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寧波海川機(jī)器人丨從過程進(jìn)化維度看智能制造企業(yè)轉(zhuǎn)型

核心提示：沒有過程的進(jìn)化，就不會有企業(yè)的進(jìn)化。企業(yè)進(jìn)化的工作量就在過程進(jìn)化?！?.過程進(jìn)化的目的」企業(yè)過程進(jìn)化的目的就是為了更好地實(shí)現(xiàn)企業(yè)的目標(biāo)。在數(shù)字智能化時代，制造企業(yè)紛紛希望通過數(shù)字智能技術(shù)（或說實(shí)施智能制

沒有過程的進(jìn)化，就不會有企業(yè)的進(jìn)化。企業(yè)進(jìn)化的工作量就在過程進(jìn)化。

「1.過程進(jìn)化的目的」

企業(yè)過程進(jìn)化的目的就是為了更好地實(shí)現(xiàn)企業(yè)的目標(biāo)。在數(shù)字智能化時代，制造企業(yè)紛紛希望通過數(shù)字智能技術(shù)（或說實(shí)施智能制造）實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)型，實(shí)質(zhì)上是謀求企業(yè)進(jìn)化。但在實(shí)施智能制造的過程中，有的企業(yè)專業(yè)人員更多地聚焦在數(shù)字智能技術(shù)上，如此很容易流于為數(shù)字化而數(shù)字化，為智能化而智能化。無論是從學(xué)術(shù)上還是實(shí)踐上，都不能忘記：

企業(yè)轉(zhuǎn)型/企業(yè)過程進(jìn)化/企業(yè)智能制造必須圍繞企業(yè)的目標(biāo)。

一般而言，企業(yè)目標(biāo)無非是高效、高質(zhì)量、低成本、綠色等。

1）高效

高效是所有企業(yè)追求的目標(biāo)，它和低成本緊密聯(lián)系在一起。自動線、機(jī)器人等技術(shù)是實(shí)現(xiàn)高效的常用方式。以雷柏公司為例，他們通過標(biāo)準(zhǔn)化無線鍵鼠生產(chǎn)過程用到的電子元器件的托盤，按固定位置存放不同種類、不同形狀電子元器件，固化了用工業(yè)機(jī)器人抓取電子元器件的動作，為不同生產(chǎn)線模塊化且柔性生產(chǎn)提供了可能性。他們用機(jī)器人替代無線接收器的傳統(tǒng)組裝，降低了人工之不良因素，確保效率和品質(zhì)的提升，其實(shí)施效果。也就是說雷柏通過應(yīng)用機(jī)器人等自動化和智能技術(shù)，使無線鍵鼠生產(chǎn)過程進(jìn)化，達(dá)到了提高效率的目的。

很多場合，軟件是提高效率的很好手段。如某企業(yè)使用開目三維capp（計算機(jī)工藝輔助規(guī)劃）軟件，其主要特點(diǎn)是：基于知識，提高可復(fù)用性；具有三維工藝模型和g代碼自動生成；能進(jìn)行三維工藝仿真驗(yàn)證，試樣次數(shù)少；工藝開發(fā)項(xiàng)目管理化，周期短。軟件的應(yīng)用使工藝開發(fā)周期從120天降為80天，縮短周期30%。

2）質(zhì)量

質(zhì)量是企業(yè)的生命線。數(shù)字-智能技術(shù)的應(yīng)用可以更好地控制裝備的加工過程，或者說讓加工過程進(jìn)化，達(dá)到提高加工質(zhì)量的目的。

清晰記錄整個供應(yīng)鏈中涉及的物料品質(zhì)信息、流向信息、工藝信息等,一旦發(fā)現(xiàn)問題可以召回和追溯。產(chǎn)品信息追溯系統(tǒng)整體架構(gòu)涉及生產(chǎn)鏈條的各個環(huán)節(jié),通過應(yīng)用數(shù)字化技術(shù)使原料采集和生產(chǎn)過程改善（進(jìn)化），從而達(dá)到保證質(zhì)量的目的。

3）綠色

綠色應(yīng)該成為現(xiàn)代企業(yè)的常識。綠色制造不僅要解決污染問題，而且要考慮減少能源和原材料消耗。這是因?yàn)橹圃鞓I(yè)能耗占全球能量消耗的33%，co2排放的38%。當(dāng)前許多制造企業(yè)通常優(yōu)先考慮效率、成本和質(zhì)量，對降低能耗認(rèn)識不夠。實(shí)際上，不僅化工、鋼鐵等流程行業(yè)，而且在汽車、電力裝備等離散制造行業(yè)，對節(jié)能降耗都有迫切的需求。以離散機(jī)械加工行業(yè)為例，我國機(jī)床保有量世界，約800多萬臺。若每臺機(jī)床額定功率按平均為5～10kw計算，我國機(jī)床裝備總的額定功率為萬～萬kw，相當(dāng)于三峽電站總裝機(jī)容量萬kw的1.8～3.6倍。智能制造技術(shù)能夠有力地支持高效可持續(xù)制造。首先，通過傳感器等手段可以實(shí)時掌握能源利用情況；其次，通過能耗和效率的綜合智能優(yōu)化，獲得最佳的生產(chǎn)方案并進(jìn)行能源的綜合調(diào)度，提高能源的利用效率；還可以與電網(wǎng)開展深度合作等，進(jìn)一步從大系統(tǒng)層面實(shí)現(xiàn)節(jié)能降耗。

應(yīng)該從設(shè)備、車間工廠乃至大系統(tǒng)（電網(wǎng)）層面，

改善生產(chǎn)過程，達(dá)到節(jié)能目的。

用戶體驗(yàn)、個性化、服務(wù)等都可以作為企業(yè)的目標(biāo)。本質(zhì)上這些可看成是“客戶為中心”理念衍生的具體目標(biāo)。

「2.過程進(jìn)化的載體」

企業(yè)過程的進(jìn)化，除了要圍繞目標(biāo)，還要落實(shí)在具體的載體。

數(shù)字化和智能化技術(shù)越來越多地用到裝備上。其中包括溫度、振動、視覺、電流等傳感器和編碼器，伺服pid實(shí)時調(diào)節(jié)控制等。不僅有智能硬件，還有一些智能軟件，如機(jī)床全生命周期數(shù)字雙胞胎、大數(shù)據(jù)分析、機(jī)器學(xué)等。正是這些智能硬軟件賦能機(jī)床，致使加工過程進(jìn)化，保證高效率、高質(zhì)量。

智能制造系統(tǒng)無論多“智能”，不能不考慮人。ge在其工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)項(xiàng)目中就非常重視人這一要素，強(qiáng)調(diào)在任何時候聯(lián)結(jié)工作中的人，支持他們進(jìn)行智能設(shè)計、運(yùn)行、維護(hù)、以及高質(zhì)量的服務(wù)等。企業(yè)中的大量軟件信息系統(tǒng)，實(shí)際上也是使人更能。如cad軟件幫助設(shè)計者更快更好地完成設(shè)計工作；mes（制造執(zhí)行系統(tǒng)）幫助車間人員的調(diào)度工作。企業(yè)中信息的互聯(lián)，不僅是機(jī)器之間，而且機(jī)器與人、人與人之間都需要信息的交換。各種工作過程中的人，只有對信息的充分掌握，才可能使過程最快。因此進(jìn)行任何過程的優(yōu)化，一定要體現(xiàn)在人這一載體上。

某種意義上，給設(shè)備賦能也意味著給人賦能。是數(shù)控機(jī)床的信息物理系統(tǒng)。cps系統(tǒng)由設(shè)備層、感知層、網(wǎng)絡(luò)層、認(rèn)知層和控制層組成，形成人、產(chǎn)品、物理空間和信息空間的深度融合，是實(shí)現(xiàn)智能制造系統(tǒng)的基礎(chǔ)。在cps認(rèn)知層上，建立機(jī)器的cps模型是機(jī)器實(shí)現(xiàn)智能制造的關(guān)鍵。注意，這里存在人機(jī)交互，人機(jī)融合。

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「3.過程進(jìn)化的方式」

不同領(lǐng)域、不同業(yè)務(wù)活動的過程千差萬別，這里僅討論兩個最主要的、共性的方式：互聯(lián)，重組。

1）互聯(lián)

對應(yīng)第四次工業(yè)革命的“工業(yè)4.0”的基本思想是cps，即數(shù)字-物理世界的深度融合，也就是比特世界與原子世界的深度交叉融合，由此而使人類更易洞察現(xiàn)實(shí)和物理世界，并創(chuàng)建更多的人類不斷追求向往的“超自然存在”（自然世界原本不存在的東西）。融合就需要互聯(lián)，尤其是物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)出現(xiàn)之后?；ヂ?lián)技術(shù)深刻地改變著世界，當(dāng)然也深刻地改變著制造業(yè)。

通過互聯(lián)能使過程進(jìn)化，互聯(lián)主要表現(xiàn)在兩個方面：過程內(nèi)部的互聯(lián)和不同過程之間的互聯(lián)。

過程內(nèi)部的各環(huán)節(jié)各要素的信息要互聯(lián)。如加工過程中，材料、刀具、溫度、振動、電流、功率、尺寸……甚至噪聲、圖像，這些信息并不是相互獨(dú)立的，是耦合在一起的，而且是隨時間動態(tài)變化的；有些信息轉(zhuǎn)換成普通的數(shù)據(jù)，有些還是非結(jié)構(gòu)化的。在無法互聯(lián)的時代，過程中的關(guān)聯(lián)細(xì)節(jié)就像一個黑洞。一旦互聯(lián)，再加上大數(shù)據(jù)分析、智能分析工具，人類當(dāng)然就有可能更深刻地洞察過程的規(guī)律，從而使過程進(jìn)化。

處于一個系統(tǒng)中不同的過程之間其實(shí)也有關(guān)聯(lián)，因此不同過程之間也應(yīng)該有信息互聯(lián)。上下游過程自不待言，非上下游關(guān)聯(lián)的過程間也會有關(guān)聯(lián)。如某一零件的加工過程，車間里其它很多過程與其相關(guān)，如物流過程、生產(chǎn)計劃過程、質(zhì)量監(jiān)控過程等等。更有甚者，不同企業(yè)之間可能存在過程聯(lián)系，如遠(yuǎn)程診斷服務(wù)。是馬扎克遠(yuǎn)程診斷系統(tǒng)（maza-care）?？蛻舻膍azak機(jī)床的運(yùn)行狀況信息能夠即時傳遞到馬扎克在線服務(wù)中心的24小時無線監(jiān)控系統(tǒng)，可以短時間內(nèi)掌握正確的機(jī)床狀況。若出現(xiàn)故障，通過在線服務(wù)中心的操作，可以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程技術(shù)支持，迅速支持客戶在發(fā)生故障時進(jìn)行恢復(fù)，盡可能減少停機(jī)時間。這是典型的不同企業(yè)之間的過程信息互聯(lián)。

2）重組

企業(yè)的業(yè)務(wù)過程顯然不是一成不變的，早期作坊式工場和后來的大批量流水式生產(chǎn)，似乎天淵之別。現(xiàn)在的個性化定制以及大批量個性化定制與大批量流水線模式又有很大區(qū)別，其過程自然有別。業(yè)務(wù)過程的重組是企業(yè)過程進(jìn)化的一個重要方面。重組可因技術(shù)變化而自然演進(jìn)，也會因?yàn)楣芾砝砟罨蚰Ｊ降母淖兌呱?/span>

（1）技術(shù)進(jìn)步導(dǎo)致過程重組。是ge的渦輪螺旋槳發(fā)動機(jī)，據(jù)ge聲稱，他們通過增材制造技術(shù)把原來855個零件合并成11個。發(fā)動機(jī)重量減輕，燃油消耗降低20%，功率提高10%。從制造流程而言，因?yàn)樵霾闹圃旒夹g(shù)的應(yīng)用而致的流程改變可想而知。

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（2)管理進(jìn)化需要過程重組。20世紀(jì)90年代，一些管理學(xué)者開始意識到企業(yè)流程重組的意義。hammer和champy將業(yè)務(wù)流程再造(bpr)定義為：“針對企業(yè)業(yè)務(wù)流程的基本問題進(jìn)行反思，并對它進(jìn)行徹底的重新設(shè)計，以便在衡量績效的重要指標(biāo)上，如成本、質(zhì)量、服務(wù)和效率等方面，取得顯著的進(jìn)展”。

「4.主要過程的進(jìn)化」

一個制造企業(yè)，尤其是大企業(yè)，涉及到的部門、環(huán)節(jié)、活動難以計數(shù)，包含的過程林林總總。這里僅介紹值得企業(yè)特別關(guān)注的主要過程（供應(yīng)鏈過程除外）。

1）產(chǎn)品設(shè)計開發(fā)過程進(jìn)化

設(shè)計的意義不僅在于獲得好產(chǎn)品，還直接影響到下游的制造、裝配、服務(wù)乃至產(chǎn)品報廢的過程。產(chǎn)品設(shè)計開發(fā)相關(guān)的過程很多，幾個重要的過程改善有：

（1）并行工程。集成地、并行地設(shè)計產(chǎn)品及其相關(guān)過程(包括制造及其支持過程)的系統(tǒng)方法。特別注意的是，并行工程的理念強(qiáng)調(diào)來自多領(lǐng)域的開發(fā)人員需要在集成環(huán)境下并行工作。在數(shù)字化和網(wǎng)絡(luò)化時代，多領(lǐng)域的人員可以在網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中協(xié)同工作，而不必時刻坐在一起。也就是說：

并行工程需要包括某些軟件工具組成的數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化的集成環(huán)境

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（2）在數(shù)字（虛擬）空間中進(jìn)化。既然人類正在迎來一個數(shù)字和物理世界深度融合的年代，這就注定了人類的很多活動會在虛擬世界中進(jìn)行。工業(yè)正是虛實(shí)融合的前沿領(lǐng)域，而產(chǎn)品設(shè)計開發(fā)自然首當(dāng)其沖。是數(shù)字化設(shè)計與制造的考慮，表明數(shù)字化技術(shù)可應(yīng)用到從需求分析、概念設(shè)計、仿真分析、工藝驗(yàn)證、制造、質(zhì)量驗(yàn)證、乃至運(yùn)維服務(wù)以及報廢處理。當(dāng)然這種思維的實(shí)踐最初還是局限在產(chǎn)品設(shè)計和制造（加工）的范圍。

（3）在云中進(jìn)化。在這樣一個互聯(lián)的時代，人們突然發(fā)現(xiàn)天上飄著的朵朵白云并非虛無縹緲。云平臺既然走進(jìn)千家萬戶，沒有理由不在產(chǎn)品開發(fā)過程中一試身手。

2）工藝過程進(jìn)化

制造業(yè)中，工藝（這里包括裝配工藝）過程至關(guān)重要，直接影響產(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn)成本。因此，改善工藝過程是制造企業(yè)的永恒話題。

（1）利用數(shù)字化技術(shù)改善工藝操作及過程管理。通過數(shù)字化工藝軟件改善工藝過程是很多離散制造企業(yè)常用的方式?，F(xiàn)在大多數(shù)機(jī)械制造企業(yè)都應(yīng)用capp（計算機(jī)輔助工藝規(guī)劃）軟件。圖9是開目基于三維的裝配工藝設(shè)計。

（2）利用數(shù)字化技術(shù)進(jìn)行工藝控制。生產(chǎn)線中工藝過程的監(jiān)控需要利用數(shù)字化、傳感等技術(shù)。例如伊利液態(tài)奶數(shù)字化工廠，實(shí)現(xiàn)了從收奶到產(chǎn)品入/出庫所有環(huán)節(jié)由中央控制系統(tǒng)控制。具體的生產(chǎn)工藝流程如下：收奶系統(tǒng)（原奶過磅→原奶檢驗(yàn)→過濾→儲存）→標(biāo)準(zhǔn)化系統(tǒng)（凈乳→標(biāo)準(zhǔn)化→巴氏殺菌→儲存）→超高溫（uht）滅菌工藝段（脫氣→均質(zhì)→預(yù)保溫→超高溫uht滅菌）→無菌輸送→無菌灌裝→噴碼→全自動二次包裝（貼管→裝箱）→碼垛→檢測合格→出廠”。

（3）數(shù)字化+3d打印技術(shù)助力工藝流程變革。新技術(shù)的應(yīng)用有可能變革甚至顛覆傳統(tǒng)的工藝方法和流程。例如，3d打印技術(shù)可以成形出常規(guī)工藝無法制造出的任意復(fù)雜形狀零件，但由于打印金屬種類限制和成本原因，目前無法取代傳統(tǒng)的成形技術(shù)。但3d打印技術(shù)與某些傳統(tǒng)成形工藝結(jié)合卻能產(chǎn)生意想不到的結(jié)果。

（4）仿真加速工藝開發(fā)。材料技術(shù)的發(fā)展使新材料的應(yīng)用越來越迫切，新材料的制造工藝往往是阻礙其應(yīng)用的瓶頸。因此，需要尋求合適的工具加速新材料工藝的開發(fā)。近些年來，icme（集成計算材料工程）成為受到學(xué)界和業(yè)界關(guān)注的方法和工具。icme是材料基因工程的基本組成元素，它在計算材料科學(xué)的基礎(chǔ)上，整合計算材料模型、數(shù)據(jù)和工具，使其成為一個有機(jī)的系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)材料開發(fā)、制造工藝優(yōu)化、新產(chǎn)品設(shè)計一體化。在制造領(lǐng)域，icme在成形制造方面的作用比較明顯。如，塑性加工過程的icme是針對整個塑性加工過程的材料變形和微結(jié)構(gòu)演變及其與性能的關(guān)系，建立穩(wěn)健的并經(jīng)過全面驗(yàn)證的模擬方法，使之大部分替代或完全替代物理實(shí)驗(yàn)過程，確保加工過程的合理性及產(chǎn)品力學(xué)性能達(dá)到要求。圖12顯示icme在塑性加工方面的應(yīng)用范圍。

（5）智能元件監(jiān)控工藝過程。在美國德克薩斯大學(xué)，w.m.keck中心的wicker教授團(tuán)隊研發(fā)出嵌入了微處理器和加速度計的模具（通過3d打印技術(shù)），使得成形過程中更好地監(jiān)測工藝參數(shù)，以保證加工質(zhì)量，如圖13所示。

3）車間生產(chǎn)過程進(jìn)化

企業(yè)的目標(biāo)，如效率、成本、質(zhì)量、綠色等都應(yīng)該落實(shí)在車間，智能制造自然也應(yīng)該落實(shí)到車間。車間是制造生產(chǎn)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，工藝、生產(chǎn)計劃調(diào)度、物料配送、質(zhì)量控制等任何一個環(huán)節(jié)足以影響全局。一般而言，在車間生產(chǎn)過程控制中，mes（制造執(zhí)行系統(tǒng)）起著關(guān)鍵作用。很多企業(yè)在數(shù)字化轉(zhuǎn)型過程中往往首先關(guān)注產(chǎn)品開發(fā)以及生產(chǎn)管理銷售，而車間的信息化卻很薄弱，如圖14所示。但缺少中間環(huán)節(jié)的數(shù)字化支撐，即使有一個功能強(qiáng)大的erp系統(tǒng)，也不可能真正發(fā)揮作用。

4）服務(wù)過程進(jìn)化

有些企業(yè)已經(jīng)把服務(wù)上升到企業(yè)的目標(biāo)之一。不同的行業(yè)服務(wù)的形式不一樣，這里僅介紹裝備制造業(yè)中兩種常見的服務(wù)過程進(jìn)化形式。

（1）基于設(shè)備運(yùn)維的服務(wù)。很多裝備制造企業(yè)不僅賣產(chǎn)品，而且賣服務(wù)。一方面是客戶為中心之理念所致，另一方面也是企業(yè)價值鏈的延伸。例如，陜鼓動力形成了基于全生命周期運(yùn)行與維護(hù)信息驅(qū)動的復(fù)雜動力裝備可持續(xù)改進(jìn)的制造服務(wù)及系統(tǒng)保障體系，如圖15所示。值得注意的是，通過對設(shè)備運(yùn)行數(shù)據(jù)的監(jiān)測、診斷，設(shè)備的狀態(tài)、故障及服務(wù)信息可以反饋回來，以供產(chǎn)品改造升級之用。

（2）基于設(shè)備施工作業(yè)的服務(wù)。對于某些行業(yè)（如工程機(jī)械），其產(chǎn)品在工程現(xiàn)場運(yùn)行的具體問題，以前設(shè)備制造商無需顧及。隨著客戶為中心理念的普及以及數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化技術(shù)的發(fā)展，制造企業(yè)開始關(guān)注設(shè)備的施工作業(yè)問題。

較之傳統(tǒng)的施工方法，智能施工可以使用戶方便地提高施工質(zhì)量、效率且降低成本。這里用到的技術(shù)，除了視角傳感、數(shù)據(jù)分析、三維建模、仿真外，很重要的是“云”，它是實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)交換、計算等功能的樞紐。

來源：智造苑

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