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2020年 12月 11日 星期五
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地方如何发展智能制造

  经过30多年的艰苦奋斗,我国已经成为了世界制造大国,但大而不强的问题也比较突出,各地方及开发区制造业在创新能力、产品质量和品牌、产业结构、信息化水平等方面与世界先进水平仍存在较大差距。关键技术、核心部件对外依存度高,自主品牌企业尚未形成规模、缺乏核心竞争力。与此同时,还面临着劳动力成本上升、土地资源和要素约束加剧等问题。在这样的下,各地方及开发区必须加快向“创新驱动”转型,向数字化、网络化、智能化、服务化转型升级。

  2015年5月出台的《中国制造2025》已经成为我国的重大国家战略,而智能制造是中国制造2025的主攻方向,它与“互联网+”是未来中国制造业转型升级的重要抓手。智能制造作为制造业转型升级的重要突破口,在市场需求和政策扶持的推动下,正在掀起中国制造业转型升级的大幕。地方以及众多开发区当然也不可能缺席。尤其是对于制造业发达地区地方而言,智能制造是依托区域传统制造能力和知识存量,以及产业集群发展,参与产业分工格局重塑、构建区域产业新体系和实现产业区域品质跃升最清晰、最便捷的径之一。

  在国家“十三五”规划的指导下,制造业发达地区结合原有区域制造能力和产业集群发展智能制造,正是地方创新管理方式,提高产业治理水平,用新的发展观念和行为方式参与经济转型升级的最佳机遇。

  智能制造是指将物联网、大数据、云计算等新一代信息技术与设计、生产、管理、服务等制造活动的各个环节融合,具有信息深度自、智慧优化自决策、精准控制自执行等功能的先进制造过程、系统与模式的总称,具备以智能工厂为载体,以关键制造环节智能化为核心,以端到端数据流为基础、以网通互联为支撑的四大特征,可有效缩短产品研制周期、提高生产效率、提升产品质量、降低资源能源消耗,对推动制造业转型升级具有重要意义。

  完整、准确、深刻的认识和理解智能制造,可以从产品的生命周期、生产的系统层级、智能制造实现的功能三个维度来理解。具体见图1:

  生命周期是由设计、生产、物流、销售、服务等一系列相互联系的价值创造活动组成的链式集合。生命周期中各项活动相互关联、相互影响。不同行业的生命周期构成不尽相同。

  理解智能制造可以从产品的生命周期这一维度来理解,不能单纯的认为只要制造环节智能化便是智能制造,智能制造是通过将大数据、云计算、物联网等信息技术运用到设计、生产、管理、服务等制造活动的各个环节,实现信息深度自、智慧优化自决策、精准控制自执行等功能。智能制造包含在从产品设计到生产,再到物流、销售,最终到服务的产品全生命周期过程中。

  理解智能制造还可以从生产活动的系统层级这一维度来理解,智能制造的系统层级自下而上一共分为五层,分别为设备层、控制层、车间层、企业层和协同层。智能制造的系统层级体现了装备的智能化和互联网协议(IP)化,以及网络的扁平化趋势。具体包括:

  1)设备层级包括传感器、仪器仪表、条码、射频识别、机器、机械和装置等,是企业进行智能生产活动的物质技术基础;

  2)控制层级包括可编程逻辑控制器(PLC)、数据采集与控制系统(SCADA)、分布式控制系统(DCS)和现场总线控制系统(FCS)等;

  4)企业层级实现面向企业的经营管理,包括企业资源计划系统(ERP)、产品生命周期管理(PLM)、供应链管理系统(SCM)和客户关系管理系统(CRM)等;

  5)协同层级由产业链上不同企业通过互联网络共享信息实现协同研发、智能生产、精准物流和智能服务等。

  智能制造从生产设备、生产控制、生产车间、生产企业、协同生产五个层级层层递进,从最低级的生产设备层级最终达到产业链上不同企业协同研发、智能生产、精准物流和智能服务的最高层级。

  智能功能包括资源要素、系统集成、互联互通、信息融合和新兴业态等五个层级,它指的是智能制造从资源要素汇集,到最终形成新兴业态的不同功能层级。

  1)资源要素包括设计施工图纸、产品工艺文件、原材料、制造设备、生产车间和工厂等物理实体,也包括电力、燃气等能源。此外,人员也可视为资源的一个组成部分。资源要素指从生产最初开始,为生产制造活动展开所必须准备的一切资源。

  2)系统集成是智能制造所实现的第一个功能,它指通过二维码、射频识别、软件等信息技术集成原材料、零部件、能源、设备等各种制造资源。由小到大实现从智能装备到智能生产单元、智能生产线、数字化车间、智能工厂,乃至智能制造系统的集成。

  3)互联互通是智能制造在实现了系统集成之后所实现的第二个功能,它是指通过、无线等通信技术,实现机器之间、机器与控制系统之间、企业之间的互联互通。

  4)信息融合是指智能制造在实现了系统集成和互联互通功能的基础上,利用云计算、大数据等新一代信息技术,在保障信息安全的前提下,实现信息协同共享这一较高级功能。智能制造在各个制造环节的“信息孤岛”间架起桥梁,并加以集成,从而使数据在整个工厂中得以共享。机器收集的数据和人类智能的结合将推进工厂优化,改进企业管理绩效,大幅增加经济效益,提高工人操作安全性,并促进可持续发展。

  5)在实现了系统集成、互联互通、信息融合之后,通过生产组织方式和商业模式的变革,最终实现形成新兴业态的目的,实现生产组织方式和商业模式的变革。这些新兴业态主要包括个性化定制、远程运维和工业云等服务型制造模式,通过贯穿整个价值链的工程化数字集成,实现基于价值链与不同企业之间的整合,从而最大限度地实现个性化定制,根本改变传统的商业模式和消费者的购物行为。

  地区以及产业区认识和理解智能制造,要从上述三个维度来完整、准确、深刻的理解智能制造,只有这样才能更好的发展区域智能制造产业,推动地区经济持续、健康、稳定的发展,实现制造业转型升级这一宏伟目标。

  基于上述的分析和认识,地方以及开发区发展智能制造的主要目标是紧紧围绕系统层级、生命周期、智能功能三个维度,形成“创新、协调、绿色、、共享”的智能制造产业。

  智能制造是一个大的系统工程,要从产品、生产、模式、基础四个方向来协调推进(图2),其中,以信息—物理系统(cyberphysical system,CPS)和工业互联网等智能制造基础设施为基础,智能产品是主体,智能生产是主线,以用户为中心的生产组织方式和商业模式变革为主题。

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