「全自動化」的智能工廠應(yīng)該什么樣?
「我要報告大家一個極為重要的信息,小米10至尊紀念版的透明版,需要在全無塵的車間里生產(chǎn),全部是由小米自己生產(chǎn)的」,雷軍表示:「小米的智能工廠已正式落成、投產(chǎn)……全自動化產(chǎn)線,每年能生產(chǎn)100萬臺超高旗艦手機。它是小米的實驗室、小米用新材料、新工藝、新技術(shù)做突破性預(yù)研的地方。更重要的是,這是小米的制造研發(fā)基地,這個產(chǎn)線上絕大部分設(shè)備都是小米自研的,小米希望用技術(shù)來幫助中國制造業(yè)的進步,幫助中國制造業(yè)進一步提高效率、提高質(zhì)量」。
小米十周年發(fā)布會上,介紹完小米10至尊紀念版,雷軍公告了小米智能工廠的存在。
截圖自小米十周年發(fā)布會視頻
雷軍表示,小米智能工廠第一期在(北京)亦莊,三年后第二期會在此基礎(chǔ)上繼續(xù)往前走一大步!肝磥,品質(zhì)由自研的全智能機器把控,未來,甚至每秒就能生產(chǎn)一臺手機」,發(fā)布會上,官方準備的小米智能工廠宣傳片中宣稱。
雷軍的宣告,讓「智能工廠」的概念在業(yè)界乃至大眾視野中引起了新一波的關(guān)注。
「智能工廠」應(yīng)該什么樣?
「智能工廠」——這個概念,至少可以追溯到2014年漢諾威工業(yè)展,當時,德國總理默克爾親自解釋了「智能工廠」的意思:生產(chǎn)程序不需人工管理,零件和機器之間可以相互「交流」,這可大幅度提高生產(chǎn)效率,減少錯誤率。零件會「告訴」設(shè)備以下信息:何時造出來的,被送到哪里去,哪種參數(shù)來處理。機器將按需自動調(diào)整,加工零件。在以前,調(diào)整機器的工作是靠人工操作完成的。
另外,根據(jù)美國國家標準與技術(shù)研究所((National Institute of Standards and Technology,簡寫為NIST))的說法,智能工廠是「一種完全集成和協(xié)作的制造系統(tǒng),能夠?qū)崟r響應(yīng)工廠、供應(yīng)鏈和客戶需求的不斷變化」,更多強調(diào)的是「工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)」的概念。
理想狀態(tài)下,智能工廠應(yīng)該是高度數(shù)字化的生產(chǎn)制造設(shè)施,在這種設(shè)施中,系統(tǒng)相互連接并實時交換生產(chǎn)數(shù)據(jù)。生產(chǎn)中不同環(huán)節(jié)的通信在不同系統(tǒng)間無縫進行,整個生產(chǎn)流程可以自動進行,無需任何人工干預(yù)。
當然,這是理想狀態(tài)。目前市場上有一些頂著「智能工廠」或類似概念的生產(chǎn)制造設(shè)施,雖然能夠做到高度自動化,但一般還做不到完全無人,只能做到極大程度地節(jié)省人力需求。
智能工廠的關(guān)鍵是數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)串起生產(chǎn)流程中的各個環(huán)節(jié),實現(xiàn)關(guān)聯(lián)操作,同時,整體設(shè)施自動「學習」并適應(yīng)不斷變化的生產(chǎn)需求。在這種意義上,智能工廠在生產(chǎn)過程中也要能夠隨時隨地「學習」并動態(tài)地適應(yīng)變化。
在智能工廠的生產(chǎn)過程中,需要以人工智能(AI)、物聯(lián)網(wǎng)(IoT)、機器間通信(M2M)等多種技術(shù)為基礎(chǔ),從而達到高度自動化。進一步地,智能工廠還應(yīng)該能實現(xiàn)車間與整個供應(yīng)鏈之間的連接,從而使生產(chǎn)物料流入和流出工廠的過程得以順利進行。
相比于傳統(tǒng)制造方式,智能工廠的運行可以說是革命性的進步。所以,這種生產(chǎn)方式也被德國人稱為「第四次工業(yè)革命(也就是我們俗稱的『工業(yè)4.0』)」。
《中國制造2025》是中國國家層面推進智能制造的政策指導(dǎo)「計劃」。
《中國制造2025》計劃提及的重點發(fā)展領(lǐng)域包括新一代信息技術(shù)創(chuàng)新產(chǎn)業(yè)、高檔數(shù)控機床和機器人、航空航天裝備、海洋工程裝備及高技術(shù)船舶、軌道交通裝備、節(jié)能與新能源汽車、核能或可再生能源電力裝備、農(nóng)機信息整合系統(tǒng)、納米高新材料和模塊化建筑及生物化學醫(yī)藥及高性能醫(yī)療器械等。
也可以說,《中國制造2025》計劃是中國「智能工廠」領(lǐng)域發(fā)展的國家級推動性政策。
「智能工廠」的基礎(chǔ)和現(xiàn)狀
「智能工廠」的最基礎(chǔ)組成部分之一是自動化的工業(yè)機器人,它被譽為「制造業(yè)皇冠頂端的明珠」,被視為衡量一個國家創(chuàng)新能力和產(chǎn)業(yè)競爭力的重要標志。
《中國制造2025》計劃中,智能制造是信息化與工業(yè)化深度融合的主攻方向,其中工業(yè)機器人被認為是實現(xiàn)目標的關(guān)鍵。
據(jù)國際機器人聯(lián)合會(International Federation of Robotics,簡稱IFR)的數(shù)據(jù),全球工業(yè)機器人已點據(jù)占機器人市場總量的50%以上。據(jù)預(yù)測,2020年全球工業(yè)機器人市場規(guī)模將達到231.8億美元。工業(yè)機器人目前應(yīng)用最廣泛的領(lǐng)域是汽車及汽車零部件制造業(yè),并正在不斷地向包括機械加工、電子電氣行業(yè)、橡膠及塑料行業(yè)、食品工業(yè)、木材與家具制造業(yè)等在內(nèi)的其他領(lǐng)域拓展。
小米十周年發(fā)布會上,雷軍宣稱:小米的工廠是「黑燈工廠」,全自動化產(chǎn)線。同時也提及了「無人工廠」的概念。其實,現(xiàn)有的「智能工廠」們鮮有能做到完全自動化的,只能覆蓋一些技術(shù)發(fā)展較為成熟的環(huán)節(jié),實現(xiàn)整體高度的自動化。另外,「黑燈工廠」的概念,其實產(chǎn)業(yè)界并不陌生。
據(jù)了解,過去10年,包括富士康、格力、美的、寶鋼股份等制造業(yè)大企業(yè)都在「黑燈工廠」領(lǐng)域大興報資,領(lǐng)先者已有十幾座「黑燈工廠」投入運營。
例如富士康2019年在深圳龍華建造的一家「黑燈工廠」,其所有生產(chǎn)均由電腦控制,覆蓋了表面貼裝、數(shù)控加工、機器人、組裝測試、環(huán)境數(shù)據(jù)采集等多個場景。據(jù)悉,通過高度的自動化,該工廠讓生產(chǎn)效率提高了30%,庫存周期降低了15%,整體項目完成后,工廠人力將節(jié)省人力280人(88%)。
與此同時,「黑燈工廠」實際上由于設(shè)備工作時的需求,生產(chǎn)過程中不一定就會關(guān)燈,甚至如SMT貼片和自走式車輛(AGV)等環(huán)節(jié)和設(shè)備的運行還是需要明亮的光線支持,從而進行圖像傳感器的智能識別!黑燈工廠」也需要人工支持運作,包括質(zhì)量管控和突發(fā)狀況應(yīng)對等環(huán)節(jié)。據(jù)國內(nèi)一些采用了「黑燈工廠」的企業(yè)報告,采用「黑燈工廠」后,企業(yè)的人力節(jié)省都達到了70%以上。
據(jù)了解,北京亦莊的小米智能工廠總建筑面積1.86萬平方米,投資金額6億元,「已經(jīng)成為全行業(yè)領(lǐng)先的智能化『黑燈工廠』」。在「小米智能工廠」,小米深度參與了制造業(yè),工廠的生產(chǎn)設(shè)備全部來自小米,大量高端設(shè)備為小米自研,也有一些為小米投資的企業(yè)所研發(fā)制造。截止目前,小米旗下的產(chǎn)業(yè)基金已投資了超70家半導(dǎo)體和智能制造公司,希望在下一個十年,這些公司能為小米的智能化制造發(fā)揮重要作用。
智能工廠需要克服的障礙
目前,智能工廠若要得到大規(guī)模的普及,還有克服一些障礙,包括成本、效率、技術(shù)淘汰等。
目前,自動化產(chǎn)線領(lǐng)域技術(shù)發(fā)展很快,如何保證重金購置、生產(chǎn)的設(shè)備能在保證其技術(shù)不被淘汰的、較長的時間周期內(nèi)發(fā)揮足夠的價值,是一個不得不考慮和解決的難題。
同時,自動化設(shè)備需要消耗大量的電力,甚至可以說,越是自動化程度高,耗電越驚人。和這方面的電力成本消耗相比,「關(guān)燈」能省下來的照明費,可以說是完全不值一提。
另外,高度的自動化固然可以大量節(jié)省人力,但至少在目前階段,它在效率方面卻并不一定能比人工生產(chǎn)方式有優(yōu)勢,在多項工序間需要密切配合的環(huán)節(jié),很容易面對顯著的效率下降,整條生產(chǎn)線也會隨之受到影響。與此同時,生產(chǎn)流程復(fù)雜的領(lǐng)域,還會有很多自動化至少短時間內(nèi)難以覆蓋的領(lǐng)域環(huán)節(jié),依然得要人工操作去支援。
自動化的推進還需要大量性技術(shù)的人才提供支援,實現(xiàn)、維持,乃至后期維持這些機器設(shè)備的運行所需要的人員知識和技能門檻必然不低。這方面額外提升的人力成本投入,如何降下來,也將是「智能工廠」領(lǐng)域發(fā)展所不得不面對的課題。
當然,雖然依然面對著大量需要克服的障礙,但通過引入自動化決策、大數(shù)據(jù)、人工智能深度學習等技術(shù)支持,確!钢悄芄S」能達到的自動化程度不斷提高,覆蓋環(huán)節(jié)越來越多,那么,不斷進化的「智能工廠」必將成為文明之光!
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