智能制造的东莞样本

发表于 10-26 16:58

    2012年,垄断广东3C电子领域数控机床的日本发那科,因为替苹果代工的富士康需求爆发而无暇顾及中国大陆市场。在这个过程中,创世纪、华中数控等一批中国企业借机摸清了高端客户需求,并攻克了高档数控机床生产技术,从而使3C数控机床成功国产化,最终开启了3C机床市场大门。

    劲胜精密也敢第一个吃螃蟹。他们试投产6个月的中国3C领域首条智能制造示范生产线用上了国产数控机床、国产机器人和国产工业软件,并吸引了全国各地的取经者。

    他们都是怎么做到的?

    看得见的智能制造

    7月24日的东莞骄阳似火。国家智能制造示范点、劲胜精密东城厂区的生产车间,由国家工信部率领的全国各地前来取经智能制造的政府部门和企业一拨接一拨。

    首站是展示“一心多用”的机器人:一台蓝色工业机器人不紧不慢地处理着几台AGV小车穿行运送来的好几款不同风格的手机壳。

    这就是智能制造的重要特色之一:个性化生产和柔性定制,即一条生产线、一台机器可以同时完成几个不同的任务,这对于同时接三星、华为、小米等多家企业订单的劲胜精密来说事关生死。而传统制造流水线一次只能批量生产同一个产品。

    实现自我体检则是智能制造的另一个特色。华中数控用软件为机床的“铁人”三项做“体检”。华中数控董事长陈吉红介绍,机床刀具运行时主轴电流形成的高低不一的波形,类似人的“心电图”。对“心电图”进行智能分析和工艺优化,可以实现“心电图”平稳化,从而减少故障、降低能耗,缩短了加工时间,提升了生产效率。运行半年来,“心电图”两次预警,果然两三天后刀具都出现了问题。

    上面列举的,只是劲胜精密智能制造示范点(下称劲胜智能示范点)的两个功能。

    实际上,劲胜智能示范点分四层:最底端是分布在生产车间的智能设备层,它包含数控机床、机器人、AGV智能小车等高端智能设备;智能设备层加工产生的数据被采集到云数控平台、产线控制系统等,这一层被称作智能传感层;再通过其上的智能执行层、智能决策层,实现远程终端及大数据中心相互连接、监控和回馈。

    通过整合硬件和软件,劲胜智能示范点建立了基于物联网技术的制造现场“智能感知”系统,建立了全制造过程自动化、可视化的集成控制中心,实现对加工中心、机器人、物流装备等的全面支持。

    劲胜智能示范点的建成背后是国家的智能制造梦想。 2015年5月,国务院印发《中国制造2025》。当年6月,国家工信部公布首批94个智能制造专项。劲胜精密申报的“移动终端金属加工智能制造新模式”入选该专项。今年3、4月,劲胜申报的智能制造生产线试投产,这是国内3C领域首条投产的智能制造示范生产线。

    7月24日,工信部在劲胜精密召开全国智能制造试点示范经验交流会。工信部副部长辛国斌在现场参观后感慨:总想什么时候能看到一个高度自动化、数字化、甚至智能化的车间或工厂,是用中国自己的装备武装起来的,这个梦想很大程度上在劲胜实现了。

    中国高端制造能力相对薄弱,劲胜精密为什么要选用国产货?

    劲胜精密总裁王建介绍,劲胜智能示范点建设项目启动后,他们四处考察。去年3月,他们去了标杆企业、工业领域全球自动化、智能化做得最好的西门子。西门子提供的方案要求劲胜已有的设备要全部换成西门子的,这意味着劲胜将增加很多成本,而且还无法获得数据的全部控制权,难以做二次开发,无法满足智能制造最核心的数据利用。

    劲胜也了解了IBM、Oracle等国际软件巨头的产品,但开发周期、成本等均不甚满意。

    劲胜又详细考察了国产装备、软件,发现国内产品可以满足劲胜生产加工稳定性、精度的要求,存在的小问题可在调试中解决,而且性价比高、系统数据全开放,可以做二次开发,这是最重要的。最后,劲胜将目光转向了国产产品,并联合华中科技大学、华中数控、艾普工华、闪图科技、创世纪等18个国内单位,组成了以劲胜为核心的智能制造“十八罗汉”,共同开发建设国内首条3C产品智能制造示范线。

    王建介绍,劲胜的智能制造模式已经取得了良好效果:用工由实施前204人减少至33人 ;设备负荷时间由20小时/天提升到24小时/天 ;缩短了产品开发周期,原来三个人三天完成的设计任务,现在一个人一天就可以完成;产品优良率由95%提升至98%。

    不过,王建也坦陈,整个生产线还处于试运行阶段,有些环节运行还不稳定,还有一些过程需要进一步优化,这些影响了智能生产线的经济性。相信明年6月,工信部验收示范线时会符合要求。

    华中数控参与了该项目开发。公司董事长陈吉红认为,虽然现场会效果很好,但智能生产管理系统提升的效益还没有完全体现,生产线上的铝屑自动清理还不完善,基于大数据智能应用的效益也有待广泛应用发挥,后续提升空间还很大。

3C高端机床国产化

    辛国斌副部长盛赞的劲胜智能示范点国产化体现在三方面:即国产智能机床装备、机床国产数控系统、国产工业软件。

    劲胜精密是一家为智能手机生产金属外壳的企业。智能手机金属外壳加工装备是高精、高速的数控钻攻中心。2012年,这种机床装备全部被日本发那科垄断,中国没有企业能够生产。但格局正在悄悄变化。因为发那科机床全力供应苹果代工厂富士康,导致为三星代工的比亚迪生产设备不够。深圳市创世纪机械有限公司(以下称创世纪)提供的国产机床台群精机就这样被推介给了比亚迪。比亚迪试用后对创世纪提了很多要求,没想到创世纪不断改进,竟然很快满足了比亚迪要求并获得了订单,国产机床由此打开了3C高端市场。

    华中数控副总经理熊清平告诉记者,2014年,创世纪台群精机产量已经过万台,相当于发那科年产量的1/3,在广东3C领域排名第二。

    说到高档钻攻中心的软件数控系统,以前这也是中国够不着的市场。在中国市场,发那科禁止单独出售高档机床数控系统,偶尔有售也是阉割版的。这给日本三菱创造了机会。2012年,三菱M70以6万元的价格迅速蚕食了发那科的高端机床数控软件市场。台湾新代也抢到了一部分市场份额。

    2014年7月,3C市场火爆。国家重大科技专项04专项的重大成果华中数控“华中8”尝试开拓3C电子最发达的广东市场。最初,与发那科、三菱和台湾新代同台一比试,“华中8”差距明显。华中数控团队立即入驻深圳,不断测试优化软件。到了当年年底,“华中8”PK发那科的结果大为改观,愿意试用“华中8”的国产机床多起来。

    创世纪也是“华中8”的测试用户之一,最终创世纪机床用上了“华中8”,并把“华中8”引入了劲胜精密智能制造生产线,首条3C智能制造生产线才有了“中国脑”。

    “华中8”不负众望。在劲胜精密智能制造生产线上,它实现了数控机床7×24小时实时监控和大数据采集,建立了数控机床的“数字双胞胎”(物理设备数据化、可视化),实现了机床G代码优化、健康诊断、断刀检测等智能应用,开创了大数据在数控加工领域应用的新途径,为机床智能化服务集成提供必要基础。

机器人核心部件国产化

    提高机器人国产化也是中国智能制造一项重要任务。中国是全球工业机器人最大生产国、消费国。但机器人制造业是中国一个弱项。原因是机器人关键零部件均依赖进口,国内厂家多承担集成角色,但在产业链中缺乏话语权。

    机器人上游核心零部件包括:伺服系统、减速器、运动控制器等。中外减速机技术、品质相差悬殊,精密减速机基本被外资垄断,采购溢价严重。伺服电机和驱动80%市场份额被国外占据,国产伺服产品核心问题没有解决,动态性差,开放性可靠性差。控制器方面,中国开发的产品可满足基本功能需求,但控制器成本仅占到机器人总成本3%~4%。

    由于核心零部件都需要进口,国产机器人总成本远远高于进口机器人。以一台165公斤重的焊接机器人为例,经测算,国外机器人成本16.8万元,国内成本29.9万元。目前,瑞士ABB、日本发那科、日本安川电机、德国库卡机器人“四大家族”占据了中国机器人绝大部分市场份额。

    劲胜智能示范点所使用的华中数控81台机器人、RVG小车(有轨穿梭小车)、AGV小车(磁条自动小车)等组成了柔性智能化工业机器人系统。这种柔性化系统特点是:能应对工件的不一致性,完成高度复杂的生产工艺;能适应生产工序的频繁调整,示教方便,生产效率高。

    此外,国产机器人应用于复杂轨迹打磨,在国内属于首创。

    华中数控董事长陈吉红介绍,华中数控机器人除了减速器是进口的,其余都是自主研发的,包括伺服电机、驱动和控制器。

    2011年上市的华中数控以数控系统起家,原应用领域主要是教学。面对机床行业整体下行趋势,以及“中国制造2025”的历史机遇,2014年公司积极调整,提出了“一核两体”的总体发展战略,即“以数控系统技术为核心,以机床数控系统和工业机器人为两个主体”。公司在2015年年报中称,“公司自主研发的伺服驱动、伺服电机,已广泛用于数控机床、自动化生产线、工业机器人等。

中国大脑联接智能制造

    劲胜智能示范点硬件系统主要靠自动化硬件装备,而自动上下料、自动运输、自动清洗等背后离不开工业软件的支撑。

    “大脑、神经”软件和硬件如何无缝对接?以生产流程为例,当客户下了一个订单,劲胜根据客户的要求进行工艺设计( 武汉开目提供了PLM/ CAPP 计算机辅助工艺过程设计软件 ),设计完成后安排生产( 华中科技大学提供了APS生产计划与排产软件 ),然后按计划进行制造执行( 武汉艾普工华提供了MES制造执行系统 软件 )。生产过程中,还穿插了射频 识别系统 ( 思谷提供了 RFID )等,来解决“一心多用”问题。

    此外,还有一些连接周边环境的物联网软件,如深圳嘉熠精密提供了自动化集成,武汉创景提供了虚拟现实仿真软件( VR ),它基于海量数据进行三维仿真,可以实时了解现场如机床生产状况,比如说看到机床的生产状态,实时发现问题,找到原因,指导应对。

    而把这些软件串起来的,是华中科技大学开发的PCT中控决策系统——通过设置算法模型,将各软件功能集成至中控室云端,以优化生产、决策指挥。

    整个生产过程产生了大量数据。针对这些大数据, 华中科技大学开发了大数据平台 ,以进行分析及可视化,这也构成了劲胜示范点的一个核心:智能工厂大数据。这些数据可以优化管理、支撑企业决策。

    业内人士称,中国工业软件在软件衔接方面,不如外国企业流畅。但是,一位智能制造业内人士告诉记者,中国工厂生产装备普遍是“洋枪”加“土炮”,外企提供的集成方案不好用;而且为了信息安全,国家倡导的智能制造方案中,要求国内企业尽量选用中国产品。

    这给中国工业软件企业提供了无限商机。(阮晓琴)

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