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中国企业距离智能制造有多远?

2017/6/29    来源:e-works    作者:e-works  许之颖  孙亚婷      
关键字:智能制造  工业4.0  
对于中国企业离智能制造到底有多远,也许可以通过国内外对比,一探究竟。

    笔者从事两化融合工作多年,接触过不少国内大型国企和中小型民营企业,也曾经多次踏出国门,参观德国和美国的先进企业,对于中国企业离智能制造到底有多远?也许可以通过国内外对比,一探究竟。

智能制造热潮涌动

    2017年智能制造专项申报的热潮随着春风的吹拂涌动了。各咨询机构、科研院所、软硬件装备供应商不断瞄准、公关优秀企业,开始联合申报的工作,而申报中最重要的一点,需要识别适合申报的关键点,企业拿出这些亮点打动专家评委们的心。

    随着工业4.0,美国工业互联网概念的提出,各发达工业国家纷纷提出其新的工业发展战略或策略,继而在中国有了“中国制造2025”、“互联网+”。在国内,智能制造、工业4.0、CPS、大数据的概念铺天盖地,各种智能制造的研究机构雨后春笋般地成立,不断提出对这些新概念的解读和推出自己的理论体系,但鲜有面向企业如何从基础做起的宣传和实施路径的引导。

    然而,发达国家提出新工业发展战略是有其背景和原因的,工业4.0和工业互联网所涉及的大多数技术——信息系统、装备自动化、物联网等并非新技术,在前二、三十年到近十年在国外企业已经有非常成熟的应用了,而近几年网络和计算机硬件技术的突飞猛进,大数据从概念到落地,物理世界和虚拟世界的融合才水到渠成。

国内智能制造 重硬轻软

    再回头看看我们国内的企业。国内现在出现了很多技术领先的民营中小企业,由于技术优势成为行业的佼佼者,发展非常快,然而,在快速占领市场野蛮生长的过程中,注意力更多地放在如何获取市场,愿意投入力量不断开发出市场需求的产品,但忽略了基础技术的积累、沉淀、总结、优化;在考虑提高生产的效率时,更多关注在自动化程度的提升、工厂少人上,只愿意为短期内高产出投入,不愿为长远发展投入。

    国内有家做水道阀门的小型企业,技术上获得很多专利,在海绵城市的建设中获得了较大的市场份额。然而,其技术人员全部投入到新产品的开发中,加班加点,如火如荼,但在技术基础管理方面基本没有投入,除建立了制图标准外,几乎没有其他标准,更谈不上产品设计的标准化、模块化。研发人员不断设计新产品的同时,导致大量的呆滞物料占据仓库,造成极大的浪费。此外,该企业的内部管理极不规范,流程执行不畅,部门壁垒严重,ERP上线多年,不仅没有提升管理的效率,而且演变成企业的数据垃圾场。

    另外还有一家汽车转向器的民营企业,主要面向国内自主品牌汽车供货,由于不同品牌汽车内部结构差异较大,虽然是做同一类产品,转向器产品的结构差异也很大,目前还未形成产品的平台化、模块化和标准化。这家企业想通过智能工厂的改造提高制造的效率,但由于产品本身缺乏模块化基础,柔性化制造很难实现,只能从装备角度尽量提高生产率。

    国内很多大型企业在技术上和市场上有较深的积淀,情形却不比中小企业好多少。在转型中,更偏向于投资回报见效快的装备和产线自动化水平提升,却常常忽视技术的基础管理、核心业务流程的规范执行和持续改善。研发团队疲于向前开发不同需求的产品,不注意研发基础建设,产品一直未形成标准化、模块化,设计人员、工艺人员每天疲于应付,问题重复出现,物料增长不受控制,库存居高不下,在制造环节,计划部门、生产部门每天为BOM所累,经常因物料不齐套导致装配停滞。

他山之石 国外何以推进智能制造?

    他山之石可以攻玉,在国内智能制造如火如荼地进行时,不妨先来看看国外先进国家是如何推进智能制造的?下文,作者将结合e-works历届德国和美国考察的亲身实例,从五个方面谈起。

    1.培养智能制造生态圈

    不论是德国还是美国企业都注重智能制造生态圈的建设,培养一个良好的共存环境,其中包括各种联盟的成立、相关标准的制定以及对智能制造人才的培养。

    弗劳恩霍夫应用研究促进协会(Fraunhofer-Gesellschaft),是德国也是欧洲最大的应用科学研究机构。在工业4.0变革中,弗劳恩霍夫协会不仅仅是倡导者,各研究所还是重要参与者,为工业4.0企业提供专业支持。实际上很多Fraunhofer的研究所都是与高校共建的,很多Fraunhofer研究所的专家同时也是大学教授。Fraunhofer有多个研究所研究与工业4.0相关的课题,各有不同侧重。这种产学研协作机制值得我国借鉴。

    罗克韦尔提出并践行互联企业(Connected Enterprise)的策略,与FANUC、思科等公司开放合作,共同推进企业的智能制造进程,并积极参与美国智能制造领袖联盟(Smart Manufacturing Leadership Coalition)的建设。在Covisint IOT平台中,Covisint本身只做上层的分析和建模,底层的感知和定位则交由合作伙伴完成。

    在人才培养方面,德国有一套“双轨制职业教育培训体系”(下称“双轨制),核心是“企业和职校合作。双轨制包括了企业实习和在校学习两种学习方式,即实践和理论相结合。学生实时参与在企业运营的第一线,倒逼从事理论教学的老师必须做到与时俱进,教授最前沿最符合当下需求的相关知识,从而确保了双轨制教学内容的实用性和有效性。在这个体制中,企业对教育的投入占大头。德国企业普遍认为,对职业教育的投资,就是对企业的中长远投资。要在竞争中生存和发展,就必须拥有大量在生产一线训练有素的员工。基于这点,各企业都乐于投资职业教育,负担学生在工厂培训期间的一切费用。

    例如,曾经参观过的全球木材加工机床领导厂商HOMAG(豪迈)集团,就设立有专门的培训学校,专门用于培养高级技工。通过三年半的学习,学员不仅可以学到专业技能,还可以在工厂实习,使每位学员都有丰富的理论实践动手能力。学习期间,每位学员不但不需要交纳费用,每个月豪迈还会支付工资。完成学业之后,学员可以自行选择是否留在公司。

    参观美国密西根大学时,金炯华教授介绍了该校的跨学科的办学实践,密西根大学的跨学科体现在多个层面,如跨学科研究、跨学科人才培养、跨学科管理等,以及系与系的跨学科、院与院的跨学科、学校之间的跨学科。同时,美国的学术界和工业界也紧密合作,比如GM的某学生在企业里做变速箱的研究,研究内容为变速箱质量问题的后续管理(通过系统实现反馈)。美国已经构建的14个国家级制造业创新中心,这些都是美国成功推进智能制造的重要支撑。

    由此可见,无论是德国还是美国,政府、高校、研究机构、行业协会和企业,都在共同打造一个日臻完善的工业4.0或者说是智能制造的生态圈。

    2.企业文化始终如一地坚持

    国际先进企业特别是百年企业,毫无例外地,会在企业创立初期就会花大力气进行企业的“顶层设计”,确立发展愿景、企业文化,并在企业发展过程中始终如一的贯彻下去。

    例如,考察团在罗克韦尔自动化公司位于密尔沃基的全球总部,看到了这家百年历史的公司在最早的商标“AB”的下面醒目地写着“Quality”,到今天为止罗克韦尔自动化都不断强调质量至上的目标,并始终如一地坚持着。另外责任心和责任感也是公司文化的一部分,公司十分重视道德规范培训,连续9年获得道德规范奖项,每位员工都引以为傲。

罗克韦尔自动化最早的商标

图1 罗克韦尔自动化最早的商标

    而如今哈雷摩托更是成为美国精神的代表,走进哈雷摩托的工厂,工人穿得不是单调的工作服,而是印着哈雷LOGO的各色T恤和背带裤。哈雷车友会发展壮大,很多车友除了一起飙车,还一起从事公益事业,这赋予了哈雷品牌更深的内涵。可以说,哈雷卖的不仅是产品,更是文化。

    3.制造企业注重夯实基础

    笔者在考察德国和美国的企业时,他们并没有宣称自己达到了工业几点零或智能制造的水平,而是以一种务实的态度夯实技术基础、提升制造的效率、稳步推进信息化

    参观德国的企业有一个非常明显的感觉,在技术基础方面非常注重产品的标准化、模块化。早在1970年美国未来学家阿尔文·托夫(Alvin Toffler)在《Future Shock》一书中提出了一种全新的生产方式的设想:以类似于标准化和大规模生产的成本和时间,提供客户特定需求的产品和服务。这个理论在德国已得了充分的应用,并发挥了巨大的作用,实实在在提升了设计与制造的效率,增加了柔性,大幅降低成本。

    德国有一家企业叫纽卡特,企业规模不大,600多人,却是全球行星减速机细分行业名副其实的隐形冠军,其生产模式是按订单生产的多品种小批量,由于其模块化程度较高,车间布局能满足每天不同型号350个产品的制造装配,此外,因为模块化程度高,已成功在其网站上向客户提供个性化选型的工具,方便客户根据自己的特殊需求定制产品,通过实现端到端的信息传递,从而形成了快速响应客户需求的能力。

纽卡特车间布局

图2 纽卡特车间布局

    另外一家德国企业FESTO——全球最著名的气动元件、组件和系统的生产厂商,其生产以订单驱动,是典型的多品种、小批量生产模式。由于已形成良好的标准化、模块化基础,其精密装配线由模块化的装配单元构成,可根据不同的定制产品柔性组合装配线,大大提升换型效率。

    在前面提到的纽卡特,暂时未使用MES、AGV、RFID等技术,仅在一台加工中心上应用了机器人。他们认为针对目前的生产节拍,这些技术的紧迫性还不是很高。然而在信息化方面,后面这组数据充分展示出纽卡特扎实的应用:ERP应用十年来,总共600名员工中,超过500个员工拥有ERP账号,license有160个,应用率极高。十年前约有4000个订单在ERP系统中运行,如今达到70000个。同时,为数不多的信息系统——ERP、CRM、BI、文档管理系统、PDM间均实现了深度集成。在信息化应用上,纽卡特并未追求大而全,而是充分发挥每一个系统的作用到极致。

    4.不盲目追求自动化和无人化

    不管是美国还是德国的工厂,并不盲目追求自动化和无人化。在参观制造企业工厂时,想象中的AGV小车自动配送,无人化的生产线,全部没有看到,他们更加强调的是人机协作与人机工程。

    参观福特F-150总装线的车间时,可以看到在整个车身装配过程中,只有安装玻璃和激光检测环节使用了机器人;驾驶室装配过程是放在一个移动滑台上,可以根据装配零件的位置升降;车厢、车门、仪表盘总成等部装线,其中车门、仪表盘总成通过悬挂式输送链传送。物料也是倾斜放置,方便工人拿取;实现了两门和四门,以及多种颜色等的混流生产,总的来说,非常注重人机工程,强调人机协作。

    在哈雷摩托工厂,大部分机加工序实现了机器人上下料,实现自动扫码。少量机加工序采用流水线,装配线采用U型线。而物料的配送则依靠人工,为了取货方便,部分料架采用了倾斜的方式。整个车间虽然未完全实现自动化,但是强调人机协作,制造过程井然有序。巨大挑高的厂房里,机器轰鸣,工人们并没有统一穿工作服,而是随意的穿着哈雷的T恤和牛仔裤,带着耳塞和防护眼镜。然而他们工作起来却一点都不随意,生产线按照固定的节拍前进,员工要有效率才能完成任务。

    在约翰﹒迪尔的收割机工厂,使用新的激光切割机、光纤切割机的同时,很多老设备仍在使用中,并没有一味追求用最新的技术和最新的设备。大型物料的搬运则通过自动化上下料等助力设备吊装到工位上,而有些焊接工序依靠人工完成,这样做的原因是需要基于焊工的经验选择焊接材料,保证质量和具有一定的灵活性。

    在考察德国弗劳恩霍夫协会时,弗劳恩霍夫协会劳动经济和组织研究所首任所长汉斯•彼得兰斯特教授也明确表达了:实施工业4.0并不是要追求建设成为无人工厂,而应追求在合理成本的前提下,满足市场个性化定制的需求,智能工厂中,人操作的岗位多数会被保留,自动化追求从经济上更有价值,但关键岗位更需要人的判断能力和决策能力。

    5.软件企业专注于优势领域,用细致的服务帮助客户实现价值

    美国的工业互联网之旅,笔者考察了PTC、Covisint、Rockwell等业界巨头。每家公司在介绍自己的解决方案时,都不约而同聚焦到物联网应用。凭借对产品与制造变革的敏锐和洞察,早在2014年,PTC通过收购Thingworx,开始其向物联网公司的转型,通过一系列的收购或并购,形成了基于物联网平台构建数据互联通道,打造数字化产品与实物产品的虚实融合生态系统;Covisint通过其IOT平台建立汽车行业生态系统,实现按需应变、不受空间及时间限制的信息连接、交互及协作模式;罗克韦尔在其“互联企业”中阐述通过IT与OT的结合,对每个资产进行连接,运行数据被采集和处理,实现对其方便的控制。这些软件企业纷纷构建生态系统,以满足客户不同层次的需求。然而在构建生态系统过程中,他们并未大包大揽,充分发挥自身的领域优势,有所为、有所不为,通过强强联合,共同完善。

PTC基于”物联网+”构建CPS HUB

图3 PTC基于”物联网+”构建CPS HUB

    在帮助企业推进应用落地方面,软件企业同样以务实的态度,为企业提供细致的服务,值得国内厂商借鉴。德国ERP供应商abas伴随纽卡特十年,每年结合业务需求进行开发升级,不断改善应用,助其快速成长。作为致力于中小企业ERP解决方案供应商,abas培养了不少行业隐形冠军,实实在在帮助客户提升效率、实现价值。

    Sycor也是一家德国公司,是致力于软件实施服务的全球IT公司,从事SAP和微软ERP实施服务,其实施方法是结合行业实践形成行业模板,满足企业70%-80%的管理需求,其他部分采用定制开发,灵活响应客户需求。在不断的行业实践中,Sycor不断洞察企业需求和行业最佳实践的区别,以不断完善和调整其行业模板。其通常的实施周期约为9-15个月,帮助企业真正的应用成功。Sycor将LOGO设计成一个笑脸,意味着为客户提供满意服务的决心。

总结

    企业转型不仅是思想上的,也是系统性的,而且是一个相对漫长的过程,在浮躁的利润和市场扩张之下,需要沉静下来,做好基础管理工作。纵观信息化应用效果好的企业,无一不是企业管理规范,认真、严格执行流程制度的,只有在规范化管理基础上的信息化才能保证系统运行顺畅、数据准确及时。

    在智能制造的大潮下,企业不宜盲目跟风。应围绕企业的中长期发展战略,根据自身研发、制造等核心业务的特点,以及现实存在的短板,提出智能制造的发展战略和设计建设蓝图。在蓝图的指导下,从最紧迫需要解决的方面入手,一步一个脚印推进,踏踏实实产生实效。

责任编辑:程玥
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