廣東工業(yè)大學(xué)機械學(xué)院副院長 劉強

一、行業(yè)背景與需求分析

    1.行業(yè)背景

    中空玻璃是采用高強度高氣密性復(fù)合粘結(jié)劑，將兩片、三片玻璃，與內(nèi)含干燥劑的鋁合金框架粘結(jié)，制成的高效能隔音隔熱玻璃。

    目前中國規(guī)模以上中空玻璃加工企業(yè)500余家，正從規(guī)模擴張向品質(zhì)提升、功能擴充轉(zhuǎn)型；2014年全國中空玻璃總產(chǎn)量1.2億平方米，產(chǎn)值高達150億元，保持了10%的增長。

    2.面臨的問題和解決措施

    目前中空玻璃行業(yè)面臨的問題主要有：

    ●產(chǎn)品規(guī)格多；

    ●自動化水平低；

    ●現(xiàn)場管理亂；

    ●用工成本高。

    要解決這些問題，可以采用機器換人的策略，大力推進自動化生產(chǎn)、智能化管控。

    3.生產(chǎn)設(shè)備和軟件基本情況

    中空玻璃自動化生產(chǎn)設(shè)備分為專機設(shè)備和整線市場，基本情況如下：

    ●專機設(shè)備國內(nèi)市場成熟，配套設(shè)備完備，涵蓋磨邊機（高力威）、切割機（保泰羅）、鋼化（北玻）、中空（韓江）四大工藝；

    ●整線市場一直由國外壟斷（LiSEC）。

    同時，中空玻璃在工業(yè)軟件上存在短板：缺少專業(yè)的定制設(shè)計平臺（CDP）、缺少專用的制造執(zhí)行系統(tǒng)（MES）。專業(yè)軟件技術(shù)門檻與專業(yè)門檻并行存在，具體表現(xiàn)在：

    ●定制化設(shè)計與智能化管控雙重技術(shù)要求依據(jù)產(chǎn)能、場地進行定制，追求成本、質(zhì)量、效率等多優(yōu)化目標(biāo)，執(zhí)行過程依賴四大優(yōu)化問題耦合；

    ●工藝細節(jié)與設(shè)備性能的雙重專業(yè)要求，4大工藝，70余臺專業(yè)設(shè)備，動作方式進行規(guī)劃與協(xié)調(diào)，小的工藝細節(jié)調(diào)整導(dǎo)致設(shè)計方案的大變動；若干可能的異常與故障需要預(yù)測與處理。

    中空玻璃對工業(yè)軟件和專業(yè)軟件的研發(fā)，要求技術(shù)人員在研發(fā)過程中需要深度了解加工工藝、熟悉整線執(zhí)行過程，掌握定制設(shè)計方法、具備算法研發(fā)能力。 

二、中空玻璃智能生產(chǎn)線

    全自動中空玻璃加工生產(chǎn)線（GOLIVE Automatic Insulating Glass Production Line， GAIGPL）簡稱：高派系統(tǒng)。

    1.GAIGPL-高派系統(tǒng)的特點

    GAIGPL-高派系統(tǒng)具有高效率、高品質(zhì)、高智能、全自動等特點，具體表現(xiàn)在：

    ●基礎(chǔ)的玻璃加工工藝與流程；

    ●先進的全生命周期管理思想；

    ●單元化的定制設(shè)計理論；

    ●智能化的整線管控技術(shù)。

    2.GAIGPL-高派系統(tǒng)的工藝

    GAIGPL-高派系統(tǒng)有四大工藝，包括開料、磨邊、鋼化、熱壓。

    3.GAIGPL-高派系統(tǒng)的制造單元

    GAIGPL-高派系統(tǒng)有四個制造單元，具體如下：

    ●開料單元：原片倉+切割系統(tǒng)；

    ●磨邊單元：磨邊+清洗；

    ●鋼化單元：鋼化倉+排片臺+鋼化爐；

    ●熱壓單元：配對倉+熱壓線。

    4.GAIGPL-高派管控系統(tǒng)構(gòu)成

    GAIGPL-高派管控系統(tǒng)構(gòu)成如下圖（圖 1）。

圖1 GAIGPL-高派管控系統(tǒng)構(gòu)成

    5.GAIGPL-制造執(zhí)行系統(tǒng)

    GAIGPL-制造執(zhí)行系統(tǒng)包括定制設(shè)計平臺、基礎(chǔ)功能、配套系統(tǒng)、執(zhí)行內(nèi)核四個部分組成，具體如下（圖2）：

圖2 GAIGPL-制造執(zhí)行系統(tǒng)

三、智能車間快速定制設(shè)計平臺

    1.智能車間定制設(shè)計需求

    智能車間根據(jù)不同的企業(yè)特點有著不同的個性化設(shè)計需求，主要體現(xiàn)在場地、產(chǎn)能、成本控制和遺留裝備四個方面（圖3）：

圖3 智能車間定制設(shè)計需求

    2.智能工廠設(shè)計平臺：

    設(shè)計平臺的定制主要從以下三個維度進行：第一，整線快速定制設(shè)計平臺；第二，軟件與硬件仿真集成；第三，行迭代優(yōu)化。

    （1）整線定制設(shè)計平臺架構(gòu)方式

    整線定制設(shè)計平臺架構(gòu)方式如下圖（圖4）：

圖4 整線定制設(shè)計平臺架構(gòu)方式

    （2）軟件與硬件仿真集成

    軟件與硬件仿真集成形成明確的虛擬設(shè)計方案后，裝備研發(fā)、控制系統(tǒng)研發(fā)、MES系統(tǒng)研發(fā)并行開展（圖5）。

圖5 裝備、模型、監(jiān)控三視圖同步技術(shù)

    裝備、模型、監(jiān)控三視圖聯(lián)動技術(shù)的應(yīng)用模式如下：

    ●形成定制設(shè)計平臺，支持車間快速化定制

    ●形成集成測試平臺，支持整線分布式集成

    ●形成遠程監(jiān)控平臺，支撐工廠透明化監(jiān)控

    ●形成模擬運行平臺，支持系統(tǒng)智能化管控

    （3）設(shè)計與執(zhí)行迭代優(yōu)化

    設(shè)計與執(zhí)行迭代優(yōu)化是一個閉環(huán)的流程，如下圖所示（圖6）：

圖6 設(shè)計與執(zhí)行迭代優(yōu)化閉環(huán)圖

四、線上智能行為分析

    智能是指設(shè)備依據(jù)既定規(guī)則、算法與信息輸入進行自主選擇、決策與行為。設(shè)備是沒有智能的，管控系統(tǒng)與執(zhí)行系統(tǒng)賦予其智能。智能的最終體現(xiàn)就是設(shè)備的動作，因此，自動化、數(shù)字化、信息化是智能化的基礎(chǔ)。

    1.智能行為分類

    線上智能及其使用五類智能行為，分別為響應(yīng)式智能、指令式智能、自主型智能、自適應(yīng)智能、自學(xué)習(xí)智能。

    （1）響應(yīng)式智能

    主要特點是作業(yè)主體被觸發(fā)（傳感器），進行簡易而重復(fù)性操作，需預(yù)置運動規(guī)則。

    （2）指令式智能

    按照上層系統(tǒng)指令，機械式地執(zhí)行操作；嵌套使用第一類智能；對操作對象具有一定適應(yīng)性（操作柔性）。

    （3）自主型智能

    若干設(shè)備構(gòu)成一個能自主作業(yè)的小環(huán)境；能檢測自身負荷、作業(yè)對象情況；具有自主決策功能，以作業(yè)目標(biāo)優(yōu)化為導(dǎo)向，以智能優(yōu)化算法做支撐，自動規(guī)劃動作與運動方式。

    （4）自適應(yīng)智能

    依托對制造過程中的優(yōu)化問題的精準(zhǔn)描述與智能求解；依托對產(chǎn)品個性化分布與工業(yè)環(huán)境變化的充分預(yù)測與評估。

    ●全局優(yōu)化：從系統(tǒng)級考慮多重優(yōu)化目標(biāo)（質(zhì)量、成本、能耗、工期等）來組織生產(chǎn)；

    ●閉環(huán)制造：能感知工業(yè)環(huán)境與產(chǎn)品特征的變化，主動調(diào)整整線工藝路徑與單機工況；

    ●性能調(diào)控：具備自我評估與調(diào)校功能，力求執(zhí)行過程穩(wěn)定，計劃與投放合理。

    （5）學(xué)習(xí)型智能

    在第四類智能基礎(chǔ)上，進行智能的傳播與學(xué)習(xí)。

    ●智能裝備互聯(lián)互通，制造系統(tǒng)可獲得強有力的分析、學(xué)習(xí)、記憶與智能傳播功能。

    ●自主規(guī)劃工藝路徑；動態(tài)學(xué)習(xí)工藝參數(shù)與資源調(diào)配規(guī)則；主動預(yù)測與分析市場需求；主動解決設(shè)計、制造與生產(chǎn)過程的難題與故障。

    ●智能規(guī)劃、智能診斷方法頻繁使用。

    2.什么樣的智能最好

    關(guān)于什么是最好的智能，主要有以下兩個判定規(guī)則：

    ●越簡單的智能越容易實現(xiàn)，運行越穩(wěn)定

    ●恰當(dāng)?shù)臅r候，恰當(dāng)?shù)牡胤剑瑧?yīng)用恰當(dāng)?shù)闹悄?/p>

五、智能制造系統(tǒng)實施建議

    北航的劉強教授在智能制造系統(tǒng)實施方面，有個比較經(jīng)典的觀點，他強調(diào)不要在落后的工藝基礎(chǔ)上搞自動化，不要在落后的管理基礎(chǔ)上搞信息化，不要在不具備網(wǎng)絡(luò)化數(shù)字化基礎(chǔ)上智能化。關(guān)于智能制造系統(tǒng)實施的建議，應(yīng)從以下幾個方面考慮：

    1.奉行的標(biāo)準(zhǔn)

    制造系統(tǒng)的選型要奉行兩個標(biāo)準(zhǔn)：

    ●實用主義，即適用就行，不要嫌棄半自動化；

    ●至簡主義，即簡單裝備，簡單運動、簡單地實現(xiàn)。

    2.來源與去處

    考慮好智能的來源與去處，包括以下幾個方面：

    ●重視對工業(yè)過程、制造裝備、工藝細節(jié)的把握；

    ●重視對自動執(zhí)行過程的提煉、抽象與精簡；

    ●準(zhǔn)確把握車間智能的需求；

    ●重視制造單元的智能化；

    ●重視智能算法（智能的本源）。

    3.潛在效益

    全面考慮好智能制造的潛在效益，具體如下：

    ●成本（人力、原料、能耗）；

    ●質(zhì)量（加工質(zhì)量、產(chǎn)品質(zhì)量）；

    ●效率（生產(chǎn)平衡性，人機稼動率，產(chǎn)能釋放比）；

    ●交期（計劃達成率，交期預(yù)測的準(zhǔn)確性）；

    ●企業(yè)聲譽（實力與能力的象征）；

    ●潛在價值（數(shù)據(jù)，經(jīng)驗的可復(fù)制性）。

    4.可借用的資源

    智能制造可借用社會公共資源：

    ●引進技術(shù)（工藝改善、車間改善、設(shè)備升級）；

    ●用好平臺（定制設(shè)計平臺）；

    ●做好人才儲備（多途徑儲備人才隊伍）；

    ●開展產(chǎn)學(xué)合作。

六、關(guān)于智能制造的幾點思考

    1.智能制造的價值體現(xiàn)

    如果把制造企業(yè)價值鏈條比作一副微笑曲線，前端的產(chǎn)品設(shè)計、研發(fā)、專利、技術(shù)、原材料采購等和后端的市場營銷、產(chǎn)品銷售、物流運輸、O2O服務(wù)等處于較高的價值水平。制造、加工、組裝等處于較低的水平，中國制造企業(yè)目前處于附加價值最低的中端（圖7）。

    在中國，隨著一系列智能制造工程的深度實施，微笑曲線有可能將被拉平，自動化、智能化的制造、加工、組裝等環(huán)節(jié)將擁有成本、質(zhì)量與交期優(yōu)勢，并向設(shè)計與品牌營造兩端延伸；因其不可替代性，將擁有更多的市場發(fā)言權(quán)。

圖7 制造企業(yè)價值鏈條微笑曲線

    2.人口紅利消失了怎么辦？

    “勞動力優(yōu)勢”是典型的智力浪費，中華民族擁有天然的高智商，智力優(yōu)勢才是最大的優(yōu)勢，中國仍然可發(fā)揮人口優(yōu)勢。“大眾創(chuàng)業(yè)、萬眾創(chuàng)新”是智力優(yōu)勢釋放的途徑之一，亟需引導(dǎo)與有序化。

    目前中國正面臨人口老齡化、用工荒、空心化、員流動性大等問題；大量裝備涌現(xiàn)（珠江西岸裝備制造業(yè)帶），開始取代人工，裝備紅利取代人口紅利；同時大量的專業(yè)化裝備研發(fā)隊伍、大量的專業(yè)化技術(shù)服務(wù)隊伍不斷涌現(xiàn)，智力紅利支撐裝備紅利。

    制造業(yè)依托行業(yè)化的智能車間定制設(shè)計平臺，改善專機裝備市場的競爭型生態(tài)，推動裝備行業(yè)供給側(cè)向合作型生態(tài)改革。

    本文根據(jù)廣東工業(yè)大學(xué)機械學(xué)院副院長劉強在2017深圳智能工廠高峰論壇上的發(fā)言整理而成，未經(jīng)本人確認。

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