欧洲数字化工厂塑造制造业新未来的路径及对上海的启示
2020-01-21 03:17
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一、欧洲数字化工厂的发展现状

(一)总体处于战略起步阶段,集聚效应明显

欧洲企业建设数字化工厂的路线蓝图主要涵盖六个环节,依次是绘制数字化工厂战略、设立试点项目、确定所需的能力、成为数据分析和互联方面的领先者、推动工厂向数字化转型、将数字化工厂与企业的数字生态圈结合。目前,欧洲领先的工业企业已完成试点项目,开始全面推广数字化解决方案91%的工业企业正在投资数字化工厂,但是完全数字化的仅占6%。未来五年内的投资中有77%将用于新建或扩容数字化工厂,收回投资的期限大多定为5年。在计划对数字化工厂追加投资的决策者中,93%的人表示有意在未来五年内将部分或全部的数字化工厂迁至德国,这与德国先进的工业制造水平和一流的工业技术标准密不可分,数字化工厂的集聚将进一步强化德国制造和欧洲工业中心的竞争力

(二)高效智能与定制化生产方式是数字化工厂的主要趋势

98%的受访者都将提升效率作为投资数字化工厂的主要原因。利用数字化技术实现定制化、灵活化的生产则是未来产品生产的重要趋势。比如,在德国西门子安贝格工厂,生产设备可以自主处理3/4的工序,仅剩下1/4的工作靠人工完成,每条生产线上均运行约一千台控制器,所有流程均实现IT控制。工厂自建成以来,产能提升了8倍,平均1秒即可生产一个产品,产品质量合格率达99.9985%。又如,阿迪达斯的“SPEED工厂通过自动化生产线,将客户的特定需求上传到网络中,5小时内就能生产出一双多功能定制运动鞋。这样的新概念工厂更能有效应对顾客的特定需求,并大大缩短新产品的交付周期。

二、欧洲数字化工厂的主要技术路径及作用

(一)通过综合的MES系统实现内外部互联

数字化的第一步是通过共用基础架构实现机器与其他资产间的互联。综合的制造执行系统(MES[1]既可实现工厂内部流程的数字化,又能实现整条供应链的数字化,即横向整合供应商、生产网络到客户的整条价值链。先进的跟踪系统与ERP系统[2]的动态连接,可以将生成的数据传递到中央规划平台,建成互联工厂[3],实现外部需求与内部生产的对接。如博世力士乐集团通过互联实现了批量定制,集团内各试点企业和博世互联产业项目组合作建立统一的标准,利用博世云或企业IT架构等全球服务网络整合并协调。

(二)利用协作机器人、数字孪生等技术提高效率并使运营精益化

人机协作、数字孪生是数字化工厂的重点领域,有利于提升效率和精益性。协作机器人能完成预先编程规定的任务,还可接受工人的训练。比如无人值守的厂内物流系统能实时感知和处理来自周围数字环境的信息,安全地在厂内通行。数字孪生[4]指以数字化的方式呈现产品、设备、整条生产线和工厂基础设施,可在实际启动前进行模拟测试,有助于利益相关方的信息共享,实现预防性维护。

(三)通过大数据分析优化决策和生产、降低能耗

数据是数字化工厂的基础,通过大数据分析能够为决策提供精准参考,并驱动生产流程、质量及资源优化。机械设备产生的数据传输到MRSERP系统,甚至是供应商和客户,可实现在整条供应链中关键供需数据的实时交互。大数据分析可以发现生产和质量数据中的规律,为优化流程和产品质量提供参考。智能化的数据分析和控制还可以降低能源和资源消耗。

三、我国数字化工厂建设存在的问题及对上海的启示

(一)我国数字化工厂建设存在的主要问题

报告指出,我国建设数字化工厂主要面临四大问题:一是缺少自上而下的整体性战略规划,对建设数字化工厂的具体需求不明晰;二是纯粹从投资回报角度考虑效益问题;三是部分工厂的设备落后,且尚未制定统一的技术标准;四是缺少懂得数字化管理的复合型人才。

(二)对上海建设数字化工厂的启示

报告对于上海的数字化工厂建设具有战略规划、技术基础、融资方式、人才培养和实现路径等五个方面的启示。

1、制定整体战略规划,为企业规划提供指导

结合工业化发展的实际水平,制定数字化工厂建设的整体战略规划和相关政策,主要包括指导性战略规划、政府各部门的支持性政策和监管办法等,从数字化工厂建设的整体过程和各个环节出发,完善顶层设计。

2、夯实数字化技术基础,制定统一的技术标准

加大对数字化技术研发、推广的支持力度,政府牵头制定统一的技术标准,保证系统性数据在不同企业甚至不同行业间的认可性,为构建互联工厂和互联生态圈奠定基础。

3、以政府投资带动多方投资,缓解建设初期的盈利压力

以政府投资为杠杆撬动多方投资,创新多种融资手段实现资金来源多元化,为数字化工厂建设争取更充足的资金。对价格竞争力较弱的创新技术,可采取政府采购的方式推动成果转化。

4、推动产教融合,培养数字化复合型人才

强化上海高校、研究机构与企业间的合作关系,建立课堂教育和实际工作相结合的职业教育体系,规范职业培训课程的标准,重点培养数据分析、产品管理、项目管理、IT架构、信息安全等跨学科的数字化工程师,以及横跨多领域、学习能力强、懂得数字化交付的复合型人才。

5、建立试点项目,共同打造互联生态圈

采取先行试点的方式,激发企业建设数字化工厂的积极性,降低初期大规模投入的风险。设立试点项目的途径可包括:一是在特定企业内纵向整合从数字化工程设计到以实时数据为支撑的生产规划;二是在特定的工厂内实现特定产品线的数字化;三是企业与其他企业、高校或行业组织等外部的数字化领先者合作政府牵头打造互联生态圈,鼓励具备条件的企业加入数字化工厂建设的行列,推动互联工厂的建设。



[1] MES是制造执行系统(Manufacturing Execution System)的简称,是一套面向制造企业车间执行层的生产信息化管理系统。MES 可以为企业提供多种管理模块,打造一个扎实、可靠、全面、可行的制造协同管理平台。通常以传感器读取频设识别芯片上的数据并传输到数据平台,将零部件、机器、生产管理、运输车辆、工人甚至产品相互连接,从而根据数据分析、感知、预测意外事件,生成应对或优化的相关行动,实现利用信息进行实施规划和控制。

[2] ERP系统是企业资源计划(Enterprise Resource Planning )的简称,是指建立在信息技术基础上,集信息技术与先进管理思想于一身,以系统化的管理思想,为企业员工及决策层提供决策手段的管理平台。它是从MRP(物料需求计划)发展而来的新一代集成化管理信息系统,它扩展了MRP的功能,其核心思想是供应链管理。从供应链范围去优化企业的资源,优化了现代企业的运行模式,反映了市场对企业合理调配资源的要求。它对于改善企业业务流程、提高企业核心竞争力具有显著作用

[3] 互联工厂是指以控制和优化为目的,将资源、设备、运输工具或产品等相关对象连接起来,通常是利用与ERP系统结合的MES系统。

[4] 数字孪生包括工厂、生产类资产或设备、产品的数字孪生。工厂的数字孪生能够协助规划、设计和建设厂房和基础设施,能用于厂房的测试、模拟和运行。生产类资产或设备的数字孪生能用于设计、模拟启动和持续运转,主要是模拟生产类资产或设备的运转,设定和优化关键参数,实现预防性维护和增强现实等概念。产品的数字孪生是对产品的数字化呈现,将产品工程设计和生命周期管理与工厂运营结合起来,作为研发的一部分实现了早起对产品的模拟和测试,有助于推动产品开发。