技術(shù)
導(dǎo)讀:工業(yè)4.0在德國(guó)被認(rèn)為是第四次工業(yè)革命,主要是指,在“智能工廠”利用“智能備”將“智能物料”生產(chǎn)成為“智能產(chǎn)品”,整個(gè)過程貫穿以“網(wǎng)絡(luò)協(xié)同”,從而提升生產(chǎn)效率,縮短生產(chǎn)周期,降低生產(chǎn)成本。
工業(yè)4.0在德國(guó)被認(rèn)為是第四次工業(yè)革命,主要是指,在“智能工廠”利用“智能備”將“智能物料”生產(chǎn)成為“智能產(chǎn)品”,整個(gè)過程貫穿以“網(wǎng)絡(luò)協(xié)同”,從而提升生產(chǎn)效率,縮短生產(chǎn)周期,降低生產(chǎn)成本。它的典型特征是:融合性與革命性,是新一代信息技術(shù)與工業(yè)化深度融合的產(chǎn)物,是一種新的生產(chǎn)方式,推動(dòng)傳統(tǒng)大規(guī)模批量生產(chǎn)向大規(guī)模定制生產(chǎn)轉(zhuǎn)變。
一、智能工廠
“工業(yè)4.0”其實(shí)就是基于信息物理系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)智能工廠,最終實(shí)現(xiàn)的是制造模式的變革。
(一)智能工廠概念
“工業(yè) 4.0”從嵌入式系統(tǒng)向信息物理系統(tǒng)(CPS)進(jìn)化,形成智能工廠。智能工廠作為未來第四次工業(yè)革命的代表,不斷向?qū)崿F(xiàn)物體、數(shù)據(jù)以及服務(wù)等無縫連接的互聯(lián)網(wǎng)(物聯(lián)網(wǎng)、數(shù)據(jù)網(wǎng)和服務(wù)互聯(lián)網(wǎng))的方向發(fā)展。
物聯(lián)網(wǎng)和服務(wù)互聯(lián)網(wǎng)分別位于智能工廠的三層信息技術(shù)基礎(chǔ)架構(gòu)的底層和頂層。最頂層中,與生產(chǎn)計(jì)劃、物流、能耗和經(jīng)營(yíng)管理相關(guān)的ERP、SCM、CRM等,和產(chǎn)品設(shè)計(jì)、技術(shù)相關(guān)的PLM處在最上層,與服務(wù)互聯(lián)網(wǎng)緊緊相連。中間一層,通過CPS物理信息系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)與生產(chǎn)設(shè)備和生產(chǎn)線控制、調(diào)度等相關(guān)功能。從智能物料供應(yīng),到智能產(chǎn)品的產(chǎn)出,貫通整個(gè)產(chǎn)品生命周期管理。最底層則通過物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)實(shí)現(xiàn)控制、執(zhí)行、傳感,實(shí)現(xiàn)智能生產(chǎn)(圖1)。
圖1 智能工廠的三層信息技術(shù)基礎(chǔ)架構(gòu)
(二)智能工廠的三項(xiàng)集成
集成意味著以計(jì)算機(jī)應(yīng)用為核心,是信息技術(shù)在制造業(yè)應(yīng)用發(fā)展的高級(jí)階段,支持制造過程的各個(gè)環(huán)節(jié)。高度集成化能夠極大地提高企業(yè)的生產(chǎn)效率、有效組織各方資源、鼓舞不同鏈條中的員工的生產(chǎn)積極性,將企業(yè)從不同個(gè)體變?yōu)榫邆涑瑥?qiáng)凝聚力的團(tuán)隊(duì),使人員組織管理、任務(wù)分配、工作協(xié)調(diào)、信息交流、設(shè)計(jì)資料與資源共享等發(fā)生根本性變化。
“工業(yè)4.0”通過CPS,將生產(chǎn)設(shè)備、傳感器、嵌入式系統(tǒng)、生產(chǎn)管理系統(tǒng)等融合成一個(gè)智能網(wǎng)絡(luò),使得設(shè)備與設(shè)備以及服務(wù)與服務(wù)之間能夠互聯(lián),從而實(shí)現(xiàn)橫向、縱向和端對(duì)端的高度集成。
橫向集成是指網(wǎng)絡(luò)協(xié)同制造的企業(yè)間通過價(jià)值鏈以及信息網(wǎng)絡(luò)所實(shí)現(xiàn)的一種資源信息共享與資源整合,確保了各企業(yè)間的無縫合作,提供實(shí)時(shí)產(chǎn)品與服務(wù)的機(jī)制。橫向集成主要體現(xiàn)在網(wǎng)絡(luò)協(xié)同合作上,主要是指從企業(yè)的集成到企業(yè)間的集成,走向企業(yè)間產(chǎn)業(yè)鏈、企業(yè)集團(tuán)甚至跨國(guó)集團(tuán)這種基于企業(yè)業(yè)務(wù)管理系統(tǒng)的集成,產(chǎn)生新的價(jià)值鏈和商業(yè)模式的創(chuàng)新(圖2)。
圖2 智能工廠的橫向集成
縱向集成是指基于智能工廠中的網(wǎng)絡(luò)化的制造體系,實(shí)現(xiàn)分散式生產(chǎn),替代傳統(tǒng)的集中式中央控制的生產(chǎn)流程??v向集成主要體現(xiàn)在工廠內(nèi)的科學(xué)管理上,從側(cè)重于產(chǎn)品的設(shè)計(jì)和制造過程,走到了產(chǎn)品全生命周期的集成過程,建立有效的縱向的生產(chǎn)體系(圖3)。
圖3 智能工廠的縱向集成
端對(duì)端集成是指貫穿整個(gè)價(jià)值鏈的工程化信息系統(tǒng)集成,以保障大規(guī)模個(gè)性化定制的實(shí)施。端對(duì)端集成以價(jià)值鏈為導(dǎo)向,實(shí)現(xiàn)端到端的生產(chǎn)流程,實(shí)現(xiàn)信息世界和物理世界的有效整合。端對(duì)端集成是從工藝流程角度來審視智能制造,主要體現(xiàn)在并行制造上,將由單元技術(shù)產(chǎn)品通過集成平臺(tái),形成企業(yè)的集成平臺(tái)系統(tǒng),并朝著工廠綜合能力平臺(tái)發(fā)展(圖4)。
圖4 智能工廠的端到端的集成
智能工廠的三項(xiàng)集成,從多年來以信息共享為集成的重點(diǎn),走到了過程集成的階段,并不斷向智能發(fā)展的集成階段邁進(jìn)。“工業(yè)4.0”推動(dòng)在現(xiàn)有高端水平上的縱向、橫向以及端到端的,包括企業(yè)內(nèi)部、企業(yè)與網(wǎng)絡(luò)協(xié)同合作企業(yè)之間以及企業(yè)和顧客之間的全方位的整合。
從過去集成化思想在制造業(yè)中發(fā)展歷程以及給制造業(yè)帶來的效果評(píng)價(jià)來看,制造業(yè)已然越來越離不開以先進(jìn)技術(shù)為支持的全方位整合。可以說,基于全方位整合的集成化思維是制造業(yè)新思維之一。而且,制造業(yè)今后的發(fā)展也必將以“借勢(shì)借力、整合資源”的全方位整合為基本思路。
二、智能設(shè)備
在未來的智能工廠,每個(gè)生產(chǎn)環(huán)節(jié)清晰可見、高度透明,整個(gè)車間有序且高效地運(yùn)轉(zhuǎn)?!肮I(yè)4.0”中,自動(dòng)化設(shè)備在原有的控制功能基礎(chǔ)上,附加一定新功能,就可以實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品生命周期管理、安全性、可追蹤性與節(jié)能性等智能化要求。這些為生產(chǎn)設(shè)備添加的新功能是指通過為生產(chǎn)線配置眾多傳感器,讓設(shè)備具有感知能力,將所感知的信息通過無線網(wǎng)絡(luò)傳送到云計(jì)算數(shù)據(jù)中心,通過大數(shù)據(jù)分析決策進(jìn)一步使得自動(dòng)化設(shè)備具有自律管理的智能功能,從而實(shí)現(xiàn)設(shè)備智能化。
“工業(yè)4.0”中,在生產(chǎn)線、生產(chǎn)設(shè)備中配備的傳感器,能夠?qū)崟r(shí)抓取數(shù)據(jù),然后經(jīng)過無線通信連接互聯(lián)網(wǎng),傳輸數(shù)據(jù),對(duì)生產(chǎn)本身進(jìn)行實(shí)時(shí)的監(jiān)控。設(shè)備傳感和控制層的數(shù)據(jù)與企業(yè)信息系統(tǒng)融合形成了信息物理系統(tǒng)(CPS),使得生產(chǎn)大數(shù)據(jù)傳到云計(jì)算數(shù)據(jù)中心進(jìn)行存儲(chǔ)、分析,形成決策并反過來指導(dǎo)設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)。設(shè)備的智能化直接決定了“工業(yè)4.0”所要求的智能生產(chǎn)水平。
生產(chǎn)效率是制造企業(yè)首先會(huì)考慮的問題。在具體生產(chǎn)流程方面,“工業(yè)4.0”對(duì)企業(yè)的意義在于,它能夠?qū)⒏鞣N生產(chǎn)資源,包括生產(chǎn)設(shè)備、工廠工人、業(yè)務(wù)管理系統(tǒng)和生產(chǎn)設(shè)施形成一個(gè)閉環(huán)網(wǎng)絡(luò),進(jìn)而通過物聯(lián)網(wǎng)和系統(tǒng)服務(wù)應(yīng)用,實(shí)現(xiàn)貫穿整個(gè)智能產(chǎn)品和系統(tǒng)的價(jià)值鏈網(wǎng)絡(luò)的橫向、縱向的鏈接和端對(duì)端的數(shù)字化集成,從而提高生產(chǎn)效率, 最終實(shí)現(xiàn)智能工廠。通過智能工廠制造系統(tǒng)在分散價(jià)值網(wǎng)絡(luò)上的橫向連接,就可以在產(chǎn)品開發(fā)、生產(chǎn)、銷售、物流、服務(wù)的過程中,借助軟件和網(wǎng)絡(luò)的監(jiān)測(cè)、交流溝通,根據(jù)最新情況,靈活、實(shí)時(shí)地調(diào)整生產(chǎn)工藝,而不再是完全遵照幾個(gè)月或者幾年前的計(jì)劃。
“工業(yè)4.0”通過CPS系統(tǒng)將不同設(shè)備通過數(shù)據(jù)交互連接到一起,讓工廠內(nèi)部、外部構(gòu)成一個(gè)整體。而這種“一體化”其實(shí)是為了實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)制造的“分散化”?!肮I(yè)4.0”中,生產(chǎn)模式將從“由集中式中央控制向分散式增強(qiáng)控制”轉(zhuǎn)變,“分散化”后的生產(chǎn)將變得比流水線的自動(dòng)化方式更加靈活。
流水線作業(yè)的主要特點(diǎn)是:物料通過流水線傳送,操作工人在工位上不動(dòng),不斷地簡(jiǎn)單重復(fù)一個(gè)固定的動(dòng)作。好處是可以避免操作工人在車間內(nèi)來回走動(dòng)、更換工具等勞動(dòng)環(huán)節(jié),從而顯著地提升工作效率(圖5)。
圖5 生產(chǎn)生產(chǎn)場(chǎng)景圖及演變過程
隨著PLC(Programmable Logic Controller,可編程邏輯控制器)的出現(xiàn)和普及,自動(dòng)化技術(shù)得到了重大突破。PLC使得一些邏輯關(guān)聯(lián)復(fù)雜的操作可以由設(shè)備自動(dòng)完成。同時(shí),數(shù)控機(jī)床技術(shù)的發(fā)展,使得零部件能夠在機(jī)床上按照?qǐng)D紙完成若干復(fù)雜的加工工作。此外,采用機(jī)械手等工業(yè)機(jī)器人技術(shù),也使得替代操作工人的簡(jiǎn)單重復(fù)的固定作業(yè)成為可能。
所以,在流水線上,經(jīng)過分解的、由標(biāo)準(zhǔn)化動(dòng)作組成的操作很容易被自動(dòng)化的機(jī)器來完成。也就是,流水線很容易實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化。過去30多年是全球化發(fā)展最快的一段時(shí)期,發(fā)達(dá)國(guó)家通過產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)移將大量勞動(dòng)密集型產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)移到勞動(dòng)力成本較低的發(fā)展中國(guó)家。對(duì)于大量勞動(dòng)密集型產(chǎn)業(yè)來說,自動(dòng)化水平較高的流水線的綜合成本往往要高于自動(dòng)化水平較低的生產(chǎn)線。
但是,自動(dòng)化流水線也有其弊端。不能靈活地生產(chǎn),不能滿足個(gè)性化定制,而且重復(fù)性低、相對(duì)復(fù)雜、感知能力要求強(qiáng)的操作更適合人工來做。
更好地滿足個(gè)性化需求,提高生產(chǎn)線的柔性是制造業(yè)長(zhǎng)期追求的目標(biāo)。
“工業(yè)4.0”報(bào)告中描述的動(dòng)態(tài)配置的生產(chǎn)方式主要是指從事作業(yè)的機(jī)器人(工作站)能夠通過網(wǎng)絡(luò)實(shí)時(shí)訪問所有有關(guān)信息,并根據(jù)信息內(nèi)容,自主切換生產(chǎn)方式以及更換生產(chǎn)材料,從而調(diào)整成為最匹配模式的生產(chǎn)作業(yè)。動(dòng)態(tài)配置的生產(chǎn)方式能夠?qū)崿F(xiàn)為每個(gè)客戶、每個(gè)產(chǎn)品進(jìn)行不同的設(shè)計(jì)、零部件構(gòu)成、產(chǎn)品訂單、生產(chǎn)計(jì)劃、生產(chǎn)制造、物流配送,杜絕整個(gè)鏈條中的浪費(fèi)環(huán)節(jié)。與傳統(tǒng)生產(chǎn)方式不同,動(dòng)態(tài)配置的生產(chǎn)方式在生產(chǎn)之前,或者生產(chǎn)過程中,都能夠隨時(shí)變更最初的設(shè)計(jì)方案。
例如,目前的汽車生產(chǎn)主要是按照事先設(shè)計(jì)好的工藝流程進(jìn)行的生產(chǎn)線生產(chǎn)方式。盡管也存在一些混流生產(chǎn)方式,但是生產(chǎn)過程中,一定要在由眾多機(jī)械組成的生產(chǎn)線上進(jìn)行,所以不會(huì)實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品設(shè)計(jì)的多樣化。管理這些生產(chǎn)線的MES(制造執(zhí)行管理系統(tǒng))原本應(yīng)該帶給生產(chǎn)線更多的靈活性,但是受到構(gòu)成生產(chǎn)線的眾多機(jī)械的硬件制約,無法發(fā)揮出更多的功能,作用極為有限(圖6)。
圖6 傳統(tǒng)汽車生產(chǎn)中嚴(yán)格按照順序的生產(chǎn)流程
同時(shí),在不同生產(chǎn)線上操作的工人分布于各個(gè)車間,他們都不會(huì)掌握整個(gè)生產(chǎn)流程,所以也只能發(fā)揮出在某項(xiàng)固定工作上的作用。這樣一來,很難實(shí)時(shí)滿足客戶的需求。
“工業(yè)4.0”描繪的智能工廠中,固定的生產(chǎn)線概念消失了,采取了可以動(dòng)態(tài)、有機(jī)地重新構(gòu)成的模塊化生產(chǎn)方式。
例如,生產(chǎn)模塊可以視為一個(gè)“信息物理系統(tǒng)”,正在進(jìn)行裝配的汽車能夠自律在生產(chǎn)模塊間穿梭,接受所需的裝配作業(yè)。其中,如果生產(chǎn)、零部件供給環(huán)節(jié)出現(xiàn)瓶頸,能夠及時(shí)調(diào)度其他車型的生產(chǎn)資源或者零部件,繼續(xù)進(jìn)行生產(chǎn)。也就是,為每個(gè)車型自律性選擇適合的生產(chǎn)模塊,進(jìn)行動(dòng)態(tài)的裝配作業(yè)。在這種動(dòng)態(tài)配置的生產(chǎn)方式下,可以發(fā)揮出MES原本的綜合管理功能,能夠動(dòng)態(tài)管理設(shè)計(jì)、裝配、測(cè)試等整個(gè)生產(chǎn)流程,既保證了生產(chǎn)設(shè)備的運(yùn)轉(zhuǎn)效率,又可以使生產(chǎn)種類實(shí)現(xiàn)多樣化(圖7)。
圖7 動(dòng)態(tài)配置的生產(chǎn)流程
三、智能物料
“工業(yè)4.0”時(shí)代,在智能工廠中,CRM(Customer Relationship Management,客戶關(guān)系管理)、PDM(Product Data Management,產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理)、SCM(Supply chain management,供應(yīng)鏈管理)等軟件管理系統(tǒng)可能都將互聯(lián)。屆時(shí),接到顧客訂單后的一瞬間,工廠就會(huì)立即自動(dòng)地向原材料或零部件供應(yīng)商采購(gòu)原材料或零部件。
原材料或零部件到貨后,將被賦予數(shù)據(jù),“這是給某某客戶生產(chǎn)的某某產(chǎn)品的某某工藝中的原材料或零部件”,使“原材料或零部件”帶有信息。帶有信息的原材料或零部件也就意味著擁有自己的用途或目的地,成為了“智能物料”。如果,在生產(chǎn)過程中,當(dāng)原材料或零部件一旦被錯(cuò)誤配送到其他生產(chǎn)線,它就會(huì)通過與生產(chǎn)設(shè)備開展“對(duì)話”,返回屬于自己的正確的生產(chǎn)線;如果,生產(chǎn)機(jī)器之間的原材料不夠用,同樣,生產(chǎn)機(jī)器也可以向訂單系統(tǒng)進(jìn)行“交涉”,來增加原材料或零部件數(shù)量(圖8)。
圖8 帶有二維碼的智能物料(作者拍攝于索菲亞家具定制工廠)
最終,即便是原材料或零部件嵌入到產(chǎn)品內(nèi)之后,由于它還保存著路徑流程信息,將會(huì)很容易實(shí)現(xiàn)追蹤溯源(圖9)。
圖9 帶有二維碼的智能零部件
據(jù)媒體報(bào)道,SAP全球高級(jí)副總裁、全球研發(fā)網(wǎng)絡(luò)總裁柯曼先生在2014中國(guó)信息產(chǎn)業(yè)經(jīng)濟(jì)年會(huì)上做了主題為“SAP中國(guó)的工業(yè)4.0和物聯(lián)網(wǎng)之道”的演講??侣J(rèn)為,在“工業(yè)4.0”里,所有的事情都變得數(shù)字化了。
每個(gè)產(chǎn)品都有自己獨(dú)立的ID,企業(yè)可以突破地理空間的限制,實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程操作與服務(wù)。建立在大數(shù)據(jù)預(yù)測(cè)的基礎(chǔ)上,企業(yè)能夠根據(jù)預(yù)測(cè)結(jié)果,為客戶量身提供更為延后或者提前的服務(wù),進(jìn)一步降低風(fēng)險(xiǎn)和成本。在生產(chǎn)的過程中,企業(yè)也能夠?qū)崿F(xiàn)更好的能源管理和彈性生產(chǎn)。
四、智能產(chǎn)品
越來越多的事實(shí)表明,信息技術(shù)特別是互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用正以前所未有的廣度和深度,加快推進(jìn)制造業(yè)生產(chǎn)方式、制造模式的深刻變革。隨之而來的是,產(chǎn)品本身屬性的變化(圖10)。
圖10 產(chǎn)品的智能化
當(dāng)前的汽車或許不再是一個(gè)“機(jī)械”,是一個(gè)由傳感器、天線、接收器、顯示儀等等眾多的電子零部件組成的“電子產(chǎn)品”(圖11)。
圖11 產(chǎn)品智能化演進(jìn)過程
隨著互聯(lián)網(wǎng),尤其是移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展,汽車開始與更多的外圍設(shè)備、外圍系統(tǒng)互動(dòng),傳遞信息、共享信息。通過與智能交通系統(tǒng)(ITS)聯(lián)網(wǎng),可以實(shí)時(shí)獲取交通信息、道路以及加油站信息等;通過接收衛(wèi)星導(dǎo)航,實(shí)現(xiàn)豐富的定位信息服務(wù);通過智能手機(jī)、平板電腦等外圍設(shè)備實(shí)現(xiàn)更加具有擴(kuò)展性的應(yīng)用。汽車已經(jīng)從一個(gè)“電子產(chǎn)品”進(jìn)一步變身為一個(gè)“網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)絡(luò)”。未來的汽車能否與網(wǎng)絡(luò)互聯(lián),可能成為汽車市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)中的決定性因素。
可以說,信息技術(shù)在國(guó)民經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展中發(fā)揮著越來越重要作用。傳統(tǒng)的通信系統(tǒng)、飛機(jī)控制系統(tǒng)、汽車電子、家電、武器裝備、電子玩具等以嵌入式系統(tǒng)為代表的物理產(chǎn)品在社會(huì)生活的各個(gè)領(lǐng)域廣泛存在。而它們隨著計(jì)算、網(wǎng)絡(luò)和控制技術(shù)的發(fā)展,以及未來制造業(yè)需求的提高,都不斷地從物理產(chǎn)品演變成為“電子產(chǎn)品”或者“網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)品”(圖12)。
圖12 產(chǎn)品意義的變化
五、網(wǎng)絡(luò)協(xié)同
通過互通互聯(lián),云計(jì)算、大數(shù)據(jù)這些新的互聯(lián)網(wǎng)技術(shù),和以前的自動(dòng)化的技術(shù)結(jié)合在一起,生產(chǎn)工序?qū)崿F(xiàn)縱向系統(tǒng)上的融合,生產(chǎn)設(shè)備和設(shè)備之間,工人與設(shè)備之間的合作,把整個(gè)工廠內(nèi)部的聯(lián)結(jié)起來,形成信息物理系統(tǒng),互相之間可以合作、可以響應(yīng),能夠開展個(gè)性化的生產(chǎn)制造,可以調(diào)整產(chǎn)品的生產(chǎn)率,還可以調(diào)整利用資源的多少、大小,采用最節(jié)約資源的方式。
“工業(yè)4.0”的智能制造,重點(diǎn)研究智能化生產(chǎn)系統(tǒng)及過程,以及網(wǎng)絡(luò)化分布式生產(chǎn)設(shè)施的實(shí)現(xiàn),其核心就是在整個(gè)工業(yè)生產(chǎn)過程中的應(yīng)用中,通過信息物理系統(tǒng)(CPS),利用物聯(lián)網(wǎng)的技術(shù)、軟件技術(shù)和通信技術(shù),加強(qiáng)信息管理和服務(wù),提高生產(chǎn)過程的可控性,從而實(shí)現(xiàn)研發(fā)、生產(chǎn)、制造工藝及工業(yè)控制等全方位的信息覆蓋,全面控制各種信息,確保各個(gè)生產(chǎn)制造環(huán)節(jié)都能處于最優(yōu)狀態(tài)。從而引導(dǎo)制造業(yè)向智能化轉(zhuǎn)型。
【工廠內(nèi)的協(xié)同】
對(duì)于一個(gè)制造業(yè)企業(yè)來說,其內(nèi)部的信息是以制造為核心的,包括生產(chǎn)管理、物流管理、質(zhì)量管理、設(shè)備管理、人員及工時(shí)管理等和生產(chǎn)相關(guān)的各個(gè)要素。傳統(tǒng)的制造管理是以單個(gè)車間/工廠為管理單位,管理的重點(diǎn)是生產(chǎn),管理的范圍是制造業(yè)內(nèi)部。
但是,隨著信息技術(shù)的進(jìn)步,很多制造型企業(yè)在發(fā)展的不同時(shí)期,根據(jù)管理的不同時(shí)期的需求,不斷地開發(fā)了不同的系統(tǒng),并在企業(yè)內(nèi)部逐步使用,如庫存管理系統(tǒng)、生產(chǎn)管理系統(tǒng)、質(zhì)量管理系統(tǒng)、產(chǎn)品生命周期管理系統(tǒng)、供應(yīng)量管理系統(tǒng)系統(tǒng)等等。不同的系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)不同的功能,有些系統(tǒng)采用自主開發(fā)或不同供應(yīng)商的系統(tǒng)所組成。隨著企業(yè)的發(fā)展,要求不同的生產(chǎn)元素管理之間的協(xié)同性,以避免制造過程中的信息孤島,因此對(duì)各個(gè)系統(tǒng)之間的接口和兼容性的需求越來越高,即各個(gè)系統(tǒng)之間的內(nèi)部協(xié)同越來越重要。
例如,對(duì)于采用兩套各自獨(dú)立的系統(tǒng)來管理生產(chǎn)和庫存的話,生產(chǎn)實(shí)施之前,生產(chǎn)管理系統(tǒng)需要掌控某項(xiàng)生產(chǎn)計(jì)劃的實(shí)施以及物料資源的供應(yīng),而如果庫存管理系統(tǒng)和生產(chǎn)管理系統(tǒng)相對(duì)獨(dú)立,就無法實(shí)現(xiàn)協(xié)同,生產(chǎn)所需要的物料信息不能反饋給庫存系統(tǒng),庫存系統(tǒng)也不能得到生產(chǎn)所需要物料的需求信息。在生產(chǎn)完成之后,生產(chǎn)系統(tǒng)匯總生產(chǎn)結(jié)果與實(shí)際的物料使用信息,但是由于生產(chǎn)管理系統(tǒng)與庫存管理系統(tǒng)采用的是不同的獨(dú)立系統(tǒng),庫存管理系統(tǒng)并不能實(shí)時(shí)得到物料使用信息,致使實(shí)際庫存情況和系統(tǒng)的結(jié)果不能保持一致。為了彌補(bǔ)信息的斷層,不得不從庫存管理系統(tǒng)和生產(chǎn)管理系統(tǒng)之間進(jìn)行數(shù)據(jù)信息的手工導(dǎo)入和導(dǎo)出,經(jīng)常進(jìn)行周期性的人工盤點(diǎn),才能做到使用情況與庫存信息的匹配。
隨著對(duì)于制造的敏捷性及精益制造的要求不斷提高,靠人工導(dǎo)入導(dǎo)出信息已經(jīng)不能滿足制造業(yè)信息化的需求,這就要求在不同系統(tǒng)之間進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)協(xié)同,做到實(shí)時(shí)的信息傳遞與共享。
【工廠間的協(xié)同】
未來制造業(yè)中,每個(gè)工廠是獨(dú)立運(yùn)作的模式,每個(gè)工廠都有獨(dú)立運(yùn)行的生產(chǎn)管理系統(tǒng),或者采用一套生產(chǎn)管理系統(tǒng)來管理所有的工廠的操作。但是隨著企業(yè)的發(fā)展,企業(yè)設(shè)置有不同的生產(chǎn)基地及多個(gè)工廠,工廠之間往往需要互相調(diào)度,合理地利用人力、設(shè)備、物料等資源,企業(yè)中每個(gè)工廠之間的信息的流量越來越多,實(shí)時(shí)性的要求越來越高,同時(shí)每個(gè)工廠的數(shù)據(jù)量和執(zhí)行的速度的要求也越來越高。這就要求不同工廠之間能夠做到網(wǎng)絡(luò)協(xié)同,確保實(shí)時(shí)的信息傳遞與共享(圖13)。
圖13 工廠與工廠之間的網(wǎng)絡(luò)協(xié)同
在全球化與互聯(lián)網(wǎng)時(shí)代,協(xié)同不僅僅是組織內(nèi)部的協(xié)作,而且往往要涉及到產(chǎn)業(yè)鏈上、下游組織之間的協(xié)作。一方面,通過網(wǎng)絡(luò)協(xié)同,消費(fèi)者與制造業(yè)企業(yè)共同進(jìn)行產(chǎn)品設(shè)計(jì)與研發(fā),滿足個(gè)性化定制需求;另一方面,通過網(wǎng)絡(luò)協(xié)同,配置原材料、資本、設(shè)備等生產(chǎn)資源,組織動(dòng)態(tài)的生產(chǎn)制造??s短產(chǎn)品研發(fā)周期,滿足差異化市場(chǎng)需求。
“工業(yè)4.0”中的橫向集成代表生產(chǎn)系統(tǒng)的結(jié)合,這是一個(gè)全產(chǎn)業(yè)鏈的集成。以往的工廠生產(chǎn)中,產(chǎn)品或零部件生產(chǎn)只是一個(gè)獨(dú)立過程,之間沒有任何聯(lián)系,沒有進(jìn)一步的邏輯控制。外部的網(wǎng)絡(luò)協(xié)同制造使得一個(gè)工廠根據(jù)自己的生產(chǎn)能力和生產(chǎn)檔期,只生產(chǎn)某一個(gè)產(chǎn)品的一部分,外部的物流、外部工廠的生產(chǎn),包括銷售等整個(gè)的全產(chǎn)業(yè)鏈能夠聯(lián)系起來。這樣一來,就實(shí)現(xiàn)了價(jià)值鏈上的橫向產(chǎn)業(yè)融合。
全球化分工使得各項(xiàng)生產(chǎn)要素加速流動(dòng),市場(chǎng)趨勢(shì)變化和產(chǎn)品個(gè)性化需求對(duì)工廠的生產(chǎn)響應(yīng)時(shí)間和柔性化生產(chǎn)能力提出了更高的要求。“工業(yè)4.0”時(shí)代,生產(chǎn)智能化通過基于信息化的機(jī)械、知識(shí)、管理和技能等多種要素的有機(jī)結(jié)合,從著手生產(chǎn)制造之前,就按照交貨期、生產(chǎn)數(shù)量、優(yōu)先級(jí)、工廠現(xiàn)有資源(人員、設(shè)備、物料)的有限生產(chǎn)能力,自動(dòng)制訂出科學(xué)的生產(chǎn)計(jì)劃。從而,提高生產(chǎn)效率,實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)成本的大幅下降,同時(shí)實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品多樣性、縮短新產(chǎn)品開發(fā)周期,從而最終實(shí)現(xiàn)工廠運(yùn)營(yíng)的全面優(yōu)化變革。
生產(chǎn)智能化和工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)實(shí)際上就是“工業(yè)4.0”時(shí)代的重要標(biāo)志之一——在智能工廠,利用智能設(shè)備,將智能物料生產(chǎn)成智能產(chǎn)品,整個(gè)過程貫穿以網(wǎng)絡(luò)協(xié)同(圖14)。
圖14 智能制造與工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的關(guān)系