广东工业大学机械学院副院长 刘强
一、行业背景与需求分析
1.行业背景
中空玻璃是采用高强度高气密性复合粘结剂，将两片、三片玻璃，与内含干燥剂的铝合金框架粘结，制成的高效能隔音隔热玻璃。
目前中国规模以上中空玻璃加工企业500余家，正从规模扩张向品质提升、功能扩充转型；2014年全国中空玻璃总产量1.2亿平方米，产值高达150亿元，保持了10%的增长。
2.面临的问题和解决措施
目前中空玻璃行业面临的问题主要有：
●产品规格多；
●自动化水平低；
●现场管理乱；
●用工成本高。
要解决这些问题，可以采用机器换人的策略，大力推进自动化生产、智能化管控。
3.生产设备和软件基本情况
中空玻璃自动化生产设备分为专机设备和整线市场，基本情况如下：
●专机设备国内市场成熟，配套设备完备，涵盖磨边机（高力威）、切割机（保泰罗）、钢化（北玻）、中空（韩江）四大工艺；
●整线市场一直由国外垄断（LiSEC）。
同时，中空玻璃在工业软件上存在短板：缺少专业的定制设计平台（CDP）、缺少专用的制造执行系统（MES）。专业软件技术门槛与专业门槛并行存在，具体表现在：
●定制化设计与智能化管控双重技术要求依据产能、场地进行定制，追求成本、质量、效率等多优化目标，执行过程依赖四大优化问题耦合；
●工艺细节与设备性能的双重专业要求，4大工艺，70余台专业设备，动作方式进行规划与协调，小的工艺细节调整导致设计方案的大变动；若干可能的异常与故障需要预测与处理。
中空玻璃对工业软件和专业软件的研发，要求技术人员在研发过程中需要深度了解加工工艺、熟悉整线执行过程，掌握定制设计方法、具备算法研发能力。
二、中空玻璃智能生产线
全自动中空玻璃加工生产线（GOLIVE Automatic Insulating Glass Production Line， GAIGPL）简称：高派系统。
1.GAIGPL-高派系统的特点
GAIGPL-高派系统具有高效率、高品质、高智能、全自动等特点，具体表现在：
●基础的玻璃加工工艺与流程；
●先进的全生命周期管理思想；
●单元化的定制设计理论；
●智能化的整线管控技术。
2.GAIGPL-高派系统的工艺
GAIGPL-高派系统有四大工艺，包括开料、磨边、钢化、热压。
3.GAIGPL-高派系统的制造单元
GAIGPL-高派系统有四个制造单元，具体如下：
●开料单元：原片仓+切割系统；
●磨边单元：磨边+清洗；
●钢化单元：钢化仓+排片台+钢化炉；
●热压单元：配对仓+热压线。
4.GAIGPL-高派管控系统构成
GAIGPL-高派管控系统构成如下图（图 1）。
图1 GAIGPL-高派管控系统构成
5.GAIGPL-制造执行系统
GAIGPL-制造执行系统包括定制设计平台、基础功能、配套系统、执行内核四个部分组成，具体如下（图2）：
图2 GAIGPL-制造执行系统
三、智能车间快速定制设计平台
1.智能车间定制设计需求
智能车间根据不同的企业特点有着不同的个性化设计需求，主要体现在场地、产能、成本控制和遗留装备四个方面（图3）：
图3 智能车间定制设计需求
2.智能工厂设计平台：
设计平台的定制主要从以下三个维度进行：第一，整线快速定制设计平台；第二，软件与硬件仿真集成；第三，行迭代优化。
（1）整线定制设计平台架构方式
整线定制设计平台架构方式如下图（图4）：
图4 整线定制设计平台架构方式
（2）软件与硬件仿真集成
软件与硬件仿真集成形成明确的虚拟设计方案后，装备研发、控制系统研发、MES系统研发并行开展（图5）。
图5 装备、模型、监控三视图同步技术
装备、模型、监控三视图联动技术的应用模式如下：
●形成定制设计平台，支持车间快速化定制
●形成集成测试平台，支持整线分布式集成
●形成远程监控平台，支撑工厂透明化监控
●形成模拟运行平台，支持系统智能化管控
（3）设计与执行迭代优化
设计与执行迭代优化是一个闭环的流程，如下图所示（图6）：
图6 设计与执行迭代优化闭环图
四、线上智能行为分析
智能是指设备依据既定规则、算法与信息输入进行自主选择、决策与行为。设备是没有智能的，管控系统与执行系统赋予其智能。智能的最终体现就是设备的动作，因此，自动化、数字化、信息化是智能化的基础。
1.智能行为分类
线上智能及其使用五类智能行为，分别为响应式智能、指令式智能、自主型智能、自适应智能、自学习智能。
（1）响应式智能
主要特点是作业主体被触发（传感器），进行简易而重复性操作，需预置运动规则。
（2）指令式智能
按照上层系统指令，机械式地执行操作；嵌套使用第一类智能；对操作对象具有一定适应性（操作柔性）。
（3）自主型智能
若干设备构成一个能自主作业的小环境；能检测自身负荷、作业对象情况；具有自主决策功能，以作业目标优化为导向，以智能优化算法做支撑，自动规划动作与运动方式。
（4）自适应智能
依托对制造过程中的优化问题的精准描述与智能求解；依托对产品个性化分布与工业环境变化的充分预测与评估。
●全局优化：从系统级考虑多重优化目标（质量、成本、能耗、工期等）来组织生产；
●闭环制造：能感知工业环境与产品特征的变化，主动调整整线工艺路径与单机工况；
●性能调控：具备自我评估与调校功能，力求执行过程稳定，计划与投放合理。
（5）学习型智能
在第四类智能基础上，进行智能的传播与学习。
●智能装备互联互通，制造系统可获得强有力的分析、学习、记忆与智能传播功能。
●自主规划工艺路径；动态学习工艺参数与资源调配规则；主动预测与分析市场需求；主动解决设计、制造与生产过程的难题与故障。
●智能规划、智能诊断方法频繁使用。
2.什么样的智能最好
关于什么是最好的智能，主要有以下两个判定规则：
●越简单的智能越容易实现，运行越稳定
●恰当的时候，恰当的地方，应用恰当的智能
五、智能制造系统实施建议
北航的刘强教授在智能制造系统实施方面，有个比较经典的观点，他强调不要在落后的工艺基础上搞自动化，不要在落后的管理基础上搞信息化，不要在不具备网络化数字化基础上智能化。关于智能制造系统实施的建议，应从以下几个方面考虑：
1.奉行的标准
制造系统的选型要奉行两个标准：
●实用主义，即适用就行，不要嫌弃半自动化；
●至简主义，即简单装备，简单运动、简单地实现。
2.来源与去处
考虑好智能的来源与去处，包括以下几个方面：
●重视对工业过程、制造装备、工艺细节的把握；
●重视对自动执行过程的提炼、抽象与精简；
●准确把握车间智能的需求；
●重视制造单元的智能化；
●重视智能算法（智能的本源）。
3.潜在效益
全面考虑好智能制造的潜在效益，具体如下：
●成本（人力、原料、能耗）；
●质量（加工质量、产品质量）；
●效率（生产平衡性，人机稼动率，产能释放比）；
●交期（计划达成率，交期预测的准确性）；
●企业声誉（实力与能力的象征）；
●潜在价值（数据，经验的可复制性）。
4.可借用的资源
智能制造可借用社会公共资源：
●引进技术（工艺改善、车间改善、设备升级）；
●用好平台（定制设计平台）；
●做好人才储备（多途径储备人才队伍）；
●开展产学合作。
六、关于智能制造的几点思考
1.智能制造的价值体现
如果把制造企业价值链条比作一副微笑曲线，前端的产品设计、研发、专利、技术、原材料采购等和后端的市场营销、产品销售、物流运输、O2O服务等处于较高的价值水平。制造、加工、组装等处于较低的水平，中国制造企业目前处于附加价值最低的中端（图7）。
在中国，随着一系列智能制造工程的深度实施，微笑曲线有可能将被拉平，自动化、智能化的制造、加工、组装等环节将拥有成本、质量与交期优势，并向设计与品牌营造两端延伸；因其不可替代性，将拥有更多的市场发言权。
图7 制造企业价值链条微笑曲线
2.人口红利消失了怎么办？
“劳动力优势”是典型的智力浪费，中华民族拥有天然的高智商，智力优势才是最大的优势，中国仍然可发挥人口优势。“大众创业、万众创新”是智力优势释放的途径之一，亟需引导与有序化。
目前中国正面临人口老龄化、用工荒、空心化、员流动性大等问题；大量装备涌现（珠江西岸装备制造业带），开始取代人工，装备红利取代人口红利；同时大量的专业化装备研发队伍、大量的专业化技术服务队伍不断涌现，智力红利支撑装备红利。
制造业依托行业化的智能车间定制设计平台，改善专机装备市场的竞争型生态，推动装备行业供给侧向合作型生态改革。
本文根据广东工业大学机械学院副院长刘强在2017深圳智能工厂高峰论坛上的发言整理而成，未经本人确认。
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本文标题：中空玻璃智能车间快速定制设计的方法与平台
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