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【独家】工业4.0与中国制造2025两个热词的背后

2019-06-11 09:59 出处:未知 人气: 评论(

  工业4.0、中国制造2025,这两个热词的背后,究竟意味着什么?我们距离工业4.0到底还有多远?通往中国制造2025的路径何在?企业应该怎么做?

  文/李 伟,1988年获得天津大学电力及自动化工程系工学硕士学位,1996年获英国利兹大学电子及电力工程系博士学位。入选天津市千人计划,天津市政府特聘专家。曾任赫斯基注塑系统有限公司亚太区技术部经理、加拿大总部全球战略项目经理。现任天津力神电池股份有限公司高级技术专家、设备总工程师。领导总公司的设备自动化重点项目和重要技术改造项目,负责新动力电池产线设计、设备选型及技术要求编制等工作。

  对工业4.0以及中国制造2025的认识

  1.实事求是,面对实际,技术上应做到水到渠成,不能拔苗助长

  第一,工业4.0需要自动化制造的普及和信息化应用的成熟相结合。

  一是制造业自动化设备及自动化系统的大范围使用。德国提出工业4.0有两个基础,一是基于工业制造自动化的成熟,即有自动化的设备和生产线,而且不同企业、不同行业在多年来积累了很多自动化方面的基础,包括制度、流程、产业等等,有一个普遍的积累,一个企业中各个环节(部门)之间以及众多企业互相之间,能够实现信息化方式的对话,而不是一方发出信息化请求之后对方没有能力回答。

  二是产品设计和生产管理中各种计算机辅助设计软件,如CAD、ERP、PeopleSoft、Customer Portal的成熟应用。比如一个搞产品开发设计的公司,它的计算机辅助设计会日益成熟,在日积月累之后,这个公司的设计经验会以大量软件包的形式存留起来,这些软件包就形成了实现工业4.0的产品开发设计环节。又如,一个企业的材料管理,最初可能用表格管理,后来改用较大型软件管理,公司在提升其材料管理方式过程中能实实在在感受到效率提升带来的价值,因此不断加大资金投入,最后自然地实现对ERP的需求和使用。

  如果在一个制造业体系内,有众多公司都在不同程度上进行了上述自动化设计、自动化制造、自动化管理软件的使用,那么各个公司之间就有了实现信息对接的基础。在加拿大,十几年前,就能够通过人力管理系统,将工作项目、工作时间、加班时间、休假时间由员工自己输入到系统,直接与工资效益挂钩。通过原材料供应商网站,就能够看到本公司采购的材料走到哪个流程了,这就要求不仅企业本身,而且其供应商以及供应商的供应商同时具有信息交流系统,这就是工业4.0的支撑点。德国公司在研发、物料、人员管理、销售等方面都有大量的软件应用系统,大公司使用大软件,小公司实用小软件,但大家都在用。

  三是信息化数据链的集成、数据处理和决策。可以将互相之间的数据联系在一起,在生意上又有相互的需求,你买我的东西要看发货周期,我有客户的特殊要求,能不能通过现有的基础数据及信息管理能力将上下游的关注点连接起来、做成更大范围的自动化系统呢?这时就提出了工业4.0的大目标了,而工业4.0是一个过程。

  第二,促进但不刻意追求无人化,促进但不刻意追求智能化,促进但不刻意追求差异化生产。

  自从我们提出中国制造2025的目标后,各种解读应运而生,有人说工业4.0就是差异化制造,实际上,工业4.0可以实现差异化制造,但也不是以差异化为目标的,因为各行业需要差异化制造的毕竟是少数,如果说裁剪衣服是差异化制造,那么冰箱只是外壳差异化制造了,这算是工业4.0了吗?再者,工业4.0可以促进无人化,但不是刻意追求无人化。因为制造是多样化的,有些需要人工干预,有些需要设备自动完成,关键是创造出一个适合自身产品的最优配置,其中有自动化设备、计算机软件应用、信息化的数据链,最终目的是优化资源配置并提高生产效率。同样,并非所有智能化就是万能药,我国的制造体系是很庞大的,不能说工业4.0提出后只有一些企业玩得起,其他企业玩不起。因此,工业4.0在技术上需要一个水到渠成的成熟过程,不能拔苗助长,而要实实在在从基础做起,实事求是,面对实际,结合实际。

  2.提高人员的承接能力,人员技能上应该瓜熟蒂落,难以弯道超车

  一要有能够设计和构建工业4.0制造系统的人才。有的公司说:我有钱,你给我做个工业4.0。这是不可能的。工业4.0需要人才支撑,需要了解企业生产流程以及上下游产业链信息流的人才,他必须知道在哪些方面需要自动化,哪些方面需要计算机辅助软件,哪些方面可以信息化集成。他需要有这种思路,而这种思路是与市场、产品息息相关的,制药与制造电池就不同。我们需要有一大批这种人才,他们能够心平气和地理解工业4.0,又能够脚踏实地地推进工业4.0。技术开发、生产组织、工艺控制、配套生产等等都要适应工业4.0的要求。

  二要有能够驾驭工业4.0的高素质工人。系统设计的人才是高端的了,那么具体使用的人能否驾驭工业4.0的要求呢?能否拥有足够的基础知识和技能?这非常重要。比如在机械设计中,设计者首先需要为他所设计的部件发放一个唯一的代码,这个最基本最常用的功能需要每个设计者都会使用,但有些公司有了计算机辅助设计系统,也具备了这种功能,但是不给设计工程师开放发放唯一代码的权限,自动化设计打了个大大的折扣。这是工业4.0的细胞,这都驾驭不了就无法谈工业4.0。

  三是企业管理者要有追求工业4.0的渴望。企业领导者懂不懂工业4.0,重不重视这方面的人才,能否提供资金、人才支撑?这都十分重要。因此,我们只有拥有一批优秀的系统设计的人才,在技校中培养一批能够驾驭工业4.0的操作者,让制造业的高管真正理解、重视和推动工业4.0,并且认识到工业4.0是一种实实在在的修炼而非形象工程,才能推进工业4.0的构建。我们很难弯道超车,必须从一点一滴做起。

  3.培育大环境,在观念上要具备成熟思维,不能急功近利

  一是营造与工业4.0相对应的社会体系。工业4.0的思维和观念,不是某个人、某个城市的观念,而应该是全民族的观念,从上到下都有这种思维。工业4.0在急功近利的氛围中是无法实现的,要在大环境下提供支撑。在国家层面,应该进一步营造良好的社会氛围,不断发扬工匠精神,培育对一分钱一分货、高质量高价格的认同。总体上构建良好的社会支撑体系,在职业培训、应用技术教育方面下功夫。在制度层面,企业辛苦开发出来的技术和产品,需要有足够的知识产权上的保护,要有相应体制给予保护和补偿。让企业看到知识的价值。在企业层面,要以产品质量品质为本,脚踏实地去做。同时,在优化市场环境上,在其它制造、物流体系的建立方面,需要一套诚信体系和授权体系。

  二是管理者要有工业4.0的思维,重视成本控制、质量提升、信誉积累。企业领导能够意识到投资制造过程的自动化和信息化,会提升生产效率和产品质量,最终积累的是企业的信誉,而信誉是打造百年老店的基础。要重视质量,质量是信誉,信誉是品牌,品牌是生命。要有长期发展的思路和理念。这些都是与工业4.0密切相关的。

  三要注意工业4.0是一个总体目标,更是一个过程。工业4.0是一个长期目标,更是一个不断持续学习、反思、提升、收获、再反思、再提升的过程,需要全社会各方面长期的脚踏实地的努力。

  为什么德国要搞工业4.0?

  工业4.0是在全球制造业发展的大环境下应运而生的。中国制造在很长时间是把国外的生产加工制造环节落户在国内,形成所谓世界工厂,其中国内制造业企业也在不断发展。那么德国有许多粗加工、附加值比较低的产业已经流向中国。德国提出了工业4.0的发展规划,目标是实现新一轮的工业革命;美国提出的是实现再工业化,因为前些年过于偏重金融杠杆而忽视制造业;日本则进行以精益生产为代表的实践。这些发达国家面对中国工厂的冲击,提出了制造业转型升级的方向。

  同时,在当前互联网信息技术极速发展的背景下,未来工业要求基于消费者的最终需求,围绕需求点去实现整体流程。以前是企业设计产品、推出产品、消费者购买产品,卖什么买什么;未来是需求拉动,要什么做什么。大众在每个生产线上,确实有各自特色,不同配置可以各自选择。客户订单通过生产执行系统调动或触发物流和供应商,什么时间哪个产品配件到哪个位置,最后实现加工。把生产组织和企业运转的中心,转变为以消费者终端为出发点。而德国工业4.0的基础是其规范化、系统化的支撑,达到较高的生产的自动化水平。

  中国为什么要搞中国制造2025?如何适应中国制造2025的挑战?

  转型升级是大势所趋,德国、美国、日本等国家在进行新的一轮工业化转型,中国制造也必须进行转型升级。把国外好的理念拿进来,转化运用于国内制造业提升。

  那么,未来各种环境包括物流等方面如何配套升级?未来装备制造业如何支撑?每个中国企业怎么办?

  首先是思维方式的转变和适应。无论是生产最终消费品,还是生产中间部件或者提供外围服务,如何适应中国制造2025?有的企业认为中国制造2025与我无关,实际上与我们每个人都有关。比如国内企业生产一个设备,推向国外,如何嵌入国外企业工业4.0的标准中?如何实现上下游互联网的衔接?在产品设计领域如何进入工业4.0?又如桥梁工厂化、建筑工厂化,如何标准化模块化、提升建设质量、消化过剩产能?又如标准化仓库的物流配送,在任何流程节点上的标识。

  推进中国制造2025,在竞争理念、经营理念上创新升级,找到自身的位置,中国企业在竞争过程中才能不落伍。总之,最根本的是人们思维方式的转变。只想着赚钱不可能实现工业4.0。企业家要有社会的责任、民族的责任,企业领导者和管理者要有胸怀,才能做成事。

  工业4.0实现路径企业如何建立基于两化融合的MES基础平台?

  制造企业生产过程执行管理系统(Manufacturing Execution System,以下简称MES系统)是一套面向制造型企业的生产信息化管理系统。它可以为企业提供包括制造数据管理、计划排程管理、生产调度管理、库存管理、质量管理、人力资源管理、工作中心/设备管理、工具工装管理、采购管理、成本管理、项目看板管理、生产过程控制、底层数据集成分析、上层数据集成分解等管理模块,为企业打造一个扎实、可靠、全面、可行的制造协同管理平台。MES系统是制造企业走向工业4.0的核心。

  建立单个企业的工业4.0体系我们暂称它为企业信息化制造平台,分五个步骤:

  第一步,打破设备接口瓶颈,实现自动化设备的数据采集;

  第二步,实现全制造过程信息自动管理,局部实现制造状态的实时显示;

  第三步,建立基于两化融合的MES系统基础平台;

  第四步,实现MES系统与ERP系统的连接,搭建信息化制造平台;

  第五步,实现MES系统与仓储管理系统 (WMS)以及产品开发系统(PDM)的连接,完善信息化制造平台。

  如下图所示:

  我们从打好基础开始,具体谈谈建立企业基于两化融合的MES基础平台的五步走:

  第一步,夯实地基,实现跨控制平台的制造数据的集中采集。

  以做建筑来作比方,此阶段主要是打牢地基,夯实从下到上的数据信息基础。针对不同的单机设备、不同生产线,为搭建项目可控、人员可控的信息数据平台做好基础工作。

  一是完成对自动化单机设备、自动化局部生产线信息化接口的设计。

  二是完成对设备上传信息的定义。包括生产管理信息、物料管理信息、质量管理信息、设备管理信息等。

  三是组建生产网络,实现设备间、设备与系统间数据交互。

  第二步,搭建房屋,实现制造过程信息自动化管理,局部实现制造状态的实时显示。

  本阶段主要从信息自动化管理的角度,对采集后的跨控制平台制造数据进行进一步的收集、管理、分析和控制。

  一是实现对单机自动化设备、局部自动化生产线的数据分类管理;

  二是实现对生产管理信息、质量管理信息、设备管理信息等的收集整理;

  三是监控关键制造设备的运行状态,实时显示生产进度、良品率等信息;

  四是将最终产品的产量作为统计指标,对数据进行同比和环比分析,评判制造部门业绩水平。

  建立基于服务器的独立、封闭、可控的动态信息自动化管理系统,形成MES系统的雏形。例如,针对不同主体,如工厂车间操作人员、监控室技术人员、生产副总等,呈现出相应的生产进度、运行状态,有利于实时监控及评判。

  第三步,做实装修,实现生产、物料、质量、设备等管理监控信息的整合,建立基于两化融合的MES系统基础平台。

  本阶段在过程信息化管理和实时显示、分析的基础上,提高信息的整合、管理和监控水平,表现在:

  生产管理全面实施生产进度监控和产量统计,如车间现场显示实时的产出、质量趋势、产线效率、设备OEE(Overall Equipment Efficiency,即设备综合效率)、Top 10的质量问题柏拉图(即排列图)、停机原因分析图、在制品分布图、计划完成情况等;

  物料管理实施产品制造过程追溯,如物料识别、物料防错漏保证、在制品监控、产品生产履历管理等;

  现场管理可视化电子工艺指导,车间和设备行为监控;

  设备管理设备运维管理,如设定工厂日历和计划停机时间、计算实际停机时间、设备利用率、设备可用率和产品合格率、平均故障时间、平均故障修复时间等KPI、OEE实时报表显示、分析设备停机原因等;

  质量管理质量数据分析、返修管理、质量追溯。

  第四步,水电气路建设,实现MES系统与ERP系统以及WMS系统(仓储管理系统)的连接,搭建信息化制造平台。

  一是实现MES系统与ERP系统的连接。实施完善物料主数据管理、工厂日历管理、生产订单管理、产品产量管理、物料消耗管理、人员工时管理等。

  二是实现MES系统与WMS系统的连接。完善原材料供应商管理、BOM管理(Bill of Material,即物料清单)、领料单/出库单管理、原材料库存管理、产品库存管理等。例如,对采购后的原材料,根据不同性质、不同需求或其他参数,可实时形成不同的排列效果。同时对原材料入库、出库、库存等形成动态管理。

  这一步骤的完成将标志着企业信息化制造平台已经建立。

  第五步,信息生态建设,实现MES系统与产品开发系统、销售管理系统以及人力资源管理系统等的连接,完善信息化制造平台。

  一是实现MES系统与产品开发系统(PDM)的连接。完善制造BOM管理、制造资源管理、工艺流程管理、工时生产管理等。

  二是实现MES系统与销售管理系统(SMS)的连接。例如,在产品销售过程中,对不同产品、不同销售人员、不同厂家能够做到统一监控,对产品组合、产品毛利率、销售成本、盈利能力等信息形成动态呈现和管理。

  三是实现MES系统与人力资源管理系统(HRMS)的连接。例如,形成人力管理系统和财务管理系统的互动。针对不同人员,其工作简历、工作职责、完成情况、考核状况、工资水平等一目了然,能够进行实时动态监控管理。

  这一步骤的完成标志着企业信息化制造平台已经建全,具有工业4.0水平。

  以力神电池(苏州)基地为例,力神电池(苏州)有限公司年产15亿瓦时锂离子动力电池新建项目:本项目建成后将达到年产15亿瓦时18650圆柱型电芯和13.2亿瓦时Pack的产能。

  在实施上述五个步骤时,特别值得注意的是:

  第一,五步走不是一蹴而就的,核心是连接,它是一个系统性的工程。工业4.0需要有持续深耕的毅力和耐心。德国企业大多已完成一、二步,不同企业的三、四、五步也处于基本建立或正在确立的过程中。而对照我国企业,许多企业第一步尚未打好基础,因此工业4.0还是一个任重而道远的过程。在企业内部,五个步骤的核心是MES系统,关键是连接,各个系统之间是互动的关系,要有协同的系统性的思维和实践。

  第二,五步走因企业、因发展时期、因所处环境而异,要结合自身实际,不能强求一致。针对我国企业,如果照搬照抄国外经验,有可能面临水土不服的情况,要研究国情、企业环境和实际情况,在探索工业4.0的过程中,有针对性地根据不断变化的实际进行不断优化调整。五步走要根据企业性质而定,不是五步都做到、每个模块都建立才是完美标杆,要根据企业所处行业、性质、发展阶段而异,还要根据产品及用户需求进行完善,具体问题具体分析。

  第三,五步走需要有承接能力的企业员工支撑,要建立一支能够驾驭工业4.0的技术、管理及领导队伍。五步走要依靠大量的软硬件基础保障,而能够熟练操作相应设备和软硬件、具备较高综合素质能力的人才尤为重要。因此,必然要加强人才培训和胜任力提升,这样各个步骤才能落地。

  第四,五步走只是单个企业的工业4.0,不是整个社会的工业4.0,只有千千万万个制造型企业逐步建立起相应的MES系统,整个社会才有可能实现工业4.0。同时,在企业实施五步走的过程中,需要来自政府的长期有效的制度政策支持,以及社会公共环境、舆论氛围、知识产权保障等各方面要素的匹配。

  第五,五步走过程中也要注意出现的问题和缺陷,更加注重效率问题、诚信问题、企业文化等方面的提升建设。

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