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全球制造业变革与转型策略

先进制造业 | 制造业信息服务平台 2021/08/27 21:16

「 1.精密测量的内涵

制造业从来没有停止过创新的脚步。 历史上三次工业革命的发起,其根本原因都是为了应对新兴的消费需求与挑战,提升相对滞后的生产力。 第一次工业革命以珍妮纺纱机为起点,瓦特蒸汽机为主要标志,完成从人力到机械化的进程; 第二次工业革命以辛辛那提屠宰场的第一条自动化生产线为标志,制造业从此进入大批量流水线模式的电气时代; 第三次工业革命将信息化和自动化相结合,推出人类第一个可编程逻辑控制器(programmable logic controller,PLC),赋予了生产线“可编程”的能力,使产品的加工精度和质量都得到了革命性的提升; 当前,第四次工业革命的脚步越来越近,其核心就是推进智能制造。

图1深刻揭示了全球制造业变革的过程。横坐标是产品种类,以及客户需求的差异化程度,越往右,客户需求的差异越大;纵坐标是每种变型产品的产量,以及市场的波动,向下是市场更加波动,向上是市场更加稳定。从1850年到1913年,处于手工制造为主的阶段,产品种类多,每种产品的产量低;1913年,福特公司的T型车出现,标志着人类社会进入大批量生产的时代;1955年达到一个拐点,尽管大批量生产的能力达到极致,但客户需求开始分化;1980年,人类社会进入大批量定制的时代,客户追求差异化的产品,但仍然希望是大批量生产的价格;进入2000年,进入了全球化时代,标志性的事件是2001年中国加入WTO。这之后,电子商务在全球兴起,客户开始追求个性化定制,企业需要基于信息系统和互联网,根据客户的需求提供可配置的产品。同时,每个区域市场也显示出明显的差异化,因此,面向国际市场的制造企业,必须充分考虑合规性。

新知达人, 全球制造业变革与转型策略

图1 全球制造业变革的过程(来源:Koren Y (2010). The global manufacturing revolution: product-process-business integration and reconfigurable systems, John Wiley  & Sons.)

当前,全球经济形势复杂,充满了不确定和不稳定因素,制造业面临众多巨大挑战:生产成本不断攀升,尤其是劳动力资源短缺造成生产要素的成本不断上涨;客户需求日益个性化,对产品质量要求越来越高;产品的生命周期越来越短,对产品研发、原材料采购、制造、交付等各环节的运营效率提出越来越高的要求;随着人们对全球资源环境危机意识的觉醒,对制造业绿色环保的要求也不断提升。

面对诸多挑战,制造业将创新作为驱动其发展的核心力量,伴随着新一代信息技术的发展,制造业出现了以下转型趋势:

(1)随着客户需求的个性化和制造技术的发展进化,制造模式已经从大批量生产走向大批量定制和个性化定制;

(2)产品的复杂程度不断提高,发展为机电软一体化的智能互联产品,嵌入式软件在其中发挥越来越重要的作用;

(3)制造企业的业务模式正在从单纯销售产品转向销售产品加维护服务,甚至完全按产品使用的绩效付费;

(4)制造企业全面依托数字化技术来支撑企业的业务运作、信息交互和内外协同,工业软件应用覆盖企业全价值链和产品全生命周期;

(5)制造企业之间的分工协作越来越多,供应链管理和协同创新能力已成为企业的核心竞争力之一;

(6)多种类型的工业机器人在制造业广泛应用,结合机器视觉等传感器技术,发展进化为协作机器人、可移动的协作机器人,实现人机协作;

(7)制造企业开始广泛应用柔性制造系统和柔性自动化生产线,实现少人化;

(8)增材制造技术,尤其是金属增材制造技术的应用和增材制造服务兴起,制造模式演化为应用多种增材、减材和等材制造技术混合制造;

(9)精益生产、6Sigma、5S管理等先进管理理念在实践中不断发展进化;

(10)制造业广泛应用各种具有优异性能的新材料和复合材料,其制造模式发生本质变化;

(11)制造业高度重视绿色制造、节能环保、循环经济和可再生能源应用;

(12)制造企业越来越关注实现生产、检测、试验等各种设备的数据采集和互联互通,以实现工厂运行的透明化;

(13)全球进入物联网时代,制造企业开始应用工业物联网技术对工厂的设备和已销售的高价值产品进行远程监控和预测性维护;

(14)虚拟仿真、虚拟现实和增强现实等技术在制造业的产品研发、制造、试验、维修维护和培训等业务得到广泛应用;

(15)5G无线通信技术为制造企业实现设备联网、数据采集和产品远程操控等应用带来新的机遇;

(16)制造企业在运营过程中,各种设备、仪表、企业生产的产品,以及应用的信息系统和自动化系统都在不断产生各种异构的海量数据,业务决策更加依靠数据驱动;

(17)人工智能技术已经在制造业的质量检测与分析和设备故障预测等方面广泛应用;

(18)制造企业广泛的应用信息系统和自动化控系统,正在逐渐基于工业标准实现互联互通。

总之,从传统制造迈向智能制造,已成为未来制造业的发展趋势,以智能化、柔性化、网络化、协同化和绿色制造为特征的第四次工业革命,才刚刚拉开序幕。

随着新一代信息技术的兴起,世界各国都将智能制造作为制造业变革的方向,纷纷提出以智能制造为核心的再工业化战略。从智能制造发展趋势看,主要是以德国的“工业4.0”以及美国的“工业互联网”为代表;从智能制造战略执行层面看,各国尽管在发展重点上各有侧重,但是战略执行上都是围绕技术创新、环境建设和技术转移三个方面开展的,其核心目的都是为了全力助推国家抢占智能制造制高点,巩固全球经济技术实力、竞争力以及工业领先地位。我国从“十五”期间推进制造业信息化,到“十一五”推进两化融合,再到“十二五”推进两化深度融合,“十三五”期间,国家开始大力推进智能制造,理念在不断进化。为了加快缩小我国与全球制造强国之间的明显差距,我国在2015年提出了制造强国发展战略,智能制造工程是其五大工程之一。我国将以推进智能制造为主攻方向,通过信息化和工业化深度融合引领和带动制造业发展,建设制造强国。我国“十四五规划”也强调,深入实施智能制造和绿色制造工程,发展服务型制造新模式,推动制造业高端化智能化和绿色化。

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