智能制造的先行实践者——山崎马扎克株式会社总部和大口工厂考察

中国机床工具工业协会 单希强 执笔

智能制造的先行实践者
——山崎马扎克株式会社总部和大口工厂考察

中国机床工具工业协会 单希强 执笔

2017年7月14日，籍考察第五届东京冲压、钣金、成形加工展之机，中国机床工具工业协会代表团应邀对山崎马扎克株式会社（以下简称Mazak ）总部和大口工厂进行了考察，代表团受到了山崎智久社长和清水纪彦副社长的热情接待。代表团考察的重点是马扎克公司历时2年多，于今年4月刚刚对外开放的智能工厂改造工程（Mazak iSMART Factory）。

图1 Mazak大口工厂

目前全球范围内新一轮科技革命和产业变革正在深刻影响着制造业的发展。物联网、大数据、云计算、人工智能等新技术正在给制造业带来革命性变化。与德国的“工业4.0”、美国的“国家制造创新网络”、日本的“工业价值链”等制造业强国的做法一样，我国也制定了《中国制造2025》国家战略。在这样的背景下，我国智能制造正受到空前重视，但普遍仍处在研讨探索和初步尝试阶段。参观MAZAK大口智能工厂，我们颇有茅塞顿开之感，收益良多。

一、Mazak 公司概况

Mazak成立于1919年，最初制造榻榻米机械，1927年开始制造车床、铣床，进入机床行业。目前产品范围包括复合加工机、数控车床、立式加工中心、龙门加工中心、卧式加工中心、数控激光加工机、柔性生产线系统、数控装置、CAD/CAM系统、生产支持软件等。

随着企业的发展，Mazak 在日本境内陆续建立了5家工厂，我们这次参观的大口工厂，坐落于名古屋市爱知县大口町，是Mazak株式会社的总部所在地。Mazak自1974年在美国成立第一家海外工厂开始，现在已经有5家海外工厂。其他4家工厂中1家在英国、1家在新加坡、2家在中国（即位于银川的小巨人工厂和位于大连的辽宁工厂）。Mazak 在全球共设有技术中心38处、技术服务中心43处、服务基地81处，是唯一确立了全球生产和服务体系的机床厂商。

图2 山崎智久社长、清水纪彦副社长会见协会代表团

Mazak在 1998年成立山崎马扎克科技(上海)有限公司，最初负责全线产品在中国的销售和服务，现在专门负责日本产激光切割机在中国的销售和服务；2000年成立宁夏小巨人机床有限公司；2006年成立山崎马扎克机床(上海)有限公司，负责除日本产激光切割机之外其他产品在中国的销售和服务；2013年成立山崎马扎克（辽宁）有限公司。 此外，Mazak还先后在上海、广州、大连等地设立了技术中心。

山崎智久社长认为，机床已成为制造业的基础。为社会贡献一份绵薄之力、让人们的生活更丰富多彩，是马扎克作为机床制造商的使命。Mazak致力于开发能带来生产力划时代提高的具有独创性的产品，在全球范围内为客户提供最佳整体解决方案和快速支持。

可以佐证山崎社长以上表述的是，在近百年的历史中，Mazak屡屡在全球率先推出具有世界领先水平的新产品。例如，1968年既开始生产数控车床，1970年开始生产加工中心，1981建成FMF工厂，1996年研制出进给加速度超过1g的超高速卧式加工中心，2014年推出智能数控系统Mazatrol SmoothX，2015年导入Mazak iSMART Factory（智能工厂）概念，等等。

最先推出创新性产品往往要承担很大的市场风险。为将新产品成功推向市场，Mazak的做法是自己率先使用新产品，一方面通过自己的使用不断发现问题，达到改进和完善的目的；另一方面起到给用户示范和培训的作用。长期的实践已成为Mazak的一个管理理念：工厂即展厅。

二、Mazak的智能工厂改造工程

图3 Mazak大口工厂负责人介绍智能工厂改造工程

Mazak生产设备自动化、网络化，从1981年该公司在大口总部建成FMF工厂开始，已经经历了30多年发展演变的漫长过程。具有标志性的事件有：1987年实现CIM计算机整合生产，1998年起充分利用互联网和信息技术开始了智能化工厂的探索， 2003年实现720小时无人运转。

与此同时，Mazak机床的智能化功能也逐步发展成熟起来。目前已经有如下12项智能化功能：热变位控制功能、干涉防止功能、五轴高精度调准功能、可变加速度控制功能、拐角平滑控制功能、防振控制功能、主轴监测功能、语音导航功能、保养监控功能、车削平台平衡感知功能、棒材供给控制功能、加工参数精细调整功能。

Mazak于2015年1月正式导入Mazak iSMART Factory（智能工厂）概念，为此与美国思科公司联合开发了 MAZAK SMART BOX装置，这是一个可以便捷、安全地接入工业物联网的入口平台。这一智能工厂系统集成了当今世界物联网和信息技术的最新成果和Mazak公司自己多年的成功经验，不仅能够实现整个工厂层面的智能控制，还将Mazak在世界各地的生产、服务机构联成统一网络，实现远程智能控制。

Mazak的智能工厂改造是从美国工厂开始的。在美国工厂取得经验的基础上，又历时两年完成了日本大口工厂的改造。整个工程在实施过程中更新了全部生产设备，在生产不受影响的情况下分区域逐步实施，今年4月开始向用户开放参观。据介绍，Mazak今后还将陆续在全球各个工厂进行智能工厂改造。

图4 Mazak智能工厂规划图

如图4所示，这项工程按规划将分为五个步骤实施：

（1）物联网信息安全基础上的网络连接及可视化。

（2）制造大数据分析及生产改善。

（3）系统配合协作分析及最佳化。

（4）熟练工经验技能人工智能化与系统配合高度协作化。

（5）通过人工智能及自适应控制具有自律性的不断进化。

Mazak认为，现在大口工厂已经达到第三、第四步之间的水平，效果是使产品在制时间缩短30%，半成品库存减少30%，管理工时减少50%，由于报警造成的停机时间减少37%。山崎智久社长认为，现在所见并不是我们正在努力接近的最终版本，工厂的智能化是一个不断完善和提升的过程，这种过程是没有止境的。

大口工厂智能化改造的基础工作是将所有生产活动数字化和可视化。该工厂的生产现场分为机加工、钣金、装配等几个部分。现场数据的采集采用了几种不同的方式：智能功能较强的数控机床可直接输出信号，不能满足要求的机床和其他非数字化设备则安装各种传感器单独取得所需的运行状态信号，还有的环节是由人工录入信息。在信息采集环节，Mazak特别强调信号的安全性，而将现场采集的信息先接入SMART BOX，则是解决这一问题的关键。大口工厂的信息联网采用了按照美国制造技术协会（AMT）制订的MT-connect协议，该协议的作用是兼容并处理来自各种不同数控系统和信号源的信息，从而实现不同类型和不同厂家设备的互联。

我们在现场看到，大口工厂的机加工车间、钣金车间、装配车间的各类机床、机器人及相关装备都经由分布在现场多处的SMART BOX连接成网络，装配区每个工位都设有触摸式数据录入端，可以采录到生产过程中的全部信息。并且生产现场的网络与管理部门的网络也连为一体，不仅管理人员可以查看到生产现场的信息，管理指令、加工程序也可直接传递到生产现场和机台。手机、平板电脑等各种移动设备可方便地登录这个系统，管理人员可以随时随地掌握设备和工厂的运行情况，操作者也可通过移动设备得到生产设备的报警信号，并及时处理。

通过这套智能网络，每天所采集的数据量达1230余万个。该智能制造系统能够对所采集的大量数据进行汇总分析，生成各种分析图表，为管理工作的进行和持续改善提供极大便利。运行情况的可视化，使影响生产效率和产品质量的各种因素清楚地展示出来。通过管理人员及相关员工经常性地分析研究，采取有针对性的措施不断改进优化，生产效率和产品质量得以逐步提高。我们注意到，虽然信息的采集和大数据的处理及结果呈现是由系统完成的，但问题分析和改进措施的制定与实施，现阶段则主要是由人来进行的。随着智能化水平的提高，系统内部自动优化的成分应会逐步增加。

在机加工车间一端的墙壁上挂着一排显示器，分别显示着Mazak公司全球10家工厂的运行情况。从所显示的机床运行情况图形可以直观地看到，美国工厂和大口工厂由于已实施智能化改造，机床开动率比其他工厂高了很多。

除此之外，该智能系统还具备一定的人工智能学习功能。系统中配置的Mazak Mazatrol Smooth CNC机床，利用切削条件调整功能(VFC)及振动传感器等装置，将得到的最佳切削条件以及将熟练操作工厂的经验数据存贮于数据库，可应用至系统内所有机床和新的加工程序。

Mazak大口工厂的智能化改造，在硬件方面也有很大的变化。在机床方面采用了带有智能功能的最新产品，现场物流实现自动化，大量采用带视觉功能的机器人，可以自主识别不同工件，并放到不同的输送机构上去，这使机加工车间的操作人员大为减少。在现场我们还看到，Mazak在机加工生产线上增加了生产线刀库，可以自动为各机台的刀库更换刀具，以补充机床本身刀库容量的不足。

大口工厂钣金车间有一台Mazak产的大型激光切割机和5台日本村田机械生产的折弯机，整个车间的切割下料、折弯、喷漆等工序之间都实现了工件的自动传送。除全部设备统一联网之外，Mazak激光切割机自身也具备一定的智能功能，例如智能排料、自动打码等功能。

大口工厂装配车间的布局和传统工厂没有太大区别，主要分为大件组装和整机装配调试两个区域，机床在装配过程中只移动一次。数据录入是通过在每个工位上设有的触摸式终端进行的。操作者按设计好的表格，根据作业标准录入每个工步的进展情况。

三、感受与思考

（1）参观大口工厂智能工厂，使我们对智能制造有了更为清晰具体的认识。物联网、大数据和人工智能等新技术的快速发展正在为机床制造业这一个传统产业注入新的发展活力，机床制造业由此进入一个新的发展阶段是完全有可能的。但是如何把这些新技术正确有效地与机床制造业有机结合起来并不是一个简单的事情。业内为数不少的企业目前仍处于概念探讨、模型设计阶段，更多的企业则处于茫然无措和观察状态。Mazak已经把智能制造的概念和模型变成了企业的具体实践，这将对全球机床业界发挥示范和引领作用。

（2）应充分认识机床行业在两化融合中的重要地位。党和国家提出并实施两化融合发展战略是非常有远见的。早在2002年，党的十六大就提出了"以信息化带动工业化，以工业化促进信息化"的两化融合概念。2008年国务院在机构改革中成立了工业和信息化部，把工业和信息化归到一个部门管理，以大力推进两化融合。十多年来，国家出台了一系列推进两化融合的政策和文件，国家推进两化融合的决心和力度不可谓不大。但应该说，很多制造企业并没有领悟到国家这一战略的重大意义和深远影响，机床企业大多也没有充分认识到机床行业在两化融合中的重要地位和作用，因而贯彻落实的实际行动也乏善可陈。

通过Mazak大口工厂的参观，我们认识到，不仅我们机床行业企业自身应该两化融合发展，更重要的是机床行业理应为整个制造业的两化融合提供示范和成套装备。

（3）从Mazak大口智能工厂看，智能制造并不神秘，也并非高不可攀，而是可以分步实施，逐步提升的。Mazak智能工厂目前达到的水平，是其多年自行研发数控系统和机床智能功能，长期积累的结果与自然延伸。其智能工厂建设规划第一步的设备联网和远程控制所利用的均是成熟技术，国内一些机床企业已经能够为客户提供这样的产品服务。第二、第三步所需技术国内研究机构和企业也有涉足。国内机床企业应充分认识到两化融合的重要意义和所引发的巨大技术变革，认识到智能制造的必要性和迫切性，从而提高行动的自觉性，同时也应该树立足够的信心，只要扎扎实实、一步一步地艰苦努力，就一定能够在智能制造上取得突破，从而促进机床行业转型升级的实现。

（4）开展智能制造需明确目的，因地制宜。Mazak建设智能工厂目的十分明确，就是利用机床和系统所具有的多种智能功能提高和保证产品质量，同时尽可能减少非机动时间，减少报警停机时间，减少管理工时，压缩库存，从而降低成本，提高效率，缩短交货期，最终提高市场竞争力，提高赢利水平。与传统的企业管理一脉相承，质量、成本、交货期，仍然是关注的核心。由此我们可以得到启示，智能制造只是手段，不是目的。搞智能制造必须结合本企业的基础条件、产品特点及市场竞争态势，针对存在的问题来规划适合自己企业的智能制造方案，而绝对不能为赶风头而盲目搞花架子。

（5）Mazak公司百年以来对最新技术不懈追求的经营理念和新产品首先自己使用，完善成熟后再推荐给用户的做法，非常值得我国机床企业学习借鉴。正是这样的经营理念和踏实作风，才造就了该公司历百年而弥新，始终傲立业界巅峰的传奇。

总之，在Mazak总部和大口工厂短短半天时间的参观考察，我们收获和感触颇多。同时我们也建议政府主管部门和国内制造业特别是机床企业对Mazak的智能工厂给予充分的关注与研究。

图5 山崎智久社长和清水纪彦副社长与协会代表团合影