我國軸承企業(yè)發(fā)展智能制造的當務(wù)之急
2023-05-20作者:中國軸承工業(yè)協(xié)會總工程師 何加群
一、智能化是復雜的系統(tǒng)工程
智能化包括包括制造過程的智能化和產(chǎn)品的智能化二個范疇。對我們軸承行業(yè)來說,即包括軸承的智能制造(流程)和智能軸承(產(chǎn)品)二個范疇。
智能化不論是流程的智能化,還是產(chǎn)品的智能化,都是基于信息物理聯(lián)合系統(tǒng)(Cyber-Physical System, CPS),亦即“數(shù)字雙胞胎”(Cyber Twin),實體物理世界與虛擬網(wǎng)絡(luò)世界的融合。
1、智能制造的發(fā)展路徑
我們不要用了幾臺工業(yè)機器人就說實現(xiàn)了智能化,不要用了幾臺功能強大一點的數(shù)控機床就說實現(xiàn)了智能化。智能制造有確切的定義,嚴格的界定:
智能制造是一個不斷向深度與廣度發(fā)展的過程,是基于新一代數(shù)字與網(wǎng)絡(luò)信息技術(shù),貫穿于用戶、設(shè)計、工藝、生產(chǎn)、檢測、管理、服務(wù),及上下游企業(yè)等制造活動各個環(huán)節(jié),具有信息深度自感知,智慧化自決策(多參數(shù)人工智能)、精確控制自執(zhí)行等功能的可控并可遠程控制的具有反饋功能的先進制造過程、系統(tǒng)與模式的總稱。
特別要注意前述智能制造定義中的“三自”——自感知(自檢測)、自決策(自診斷)、自執(zhí)行(自調(diào)控)。
智能制造不能一蹴而就,需要經(jīng)歷傳統(tǒng)制造→數(shù)字化轉(zhuǎn)型→網(wǎng)絡(luò)化協(xié)同→智能化變革的發(fā)展。智能制造要“三不”:不要在落后的工藝基礎(chǔ)上搞智能化;不要在落后的管理基礎(chǔ)上搞智能化;不要沒有數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化的基礎(chǔ)就搞智能化。
制造強國戰(zhàn)略包括了對智能制造三個階段的表述,首先是數(shù)字化,然后是網(wǎng)絡(luò)化,Z終達到智能化。應(yīng)該說,世界范圍內(nèi)現(xiàn)有的企業(yè)和產(chǎn)品達到智能化水平的還很少。智能化的基礎(chǔ)是數(shù)字化,首先要把產(chǎn)品、整個生產(chǎn)過程、管理等都要引入數(shù)字化,也就是信息化的手段,這是智能制造的基礎(chǔ)。在此基礎(chǔ)上,再把不同的裝備和裝備、裝備和產(chǎn)品、裝備和人之間建立通信的路徑,Z終實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)化。在數(shù)字化和網(wǎng)絡(luò)化都已經(jīng)實現(xiàn)的基礎(chǔ)上,才能談到智能制造。
國家工信部在《“十四五”智能制造發(fā)展規(guī)劃》中規(guī)定:“到2025年,規(guī)模以上制造企業(yè)大部分實現(xiàn)數(shù)字化網(wǎng)絡(luò)化,重點行業(yè)骨干企業(yè)初步應(yīng)用智能化;到2035年,規(guī)模以上制造企業(yè)全面普及數(shù)字化網(wǎng)絡(luò)化,重點行業(yè)骨干企業(yè)基本實現(xiàn)智能化。”
2、什么是智能軸承
智能軸承是由經(jīng)過改進的軸承本體及相關(guān)輔件、鑲嵌在軸承體內(nèi)或相關(guān)輔件內(nèi)的微型傳感器、處理傳輸電路(專用芯片)、采集卡、信號處理與分析軟件和軸承服役狀態(tài)調(diào)控裝置組成,可實現(xiàn)服役狀態(tài)的自感知、自決策、自執(zhí)行的軸承系統(tǒng)。
智能軸承是“機電軟”的結(jié)合體,是“數(shù)字雙胞胎”。
智能軸承按其功能分為二大類,一大類為初始型智能軸承,具有服役狀態(tài)自感知、自決策功能。這類軸承還不是真正意義上的智能軸承,實際上是“傳感器軸承”;另一大類為全功能型軸承,不僅具有服役狀態(tài)自感知、自決策功能,而且可以自執(zhí)行、自調(diào)控。
自感知(自檢測)——通過傳感器檢測軸承服役狀態(tài):旋轉(zhuǎn)速度、加速度、角度位置,累計旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)數(shù),溫度,振動、噪聲,載荷,工作游隙,潤滑狀況,磨損程度等。
自決策(自診斷)——對即將發(fā)生的故障診斷、預警,對已經(jīng)發(fā)生的故障診斷、報警,對軸承剩余壽命預測。
自執(zhí)行(自調(diào)控)——根據(jù)軸承實時服役狀態(tài),通過調(diào)控裝置,對軸承工作游隙、預緊力、潤滑等服役狀態(tài)進行調(diào)控、矯正,以適應(yīng)主機的運行要求。
二、我國軸承企業(yè)發(fā)展智能制造的當務(wù)之急——數(shù)字化轉(zhuǎn)型
習近平總書記指出,要“推動數(shù)字經(jīng)濟和實體經(jīng)濟融合發(fā)展。”“發(fā)揮數(shù)字技術(shù)對經(jīng)濟發(fā)展的放大、疊加、倍增的作用。”數(shù)字化轉(zhuǎn)型是我國軸承企業(yè)發(fā)展智能制造的當務(wù)之急。
企業(yè)是否實現(xiàn)數(shù)字化轉(zhuǎn)型,表現(xiàn)在是否實現(xiàn)研發(fā)設(shè)計、企業(yè)管理、產(chǎn)品制造和產(chǎn)業(yè)鏈構(gòu)建四個數(shù)字化。
1、研發(fā)設(shè)計數(shù)字化
通過模擬仿真,建立產(chǎn)品數(shù)字化模型,實現(xiàn)CAD(計算機輔助設(shè)計)/ CAE(計算機輔助工程分析)/CAPP (計算機輔助工藝設(shè)計)/ PDM(產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理)?單項信息技術(shù)的應(yīng)用和集成,實現(xiàn)研發(fā)設(shè)計數(shù)字化。
2、企業(yè)管理數(shù)字化
建立企業(yè)資源計劃管理系統(tǒng)(ERP)、產(chǎn)品全生命周期管理系統(tǒng)(PLM)、客戶關(guān)系管理系統(tǒng)(CRM)、供應(yīng)鏈管理系統(tǒng)(SCM)等,并實際運行,由單項信息技術(shù)的運用,發(fā)展到綜合集成;進而發(fā)展到PDM—MES—PLM—ERP的高效協(xié)同與綜合集成。
培育企業(yè)互聯(lián)互通的生態(tài)體系。建立企業(yè)中央數(shù)據(jù)庫,運用云技術(shù)、大數(shù)據(jù)技術(shù),以數(shù)據(jù)流為核心,人、機器、產(chǎn)品互聯(lián)互通,人人互聯(lián)、人機互聯(lián)、機物互聯(lián)、機機互聯(lián),實現(xiàn)企業(yè)內(nèi)部信息流、物流和資金流的集成,企業(yè)內(nèi)部所有環(huán)節(jié)無縫對接。
3、產(chǎn)品制造數(shù)字化
(1)產(chǎn)品制造裝備數(shù)字化——
工廠裝備應(yīng)用深度融入數(shù)字化技術(shù)的數(shù)控系統(tǒng)、控制器(PLC)、伺服電機、電子標簽(RFLD)等功能部件。
實現(xiàn)編程、操作、維護和管理的數(shù)字化。切削工藝及切削參數(shù)自動優(yōu)化。整機操作自動裝卡、自動對刀、自動切削。
具有主軸監(jiān)控和溫度補償、運動部件的位置補償和熱補償、加工件在機精度檢測和補償、刀具(磨具)磨損和破損在機監(jiān)控和自動修正補償?shù)裙δ堋?/p>
(2)產(chǎn)品生產(chǎn)過程數(shù)字化——
應(yīng)用具有人力資源管控、設(shè)備運行管控、生產(chǎn)工藝管控、進度計劃管控、生產(chǎn)工單管控、物料供應(yīng)管控、產(chǎn)品質(zhì)量管控、工磨具管控和生產(chǎn)可視化等模塊的MES系統(tǒng)(制造執(zhí)行系統(tǒng))。
運用這一系統(tǒng),能夠?qū)崟r采集機床信息、掌握設(shè)備狀態(tài)、進行設(shè)備效率分析、成本分析、質(zhì)量分析、工單計劃、生產(chǎn)趨勢分析,適時控制、調(diào)整、預警,并可通過手機終端,訪問車間管理信息。
4、產(chǎn)業(yè)鏈構(gòu)建數(shù)字化
企業(yè)組織結(jié)構(gòu)由金字塔式轉(zhuǎn)變?yōu)楸馄交仃囀?。業(yè)務(wù)流程由串聯(lián)轉(zhuǎn)變?yōu)椴⒙?lián),去中間化,去中介化,以數(shù)據(jù)流為核心,暢通產(chǎn)業(yè)鏈,企業(yè)各個環(huán)節(jié)與用戶和供應(yīng)商實現(xiàn)信息實時同步、互聯(lián)互通,以利于快速響應(yīng)用戶訂單,整合用戶碎片化需求。實現(xiàn)信息系統(tǒng)縱向、橫向和端對端的集成,形成覆蓋全產(chǎn)業(yè)鏈、產(chǎn)品全生命周期的數(shù)字化。
三、我國軸承企業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型的三個著力點
1、信息技術(shù)的應(yīng)用和集成
(1)系統(tǒng)模型建立與運行
車間/工廠的總體設(shè)計、工藝流程及布局建立數(shù)字化模型,并進行模擬仿真,實現(xiàn)規(guī)劃、生產(chǎn)、運營全流程數(shù)字化管理。
(2)CAD/CAPP/PDM應(yīng)用與集成
應(yīng)用數(shù)字化三維計算機輔助設(shè)計(CAD)與計算機輔助工藝編制(CAPP)技術(shù)進行產(chǎn)品、工藝設(shè)計與仿真,并通過物理檢測與試驗進行驗證與優(yōu)化。建立產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)(PDM),實現(xiàn)CAD/CAPP/PDM產(chǎn)品數(shù)據(jù)的集成管理。
(3)關(guān)鍵技術(shù)裝備應(yīng)用
實現(xiàn)高檔數(shù)控機床與工業(yè)機器人、智能傳感與控制裝備、智能檢測與裝配裝備、智能物流與倉儲裝備等關(guān)鍵技術(shù)裝備的有效應(yīng)用與高度集成。
(4)生產(chǎn)過程數(shù)據(jù)采集和分析系統(tǒng)建設(shè)
建立生產(chǎn)過程數(shù)據(jù)采集和分析系統(tǒng),充分采集生產(chǎn)進度、現(xiàn)場操作、質(zhì)量檢驗、設(shè)備狀態(tài)、物料傳送等生產(chǎn)現(xiàn)場數(shù)據(jù),并實現(xiàn)可視化管理。
(5)制造執(zhí)行系統(tǒng)(MES)與企業(yè)資源計劃系統(tǒng)(ERP)建設(shè)
建立車間制造執(zhí)行系統(tǒng)(MES),實現(xiàn)計劃、調(diào)度、質(zhì)量、設(shè)備、生產(chǎn)、能效的全過程閉環(huán)管理。建立企業(yè)資源計劃系統(tǒng)(ERP),實現(xiàn)供應(yīng)鏈、物流、成本等企業(yè)經(jīng)營管理的優(yōu)化。
(6)工廠內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)建設(shè)及信息集成
建立工廠內(nèi)部互聯(lián)互通網(wǎng)絡(luò)架構(gòu),實現(xiàn)設(shè)計、工藝、制造、檢驗、物流等制造過程各環(huán)節(jié)之間,特別是制造執(zhí)行系統(tǒng)(MES)和企業(yè)資源計劃系統(tǒng)(ERP)的高效協(xié)同與集成,建立全生命周期產(chǎn)品信息統(tǒng)一平臺。
(7)信息安全保障
建立工業(yè)信息安全管理制度和技術(shù)防護體系,網(wǎng)絡(luò)防護、應(yīng)急響應(yīng)等信息安全保障能力。建立功能安全保護系統(tǒng),采用全生命周期方法有效避免系統(tǒng)失效。
2、中小企業(yè)數(shù)字化賦能
要認真貫徹落實國家工信部《中小企業(yè)數(shù)字化賦能專項行動方案》,對廣大中小軸承企業(yè)實行數(shù)字化賦能。
集聚一批面向中小企業(yè)的數(shù)字化服務(wù)商,培育推廣一批符合中小企業(yè)需求的數(shù)字化平臺、系統(tǒng)解決方案、產(chǎn)品和服務(wù),助推中小企業(yè)通過數(shù)字化賦能,實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展,高質(zhì)量發(fā)展。
(1)助推中小企業(yè)上云用云,獲取資源和服務(wù)
要引導數(shù)字化服務(wù)商面向中小企業(yè)推出云制造平臺和云服務(wù)平臺,支持中小企業(yè)設(shè)備上云和業(yè)務(wù)系統(tǒng)向云端遷移,幫助中小企業(yè)從云上獲取資源和應(yīng)用服務(wù),滿足中小企業(yè)研發(fā)設(shè)計、生產(chǎn)制造、經(jīng)營管理、市場營銷等業(yè)務(wù)系統(tǒng)云化需求。
(2)搭建數(shù)字化平臺,促進中小企業(yè)生產(chǎn)要素數(shù)字化
搭建技術(shù)水平高、集成能力強、行業(yè)應(yīng)用廣的數(shù)字化平臺,應(yīng)用物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、邊緣計算、5G、人工智能、增強現(xiàn)實/虛擬現(xiàn)實等新興技術(shù),促進中小企業(yè)生產(chǎn)要素數(shù)字化、生產(chǎn)過程柔性化及系統(tǒng)服務(wù)集成化。
(3)開發(fā)應(yīng)用數(shù)字化運營解決方案
針對不同類型的中小企業(yè)的需求場景,開發(fā)使用便捷、成本低廉的中小企業(yè)數(shù)字化運營解決方案。
(4)加強數(shù)據(jù)資源共享和開發(fā)利用
支持供應(yīng)鏈上下游企業(yè)打通不同系統(tǒng)間的數(shù)據(jù)聯(lián)通渠道,實現(xiàn)數(shù)據(jù)信息暢通、制造資源共享和生產(chǎn)過程協(xié)同。
(5)加強網(wǎng)絡(luò)和數(shù)據(jù)安全保障
推動中小企業(yè)強化網(wǎng)絡(luò)與數(shù)據(jù)安全保障措施。
3、精益生產(chǎn)
企業(yè)要實現(xiàn)數(shù)字化轉(zhuǎn)型,Z終實現(xiàn)智能制造,必須要有精益生產(chǎn)的基礎(chǔ)。
精益生產(chǎn)的要點:
(1)精益管理思維
精益管理思維的核心就是以Z小資源投入,包括人力、設(shè)備、資金、材料、時間和空間,創(chuàng)造出盡可能多的價值,降低成本、提高質(zhì)量、加快流程速度和改善資本投入產(chǎn)出,為顧客提供滿意的產(chǎn)品和服務(wù),實現(xiàn)價值Z大化。
(2)執(zhí)行力強的組織架構(gòu)
構(gòu)建執(zhí)行力強的組織架構(gòu),明確界定各部門、崗位的目標、職責和權(quán)限,建立相應(yīng)的授權(quán)、檢查和逐級問責制度,確保其在授權(quán)范圍內(nèi)履行職能;設(shè)立涵蓋企業(yè)所有運營環(huán)節(jié)的控制架構(gòu),并制定各層級之間的控制程序,保證企業(yè)高管層下達的指令能夠嚴格執(zhí)行。
(3)標準化并持續(xù)改進的敏捷業(yè)務(wù)流程
優(yōu)化和標準化業(yè)務(wù)流程,并持續(xù)改進,包括拉動式生產(chǎn)、少庫存無間斷作業(yè)、均衡一致的生產(chǎn)節(jié)拍、精準的物流、信息流,從而保證準時化生產(chǎn)。
(4)5S的現(xiàn)場管理
通過5S的推進和落實,使現(xiàn)場時刻處于有序安排持續(xù)改善的狀態(tài)。5S是:整理(SEIRI)、整頓(SEITON)、清掃(SEISO)、清潔(SEIKETSU)、素養(yǎng)(SHITSUKE)。
(5)全員全過程的質(zhì)量控制
通過對全員活動的監(jiān)管、約束、考核,全過程的規(guī)范,實現(xiàn)全員全過程的質(zhì)量控制,從而保證質(zhì)量無差錯零缺陷。
(6)工藝裝備的數(shù)控化
新購置的設(shè)備采用數(shù)控設(shè)備和由數(shù)控設(shè)備組建的自動、半自動生產(chǎn)線。用數(shù)控技術(shù)改造傳統(tǒng)設(shè)備。數(shù)控化率達到國家規(guī)定的標準。
四、我國軸承行業(yè)推進數(shù)字化轉(zhuǎn)型要遵循的原則
1、創(chuàng)新驅(qū)動 數(shù)據(jù)支撐
新世紀以來,移動互聯(lián)、超級計算、大數(shù)據(jù)、云計算、物聯(lián)網(wǎng)、人工智能等新一代信息技術(shù)迅猛發(fā)展,我們要創(chuàng)新運用新一代信息技術(shù),推進其與制造技術(shù)融合,驅(qū)動我國軸承企業(yè)的數(shù)字化轉(zhuǎn)型。
企業(yè)要實現(xiàn)數(shù)字化轉(zhuǎn)型,必須數(shù)據(jù)支撐。實現(xiàn)數(shù)字化Z重要的是要做到“三個統(tǒng)一,一個同一”。三個“統(tǒng)一”就是要做到數(shù)字模型、源代碼、應(yīng)用程序編程接口(API)三個“統(tǒng)一”。一個“同一”就是一個企業(yè)必須有一個同一的數(shù)據(jù)庫——中央數(shù)據(jù)庫,從而消除信息孤島,消除ERP和MES的割裂,實現(xiàn)縱向、橫向和端到端的數(shù)據(jù)打通,實現(xiàn)數(shù)據(jù)的自由流動、實時調(diào)整、快速響應(yīng)。
2、需求優(yōu)先 重點突破
企業(yè)需求是催生數(shù)字化轉(zhuǎn)型的重要動因。我們要研究企業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型的動因是什么,是節(jié)約人力;是提高效率;是提高質(zhì)量;是降低成本;是縮短交貨期;是快速反應(yīng)市場;是節(jié)能降耗減排?……企業(yè)Z急需的,就是Z能見效快的。我們要把企業(yè)的急需作為企業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型要重點突破的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。
3、分類施策 全面推進
我國軸承行業(yè)的企業(yè)眾多,規(guī)模大小經(jīng)營狀況相差很大,信息化和精益生產(chǎn)的基礎(chǔ)也千差萬別。要根據(jù)企業(yè)的實際情況,根據(jù)企業(yè)的基礎(chǔ)條體分類施策,從不同起點,全面推進。工信部《“十四五”智能制造發(fā)展規(guī)劃》提出,到2025年,70%以上的規(guī)模以上制造業(yè)企業(yè)實現(xiàn)數(shù)字化網(wǎng)絡(luò)化,重點行業(yè)骨干企業(yè)初步應(yīng)用智能化;到2035年,規(guī)模以上制造業(yè)企業(yè)全面普及數(shù)字化網(wǎng)絡(luò)化,重點行業(yè)骨干企業(yè)基本實現(xiàn)智能化。
我國已進入數(shù)字化制造大面積推廣階段,其中有一部分企業(yè),在完成數(shù)字化網(wǎng)絡(luò)化制造之后,具備了進一步向智能化方向發(fā)展的能力。工信部在“十四五”期間要開展“智能工廠試點示范行動”,選擇一批數(shù)字化網(wǎng)絡(luò)化基礎(chǔ)好的企業(yè),探索建設(shè)智能工廠的路徑,為2025年之后的推廣提供案例和經(jīng)驗。
(來源:中軸協(xié))