数字化转型与智能制造实践

■ 宁波工业互联网研究院 （浙江宁波 315000） 胡宇清

宁波工业互联网研究院副总监胡宇清

1. 智能制造之数字化

（1）智能与智能制造 人类的智能，其基本机理为状态感知→实时分析→自主决策→精准执行→学习提升。制造的本质就是降低制造系统的不确定性，目标是实现价值最大化。

智能制造的基本逻辑是把人的隐性知识（思想、算法、推理）显性化，沉淀为显性知识，把知识嵌入软件，软件嵌入芯片，芯片嵌入硬件，硬件嵌入物件（物理设备）。在一定时空的工作场景、给定的约束条件下，软件形成的数据自动流动，消除复杂系统的不确定性，优化制造资源配置，实现价值最大化。

（2）智能制造技术 智能制造技术就是结合企业经营活动中的直接、间接和管理活动，通过自动化技术、信息化技术、网络技术，即OT、IT、AI融合而成的技术集成。

其中软件与物理机器的关系经历了分离→交汇→融合→一体化的过程，而一体化为智能制造系统打造了技术基础——分布式智能。

（3）智能制造转型的两个关键点 制造企业的智能制造转型过程就是企业通过集成最新制造技术，优化配置企业内部资源和外部资源的经营过程。

1）第一点是企业内部价值链的数字化整合，主要指生产、供应链、研发、市场、服务和管理等企业价值链的打通。设备层包括NC、RC、Sensor、驱动和远程I/O，现场控制层包括PLC、FCS、PCS/DCS，监视操作层包括SCADA、HMI，制造执行层包括MES、PPS、APS，资源规划层为ERP。

2）第二点是企业外部资源的数字化有效利用。企业经营活动的外部条件，从宏观角度，有人口、经济、政治与法律、自然生态、社会文化和科学技术等，这是行业里的企业都面临的；从微观角度，有供应商、营销中介、顾客、竞争者以及公众等，这是关系到企业经营的外部直接资源（见图1）。智能制造技术手段赋予了数据自动流动的能力，并因自动流动而形成泛在知识，通过软件中的算法、规则为企业优化配置制造资源提供了实现途径。

图1 外部直接资源

2. 智能制造实践

智能制造的实践包括动作改进、智能设备、自动化单元、柔性生产线、数字化车间、物流自动化以及智能工厂，由点到线再到面。除了不断发展的装备智能化，工业机器人、机器视觉和通信技术等也在智能制造系统中起到了关键作用。实践举例如下。

（1）动作改进 在精密制造的手表行业，机器人抓取0.1mm手表部件，与相机配合检查部件的外形、角度，合格方可嵌入模腔，提高了生产过程的质量一次合格率，减少了浪费（见图2）。

图2 手表行业的动作改进

（2）智能化设备 以医疗器械行业加工义齿为例，340个义齿的加工各不相同，将机器人集成在机床内，通过机器人和加工机床的通信、义齿和机床加工程序的一一匹配以及机床的自动加工，可实现每个工件定制化生产，24h连续无人自动化运作，如图3所示。

图3 医疗器械行业的智能化设备

（3）自动化单元 在汽车零部件行业，机器人和三台加工设备形成自动化单元（见图4），实现冲压工序、机加工序及去毛刺工序集成的无人化一件流作业单元，达到了节省人工、7×24h运营及提高生产率的效果。

图4 汽车零部件行业的自动化单元

（4）柔性生产线 在航空零部件行业，6台机床通过机器人+轨道形成柔性生产线（见图5），实现不同型号飞机部件的自动化切换和加工，提升了设备总体稼动率，缩短了交付周期，降低了库存并且减少了人工。

图5 航空零部件行业的柔性生产线

（5）数字化车间 在模具行业，制造管理系统集成了模具设计、料单创建、加工工艺路径和CAM编程，打通物理设备安装调节、铣削、电火花、线切割、质量控制和机器人等环节，实现了整体高精度、高可靠性的柔性生产，如图6所示。

图6 模具行业的数字化车间

（6）5G在智能工厂的应用 诺基亚提出了基于5G、物联网、机器人和AR/VR技术的智能工厂概念，并在诺基亚奥卢工厂应用（见图7）。通过5G连接更多资产，获得全新的灵活性以及人工智能、机器学习和自动化等更多功能，从而提升运营能力。

图7 诺基亚奥卢智能工厂

上述例子中，企业通过智能制造实践，赋能运营活动中的“加法”和“减法”，助推企业实现价值的最大化。其中加法包括产品的创新、质量和效率的提升、生产率的提高、安全的改善以及更高的灵活性、可靠性，减法则包括节约成本、降低废品率、缩短工时、复杂动作简单化和少人化。

3. 结语

随着新技术的不断发展和应用，智能制造为企业经营提供了多种可能性。但是智能制造是手段，不是目的。企业经营的目的是在有限的资源和一定的约束条件下，实现企业价值的最大化。企业应根据所在行业的特性，结合自身的特长和资源的可获得性，由市场驱动，探索构建适合自己的智能制造模式，持续实践，实现价值最大化。