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朱铎先:剖析工业4.0 建设中国特色的智能工厂
2015-12-01    来源:    发布者:
本文为“大数据100分”活动分享内容。大数据100分,是中关村大数据产业联盟的特色活动。稿件内容由中关村大数据产业联盟授权数据观(www.cbdio.com)发布,未经允许请勿转载。

  主讲嘉宾:朱铎先

  嘉宾介绍:

  朱铎先,数字化领域专家,现任北京兰光创新科技有限公司总经理,致力于为离散企业提供数字化车间整体解决方案,为多个企业建设数字化智能化工厂,具有丰富的实践经验。

  以下为分享实景全文:

  朱铎先:大家好!非常感谢新河秘书长、陈教授给我这个机会与大家一起交流。希望通过这个主题,与大家一起探讨如何在工业4.0的热潮下,建设具有中国特色的智能工厂,在讲的过程中,如有不妥之处,请大家踊跃拍砖,呵呵!

  本讲座分两部分,第一部分是“工业4.0”的国内外战略剖析,对比分析了德国工业4.0、美国工业互联网、中国两化深度融合国家战略的不同点及共同点,找出制造企业实施工业4.0的落脚点及突破口。第二部分是也本讲座的重点,向大家介绍了兰光创新提出的建设中国特色智能工厂的思路。

  下面首先与大家一起剖析一下德国工业4.0、美国工业互联网、中国两化深度融合等战略的不同点及共同点。

  国务院总理李克强3月25日主持召开国务院常务会议,部署加快推进实施“中国制造2025”,实现制造业升级。会议强调要顺应“互联网 ”的发展趋势,以信息化与工业化深度融合为主线,突出了“工业化与信息化深度融合”、“工业互联网”等信息化手段在中国制造中的战略意义,为中国制造业大发展指明了方向,也再次掀起了工业4.0、工业互联网的热潮。

  我们先看工业4.0的概念。大家都很熟知的德国对工业4.0的划分,第一次革命,是机械化;第二次革命,是电气化;第三次革命,是以PLC为代表的信息化;第四次革命,就是信息物理系统。我们可以很明显地看出来,在德国人划分的所有四次革命的主体,均是围绕着生产设备,都是为了提高生产效率、提供生产灵活性。

  这就是有些专家讲的,德国自下而上的战略,以实加虚的战略,也就是从机电设备等德国最强的领域,向上延伸,增加信息化的成分,实现设备与信息的融合,从而提升德国企业的整体竞争力,“确保德国制造的未来”(工业4.0的战略目标)。

  “工业4.0”概念包含了由集中式控制向分散式增强型控制的基本模式转变,目标是建立一个高度灵活的个性化和数字化的产品与服务的生产模式。该战略分2个方向:智能工厂和智能生产。我们首先看一下对“智能工厂”的定义:重点研究智能化生产系统及过程,以及网络化分布式生产设施的实现。

  这句话可理解为两部分:智能化生产系统,包括高度自动化、数字化、智能化的硬件与软件系统,以实现生产过程的高度灵活性生产与智能管控,最后一句话,是说对生产设施(特别是数控机床等数字化设备)进行分布式管理,这个网络化分布式,就是大家熟悉的DNC中的D(Distributed ,分布式的),就是实现这些数字化设备的分布式管理。

  尽管工业4.0的涉及的内容非常多,但现在业界一致认为,工业4.0的一个主体,就是CPS系统,也即信息物理系统。赛迪智库认为“CPS将推动生产对象直接或借助互联网通过M2M(机器到机器)通讯自主实现信息交换、运转和相互操控”。大家可以明显地看到Machine to Machine的概念,也就是通俗讲的设备联网、设备监控等理念。

  刚才讲的是德国工业4.0。我们再看一下美国的情况,在09年金融危机之后,美国政府马上意识到工业在国家经济中的重要性,工业是国家竞争力的最重要的组成部分,于是马上出台一系列国家计划,以实现“再工业化”国家战略。在此情况下,作为美国制造业的先锋,美国GE公司率先提出了“工业互联网”概念,希望通过生产设备与IT相融合,目标是通过高性能设备、低成本传感器、互联网、大数据收集及分析技术等的组合,大幅提高现有产业的效率并创造新产业。

  这是GE著名的工业互联网数据价值链循环图,分别是安装仪表的工业机器、工业数据采集系统、大数据分析、可视化展现、智能决策支持反馈给设备,形成数据流的闭环管理。这里的工业机器,对GE来说,就是他们的航空发动机、贵重的医疗设备等,对制造企业而言,我们就可以理解为企业中最重要的生产设备。

  GE将工业互联网定位为一场新的“革命”,对其发展寄以厚望,并将工业革命划分为3个阶段:从18世纪中期到20世纪初的“工业革命”是产业界的第一场革命,20世纪末的“互联网革命”是第二场革命,通过将这些革命带来的先进产业设备与IT融合,将产生第三场革命——工业互联网。

  从这个划分来看,美国是典型的自上而下的战略,即从互联网,从信息化下延至设备,正与德国自下而上的方式是相反的,但都是充分发挥自己之长,借鉴对方之优点,补己之短。战略目标都是确保“国家制造的未来”。

  我们再看中国两化深度融合战略,这也是很多专家称之为中国版4.0的国家战略。在国家两化深度融合专项计划中,总体行动目标为:面向国民经济重点领域智能制造需求,创新智能制造装备产品,提高重大成套设备及生产线系统集成水平。加快工业机器人、增材制造等先进制造技术在生产过程中应用。培育数字化车间、智能工厂,推广智能制造生产模式。明确指出了将“培育数字化车间”,也就是德国讲的智能工厂,作为首要目标,并通过数字化车间、智能工厂,实现智能制造的生产模式。通过以上分析,我们可以明确地看到,作为信息化最先进的美国,制造最强的德国,制造业的大国——中国,在各自的国家战略中,有一个共同的聚焦点,那就是基于CPS的智能工厂。因此,通过设备的互联互通、基于大数据分析的决策支持、可视化展现、生产过程的管理与控制,建设智能工厂,兰光创新认为,这就是中国制造企业实现工业4.0、工业互联网、两化深度融合的突破口与落脚点。

  下面讲一下,兰光创新认为的、适合中国离散制造企业的一种智能工厂解决方案。

  首先简要介绍一下北京兰光创新科技有限公司,兰光创新成立于2002年,是一直致力于为离散企业提供数字化车间整体解决方案的专业技术公司,是国内第一家为用户提供真正意义上DNC/MDC/MES等数字化车间全线产品链的专业公司,产品包括MES系统、LPS精益生产系统、CPS协同生产管理系统、DNC机床联网、MDC机床监控、刀具管理、APS高级排产等。在全国有400多家成功客户,广泛地遍布航天、航空、兵器、船舶、汽车、模具等行业,是国内领先的数字化车间供应商。

  兰光创新认为,中国制造企业应该抓住这次革命的机遇,以国家两化融合为宗旨,以两化深度融合为突破口,参考德国工业4.0中的智能工厂模式及美国GE工业互联网等先进理念,结合企业实际情况,建设具有中国特色的智能工厂,构建国内领先的“设备自动化管理信息化”的智能型工厂。

  基于以上分析,兰光创新认为,制造企业可从以下5个方面着手,打造适合企业自己的智能工厂:智能计划排产(从计划源头上)、智能生产协同(从生产准备过程管控上)、智能的设备互联互通(是CPS典型的体现,实现数字化生产设备的分布式网络化通讯、程序集中管理、设备状态的实时监控等)、智能资源管理(包括对物料、刀具、量具、夹具等生产资源精益化管理、库存智能预警等)、以及智能决策支持(基于大数据分析的决策支持,形成管理的闭环),以实现数字化、网络化、智能化的高效生产模式。

  下面以兰光智能工厂为例,对这5个方面进行阐述。

  1)系统首先要具备智能排产的功能,可以支持多种自动排产算法,具有按交货期、精益生产、生产周期、最优库存、同一装夹优先、已投产订单优先等多种排产方式,可准确到每一道工序、每一台设备、每一分钟,可最大程度地满足各类复杂的排产要求,并可根据实际情况进行动态调整确保生产计划准确科学,从生产源头上做到智能化。

  2)实现生产准备过程中的透明化协同管理,比如与加工任务相关联的物料、刀具、夹具、数控程序等信息,也同时传递给相关人员,大家并行准备相关工作,实现车间级的协同制造,避免因为一个环节的延误而影响整个生产的进行,从而最大程度地确保设备的有效利用率。

  3)实现数控设备智能化的互联互通。这是智能工厂的核心,也是CPS概念的最佳体现,将不同接口(如RS232、RJ45等)、不同控制系统(如西门子、发那科等)、不同通讯协议的数控设备连接成一个网络,由一台计算机实现对所有数据机床的网络分布式集中管理,包括程序集中管理、程序网络传输、程序虚拟制造检查等,并实现设备状态的实时采集与监控,实现网络分布式的生产管理模式。

  对于高端带网卡机床,如SIEMENS 840D机床,直接通过网卡基本可以采集到几乎所有的信息:

   设备开机、关机。

   设备的实时状态。如运行、空闲、报警等。

   程序信息,如正在运行哪个程序等。

   数控程序加工次数。

   转速和进给。可以实时反馈当前的转速S值和进给速度F值、机床倍率。

   坐标信息。包括:绝对坐标、机床坐标、相对坐标、剩余移动量等。

   报警信息。监控设备是否有报警,报警号是什么。

   主轴功率。

   其他信息……

  这是软件的使用界面,不同颜色代表机床的不同状态,如绿色表示机床处于运行状态、灰色表示机床未开机、黄色表示开机但没干活,红色表示机床处于故障状态,鼠标点击机床,则可以看到机床的详细信息。并可以实现3D的展示效果,立体的机床、厂房,更形象、更直观。

  4)智能化的生产资源管理,包含:生产资源(物料、刀具、量具、夹具)出入库、查询、盘点、报损、并行准备、切削专家库、统计分析等功能,会对库房进行智能化管理,实现库存的精益化管理,减少生产资源的不足、积压等情况的发生。

  5)智能化的决策支持。通过大数据分析等技术,实现对车间生产全过程的透明化管理,比如计划执行情况、执行情况、库存情况、质量情况、设备情况等,形成具有智能决策支持的各种报表、图形,为生产管理进一步科学管理提供理论基础。

  各种统计报表:

  设备时间分布:

  系统应用场景(现场终端、LED实时的可视化显示等)

  由于现在工业4.0刚刚提出不久,标准还没形成,大家对智能工厂的理解都不一样,没有一个标准的智能工厂模型,以上是兰光创新基于对工业4.0、智能工厂的理解、以及兰光创新十多年数字化车间基础上提出的兰光智能工厂概念,与大家分享,不妥之处请多多指正,谢谢!

  陈志成:朱总今天晚上的讲座非常专业,既有理论也有案例,感谢朱总的精彩报告,兰光在数字化工厂建设行中已经走在前列,积累了很多实践经验,值得行业参考借鉴。下面进入交流讨论环节,各位专家群友如有问题可以提出讨论。

  朱铎先:谢谢大家捧场!欢迎多拍砖,数字化车间目前还处于前行中,需要大家献计献策,群策群力,才能做的更好!

  交流互动:

  陈志成(loT-Al):我看见你们兰光在数字的采集和可视化方面都做得非常专业了,请教一下朱总:你们现在基于兰光的这些系统(方案、数据分析算法等)是否可以很容易的移植到其他工厂中呢?改动量大不大?谢谢。这套系统是我们基于国外核心技术,沉淀了十多年了,现在是比较成熟,(不能叫完全成熟),移植性、通用性是很强的,已经在国内实施了400多家客户,在航天等军工单位高端客户占有率是第一的,所以,改动量很少,客户关心的几乎大同小异。

  朱铎先:个人感觉,数字化工厂(或者叫智能工厂)宜先从设备做起,也就是GE说的工业互联网,德国讲的CPS,设备毕竟是客观的,易于成功,不存在人为主观因素,并且这是MES的基础,也是4.0的基础,成功后会鼓舞用户士气,便于将来MES等管理系统的推广与应用。

  Q.G@朱铎先-兰光创新 讲的挺好!

  邢艳凯:数字化标准有没有?

  Q.G@朱铎先-兰光创新可否举个例,你们的方案适宜哪种规模或特点的工厂

  Jeffrey@朱铎先-兰光创新 [强]

  Q.G@朱铎先-兰光创新工厂的节能减排和能耗在方案中会涉及或是否可以无缝整合?

  朱铎先:您好!我们的例子有很多,几百个客户,但考虑到这是公开讲座,所以没讲例子。我们的方案是适合于离散行业的,但离散行业又有细分:多品种小批量的,是兰光广义上的MES,如军工企业;大批量的离散,如汽车行业,我们的方案是LPS精益生产管理系统,单件生产的,如模具,我们的方案是CPS生产管理系统,虽然大的方面相似,但充分考虑到了行业特点,客户的关注点等等,所以非常适合各自行业;一定幻想不能拿一套系统适合所有行业。我们主要是在数字化设备方面,比如数控设备、热处理设备、机器人等数字化方面,这方面有任何问题都可以找我们一同解决。

  Q.G了解了。如果以工业园区作为你的市场,这个方案适宜一个个上还是作为Paas Saas?

  朱铎先:由于我们客户主要以军工为主,在云等技术上应用较少,但现在已经开始着手这方面研究与应用了。

  《颜强-IT从业幸存者》:@朱铎先-兰光创新朱总,你的这套系统和工厂的信息管理系统像ERP, HR等有没有集成和信息交流?

  朱铎先:我们和很多的ERP,PLM,MES等都做过集成,应该不下几十家,集成不是大问题,关键是这些系统自身要规范。

  《颜强-IT从业幸存者》:@Qing Gang 这些个 As Service,是指跨多个企业的管理平台么?

  陈志成(loT-Al):@朱铎先-兰光创新,军工考虑安全性,云技术用得谨慎。如果面向一般工业流程企业,云平台和大数据分析目前来看就是很重要的了,是大趋势了。

  Q.G@朱铎先-兰光创新了解了。有机会单独沟通。如果不涉及敏感性,云化后可能更多功能可以挂上来。

  @《颜强-IT从业幸存者》不是。是可以将方案部分Paas,部分Saas,然后提供出去,客户黏性和弹性会更好。收费更多样化,集成费用更好管控。这样对朱总的营收可能更有帮助

  朱铎先:陈教授说的对,军工最看重安全性。云的概念,我们可以在非军工企业进行应用。

  Q.G 可以混合云@朱铎先-兰光创新

  朱铎先:谢谢Qing gang!

  Q.G不谢!你们方案很好!希望越来越好

  朱铎先:谢谢,QingGang,我们还有很多不足,需要继续努力,在4.0的路上,大家都是学生,都是在摸索,需要多相互切磋,共同促进

  刚才介绍一下兰光创新对4.0等战略的认识及兰光的解决方案,主要想起到抛砖引玉的效果,大家共同探讨,共同促进,共同为中国制造业出份力、做些贡献。兰光创新是非常开放的公司,非常欢迎与各界朋友合作,共同在4.0的浪潮中,携手奋进

  朱铎先:当然,考虑到本讲座是公开的,一些涉及公司秘密、客户案例等,都没法详细展开,只是讲一下方案的大概,欢迎大家有时间时多沟通、多给予指导,共同进步才是真正的进布、客户的成功才是真正的成功。

  陈志成:非常感谢朱总的精彩报告,兰光在数字化工厂建设行中已经走在前列,积累了很多实践经验,值得行业参考借鉴。

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