歐洲數字化工廠塑造制造業新未來的路徑及對上海的啟示
2020-01-21 11:16
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一、歐洲數字化工廠的發展現狀

(一)總體處于戰略起步階段,集聚效應明顯

歐洲企業建設數字化工廠的路線藍圖主要涵蓋六個環節,依次是繪制數字化工廠戰略、設立試點項目、確定所需的能力、成為數據分析和互聯方面的領先者、推動工廠向數字化轉型、將數字化工廠與企業的數字生態圈結合。目前,歐洲領先的工業企業已完成試點項目,開始全面推廣數字化解決方案。91%的工業企業正在投資數字化工廠,但是完全數字化的僅占6%。未來五年內的投資中有77%將用于新建或擴容數字化工廠,收回投資的期限大多定為5年。在計劃對數字化工廠追加投資的決策者中,93%的人表示有意在未來五年內將部分或全部的數字化工廠遷至德國,這與德國先進的工業制造水平和一流的工業技術標準密不可分,數字化工廠的集聚將進一步強化德國制造和歐洲工業中心的競爭力。

(二)高效智能與定制化生產方式是數字化工廠的主要趨勢

98%的受訪者都將提升效率作為投資數字化工廠的主要原因。利用數字化技術實現定制化、靈活化的生產則是未來產品生產的重要趨勢。比如,在德國西門子安貝格工廠,生產設備可以自主處理3/4的工序,僅剩下1/4的工作靠人工完成,每條生產線上均運行約一千臺控制器,所有流程均實現IT控制。工廠自建成以來,產能提升了8倍,平均1秒即可生產一個產品,產品質量合格率達99.9985%。又如,阿迪達斯的“SPEED工廠通過自動化生產線,將客戶的特定需求上傳到網絡中,5小時內就能生產出一雙多功能定制運動鞋。這樣的新概念工廠更能有效應對顧客的特定需求,并大大縮短新產品的交付周期。

二、歐洲數字化工廠的主要技術路徑及作用

(一)通過綜合的MES系統實現內外部互聯

數字化的第一步是通過共用基礎架構實現機器與其他資產間的互聯。綜合的制造執行系統(MES[1]既可實現工廠內部流程的數字化,又能實現整條供應鏈的數字化,即橫向整合供應商、生產網絡到客戶的整條價值鏈。先進的跟蹤系統與ERP系統[2]的動態連接,可以將生成的數據傳遞到中央規劃平臺,建成互聯工廠[3],實現外部需求與內部生產的對接。如博世力士樂集團通過互聯實現了批量定制,集團內各試點企業和博世互聯產業項目組合作建立統一的標準,利用博世云或企業IT架構等全球服務網絡整合并協調。

(二)利用協作機器人、數字孿生等技術提高效率并使運營精益化

人機協作、數字孿生是數字化工廠的重點領域,有利于提升效率和精益性。協作機器人能完成預先編程規定的任務,還可接受工人的訓練。比如無人值守的廠內物流系統能實時感知和處理來自周圍數字環境的信息,安全地在廠內通行。數字孿生[4]指以數字化的方式呈現產品、設備、整條生產線和工廠基礎設施,可在實際啟動前進行模擬測試,有助于利益相關方的信息共享,實現預防性維護。

(三)通過大數據分析優化決策和生產、降低能耗

數據是數字化工廠的基礎,通過大數據分析能夠為決策提供精準參考,并驅動生產流程、質量及資源優化。機械設備產生的數據傳輸到MRSERP系統,甚至是供應商和客戶,可實現在整條供應鏈中關鍵供需數據的實時交互。大數據分析可以發現生產和質量數據中的規律,為優化流程和產品質量提供參考。智能化的數據分析和控制還可以降低能源和資源消耗。

三、我國數字化工廠建設存在的問題及對上海的啟示

(一)我國數字化工廠建設存在的主要問題

報告指出,我國建設數字化工廠主要面臨四大問題:一是缺少自上而下的整體性戰略規劃,對建設數字化工廠的具體需求不明晰;二是純粹從投資回報角度考慮效益問題;三是部分工廠的設備落后,且尚未制定統一的技術標準;四是缺少懂得數字化管理的復合型人才。

(二)對上海建設數字化工廠的啟示

報告對于上海的數字化工廠建設具有戰略規劃、技術基礎、融資方式、人才培養和實現路徑等五個方面的啟示。

1、制定整體戰略規劃,為企業規劃提供指導

結合工業化發展的實際水平,制定數字化工廠建設的整體戰略規劃和相關政策,主要包括指導性戰略規劃、政府各部門的支持性政策和監管辦法等,從數字化工廠建設的整體過程和各個環節出發,完善頂層設計。

2、夯實數字化技術基礎,制定統一的技術標準

加大對數字化技術研發、推廣的支持力度,政府牽頭制定統一的技術標準,保證系統性數據在不同企業甚至不同行業間的認可性,為構建互聯工廠和互聯生態圈奠定基礎。

3、以政府投資帶動多方投資,緩解建設初期的盈利壓力

以政府投資為杠桿撬動多方投資,創新多種融資手段實現資金來源多元化,為數字化工廠建設爭取更充足的資金。對價格競爭力較弱的創新技術,可采取政府采購的方式推動成果轉化。

4、推動產教融合,培養數字化復合型人才

強化上海高校、研究機構與企業間的合作關系,建立課堂教育和實際工作相結合的職業教育體系,規范職業培訓課程的標準,重點培養數據分析、產品管理、項目管理、IT架構、信息安全等跨學科的數字化工程師,以及橫跨多領域、學習能力強、懂得數字化交付的復合型人才。

5、建立試點項目,共同打造互聯生態圈

采取先行試點的方式,激發企業建設數字化工廠的積極性,降低初期大規模投入的風險。設立試點項目的途徑可包括:一是在特定企業內縱向整合從數字化工程設計到以實時數據為支撐的生產規劃;二是在特定的工廠內實現特定產品線的數字化;三是企業與其他企業、高;蛐袠I組織等外部的數字化領先者合作。政府牽頭打造互聯生態圈,鼓勵具備條件的企業加入數字化工廠建設的行列,推動互聯工廠的建設。



[1] MES是制造執行系統(Manufacturing Execution System)的簡稱,是一套面向制造企業車間執行層的生產信息化管理系統。MES 可以為企業提供多種管理模塊,打造一個扎實、可靠、全面、可行的制造協同管理平臺。通常以傳感器讀取頻設識別芯片上的數據并傳輸到數據平臺,將零部件、機器、生產管理、運輸車輛、工人甚至產品相互連接,從而根據數據分析、感知、預測意外事件,生成應對或優化的相關行動,實現利用信息進行實施規劃和控制。

[2] ERP系統是企業資源計劃(Enterprise Resource Planning )的簡稱,是指建立在信息技術基礎上,集信息技術與先進管理思想于一身,以系統化的管理思想,為企業員工及決策層提供決策手段的管理平臺。它是從MRP(物料需求計劃)發展而來的新一代集成化管理信息系統,它擴展了MRP的功能,其核心思想是供應鏈管理。從供應鏈范圍去優化企業的資源,優化了現代企業的運行模式,反映了市場對企業合理調配資源的要求。它對于改善企業業務流程、提高企業核心競爭力具有顯著作用

[3] 互聯工廠是指以控制和優化為目的,將資源、設備、運輸工具或產品等相關對象連接起來,通常是利用與ERP系統結合的MES系統。

[4] 數字孿生包括工廠、生產類資產或設備、產品的數字孿生。工廠的數字孿生能夠協助規劃、設計和建設廠房和基礎設施,能用于廠房的測試、模擬和運行。生產類資產或設備的數字孿生能用于設計、模擬啟動和持續運轉,主要是模擬生產類資產或設備的運轉,設定和優化關鍵參數,實現預防性維護和增強現實等概念。產品的數字孿生是對產品的數字化呈現,將產品工程設計和生命周期管理與工廠運營結合起來,作為研發的一部分實現了早起對產品的模擬和測試,有助于推動產品開發。

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