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制造业升级的“四化”过程

供稿:中国工控网 2016/9/14 11:14:27

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目前制造技术升级的概念本质仍然离不开四个关键词语:自动化、信息化、数字化和智能化。然而,并非所有制造业都要通过这“四化”实现技术升级;同一个企业的不同发展阶段也需要兼顾不同的升级策略;不同类型的制造业也需要考虑适合自身发展规律的升级路线。


自动化


首先需要考虑“自动”与“手动”。与“自动化生产”相对应的是“手工生产”。通常讲的自动化升级都是指用自动化设备和装置替代人工。因此,凡是人做不了或者不愿意做的工作都可以通过自动化进行升级,越是动作简单、重复、繁重的生产形式,越适合采用自动化升级策略,例如搬运、包装、喷涂等;而动作越复杂,对人手灵活性依赖越大的生产模式就不适合自动化升级,例如皮具制作、制衣等。


按照工业4.0的定义,1968年出现的莫迪康可编程控制站器Modicon PLC(后来被施耐德收购),被视为自动化的一个划时代意义的产品。


信息化管理


应该说“企业信息化”这个词是伴随着ERP的普及而流行的,而ERP的前身是MRP和MRPII,再往前推则是会计电算化软件、库存管理软件等。这类软件的流行基于数据库系统的成熟。


随着这类软件的普及,“MIS(管理信息系统)”应运而生,且市场迅速膨胀。也许是出于对会计制度与国际接轨的需要,当时MIS的主力是会计电算化软件,火爆的市场也成就了金蝶、用友这样的国产软件公司。


上世纪末期是跨国公司全球布局的黄金时期。外企进入中国不仅带来了先进的管理模式,也带来了对企业管理信息系统的市场需求。跨国公司要求中国本土供应商的管理系统与之对接,倒逼中国企业大干快上ERP项目。这个时期除了捧红SAP之外,还造就了不少ERP软件实施和信息系统咨询公司,诸如毕博和埃森哲。


在2000年初,业内对ERP的态度如同当前对工业4.0,说法不一。


但普遍的共识是企业上ERP不是简单买个软件,更需要对管理流程进行梳理,破旧立新。随之而来就出现了一个流行词叫“企业流程再造BPR”,很大程度上也算是商家为了配合ERP项目搞的噱头。到目前为止,ERP通用功能已经非常成熟,而跟业务深水区的结合,正在面临全新的升级考验。


包括ERP在内,这里所提及的软件都是用MIS把企业管起来,本质上是企业商业和运营的信息化。与此同时,在产品设计、生产设备、质量管理等直接与制造相关的环节也在进行着信息化。


信息化制造与数字化制造


这里不得不提CIMS(计算机集成制造系统)。CIMS要集成的对象是一个一个独立的计算机辅助软件(CAX),旨在消除信息孤岛。这个概念在中国的兴起要早于ERP。可以说ERP是面向商业的信息集成,而CIMS是面向制造业的信息集成,当时都是被当作信息化所理解的。CIMS除了要集成CAD(计算机辅助设计)、CAM(计算机辅助制造)、CAT(计算机辅助检测)、CAPP(计算机辅助工艺等系统模块)等,还明确提出了逻辑层次结构,并整合了敏捷制造、并行工程、虚拟制造等方法论范畴的理论概念。


然而,技术为它的早产付出了代价。


CIMS的失败就是因为它提出的时代太超前,相关技术和产品都还没成熟。而在它之后便迎来了工业软件市场的大整合时代:例如由对CAD产品数据管理发展而来的PDM(产品数据管理),通过对产品BOM的信息化管理实现了产品“数字化”。“数字化”这个概念尽管现在被滥用,但是它应该是脱胎于3D数模的。至少在商业语境里,“数字化”要与3D图形和动态仿真同时出现。例如“产品数字化”是指用3D数模构建产品模型,“工厂数字化”则需要面向工厂进行3D建模。


当今工业4.0所处的环境,已远远超越CIMS所处的年代。大量设计软件广泛使用,大量数字化资源和虚拟化产品,已经进入主流,类似Digital Thread(数字主线)、Digital Twin(数字孪生)被更广泛地应用。


数据采集


在过去30年中国企业现代化进程中,除信息化项目大干快上之外,还有一条自动化升级的主线:在流程制造行业(如石化、水泥、食品等),一大批分散控制系统DCS和仪表自动化项目迅速崛起,而国产的DCS如浙大中控、和利时,甚至被GE收购之前的新华控制系统,都得到了长足的发展;而离散制造行业的企业则采购了大量数控和自动化物流设备。随之而来出现的问题就是如何获得这些现场数据,并把这些实时数据用起来。


当下火热的“云数据”,前身可以说是“远程抄表”。最早是油田、矿井等野外设备需要监控运行状态——早期用的是电报,后来是短信。在智能手机尚未普及的时代,还用过手机网页客户端,而现在基本就是成熟的3G/4G网络,外加APP客户端。


说到数据采集就不得不提组态软件。这类产品最早是DCS或PLC厂家为方便客户开发界面而配备的开发套件,后来出现了许多独立的组态软件厂商,可以通过图形界面直观地看到数据的变化。由此产生了“人机界面(HMI)”,所以“图形化”往往指的是人机交互相关的产品或项目,比如工作站的面板和电子看板等。

现场数据采集SCADA,正是自动化与信息化的链接节点,是自动化设备和信息化管理软件的承上启下的层级,也是自动化与信息化相融合的过渡区域。


而这些早年软件留下的数据,正是当下的工业大数据“黑金”。它们深埋在设备、模块和系统之中不见天日。工业大数据从业者,需要有非常的智慧来挖掘这些黑金。


智能化

严格意义上的智能化,必须要借助大量的建模和算法,以及一些必要的人工智能技术,包括启发式算法和机器学习。如果按照这个标准,目前不少先进的控制系统的控制算法已经可以算是智能化,但真正智能化的管理信息系统市面上还不存在。信息系统的智能化趋势应该说是很明确的,特别是人工智能AI项目开始受到大量资金关注后,那些原本只在学术期刊上出现的、服务于制造调度算法的复杂公式才开始有了一些用武之地。


审核编辑(郑益文)
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