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从德国工业4.0看机械装备的智能化转型升级

2017-05-04 | 编辑:机械工业教育网 | 来源:中国工业报 | 浏览量:


     二十一世纪,制造业发生了很大的变化,特别是需求的变化。这种变化就在于中国以前可能更适合做量大的东西,比如打火机、手机等,价格做的便宜,制造市场现在更需要的是定制化、个性化,这对中国制造带来了新的挑战,同时也是机遇。
 
     我认为制造行业有以下几个变化:
 
     第一是高端化。提到高端化大家就会联想到“中国制造2025”。 5月19日,国务院正式印发“中国制造2025”,部署全面推进实施制造强国战略,这是我国实施制造强国战略第一个十年的行动纲领,大致可以归纳为“一二三四五五十”。依照制造业的综合指标来看中国远远落后于美国等发达国家,所以中央提出制定一个强国规划,也就是“三步走”战略:在2025年迈入制造强国行列,2035年迈入位于制造强国中位,在2045年跟美国一样迈入制造强国第一方阵。后面还有若干政策,其中涉及到“高档数控机床与基础制造装备”领域的,国家科技重大专项(04重大专项)中指出:重点开发航空航天、船舶制造、汽车制造、发电设备等需要的高档数控机床、提高我国高档数控机床与基础制造成套装备的自主开发能力,满足国内主要行业对制造装备的基本需求。
 
     制造行业第二个新变化是细分化。苹果手机引领了3C智能手机外壳金属化潮流,创新的制造工艺,以高速铣削金属壳体框架革新注塑成型的塑料外壳。自2013年开始,三星、HTC、华为、联想、小米、OPPO、魅族等均推出金属外壳手机,目前具备金属外壳的智能手机占比大概为20%左右,预计到2016年,这一比重将达到38%,这足以说明3C智能终端制造创新工艺的市场需求与日俱增。苹果需要41000台CNC设备来生产最新iPhone6s的铝合金机身,由于强度更高的金属材料处理起来比传统的金属外壳更难,CNC加工所需要时间更长。如果其他厂商跟随苹果采用新系列铝合金,CNC产能的将有更大的需求。因此细分化也需要贴近市场,李克强总理到泉州参观的时候就很关注手机的加工设备,也在关心3C制造装备产业。
 
     第三个新变化是自动化。自动化大家都知道其实就是机器换人,“机器人革命”有望成为“第三次工业革命”的一个切入点和重要增长点,将影响全球制造业格局。这个市场显然很大,但是一样也存在着风险。我国将成为机器人的最大市场,但我们的技术和制造能力能不能应对这场竞争?说到机器人,大家都会关注它的核心部件,机器换人,换的不好就是外国的机器人上岗,中国的工人下岗。因此,我们不仅要把我国机器人水平提高上去,而且要尽可能多地占领市场。
 
     我今天更重要的是想要讲我所体会智能化。德国 “工业4.0” 的主题就是智能工厂、智能生产,“中国制造2025”核心也是数字化制造、智能化制造。所以从数字制造到智能制造,是制造业发展的必然趋势,是美国“先进制造业国家战略计划”、德国“工业4.0”、“中国制造2025”等国家战略计划额重要内容之一。 “中国制造2025” 的主攻方向是智能制造,而“互联网+制造”的制高点也是智能制造,发展智能制造已上升为国家战略。
 
     智能手机的启示
 
 
     我一直在研究德国“工业4.0”是什么玩意儿?当我们看到很多东西的时候,比如3D打印、工业机器人、包括DNC、MES等智能制造,我就在想这些东西早在二十年前就已经有了,现在德国西门子和德国工程院提出德国 “工业4.0” ,难道德国工业4.0是“新瓶装老酒”吗?是忽悠中国的阴谋吗?
 
     我请教了很多大院士去弄清楚智能的数控机床和普通的数控机床的区别,这些大院士告诉我德国“工业4.0”太遥远。 包括我在跟很多企业家交流的时候,发现他们都不知道自己的工作该从哪里下手,我也遇到了同样的困惑。我本人是忠实的 “果粉” ,我从智能手机里受到了启迪。网上关于智能手机的定义主要有五大特点,第一具备无线接入互联网的能力,第二有PDA的功能、 第三具有开放性的操作系统、第四人性化、第五功能强大,然而这五大特点似乎没有一个跟智能有关系。
 
     我所理解的智能手机可以测体能,攻略,监控,路况诊断,因此我觉得智能手机有三个平台:
     1、基于IOS操作系统的先进的通讯软、硬件技术平台;它能满足语音、数据通讯的基本要求、支持智能传感器接入、支持多种网络接入、支持软件二次开发。
     2、大数据采集、传输和储存的技术平台;
     3、云计算、云服务技术平台;
     4、建立在以上3大技术平台上成千上万的智能应用软件模块。
 
     德国工业4.0及美国的CPS
 
     德国 “工业4.0” 战略实际上就是要引领第四次工业革命,使德国制造业继续保持全球领先优势。利于移动互联网、大数据、物联网技术,建立物理-信息融合(Cyber-Physical)系统,推动德国制造业向服务业转型。
 
     我特别关注4.0的核心,所以我专门跑到西门子成都数字化样板号称工业3.8的工厂去考察,他们的数字化、自动化做的很好,所有的设备、工装、零件都是数字化。 数字化和自动化都是工业3.0的内容,但是这里面的智能化到底体现在哪里?他们告诉我说有一个智能仓库,30分钟以内就可以把所需的零件送到指定的位置,实际上这也是3.0, 我所理解的智能仓库应该是根据一个月以后的生产计划可以自己来倒腾库存的。因此,我在分析工业4.0结构的时候,就发现德国工业4.0的核心技术不在德国,而在美国,是美国的工业互联网和CPS。
 
     德国工业4.0的核心是美国的工业互联网和CPS
     为什么会说在美国呢?工业4.0包含4大主题、3项集成、8项计划到最后实际上汇成一个网络,即Cyber-PhysicalSystems,美国人10年前就提出来了。去年全世界人民都在寻找马航MH370,发动机的卫星监控数据服务,成为全球寻找飞机最关键的线索。航空发动机的远程数据采集、监控、诊断和预警等远程定制服务成为世界关注的热点话题。而提到CPS、工业大数据、工业互联网等大家就会联想到GE,GE公司的发动机上装了很多传感器,可以把数据传达到地面的数据中心,通过地面发动机大数据挖掘与云计算中心。
 
     如何将我们掌握的数据信息资源优势,转化为技术优势和市场优势,从而实现制造型向服务型企业转型?大数据采集与可视化智能化数据挖掘及溯源诊断、预警和维护工具。因此我觉得德国工业4.0还真不是“新瓶装老酒”,这主要的原因是我们的大数据、物联网、云计算等IP技术的发展使得我们现在仍旧只是做制造,做机器人,跟原来十年前制造业技术平台不一样了,现在在新的IP技术的平台上完全可能实现新型的智能制造。
 
     制造模式发展进程:
 
     基于工业4.0思维的智能机床和智能数控系统
 
 
     现在说说我们怎样将功能、需求和数控机床结合起来。在04专项中,数控机床作为重中之重,国家希望我们开发一个以西门子840D、 以FANUC 0i为目标竞争的产品,我们将这些目标归纳为“华中8型”高档数控系统。依托国家科技重大专项项目,高档数控系统关键技术也取得了重大突破。
 
     “华中8型”的核心中除了高档数控机床配套以外,我们还配置了华中8型的大连机床DLM16\DLM20精密车削中心,主要用于航空航天领域中,精密零件加工。同时还为东方汽轮机厂装备了11台数控砂带磨床的叶片生产线、配置高可靠性、高集成度的NC单元。其中,NCUC总线获6项国家标准,2014年或湖北省科技进步一等奖。
 
     数控机床工作状态大数据与加工指令密切相关,与零件加工质量、精度和加工效率之间存在内蕴的映射关系。华中8型智能数控系统(iNC)的智能模块利用控制信息、传感信息、网络信息,实现从数控设备的运行、加工、操作和编程等环节中,替代人脑,完成工作。包括智能管理、智能调试、智能补偿、云端工厂等。智能管理可以通过云数控服务平台对机床的状态进行监控,还能对车间状态、机床运行状态、程序信息进行远程高级监控和统计分析。
 
     俗话说“七分销售、三分技术”,我觉得在新的工业革命、新的时代下,其实技术是更为关键的,有好产品、好技术是硬道理。那么CPS到底是个什么东西?从数控机床的信息物理系统来看,它主要由设备层、感知层、网络层、认知层和控制层组成,形成人、产品、物理空间和信息空间的深度融合,是实现智能制造系统的基础。在CPS认知层上,建立机器的CPS模型是机器实现智能制造的关键。
 
     数控机床工作过程CPS模型:
 
 
     其实智能离我们并不遥远,虽然与国外有差距,但是我们在同一条起跑线上,智能也并没有想象中那么可怕。我们的目标是人在大数据支持下的智慧决策。我认为工业4.0是很有必要的,因为我们可以同步走,用工业4.0的智能技术,解决我国工业2.0存在的问题。基于工业4.0的转型和升级,可以把高速、高精控制技术、工业互联网技术、大数据技术与控制器、装备结合起来。
 
     智能制造,思想有多远,我们就能走多远!因为创新无止境,只要围绕机械装备运行实现高速、高精、高效,机械设备好用、易用,我们可以想出很多方法来推动制造业升级发展!
 

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