兰光创新总经理 朱铎先
一、“工业4.0”的国内外战略剖析
1.德国工业4.0的概念
“工业4.0”概念包含了由集中式控制向分散式增强型控制的基本模式转变，目标是建立一个高度灵活的个性化和数字化的产品与服务的生产模式。
该战略将首先从两个方向展开：
一是“智能工厂”，重点研究智能化生产系统及过程，以及网络化分布式生产设施的实现；
二是“智能生产”，主要涉及整个企业的生产物流管理、人机互动以及3D技术在工业生产过程中的应用等。
智能工厂是德国实现高度自动化生产之后，提出的新概念，它的理念优势在于推动工业生产智能化，从而实现科幻般的工业生产模式。智能化自动生产线可监控设备总和效率（Overall Equipment Effectiveness，即OEE），促使其达到最高的质量与效率，并可将停机时间降到最低。
信息物理（融合）系统（Cyber-Physical System，CPS）是工业4.0的主体。“工业4.0”研究报告认为，第四次工业革命的重大技术基础是CPS。
2.美国GE工业互联网概念
为提升美国制造在国际上的竞争力，2008年金融危机之后，美国政府提出了“再工业化”国家战略，大力扶持美国工业发展。
2009年初，美国开始调整经济发展战略，同年12月，公布《重振美国制造业框架》，2011年6月和2012年2月，相继启动《先进制造业伙伴计划 》和《先进制造业国家战略计划》，实施“再工业化”。
在此情况下，通用电气（GE）2012年秋季提出了工业互联网（Industrial Internet）概念，希望通过生产设备与IT相融合，目标是通过高性能设备、低成本传感器、互联网、大数据收集及分析技术等的组合，大幅提高现有产业的效率并创造新产业。
3．中国两化融合的战略——两化深度融合的概念
在两化深度融合专项行动计划中指出，总体行动目标为：面向国民经济重点领域智能制造需求，创新智能制造装备产品，提高重大成套设备及生产线系统集成水平。加快工业机器人、增材制造等先进制造技术在生产过程中应用。培育数字化车间、智能工厂，推广智能制造生产模式。主要可分为：
1）推动智能制造生产模式的集成应用
逐步推广重点行业数字化车间，开展智能工厂试点建设，探索全业务链综合集成的路径和方法。选择有条件的产业集聚区，开展智能制造示范试验区建设。
2）推动物联网在工业领域的集成创新和应用。
实施物联网发展专项，在重点行业组织开展试点示范，以传感器和传感器网络、RFID、工业大数据的应用为切入点，重点支持生产过程控制、生产环境检测、制造供应链跟踪、远程诊断管理等物联网应用，促进经济效益提升、安全生产和节能减排。
由此可见，中美德三国工业信息化的共同聚焦点，在于智能工厂。
二、兰光创新打造中国特色的智能工厂
1.关于兰光创新
北京兰光创新科技有限公司是致力于为高端离散制造企业提供智能工厂解决方案的专业技术公司，是国内第一家为用户提供真正意义上DNC/MDC/APS/MES等智能工厂全线产品链的专业公司，并在国内有众多客户。
兰光是世界两大著名品牌——丹麦CIMCO公司和德国FAUSER 公司的全球战略合作伙伴和中国独家总代理。
2.兰光智能工厂
以国家两化融合为宗旨，以两化深度融合为突破口，参考德国工业4.0中的智能工厂模式及美国GE工业互联网等先进理念，结合企业实际情况，建设具有中国特色的智能工厂。构建国内领先的“设备自动化+管理信息化”的智能型工厂。
兰光创新认为，智能工厂包含了六个方面：计划排产智能、生产协同智能、设备互联智能、资源管控智能、质量控制智能、决策支持智能。
兰光智能工厂模块组成，分为四个层次，19个模块，如图1。
图1 兰光智能工厂组成
智能工厂的应用场景如图2。
图2 智能工厂应用场景
兰光智能工厂涉及到智能互联互通、智能计划排产、智能生产协同、智能资源管理、智能决策支持五大关键技术。
1）智能的设备互联互通
智能设备互联互通体现在以下几个方面：
*设备网络化分布式通讯：所有的顶层设备进行联网、集中控制，形成设备网络化分布式通讯。
*加工程序集中式管理：可以直接浏览NC、TXT、DOC、BMP、PDF、 Autocad、Solidworks、CATIA、PRO/E、UG等多种数据文件，对CATIA 、PRO/E、UG等三维图形文件能直接进行缩放、旋转、平移、剖切。程序作为数控车间最重要的技术文件，是数字化车间里面重要的一环，支持权限管理、流程管理、版本管理、信息管理等。
*程序虚拟化制造：在系统模拟制造过程，5轴刀位轨迹和3轴实体的动态模拟功能，将程序错误最大程度地避免在虚拟制造环境。
*智能化的数据采集：通过实时、准确、客观、自动的数据采集，对不同设备进行监管。
*生产工艺参数的实时监测、动态预警：通过工业互联网的形式对熔炼、压铸、热处理、涂装、X光机、图像识别系统等数字化设备进行采集与管理，包括采集设备基本状态、各类工艺过程数据进行实时监测、动态预警、过程记录分析等功能。
2）智能的计划排产
支持多种高级自动排产算法，具有按交货期、精益生产、生产周期、最优库存、同一装夹优先、已投产订单优先等多种排产方式，可最大程度地满足各类复杂的排产要求。图形化的界面使排产形象直观，通过手工拖拽就可调整计划，易于掌握和使用。
3）智能化的生产协同
智能化的生产协同，如图3。
图3 智能化的生产协同
4）智能化的生产资源管理
包含：生产资源（物料、刀具、量具、夹具）出入库、查询、盘点、报损、并行准备、切削专家库、统计分析等功能，实现库存的精益化管理。
5）智能化的决策支持
提供各种直观的统计、分析报表，为相关人员决策提供帮助，包括计划制订情况、计划执行情况、质量情况、库存情况等。同时，可实现用户在手机、IPAD等移动设备上对现场生产情况、设备运行情况、质量情况的数据浏览、异常处理。
三、典型案例分享
案例1：河南平原光电有限公司
平原光电隶属于中国兵器工业集团，其制造加工方式为小批量、多品种，是典型的离散型加工。
工厂前期实施了PDM、CAPP 、ERP、CAD系统。但数控程序、数控设备、以及生产现场的管理基本采用手工方式。数控程序的传输及管理、车间的作业计划排程、实时进度跟踪反馈、现场物料消耗、质量问题追踪、数据采集、统计等几乎采用手工方式。
此项目实施内容涵盖了5个分厂的计调组、技术组、生产工段、生产保障组、检验组、管理组等车间所有班组的业务往来，从计划下达到车间加工以及成品完成的整个业务过程。涵盖了生产制造过程几乎所有的方方面面。通过实际运行规范了各项生产管理，明显提高了企业的生产效率。
该系统不仅得到客户的高度平价，还顺利地通过国防科工局的部级验收，获得了与会专家的一致好评。
案例2：海尔模具有限公司
海尔模具的生产模式为单件生产。
MES上线前，其生产方式为串行作业，完全靠操作工串行准备，操作工技能要求高，工作繁杂，易出错，工作效率低，生产节拍慢。同时无系统管控，非可视化管理，由于沟通不及时，经常导致生产加工不必要的待机。
MES上线后，实现了程序自动修改、刀具参数自动传输、准备工作现场反馈同步展示。同时，通过协同平台进行可视化管理，通过红绿灯看板直观显示各项任务的完成情况，包括程序、刀具、电极准备的阶段信息，如程序编制完成，程序格式转换完成，刀具配送完成，电极完工、配送等信息，提高现场管理效率，并集成短信平台对任务进行催办。
案例3：中信戴卡股份有限公司
中信戴卡是全球最大的铝合金车轮制造企业，是中国唯一进入全球汽车零部件配套供应商100强的中国企业。
2013年11月，中信戴卡实施完成了LPS系统，涵盖了熔炼、铸造、机加、表面处理等工艺环节,实现了：
*实时了解设备运行状态、生产型号、数量、在制品、质量状态等。
*对生产的整体了解由0.5小时缩减至 1分钟。
*对生产数据的分析由1小时缩减至5分钟。
*生产进度信息实时、准确地反馈给SAP系统。
*相比以前的人工统计，现在的数据更及时、准确。
本文根据兰光创新总经理朱铎先在2015第十届中国制造业MES应用年会上的发言整理而成，未经本人确认。
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本文标题：剖析工业4.0 打造中国特色的智能工厂
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