交互创新社区(HOPE)吸引企业内部员工、社会研发机构开展有针对性的产品创意设计,发布了雷神笔记本等一系列互联网创新产品。机械、航空等离消费端较远的行业注重集聚共享生产要素与资源,实现产业链上下游协同设计。如,中国商飞基于网络协同设计平台,高效协调了全球数十家设计商、几千名工程师,完成C919型飞机的在线协同设计,大大缩短研发周期。行业领军企业在创业创新服务中的主力军作用日益突出,通过众创平台为小微企业和创客团队提供研发测试、创业培训、投融资、创业孵化等服务资源,逐步形成市场化与专业化结合、线上与线下互动、孵化与投资衔接的创业创新生态体系,成为制造业实施创新驱动发展战略的重要支撑。


供应链协同是指企业以快速响应市场动态变化为核心,通过互联网平台整合制造商、供应商、销售商、物流服务提供商和客户资源,以信息流、技术流、资金流、物资流引导带动供应链资源优化配置,提高供应链竞争力和创新力。

如,一汽集团建立了TEEMS系统平台,并通过与电子商务系统的集成与供应商、客户、合作伙伴建立产品信息共享,甚至已经尝试将概念车设计方案以三维数据形式传递给供应商,吸引供应商主动参与产品设计和生产。美特斯邦威服饰公司建立了供应链信息整合管理平台,加强了对服装设计、试装、定稿、样衣制作、货量统计、大货生产、物流配送等供应链环节的控制能力,将平均库存周转期降至70天左右,远远领先于国内同行平均水平。


云制造是一种特殊的网络化协同制造形态,即借助云计算的理念,将技术、工艺、模型、知识、软硬件等各类制造资源虚拟化,通过系统解决方案的形式为各类制造主体提供各类制造服务,帮助企业降低运行成本、提高敏捷生产和协同生产能力。其运作模式是:企业用户向云制造平台提出使用请求,通过平台对请求的分解、调度、优化和组合,形成最优匹配的整体解决方案提供给用户,实现制造资源和工业软件、研发设计等服务按需供给、即买即得。随着云服务平台陆续建立、大数据中心资源整合逐步开展、制造企业私有云稳步推进、投融资体系持续跟进,云制造将进一步提升规模、形成集群并创新发展。如,航天科工通过云制造平台对接该集团600余家公司,将设计模型、软件工具、3D打印设备、数控机床等上百种资源以资源池的形式进行共享,在不同加工中心对仿真模拟、产品测试、资源分配等基本工序进行合理排产,避免或减少了重复投资。 


有些企业在探索网络化协同制造模式的过程中,不仅基于网络平台促进设计、制造资源的共享协同和优化配置,而且进一步改造企业组织结构,通过内部组织扁平化和资源配置全球化培育竞争新优势。如,海尔将8万多员工解构成一支由上千个自主经营单元组成的并联舰队,形成以销定产的敏捷供应链。宝马通过网络将价值链与生产过程分解到不同国家和地区,形成跨区域、跨链条协作的利益共同体。中小企业借助互联网构建虚拟产业集群,以小批量、低成本的个性化定制产品优势发展壮大,形成与大企业分庭抗礼的市场竞争新格局。 

基于消费效率提升的个性化定制模式 


“互联网+”环境下,企业一方面利用用户交互平台将碎片化、个性化需求汇聚成批量订单,另一方面通过信息物理系统,促进制造工艺和流程的数字化管理与产品个性化消费需求的柔性匹配,实现个性化定制生产。以手工作业为核心的个性化定制始终存在,但基于互联网的个性化定制,核心是要建立极少量个性化定制的机器生产体系,这对制造业传统的标准化规模化流水作业方式来说是一个巨大的转型挑战。当前,个性化定制主要表现为需求聚合定制、O2O定制、众创定制和私人定制四种模式。 


需求聚合定制是电商平台上衍生形成的一种订单拉动式生产模式,即企业采用预售方式发布产品样板,利用平台采集消费者购买订单数据,以此决定批量生产的规模。严格来说,这还算不上完全意义的个性化定制,但由于制造活动与消费者需求存在纽带关系,较早地实践了以需定产的有效途径,因此可以看作个性化定制的雏形。淘品牌茵曼服饰是采用聚合定制方式的首批服装企业之一,先基于电商数据设计服装款式并开放预售通道,再依据订购数据安排生产和销售,同时还根据退换货和消费者反馈情况对下一批服饰生产进行动态调整,既顾及了服装款式多样化需求,又避免了过剩产能市场无法消化的矛盾。 

O2O定制是企业通过线上线下相结合的方式与消费者就产品设计、制造进行实时互动交流,并根据需求进行排产,利用柔性生产线的低成本、高质量、高效率特点,为消费者提供定制产品和服务。尚品宅配依托自身的O2O电子商务平台,线上展示设计、收集用户需求,线下用户体验、免费测量尺寸,从用户个性化需求中提取共性需求,打造全新的家装服务模式,实现收入增长率和板材利用率远高于全国平均水平。青橙定制手机N1是从外观到硬件、服务、软件、配件、签名都能进行自由定制的手机,开创了手机定制的先河,其运作模式就是支持消费者提出需求,通过自由组合、优化排产,为消费者打造独一无二的手机。 


众创定制依托平台和消费圈的交互,吸引消费者广泛、深度地参与产品的研发设计,并在此基础上开展批量化生产,不仅仅引领了需求,更创造了需求。以海尔天铂空调为例,这款特殊的形似“鸟巢” 的圆形空调彻底颠覆了传统空调的固化形态,是基于海尔HOPE众创开放平台,在30多名发烧友的交互设计、1700多名用户的支持建议、海尔供应链合作伙伴的参与配合下完成的,在集众智、汇众力的过程中同时获得消费者的普遍青睐,还未上市就收获上万张预约订单,上市后更是深受追捧。其与众包设计的区别在于,设计过程同时也成为消费者订单形成的过程,消费者能自主选择产品颜色、款式和功能,经由信息实时传递到工厂、系统自动排产、批量化生产,实现了设计制造一体化,以及“个性化”和“批量化”的兼容并包。 


私人定制是指用户自己设计产品、利用开放的3D打印平台自主制造,目前还仅处于起步阶段。叁迪网是国内布局较早的3D打印商之一,对企业或个人提供从三维建模到工具分享再到3D打印的服务。随着3D打印技术的成熟和设备材料价格的下降,这一模式将大有前景。 

基于服务效率提升的服务型制造模式 


服务型制造既包括制造企业基于互联网平台推动服务模式、业态模式创新,也包括生产性服务业平台化、专业化发展。主要包括数据化在线化服务、生产性服务等两种类型。 


数据化在线化服务是指制造企业利用互联网、物联网、云计算、大数据等技术,基于被植入了通信和智能模块的产品,开展远程诊断、在线运维和产品全生命周期管理等服务,推动生产型制造向服务型制造转变,促进制造业价值链持续提升。比如,徐工集团建设了工程机械全球物联网,通过车载智能终端,借助移动互联网络,实时向总部传输车辆位置及工况信息,实现工程机械车辆的定位跟踪、远程故障诊断以及面向终端用户的设备管理等应用功能。同时,结合工程机械一机一册电子发布物(PDS)和手机APP等技术,为用户提供主机档案等应用程序,方便最终用户进行设备维护保养服务及备品备件的在线订购,帮助公司拓展后市场业务。上海三菱电梯运用电梯远程监视系统将分布在全国各地的电梯组织成物联网,对电梯运行数据进行实时采集、分析,一旦发现异常、故障的隐患就在第一时间自动向分公司、维保站发出急修信号;同时,通过定期的远程数据采集和汇总,根据每一台电梯的不同情况,制定有针对性的个性化维保作业计划,目前已接入远程监视的电梯达34000多台。 


随着工业电子商务在制造企业营销服务中的应用日益深入,直销电商、社交电商、跨境电商等网络营销新模式不断涌现。一些传统制造企业通过自建电商平台,实现“从工厂直达顾客(F2C)”, 既能减少渠道推广费用,又与顾客建立了直接联系,基于客户细分特征精准开发差异化、个性化产品。同时,通过进一步分析用户社交和偏好信息,企业广泛开展基于具体场景的社交式营销。如,苏宁云商提出了移动互联网社交营销解决方案,打造“云信”等社交平台,满足用户社交购物需求。此外,“一带一路”、国际产能合作等国家战略实施为跨境电子商务带来了发展契机,兰亭集序、关天之窗等B2C 平台跨境电子商务迅速成长,为扩大工业品消费市场、实现“中国制造”优进优出、推动开放型经济发展升级提供了有效途径。


审核编辑(郑益文)
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