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全球视野下“工业4.0”与中国新工业之路

来源:中国机床网 时间:2016-01-05 00:00:00

    2008年全球金融危机爆发,德国以实体制造业为主导的经济一枝独秀,引发了人们对制造业地位和价值的重新思考,也为持续向服务业和虚拟经济转型的经济体带来了很多启发。2014年,德国率先提出了国家工业4.0战略,继而引发了美国制造业智能制造联盟和中国智能制造2025的积极响应。与此同时,中国互联网+掀起了一波热潮让很多制造型企业陷入困惑和迷茫。它在整个经济结构中的战略地位是否发生了变化?德国的隐性冠军是否还有存在价值?德国工业4.0与中国智能制造2025会有哪些不同?

  带着这些困惑,北京大学光华管理学院继成功举办美国硅谷和以色列创新创业海外学习项目后,再次为中关村企业家定制打造这期高端德国学习项目,项目旨在帮助学员全面理解中国制造2025发展战略及具体实施政策,并有机会前往德国实地学习先进制造经验,了解德国工业发展环境。学习内容包括:中国制造2025战略和德国未来工业制造课程,企业参访,以及参加纽伦堡电气自动化系统及元器件展。项目学员主要由中关村企业家组成,他们来自不同的行业,包括机械制造行业,生物科技行业,互联网技术行业及投资行业,其中约一半人多次参与我们组织的海外学习项目。学员希望通过此行,对上述问题和困惑寻求答案。
  
  工业4.0为什么发生在德国?
  
  通过上课,参观奔驰、博世、Festo、SAP、奥迪等企业,我们通过眼见为实的直接体验,深刻认识到德国作为全球信息化强国,走的是一条信息化、数字化、自动化和智能化与实体经济深度融合的发展道路。德国工业4.0是一个演化的、渐进式创新过程,它不是革命。
  
  在德国的制造企业中,工业4.0的概念实际上是在物料管理系统、ERP系统、装配和包装系统及物流系统基础上逐渐、集成整合和优化基础上,通过数据一致性、数据集成、数字建模与仿真、车间控制、生产自动化与控制、规划与预测等信息化应用渐进式发展而来。这种连接将促进端到端的信息流动和信息分享,加速对客户需求的交付速度,增强满足大规模定制的要求和生产的柔性化能力,降低供应链的协同成本,从而增强产业体系、集群的整体竞争力。
  
  德国信息化战略的核心与制造业深度融合启动在1997年,从建设网络工厂开始(工厂有IP地址),到2001年E-工业服务(在规定时间远程对设备进行维护);2009年的自组织生产(对设备状态进行监控,由机器决定何时对设备进行服务);到2014年的工业4.0(从管理者驾驶舱、产品的虚拟设计、虚拟生产、并行混合工程,从设计、模块到车间的整体云控制平台建设),德国工业信息化经过近30年的努力和持续的渐进式创新,建立了一套不断完善的工业互联网体系。这个体系的核心原理是连接,即将人-物-服务和流程不同要素进行关联协同,使得这些要素之间具有读写、信息处理、数据交换、决策优化的能力。是其工业体系从信息化、数据化、自动化到智能化发展历程的延续和渐进式创新的升级,通过上述要素的连接,持续推动管理和生产过程的智能化,将分布式的制造企业和客户进行横向和纵向的组合,增强要素之间整体协同的能力,降低企业分散式布局、客户大规模定制和快速交付所带来的管理复杂性。
  
  对于像西门子、Festo,欧宝,博世这样的世界级企业来说,工业4.0将进一步增强德国制造业灵活性、透明度、柔性生产和快速响应能力,确保其对国际市场的出口能力和竞争力,这是在全球范围内,德国制造业最重要的比较优势。

  工业4.0将把制造业带往何方?
  
  德国工业4.0的战略目标是进一步强化和优化制造业整体竞争优势,通过信息与通信技术软件与工具,实现从客户端到客户端整体链条中所有核心要素的连接,从而达到降低关联交易成本,提高智能化水平,优化决策能力,提供设备诊断预警服务、增加附加值的目的。
  
  我们从拜访的企业中看到,通过在工业设备、生产车间和生产过程中嵌入信息系统,建设网络化的智能设备,使设备具有感知和通讯能力,对其他的物品发号施令,实现物品之间的智能连接。对于从全新设备开始做的智能嵌入和连接被称为绿地项目,对于在现有流程和设备上进行改造升级,被称为棕地项目。在访谈中,无论是德国教授还是企业管理者都特别谈到工业4.0的核心目标不是降低劳动力的数量,而是给工人赋能,一方面增加个人的工作幸福感,使其有更多的时间陪伴孩子和家人;另一方面,提升个人的工作效率,不是用人工支配机器,而是机器告诉人如何有效地工作。如在不同工作环节的个人可以下载不同的APP用于接受操作指令。这种Everythingasaservice应用具有很大的灵活性,几天就可以部署完毕。我们在弗劳恩霍夫研究所看到该所为残疾工人提供的智能生产设备,通过投影技术提示零件的形状,个人根据投影形状选择相关的零配件,以减少失误的比例。另外一个案例是当设备出现问题的时候,工人可以对坏了的设备进行拍照,在线呼叫维修人员并进行远程诊断,同步沟通解决方案,通过软件和通讯技术,让硬件设备有更好的控制能力。
  
  西门子的数字化转型
  
  在德国管理技术学院,德国西门子燃气轮机业务部数字化项目技术负责人赛奇女士向我们介绍了如何把历史悠久的企业转型为数字化企业的艰难历程。作为全球知名企业,西门子燃气轮机的生产流程复杂,很难实现大批量生产,利用数字化使企业减少管理的复杂性并从工业4.0中获益,是企业转型的重要课题。该企业向工业4.0的转型是棕地项目,也就是在整合已有信息化应用的基础上,从数据一致性、数据建模、车间控制、规划预测到制造运营管理自动化过程的演化和升级过程,这个演化过程要整合和优化现有的系统应用,因此是一个艰难的组织转型过程。
  
  西门子燃气汽轮机部门专门成立的技术创新部门来推动这个转型,具体的转型路径包括:第一步,思想统一,公司高层不断谈及数字化转型的重要性,使员工对此有共同的认识;第二步,分析企业的数字化到底能够带来哪些价值?在这个过程中,企业员工不断从企业整体价值链的角度研讨,数字化实际是在原有信息化的基础上不断向上游推进,在这个过程中,各个部门需要对IT架构保持开放心态,具有全局视野;第三步,实现软件的统一,在企业建立一个集成和通用的模型。以前,很多部门都要自己的产品生命周期管理系统,每个部门都有自己的数据体系,各自独立,但企业数字化进程要整个各个部门的不同系统,重点解决企业旧模式中信息孤岛、信息的不一致和员工要用大量时间寻找信息的问题,通过SAP的统一化和集成化,整合原有的信息系统,在这个过程中,企业以往采纳的信息系统都要优化到一个统一的软件中,用非破坏性的测试元素,将业务流程和数据一致化和一体化,使得企业建立一个从设计到反馈的闭环,实现数据的关系;第四步,推动数字化转型,将设计-用3D模型开发零部件-提出最终设计模型-工程-制造材料的整个环节,实现信息的整合和共享,从线性流程转化为并行流程,从而提高企业的流程效率。第五步,通过数字化转型企业可以做到:(1)设计师不用画草图,可以直接采用数字化设计;(2)设计师和后面的工序直接可以实时反馈修改意见,同步调整;(3)质量保障和评估体系可以用算法实现,排除了用人工的不确定性和疏忽,比人工检测更加可靠准确;(4)产品开发周期从16个月降低到6个月,降低了运营成本,公司原有的成本80%来自外部供应商,通过3D检测设备,替代了以前依靠人工检测的工作,使得检测的精准度得到提高;(5)企业可以对产品做到预测性回顾,设备具有了自我回顾的能力;(6)降低了生产过程的能耗,增强了工程实例;(7)提升了管理水平,数字化转型弥补了以前对工厂设计生产过程的不足,增加了公司大规模定制的灵活性和远程调控能力,将3D打印等新技术嵌入到了生产过程,将新的管理思想融入到技术架构的整合,大大提升制造企业的软件能力和产品性能。
  
  笔者在与赛奇女士的交流中,她也谈到企业数字化是一个组织转型过程,期间充满了很多的冲突、矛盾和困难,但是,企业的竞争对手数字化进程非常迅速,也迫使该企业向数字化推进,在这个过程中,一把手的支持是非常重要的。

  SAP的数字化创新
  
  在美丽的波玆坦城一个宁静的湖边,我们参观了SAP创新中心,该中心成立四年来已经吸引了700名年轻人在这里工作,整个中心的建设利用了设计思维的方法提出了很多有利于创新和思想交流的办公环境,采纳了年轻人提出的很多建议:如可移动式的桌子可适应不断变换的项目组团队、可移动和组合的墙,随时可以写创意的白板、可自由交流的开放式茶水间,展现员工技能和专业背景的白板等。
  
  创新中心目前工作重点集中在四个方面:成为管理思想的领先者,关注企业未来所面临的挑战和问题;发展软件工程,关注智慧城市和未来个人化医疗的发展空间;探索发展机器学习技能;鼓励内部创业,柏林作为德国的创业企业最聚焦的地方,SAP创新中心通过吸纳年轻人,保持和年轻精英的密切联系。SAP创新中心重点招收工作经验少于2年的年轻人,让他们在没有任何包袱的状态上从事具有挑战性和创新性的工作。在这里,我们不仅看到充满活力的年轻人,还看到了为了支持企业数字化所展现的“数字董事会”和“数字黑板”,该创意源自SAP自身在开董事会时,一位董事提出为何不用财务数字呈现SAP经营业绩的过去与未来,用数字呈现企业过去收益、未来收益和预警,同时还可以利用数据进行决策模拟。基于此创意,目前有70多位年轻人从事数字董事会的开发,可以实时动态地发现企业的现实问题,这将把对HANA数据的深度分析变成数字化企业的真实体现。公司在推进工业4.0进程中是非常重要的力量。为了支持企业的数据化和智能化进程,它开发了“从创意到业绩”全景式的业务管理来增加产品和服务绩效,通过独特的场景实现对从设计到服务整个生命周期的管理,支持端到端的集成,规划到生产过程的基础,制造业成为创新和变革的空间,可预测的新技术。
  
  在此基础上,SAP将提供响应性制造功能(ResponsiveManufacturing),企业所连接的整体设备将以客户需求驱动为驱动、利用机器与机器(M2M)的通讯数据提升资源的有效性管理,在数据分析基础上,企业管理者可以通过获取获得分析洞察,大大提高物资需求计划能力,使规划和运行响应速度提升50%。
  
  美的中央空调自动化生产
  
  在竞争激烈的国际暖通行业市场,美的中央空调的表现备受国际瞩目。近日,路透社、华盛顿商业周刊等德美媒体,将焦点投射到了美的中央空调的自动化生产线上,称“美的引领中国工业自动化生产潮流,其工厂生产已进入全自动化生产阶段”。
  
  11月27日,美的中央空调合肥基地面向全国媒体和消费者举办了“工业4.0品质智造先锋——走进美的中央空调自动化生产基地”的参观活动,为国民揭开了奥运项目工程产品背后的生产秘密,展示了中国领先制造企业在工业4.0时代,可媲美德、美工厂的智能工厂的发展水平。
  
  夜里工厂灯关掉了,机器人依然在每个特定的工位不停歇地工作,有序地焊接、拧螺丝、按比例切割……机器人代替人工出现在生产流水线上操作,这不是科幻电影的情节,它真真实实地出现在美的中央空调的生产线上。
  
  对美的中央空调来说,工业4.0已不仅仅是一个概念。美的中央空调通过夯实自动化生产线,成为了工业4.0在中国的先锋。通过重金投入,美的中央空调在合肥基地,打造了一个“数字化车间”。车间总体设计、工艺流程及布局均已建立了数字化模型,采用CAD、CAM等进行模拟仿真,通过ERP、PDM等实现规划、生产、运营全流程数字化管理。生产车间配置了数据采集系统和先进控制系统,生产工艺数据自动数采率达90%以上。此外,车间还采用三维计算机辅助设计(CAD)、设计和工艺路线仿真、可靠性评价等先进技术,使得产品信息能够贯穿于设计、制造、质量、物流等环节,实现产品的全生命周期管理(PLM)。工厂建立了实时数据库平台,并与过程控制、生产管理系统实现互通集成,实现了基于工业互联网的信息共享及优化管理。通过建立生产过程数据采集和分析系统,充分采集制造进度、现场操作、质量检验、设备状态等生产现场信息,并与车间制造执行系统实现数据集成和分析。通过企业资源计划管理系统(ERP),在供应链管理中实现了原材料和产成品配送的管理与优化。通过信息集成系统、MIP、美信等建立车间级的工业通信网络,系统、装备、零部件以及人员之间实现信息互联互通和有效集成。美的中央空调打造的正是基于“信息互联”下的智能生产基地。
  
  目前,美的中央空调拥有顺德、合肥、重庆三大生产基地,已成为国内规模最大、产品线最宽、产品系列最齐全的中央空调生产厂家之一。

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