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讓機器人“生”出“匠心” 教自動化學會“上網”

“未來工廠”什么樣?

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(fā)生著巨大的變化。

2020年底，浙江省發(fā)布首批12家“未來工廠”名單，涉及數(shù)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。

機械工業(yè)經濟管理研究院兩化融合協(xié)同創(chuàng)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(yè)產生深刻影響，它是基于5G、人工智能、數(shù)字孿生等新一代信息技術與工業(yè)深度融合而實現(xiàn)的一種新模式，是新基建中“產業(yè)數(shù)字化”轉型的一種探索實踐，將通過一系列創(chuàng)新形成累積優(yōu)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(yè)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(tài)，向下接入海量工業(yè)大數(shù)據(jù)?

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(shù)字孿生、物聯(lián)網、工業(yè)互聯(lián)網等技術，實現(xiàn)數(shù)字化設計、智能化生產、智慧化管理、協(xié)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(xiàn)代化工廠，具有以數(shù)字孿生革新生產流程、以平臺支撐構建協(xié)同生態(tài)等特征。

此前，為了幫助傳統(tǒng)制造業(yè)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(yè)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(tǒng)、熱脫扣系統(tǒng)、滅弧系統(tǒng)、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(xù)動作，同時還要經得起視覺在線檢測系統(tǒng)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(yè)。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(yè)互聯(lián)網，組裝產線可以根據(jù)需求自動調整原料產線的生產節(jié)奏，實現(xiàn)跨產線間的一體化聯(lián)動，進一步提高生產效率。作為首條企業(yè)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(shù)字化車間。

這樣的場景，正在其他的“未來工廠”中頻頻上演。

據(jù)介紹，根據(jù)各自優(yōu)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(xié)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(yè)、各自優(yōu)勢不盡相同，但它們在創(chuàng)新應用數(shù)字孿生、人工智能、大數(shù)據(jù)等新一代信息技術，積極探索協(xié)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(yè)態(tài)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(xiàn)“端到端”的數(shù)字化鍛造

新基建發(fā)力、物聯(lián)網投資持續(xù)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(shù)字化，正是“未來工廠”的“特長”，也就是說，不是為了數(shù)字化而數(shù)字化，而是為了給用戶創(chuàng)造更廣泛的價值場景。

杭州余杭經濟技術開發(fā)區(qū)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(yè)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(yè)均實現(xiàn)無人化作業(yè)，空無一人的工廠內，無數(shù)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(lián)互通的工業(yè)物聯(lián)網絡，通過阿里云AIoT(人工智能物聯(lián)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(lián)、倉儲物流等系統(tǒng)打通，同時基于銷產存等數(shù)據(jù)，實現(xiàn)數(shù)據(jù)圖形化展現(xiàn)、分析。

九天中樞智能平臺的一個突出功能，是以數(shù)字驅動業(yè)務為基礎，而數(shù)據(jù)驅動在用戶端的體現(xiàn)，就是老板電器數(shù)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(tǒng)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(jiān)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(shù)據(jù)信息，根據(jù)顧客對產品的不同需求、期望、偏好，從用戶角度出發(fā)，分析產品需求，實現(xiàn)精準規(guī)劃，不斷縮小市場與用戶、研發(fā)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(lián)網、5G、大數(shù)據(jù)等技術，集成虛擬仿真等系統(tǒng)形成一體化企業(yè)數(shù)字化平臺，實現(xiàn)從制造核心裝備到生產工業(yè)大數(shù)據(jù)的縱向集成及從客戶需求到研發(fā)、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(shù)字孿生技術的生產模式，正是“未來工廠”闊步邁向數(shù)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(yè)4.0-智能工廠實驗室(嘉定校區(qū))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(qū)的上海自主智能無人系統(tǒng)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(shù)字孿生系統(tǒng)。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(xié)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(qū)的科學中心通過手機二維碼下單，數(shù)據(jù)就會實時傳到實驗室的MES(制造執(zhí)行系統(tǒng))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(jiān)控生產的每個階段，可以進行一些修改和調整等。”

據(jù)了解，同濟大學工業(yè)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(xiàn)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(yè)4.0-智能工廠實驗室還肩負著培養(yǎng)未來工程師的重要功能，實現(xiàn)了工程研發(fā)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(jù)增值鏈靈活配置，能高度模擬企業(yè)實際過程。就工程研發(fā)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(yè)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(fā)愁：“網紅店發(fā)貨很慢，有些到了都過季了。”但她最近發(fā)現(xiàn)，發(fā)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(xiàn)。

如何讓中小商家實現(xiàn)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(yè)切入新制造，做到了“100件起訂、7天交付”，實現(xiàn)“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(lián)網能力與制造業(yè)融合起來。

消費者實際可感的是，網紅店的發(fā)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(xiàn)在預售款18天內基本都能發(fā)貨。

據(jù)犀牛智造CEO(首席執(zhí)行官)伍學剛介紹，犀牛智能中央倉猶如餐飲行業(yè)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(shù)字化的生存能力是企業(yè)在數(shù)字時代的核心競爭力。“犀牛智造雖然從服裝行業(yè)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(shù)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(yè)化與信息化深度融合基礎上形成的，將會對產業(yè)結構、生產范式、數(shù)據(jù)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(fā)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(shù)據(jù)來源更廣泛、大數(shù)據(jù)將賦能到單個產品上。

宋嘉說，當前的制造信息化的數(shù)據(jù)來源還是企業(yè)內部數(shù)據(jù)為主，而“未來工廠”將打通“一橫一縱”的行業(yè)數(shù)據(jù)。縱向數(shù)據(jù)是圍繞產品的全價值鏈、全要素的數(shù)據(jù)，不僅僅是生產、物流，還將包括研發(fā)設計數(shù)據(jù)等全價值鏈的數(shù)據(jù)進行融合并用于生產;橫向數(shù)據(jù)就更加深刻，行業(yè)大數(shù)據(jù)將賦能單一企業(yè)、甚至單個產品，這意味著將同一行業(yè)或相近行業(yè)、甚至相同產品的生產數(shù)據(jù)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(yè)數(shù)字化”的基礎，“我們希望企業(yè)一定要認識到，企業(yè)的智能化轉型已經不是選擇題了，而是必答題了。”

關鍵詞： 機器人 自動化 未來工廠