智能制造丨新技术新制造、五大产业链
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新技术新制造 

智能制造丨新技术新制造、五大产业链

工业互联网对于制造业的价值

一个维度是制造业的生命周期,从开始做计划、设计到建造、运营和优化、再到后面的日常维护和升级改造。 

另一个维度是对制造业的不同能力阶梯。

工业互联网能把所有的设备、传感器、机器人都连接起来,对于设备本身的情况有更多的了解,更重要的是有了这些信息之后如何对生产过程进行持续的改善。从制造业生命周期的角度,工业互联网能够对工厂关注的三个主要方面:产能效率、正常运行时间(uptime)、产品合格率都带来变革,为整个制造业生命周期的各个环节提供新的思路。

比如,电子工厂在组装手机、电脑等产品时,一般工厂的做法是工人靠精密制具来保证组装的精度。每个组装的环节都需要有通过检测,测试结果决定上一道工序能否通过。一般的工厂不能追溯到前面的流程,而工业互联网能够调整组装过程中需要的参数。以手机为例,假设里面各种组件的组装精度为30微米,依据最后的检测结果,组件的公差一直在一侧有往50微米的偏差。使用工业互联网,这种生产数据能够通过工业互联网的形式反馈到设计层,通过分析、确定及调整前面工艺中某一个组装环节的参数,即可消除掉系统性误差。这说明通过工业互联网得到生产工艺里的实际数据能够实现最终生产质量改善,无论是从能力阶梯的角度还是从生命周期的角度都体现出工业互联网的价值。 

人工智能在制造业的应用

人工智能在制造业有着广泛的应用。工厂根据数千台机器人的历史数据综合判断机器人出问题的可能性,对整个设备的运行情况做预防性诊断。系统运用机器学习算法,基于大量历史数据做判断,能够对设备运营状况进行预防性维护。ABB从07年开始将机器人连接到服务器上,共享潜在问题、设备运营状况等数据。经过十几年数据积累,掌握了全世界各种不同工厂的大量运营数据,未来将进一步采用机器学习的方式,通过数据分析推出基于云平台的预防性诊断和维护服务。除了预防性维护,人工智能还能为解决整个生产工艺过程中出现的瓶颈性问题带来一些思路,例如,汽车工厂的车身焊接工艺生产线。最重要的一点,在未来人与机器人交互的领域,人工智能将大有作为。目前基于生产设备的人机交互还处于比较传统的阶段,需要人把指令输入进去来实现交互过程,人工智能技术可以使未来人与智能机器人之间的交互变得更自然。 

未来机器人的发展趋势和应用场景

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随着外部要素变化,无论是全球还是中国,近10年工业机器人的发展速度有些让人吃惊。在全球范围内,工业机器人每年保持15%至20%的增长率。而在中国,根据ABB的数据,2017年中国工业机器人市场增长率超过50%。 

从产品和技术来看,自上世纪70年代以来,工业机器人的结构和应用技术变化并不大,大多数工业机器人用于完成重复性、简单枯燥的,甚至危险的工作。目前工业机器人主要应用在有产能、产量需求的规模化生产中,比如汽车、电子、食品饮料等行业。由于汽车工业规模效应明显,汽车行业一直是工业机器人应用最广泛的行业。从去年开始,由于中国市场需求的增加,电子行业变成了工业机器人的最大的用户。同时,机器人也应用于食品饮料、金属制品和塑料制品等传统行业。

应用方面,未来物流和零售行业由于对人力的需求高,产业规模发展快,将成为机器人新的应用领域。无论是仓库还是物流行业本身所需要的分拣工作;无论是上货、补货还是零售货架管理,都是适合机器人的应用场景。因此物流和零售行业将是下一个发展的新兴行业,也是机器人从工业向服务行业渗透的开始。

由于老龄化和不断提升的人工成本,在欧洲,对于机器人的需求从大型工厂逐步向中小型工厂甚至小作坊企业渗透。对于中小企业来说,生产特点是小批次多品种,生产过程要不停的切换,使用传统的工业机器人将耗费过多的切换时间。因此,中小企业需要小型灵活的产品,机器人的易用性是关键。

如果和计算机产业发展类比,目前工业机器人还处于“巨型机”阶段,机器人的“个人电脑”时代还没有到来。回顾计算机从发明到普及的历史,价格降低、体积减小、应用易于操作并且用户友好的图形界面,是最终使计算机从实验室走入千家万户的三个重要因素。类似的,成本、人机协作安全性、易用性是机器人从工业渗透到其他领域的限制因素。在机器人从工业向消费领域渗透的过程中,人机交互是制约机器人发展的因素之一。无论是从工业还是其他场景,机器如何与人更好的交互?在工作和生产过程中更好的协助人去完成工作?人工智能为解决这些问题带来可能性。在人机交互的可靠性方面,技术上目前还有待突破。在工业机器人方面,现在工厂里的机器人能够分毫不差的执行指令而不犯错,是因为工程化的设计、安装、调试,需要通过指令在生产线上操作。而未来的理想状况是,机器人能够像学徒工一样,通过更自然的方式与人交互,能够在人的指导下从学徒工变成熟练工。

理想中的未来工厂

智能制造丨新技术新制造、五大产业链

未来理想中的工厂是将机器人、人工智能与物联网技术结合的智能工厂。

ABB海德堡工厂已经通过应用智能制造技术,使用7台机器人协作,产量提升了两倍,并且能够制造8000种产品,实现了更灵活的生产过程。 

对中国制造业数字化转型的建议

数字化不能解决所有问题。数字化不是最终目的,而是在更高层面上服务于不同目的的运营工具。针对不同行业,每家公司明确自己的本质需求:

要解决的核心问题是什么?

先自动化、再数字化,还是两步一起走?

企业最核心的是产能问题,还是要解决多品种、小批量的问题?

对于不同的问题,解决的思路、方式也都不一样。整体而言,中国制造业需要转型,需要向产业链上游拓展,去提供价值更高的服务。对企业来说,目前并没有固定模式,企业需要按自身特点摸索选择适合的路径。

基于多年为中国制造业服务的经验,张晖认为,在部分行业中,中国工厂与世界其他地区的工厂差异甚微,有些方面甚至领先。例如,目前中国是最大的汽车生产与销售国,在汽车行业中国工厂的数字化程度、建设方式、经营方式与国外差异不大。北亚地区是电子行业的重要生产版图,中国、日本、韩国、台湾等地区的生产方式是全球领先的。在电子行业,中国生产某些类电子产品的组织形式和产业规模都是国外所没有的。这意味着中国制造业在技术升级方面蕴含着巨大的机会,也可能会由于自身的特点衍生出独具创新性的模式并且复制到其他地区。

对于服务中国制造业产业升级,机器人制造企业和互联网企业各自将承担什么样的定位?张晖认为,两者之间更大的可能性是合作。

无论是美国互联网巨头还是中国本土互联网企业并不具备工业制造方面的实践经验;而机器人制造企业不擅长做网络基础平台。

作为设备提供商,工业机器人的价值在于对所服务的产业具有专业知识,涉及到具体的制造工艺领域,工业机器人公司有几十年甚至更久的历史积累,这与互联网公司是相互补充的关系。

ABB与互联网公司有不同程度的合作,目前ABB Ability的云服务是基于微软Azure平台的。未来工业机器人企业和互联网企业从不同的角度为制造业提供解决方案,相辅相成。

打造工业4.0智能工厂离不开这五大产业链

在智能工厂里,机器和设备将具有提升的自我优化和自主决策的能力。这与今日运行固定程序操作的情况形成了鲜明的对比。下面将从传感器、工业以太网、工业软件、工业机器人和智能物流五方面分析!

1.上游行业–传感器

近年来,传感器正处于传统型向新型传感器转型的发展阶段。新型传感器的特点是微型化、数字化、智能化、多功能化、系统化、网络化,它不仅促进了传统产业的改造,而且可导致建立新型工业,是21世纪新的经济增长点。

不管“工业4.0”还是“中国制造2025”,其实最本质的变化是智能化生产,但是看来,传感器是整个智能化的关键。因为“工业4.0”和“中国制造2025”最核心的方面是智能制造,不管网络化还是数字化,最前端都将是智能化,但所有的这些都将离不开传感器。

传感器产业作为国内外公认的具有发展前途的高技术产业,以其技术含量高、经济效益好、渗透能力强、市场前景广等特点为世人瞩目。

2007-2014年我国传感器行业得到较好的发展,行业工业总产值总体呈上升趋势,在GDP中的占比维持在0.10%-0.15%之间。

在国家大力加强传感器的开发和应用的一系列政策引导和支持下,我国传感器行业面临良好的发展前景,未来成长空间可期。

智能制造丨新技术新制造、五大产业链

五大产业链打造出智能工厂

2.上游行业–工业以太网

工业以太网作为一种高效的局域网络,从诞生之初,就担负着传感器数据传输、生产设备控制等功能,是现代工业自动化生产体系中的重要组成部分和工厂信息化的基础。它的构建也就成为智能工厂建设的核心。

如果说第三次工业革命的自动化,仅是将生产过程作为对象,对其进行信息技术的应用。工业4.0将信息技术的应用大幅扩大,进而衍生出“智能工厂”的概念。它的关键技术是信息技术。

工业以太网,互联互通、实时控制,进而实现安全、节能将是智能工厂的核心技术。具体而言,包括生产设备联网实现自律协调作业的M2M,通过网络获取大数据的应用,开发、销售、ERP、PLM、SCM等业务管理系统与实际生产过程之间的协同等。

因为现代智能工厂有四大关键点:一是要连接所有网络以拿到数据。二是要有智能机器。三是大数据,将所有设备、所有人连接后,所有数据都大批量传送到智能终端上。四是分析,得到数据后从中抓取出应用趋势来,提高设备状态的检测和预测水平。要形成高速传输、大数据,保证实时性、安全性和节能就变得十分关键。这正是工业以太网构建的要旨。

3.中游行业–工业软件

智能工厂将是工业软件产品创新的主线。机器层面,提高设备智能水平,改善性能和生产效率;车间层面,加强机器间通信协作,提高生产线的协同水平;工厂层面,优化和调度多车间、多生产线等生产资源,实现生产能力、供应链及市场需求的动态匹配。

4.中游行业–工业机器人

近两年随着国家战略性新兴产业的提出,两化融合的稳步推进,中国智能制造装备领域得到了全社会范围的广泛关注。随着产品性能提升的内在需求增加和中国劳动力价格上涨,产业转型升级的压力不断加大。工业机器人作为智能制造领域的代表,在产业转型升级的过程中正发挥着越来越重要的作用。

工业机器人作为高科技装备,无论在推动国防军事、智能制造、资源开发,还是在培育发展未来机器人产业上都具有重要意义。目前一些新兴的中低端市场也迅速扩大,如工程机械领域,某些过去传统的劳动密集型企业如石化、粮食、建材、化肥、饲料等领域市场需求也迅速发展起来。近年来,通过拓展下游应用服务,开拓传统市场接纳新兴生产方式,家电、轨道交通、船舶等领域是机器人未来应用的主战场。在一般工业应用的新领域,如光伏产业、动力电池制造业,包括酒类、饮料、乳业、糖等在内的食品工业,以及化纤、玻璃纤维、五金打磨、冶金浇铸、医药等行业,都有工业机器人的应用空间。

5.下游行业–智能物流

《2016-2020年中国智能工厂深度调研及投资前景预测报告》中指出,智能物流是工业4.0核心组成部分,是降低社会仓储物流成本的终极方案:在工业4.0的智能工厂框架中,智能物流仓储位于后端,是连接制造端和客户端的核心环节。与美国、日本国外发达国家相比,单位GDP中我国的仓储成本占比是其他国家的2-3倍,并且这一差值近些年来呈现逐步扩大的趋势,而智能物流仓储系统具备劳动力成本的节约、对租金成本的节约、管理效率的提升等方面优势(我们估算自动化仓储在保证同等储存能力的条件下,可至少节约70%以上的土地和80%以上的劳动力),是降低社会仓储物流成本的终极解决方案。

多重因素影响下,智能物流设备在诸多领域成为企业替代人工、谋求转型升级的不二选择,物流领域也不例外。智能化物流装备正是在这样的背景下逐渐发展起来的。虽然从短期看,采用智能化物流装备会导致企业投入增加,然而从长远发展来看,智能化装备给企业带来的人力成本的节约和效率的提升,将使企业持续受益。

智能工厂发展趋势

智能工厂将更加智能、灵活和动态。

制造工艺的组织将不同,会与整个生产链协同–从供应商到物流到产品的生命周期管理–跨越企业的各个部门紧密相连。

各个生产步骤将实现无缝连接。影响的过程将包括:工厂和生产规划;产品开发;物流;企业资源规划(ERP);制造执行系统(MES);控制技术;现场的各个传感器和执行器。

在智能工厂里,机器和设备将具有提升的自我优化和自主决策的能力。这与今日运行固定程序操作的情况形成了鲜明的对比。

简介:
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