“未來工廠”什么樣？
http://www.199rrr.com 2021-03-05 09:44 來源：人民日報海外版
讓機器人“生”出一顆“匠心”，把人工智能“煉”成火眼金睛，教自動化學會“上網”，管理產品的全生命周期……今日的智能制造，可不只是機器人應用這么簡單，那些熟悉的崗位上，正發生著巨大的變化。
2020年底，浙江省發布首批12家“未來工廠”名單，涉及數字安防、網絡通信、智能裝備、汽車及零部件制造等領域。透過它們，人們可以看到工廠未來的一些圖景。
浙江兆豐機電有限公司自主研發的“未來工廠”可快速完成接單、生產、發貨的全過程數據集成。圖為工作人員在“未來工廠”操作來自美國GM公司的訂單。 丁 力攝（人民視覺）
1月21日，浙江湖州鼎力機械股份有限公司大型高空作業機械“未來工廠”，工人正在趕制出口意大利的智能設備。 謝尚國攝（人民視覺）
圖為重慶馳騁輕型汽車部件股份有限公司數字化車間，工人正在巡視機器人的生產情況。 萬 難攝（人民視覺）
2月20日，浙江長興諾力智能裝備股份有限公司智能工廠，工人們正在調試5G無人駕駛AGV叉車。 王晉焱攝（人民視覺）
機械工業經濟管理研究院兩化融合協同創新中心主任宋嘉在接受本報采訪時分析認為，“未來工廠”是一種新的生產范式，將對行業產生深刻影響，它是基于5G、人工智能、數字孿生等新一代信息技術與工業深度融合而實現的一種新模式，是新基建中“產業數字化”轉型的一種探索實踐，將通過一系列創新形成累積優勢。
什么是“未來工廠”？“未來工廠”應該擁有哪些特質？“未來工廠”對制造業的轉型升級有哪些意義？對此，本報記者近期進行了探訪。
“手藝”硬核 經得起火眼金睛的“審視”
什么是“未來工廠”？眾多前沿技術，如何集成在制造端，向上承載智能制造應用生態，向下接入海量工業大數據？
浙江省經信廳相關負責人介紹說，“未來工廠”是指廣泛應用數字孿生、物聯網、工業互聯網等技術，實現數字化設計、智能化生產、智慧化管理、協同化制造、綠色化制造、安全化管控和社會經濟效益大幅提升的現代化工廠，具有以數字孿生革新生產流程、以平臺支撐構建協同生態等特征。
此前，為了幫助傳統制造業轉型升級，浙江在2020年3月還推出了一個C2M（用戶直連制造）“超級工廠”計劃，旨在推動浙江消費類制造企業從批量制造模式向個性化制造模式升級。
在浙江正泰的“未來工廠”，低壓電器生產線上一個個斷路器內部分成了“4居室”，分布著電磁系統、熱脫扣系統、滅弧系統、操作機構等零部件，就在這方寸之間，機器手要閃轉騰挪，施展硬核“手藝”，無誤差地完成沖壓、焊接、精準組裝各種細小零部件等連續動作，同時還要經得起視覺在線檢測系統火眼金睛的“審視”。
“這種產品，只要用電的地方就要用到。而正泰是這類產品產銷量最大的一家企業。為了滿足市場需求、做好產能支撐，我們每天要生產300萬極（產品單位）。”正泰電器生產運營部常務副總經理金火對本報記者介紹說。
在他背后，兩三層樓高的螺旋運輸塔打通了關鍵部件車間與組裝車間、5G網絡通信下的AGV（無人搬運車）物流車穿梭往復，原料安靜地等待著指令，被運送到需要它們的生產線上。依托工業互聯網，組裝產線可以根據需求自動調整原料產線的生產節奏，實現跨產線間的一體化聯動，進一步提高生產效率。作為首條企業自主設計、制造并擁有自主知識產權的小型斷路器全制程自動化生產線，每1.2秒即可生產出一個斷路器，效率驚人。在正泰，除了小型斷路器，繼電器、接觸器等主打產品都已建設了同樣水準的數字化車間。
這樣的場景，正在其他的“未來工廠”中頻頻上演。
據介紹，根據各自優勢和特點，浙江省的12家“未來工廠”被分為四大類：引領型的“頭雁工廠”，如正泰、吉利、海康；冠軍型的“鏈主工廠”，如老板、大華、巨石；平臺型的“協同工廠”，如阿里迅犀、中策、東磁；技術型的“硬核工廠”，如春風、鼎力、東方電纜。
“盡管12家‘未來工廠’所處行業、各自優勢不盡相同，但它們在創新應用數字孿生、人工智能、大數據等新一代信息技術，積極探索協同制造、共享制造、個性化定制、‘產品+服務’等智能制造新模式、新業態方面，均找到了自己的路子。”浙江省經信廳相關負責人說。
從訂單到生產 實現“端到端”的數字化鍛造
新基建發力、物聯網投資持續增長，造就了市場需求的多樣化、個性化趨勢，這就要求“未來工廠”面對不斷變化的產品需求，要具備快速反應的柔性生產交付能力。
這種從訂單到交付的數字化，正是“未來工廠”的“特長”，也就是說，不是為了數字化而數字化，而是為了給用戶創造更廣泛的價值場景。
杭州余杭經濟技術開發區興中路339號，是老板廚房電器“未來工廠”的所在地。在這里，機器自動作業的場景隨處可見：伸縮臂式機械手、自動傳輸帶、焊接機器人、載著物品快速移動的AGV小車……生產車間內，所有作業均實現無人化作業，空無一人的工廠內，無數的機械手在時刻忙碌著。產品打包完成后，由傳送帶和機器人全自動運輸、堆垛、上架，整個自動化立體庫中，只有機器人在里面不間斷地運輸、堆垛。
在這里，機械臂、AGV、集群和網絡深度結合，組成了一個互聯互通的工業物聯網絡，通過阿里云AIoT（人工智能物聯網）技術引擎打造的老板電器九天中樞智能平臺，將生產制造、設備物聯、倉儲物流等系統打通，同時基于銷產存等數據，實現數據圖形化展現、分析。
九天中樞智能平臺的一個突出功能，是以數字驅動業務為基礎，而數據驅動在用戶端的體現，就是老板電器數字烹飪鏈。
比如，老板中式蒸烤一體機在烹制烤鴨時，使用了烤鴨的中式烹飪曲線。“我們知道，地道的烤鴨講究肉質細嫰、外焦里嫩，老板中式蒸烤一體機先用150℃的高溫蒸15分鐘，再用200℃的風扇烤15分鐘，整個過程完整地復制了傳統烤鴨的經典烹飪方法，讓用戶在家就能吃到地道的烤鴨。”老板電器行政總監俞佳良介紹說。
俞佳良說，截至目前，老板電器已經收集了超過3000道中式經典菜品曲線，同時結合第三方數據信息，根據顧客對產品的不同需求、期望、偏好，從用戶角度出發，分析產品需求，實現精準規劃，不斷縮小市場與用戶、研發與用戶、制造與用戶的距離。
而在正泰“未來工廠”內，產品的“誕生”由它們自己說了算。正泰通過運用物聯網、5G、大數據等技術，集成虛擬仿真等系統形成一體化企業數字化平臺，實現從制造核心裝備到生產工業大數據的縱向集成及從客戶需求到研發、生產、銷售的價值鏈橫向集成。
由正在“孕育”中的產品與生產設備的通信、互動，控制它們自身的制造過程，告知生產設備它們的生產要求是什么、何時需要補充原料、下一步工序是什么。這種基于數字孿生技術的生產模式，正是“未來工廠”闊步邁向數字化的基礎。
不止是在浙江，類似的探索在更多地方也在實踐。
在上海，同濟大學中德工程學院工業4.0-智能工廠實驗室（嘉定校區）內，機器人收到遠程訂單指令后，按網絡傳來的客戶需求進行生產，先按指令抓取原材料放入機床加工，而后將半成品放入另一臺設備，加工完畢后再取出成品，另一臺機器人自動識別托盤內電子標簽信息進行裝配，自動識別產品是否合格，將合格品放入成品貨架……
有意思的是，實驗室的生產指令來自位于幾十公里之外的浦東新區的上海自主智能無人系統科學中心。記者看到，實驗室里有兩個大屏幕，左側屏幕是實驗室攝像頭畫面的實時場景，右側屏幕上則是實驗室的數字孿生系統。在屏幕左下的小電腦上有一個二維碼，客戶可以在異地用手機上的APP直接掃描下單。
同濟大學中德工程學院副院長謝楠向本報記者介紹說，這里用到的就是異地協同的概念，可以滿足個性化定制需求。“客戶只需要在浦東新區的科學中心通過手機二維碼下單，數據就會實時傳到實驗室的MES（制造執行系統）里，整個流程如下單、生產、裝配、出庫等都支持客戶的全程跟蹤。也就是說，在科學中心下單的客戶，可以全程監控生產的每個階段，可以進行一些修改和調整等。”
據了解，同濟大學工業4.0-智能工廠實驗室內的這條生產線，通過智能中央控制單元、智能倉儲單元、裝配單元、激光打標單元以及傳送單元等，讓個性化下單、產品智能生產和管理成為現實。從生產哪種零部件，到安裝多少，都能按客戶不同需求生產，甚至當客戶提出功能需求時，生產線還能自動調整。
除了前沿應用技術的科研驗證、成果轉化、示范展示之外，工業4.0-智能工廠實驗室還肩負著培養未來工程師的重要功能，實現了工程研發與工程教育的有機融合。基于真實生產過程抽象出諸多學習模塊和學習單元，它們集多種功能于一體，可根據增值鏈靈活配置，能高度模擬企業實際過程。就工程研發而言，謝楠介紹說，“一些應用場景可以在我們學習工廠先行先試，技術成熟后，就能直接投入實際應用。”
智能化轉型 成為企業必答題
作為一位時尚女孩，丁丁的手機淘寶上，關注著好幾家網紅店，只是每次下單前她都會發愁：“網紅店發貨很慢，有些到了都過季了。”但她最近發現，發貨速度快多了。
在手機的另一端，淘寶店主也有相應的煩惱：“1000件以下，沒有工廠愿意接單”；“提前2個月備貨1萬件，誰能保證到時一定能賣掉呢？”“眼看著賣得好，卻無法及時追單。”中小商家的反饋不時出現。
如何讓中小商家實現小批量高頻上新，快速滾動補貨？阿里巴巴的新制造平臺——“犀牛智造”進行了試水，先從服裝產業切入新制造，做到了“100件起訂、7天交付”，實現“定制服裝批量化生產”。作為阿里建設的一座試點工廠，犀牛智造的重點不在于制造，而在于把互聯網能力與制造業融合起來。
消費者實際可感的是，網紅店的發貨速度變快了。一位網友表示，過去，她曾為了一條裙子等待幾十天，而現在預售款18天內基本都能發貨。
據犀牛智造CEO（首席執行官）伍學剛介紹，犀牛智能中央倉猶如餐飲行業的“中央廚房”，可智能采購、柔性供給。在犀牛智造的工廠里，每塊面料都有ID，可全鏈路跟蹤、自動出入庫管理、自動配送和智能化揀選，資源利用率平均提升了4倍。
國家信息中心首席信息師張新紅認為，數字化的生存能力是企業在數字時代的核心競爭力。“犀牛智造雖然從服裝行業入手，但其所代表的思考問題的方法、通用的技術解決方案、數字化的思維，在其他領域同樣是可以利用的。”
在宋嘉看來，“未來工廠”最大的特征是“融合智能化”，其改變和影響是變革性的、結構性的而不是局部的。
首先，“未來工廠”所代表的是“融合智能化”，是在工業化與信息化深度融合基礎上形成的，將會對產業結構、生產范式、數據鏈、價值鏈等方面產生一系列影響或改變；其次，信息技術的核心價值發生變化，信息技術不只是輔助式工具，而成為決定性方法，將帶來生產模式的改變以及價值鏈的重塑；此外，數據來源更廣泛、大數據將賦能到單個產品上。
宋嘉說，當前的制造信息化的數據來源還是企業內部數據為主，而“未來工廠”將打通“一橫一縱”的行業數據。縱向數據是圍繞產品的全價值鏈、全要素的數據，不僅僅是生產、物流，還將包括研發設計數據等全價值鏈的數據進行融合并用于生產；橫向數據就更加深刻，行業大數據將賦能單一企業、甚至單個產品，這意味著將同一行業或相近行業、甚至相同產品的生產數據具體賦能到某一條產線或產品上，使單個產品形成更為獨特的功能。
宋嘉表示，“新基建”正在夯實“產業數字化”的基礎，“我們希望企業一定要認識到，企業的智能化轉型已經不是選擇題了，而是必答題了。”
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