作者認為數字化車間建設要以實際需求為牽引,以經濟效益為驅動,以成功落地為導向。在先進設備的基礎上,在管理方面深挖潛力,充分發揮人的作用,構建數字化、網絡化和適度智能的生產模式,切實做到降本提質增效,提升企業的競爭力。
經濟學家威廉·拉佐尼克在《車間的競爭優勢》一書中強調指出:“在價值創造過程中,其核心是通過車間生產將原料轉化為產品——這可以稱為生產性轉化。”
在制造型企業,車間處于非常重要的位置。企業價值最終表現在產品與服務上,而車間是企業中將各種圖紙轉變為產品的主要場所,是決定生產效率與產品質量的重要環節,車間往往也是企業中員工數量最多的組織。因此,在很大程度上,車間強則企業強,車間智則企業智。《中國制造2025》中也明確指出:“推進制造過程智能化,在重點領域試點建設智能工廠/數字化車間。”數字化車間建設是智能制造的重要一環,是制造企業實施智能制造的主戰場,是制造企業走向智能制造的起點。
1數字化車間的建設主線
目前,國內外對數字化車間還沒有標準的定義,筆者基于自己的理解,對數字化車間進行如下描述:
數字化車間是基于生產設備、生產設施等硬件設施,以降本提質增效、快速響應市場為目的,在對工藝設計、生產組織、過程控制等環節優化管理的基礎上,通過數字化、網絡化、智能化等手段,在計算機虛擬環境中,對人、機、料、法、環、測等生產資源與生產過程進行設計、管理、仿真、優化與可視化等工作,以信息數字化及數據流動為主要特征,對生產資源、生產設備、生產設施以及生產過程進行精細、精準、敏捷、高效地管理與控制。數字化車間是智能車間的第一步,也是智能制造的重要基礎。
數字化車間是制造企業走向智能制造的起點
需要指出的是,此處的“數字化車間”,是企業已經熟悉和常用的基本術語,其中“數字化”的內涵包括但是并不限于數字化本身,而是將數字化、網絡化要素集成為一體并在內涵上有所擴大的“數字化”概念,其基本含義與德國工業4.0中的“Smart(智巧)”相對應,與中國工程院提出“數字化網絡化”的智能制造第二范式相對應。本文以下凡是提及“數字化車間”之處,皆采用該術語內涵。
數字化車間是制造企業走向智能制造的起點
很多人認為,大量采購和引入數字化設備是建設好數字化車間的前提。這是一個很大的誤解:數字化設備與數字化車間之間既非必要條件,也非充分條件。即便車間中全是數字化設備,如果沒有實現設備的互聯互通,沒有實現生產過程的數字化管理,數據沒有實現真正的有序流動,也不能稱之為數字化車間。相反,即便車間里的設備不全是數字化設備,但經過“三啞改造”,設備被接入信息化系統,生產過程實現數字化、網絡化與智能化(如智能排產、決策支持分析等),對生產計劃、生產資源、生產進度與產品質量等數據在信息化系統中進行有效管理,并可以根據生產需要進行有序流動,也可算是數字化車間。比如,在服裝加工等勞動密集型企業都可以通過數字化、網絡化改造實現車間的數字化管理。
對于數字化車間建設,我們可以參考德國工業4.0中對“智能工廠”的定義:重點研究智能化生產系統及過程,以及網絡化分布式生產設施的實現。前半句“智能化生產系統及過程”,指除了包括智能化的機床、機器人等生產設施以外,還包括對生產過程的智巧化管控,站在信息化的角度,就是智巧化的MES制造執行系統。而后半句:“以及網絡分布式生產設施的實現”,是指將生產所用的生產設備與設施(如機床、熱處理設備、機器人、AGV、測量測試設備等各種數字化設備),進行互聯互通、智巧化的管理,實現信息化系統與物理系統的深度融合。目前很多企業實施的設備物聯網(包括傳統的DNC/MDC功能)是其重要的表現形式。
從中可以看到,數字化車間建設有三條主線,一條是以機床、熱處理設備、機器人、測量測試設備等組成的自動化設備與相關設施,實現生產過程的精確化執行,這是數字化車間的物理基礎。
第二條線是以MES為中心的智巧化管控系統,實現對計劃調度、生產物流、工藝執行、過程質量、設備管理等生產過程各環節及要素的精細化管控,這是典型的賽博系統。
第三條主線是在互聯互通的設備物聯網基礎上,并以之作為橋梁,聯接起賽博空間的MES等信息化系統與機床等物理空間的自動化設備,構建車間級的CPS系統,實現了賽博與物理兩個世界的相互作用、深度融合。
三條主線交匯,實現數據在自動化設備、信息化系統之間按照人的意愿進行有序流動,將整個車間打造成軟硬一體的系統級CPS,最終實現高效、高質、綠色、低成本的生產模式,提升企業競爭力。
2精益思想要貫穿始終
如果說設備、MES、CPS等三條主線是“實線”的話,精益生產則是數字化車間建設的一條“虛線”,要貫穿數字化建設的始終。
1)精益生產,智能制造的重要指導思想
精益生產是管理學史上重要的實踐成果之一,深刻地影響著汽車工業,乃至全球制造業。精益生產基本思想和追求的管理目標,并沒有隨著智能制造的發展而落伍,恰恰相反,精益思想是企業進行智能制造體系構建的重要指導思想之一。
在此,筆者總結出五條可以指導智能制造建設的精益思想原則。