從德國工業(yè)4.0看機械裝備的智能化轉(zhuǎn)型升級

1、從德國工業(yè) 4.0 看機械裝備的智能化轉(zhuǎn)型升級作者：陳吉紅制造行業(yè)的新變化二十一世紀， 制造業(yè)發(fā)生了很大的變化， 特別是需求的變化。 這種變化就在于中國以前可能更適合做量大的東西，比如打 火機、手機等，價格做的便宜，制造市場現(xiàn)在更需要的是定 制化、個性化，這對中國制造帶來了新的挑戰(zhàn)，同時也是機 遇。我認為制造行業(yè)有以下幾個變化： 第一是高端化。提到高端化大家就會聯(lián)想到“中國制造 2025”。 5 月 19 日，國務院正式印發(fā)“中國制造 2025”，部 署全面推進實施制造強國戰(zhàn)略，這是我國實施制造強國戰(zhàn)略 第一個十年的行動綱領(lǐng)，大致可以歸納為“一二三四五五 十”。依照制造業(yè)的綜合指標來看中國遠遠

2、落后于美國等發(fā) 達國家， 所以中央提出制定一個強國規(guī)劃， 也就是“三步走” 戰(zhàn)略：在 2025 年邁入制造強國行列， 2035 年邁入位于制造 強國中位，在 2045 年跟美國一樣邁入制造強國第一方陣。 后面還有若干政策，其中涉及到“高檔數(shù)控機床與基礎(chǔ)制造 裝備”領(lǐng)域的，國家科技重大專項（ 04 重大專項）中指出： 重點開發(fā)航空航天、船舶制造、汽車制造、發(fā)電設(shè)備等需要 的高檔數(shù)控機床、提高我國高檔數(shù)控機床與基礎(chǔ)制造成套裝 備的自主開發(fā)能力，滿足國內(nèi)主要行業(yè)對制造裝備的基本需求。制造行業(yè)第二個新變化是細分化。蘋果手機引領(lǐng)了 3C 智能 手機外殼金屬化潮流，創(chuàng)新的制造工藝，以高速銑削金屬殼 體框架

3、革新注塑成型的塑料外殼。自 2013 年開始，三星、 HTC 、華為、聯(lián)想、小米、 OPPO、魅族等均推出金屬外殼 手機，目前具備金屬外殼的智能手機占比大概為20左右，預計到 2016 年，這一比重將達到 38，這足以說明 3C智能 終端制造創(chuàng)新工藝的市場需求與日俱增。蘋果需要 41000 臺 CNC 設(shè)備來生產(chǎn)最新 iPhone6s 的鋁合金機身，由于強度更 高的金屬材料處理起來比傳統(tǒng)的金屬外殼更難， CNC 加工所 需要時間更長。如果其他廠商跟隨蘋果采用新系列鋁合金， CNC 產(chǎn)能的將有更大的需求。因此細分化也需要貼近市場， 李克強總理到泉州參觀的時候就很關(guān)注手機的加工設(shè)備，也 在關(guān)心 3

4、C 制造裝備產(chǎn)業(yè)。 第三個新變化是自動化。自動化大家都知道其實就是機器換 人，“機器人革命”有望成為“第三次工業(yè)革命”的一個切 入點和重要增長點，將影響全球制造業(yè)格局。這個市場顯然 很大，但是一樣也存在著風險。我國將成為機器人的最大市 場，但我們的技術(shù)和制造能力能不能應對這場競爭？說到機 器人，大家都會關(guān)注它的核心部件，機器換人，換的不好就 是外國的機器人上崗，中國的工人下崗。因此，我們不僅要 把我國機器人水平提高上去，而且要盡可能多地占領(lǐng)市場。我今天更重要的是想要講我所體會智能化。 德國 “工業(yè) 4.0” 的主題就是智能工廠、智能生產(chǎn)， “中國制造 2025”核心也 是數(shù)字化制造、智能化制造

5、。所以從數(shù)字制造到智能制造， 是制造業(yè)發(fā)展的必然趨勢，是美國“先進制造業(yè)國家戰(zhàn)略計 劃”、德國“工業(yè) 4.0”、“中國制造 2025”等國家戰(zhàn)略計劃額 重要內(nèi)容之一。 “中國制造 2025” 的主攻方向是智能制造， 而“互聯(lián)網(wǎng) +制造”的制高點也是智能制造，發(fā)展智能制造 已上升為國家戰(zhàn)略。智能手機的啟示 我一直在研究德國“工業(yè) 4.0”是什么玩意兒？當我們看到 很多東西的時候，比如 3D 打印、工業(yè)機器人、包括 DNC 、 MES 等智能制造， 我就在想這些東西早在二十年前就已經(jīng)有 了，現(xiàn)在德國西門子和德國工程院提出德國 “工業(yè) 4.0” ， 難道德國工業(yè) 4.0 是“新瓶裝老酒”嗎？是忽悠中

6、國的陰謀 嗎？ 我請教了很多大院士去弄清楚智能的數(shù)控機床和普通的數(shù) 控機床的區(qū)別，這些大院士告訴我德國“工業(yè)4.0”太遙遠。包括我在跟很多企業(yè)家交流的時候，發(fā)現(xiàn)他們都不知道自己 的工作該從哪里下手，我也遇到了同樣的困惑。我本人是忠 實的 “果粉” ，我從智能手機里受到了啟迪。網(wǎng)上關(guān)于智 能手機的定義主要有五大特點，第一具備無線接入互聯(lián)網(wǎng)的 能力，第二有 PDA 的功能、 第三具有開放性的操作系統(tǒng)、 第四人性化、第五功能強大，然而這五大特點似乎沒有一個跟智能有關(guān)系。 請加微信號： robotinfo 學習工業(yè)智能化知識 我所理解的智能手機可以測體能，攻略，監(jiān)控，路況診斷， 因此我覺得智能手機有三

7、個平臺： 1、基于 IOS 操作系統(tǒng)的 先進的通訊軟、硬件技術(shù)平臺；它能滿足語音、數(shù)據(jù)通訊的 基本要求、支持智能傳感器接入、支持多種網(wǎng)絡接入、支持 軟件二次開發(fā)。 2、大數(shù)據(jù)采集、 傳輸和儲存的技術(shù)平臺； 3、 云計算、云服務技術(shù)平臺； 4、建立在以上 3 大技術(shù)平臺上 成千上萬的智能應用軟件模塊。德國工業(yè) 4.0 及美國的 CPS 德國 “工業(yè) 4.0” 戰(zhàn)略實際上就是要引領(lǐng)第四次工業(yè)革命， 使德國制造業(yè)繼續(xù)保持全球領(lǐng)先優(yōu)勢。利于移動互聯(lián)網(wǎng)、大 數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，建立物理 -信息融合( Cyber-Physical ) 系統(tǒng)，推動德國制造業(yè)向服務業(yè)轉(zhuǎn)型。我特別關(guān)注4.0 的核心，所以我專門跑

8、到西門子成都數(shù)字化樣板號稱工業(yè) 3.8 的 工廠去考察， 他們的數(shù)字化、 自動化做的很好， 所有的設(shè)備、 工裝、零件都是數(shù)字化。 數(shù)字化和自動化都是工業(yè) 3.0 的內(nèi) 容，但是這里面的智能化到底體現(xiàn)在哪里？他們告訴我說有 一個智能倉庫， 30 分鐘以內(nèi)就可以把所需的零件送到指定的 位置，實際上這也是 3.0， 我所理解的智能倉庫應該是根據(jù) 一個月以后的生產(chǎn)計劃可以自己來倒騰庫存的。因此，我在 分析工業(yè) 4.0結(jié)構(gòu)的時候，就發(fā)現(xiàn)德國工業(yè) 4.0 的核心技術(shù) 不在德國，而在美國，是美國的工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)和CPS。德國工業(yè) 4.0 的核心是美國的工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)和 CPS為什么會說在美國呢？工業(yè) 4.0 包含

9、4 大主題、 3項集成、 8項計劃到最 后實際上匯成一個網(wǎng)絡，即 Cyber-PhysicalSystems，美國人 10 年前就提出來了。 去年全世界人民都在尋找馬航 MH370 ， 發(fā)動機的衛(wèi)星監(jiān)控數(shù)據(jù)服務，成為全球?qū)ふ绎w機最關(guān)鍵的線 索。航空發(fā)動機的遠程數(shù)據(jù)采集、監(jiān)控、診斷和預警等遠程 定制服務成為世界關(guān)注的熱點話題。而提到CPS、工業(yè)大數(shù)據(jù)、工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)等大家就會聯(lián)想到 GE，GE 公司的發(fā)動機上 裝了很多傳感器，可以把數(shù)據(jù)傳達到地面的數(shù)據(jù)中心，通過 地面發(fā)動機大數(shù)據(jù)挖掘與云計算中心。 如何將我們掌握的數(shù)據(jù)信息資源優(yōu)勢，轉(zhuǎn)化為技術(shù)優(yōu)勢和市 場優(yōu)勢，從而實現(xiàn)制造型向服務型企業(yè)轉(zhuǎn)型？大數(shù)據(jù)采

10、集與 可視化智能化數(shù)據(jù)挖掘及溯源診斷、預警和維護工具。因此 我覺得德國工業(yè) 4.0 還真不是“新瓶裝老酒” ，這主要的原因 是我們的大數(shù)據(jù)、 物聯(lián)網(wǎng)、云計算等 IP 技術(shù)的發(fā)展使得我們 現(xiàn)在仍舊只是做制造，做機器人，跟原來十年前制造業(yè)技術(shù) 平臺不一樣了， 現(xiàn)在在新的 IP 技術(shù)的平臺上完全可能實現(xiàn)新 型的智能制造。制造模式發(fā)展進程：基于工業(yè) 4.0 思維的智 能機床和智能數(shù)控系統(tǒng)現(xiàn)在說說我們怎樣將功能、需求和數(shù) 控機床結(jié)合起來。在 04 專項中，數(shù)控機床作為重中之重， 國家希望我們開發(fā)一個以西門子 840D、 以 FANUC 0i 為目 標競爭的產(chǎn)品，我們將這些目標歸納為“華中 8 型”高檔數(shù)

11、 控系統(tǒng)。依托國家科技重大專項項目，高檔數(shù)控系統(tǒng)關(guān)鍵技 術(shù)也取得了重大突破?！叭A中 8 型”的核心中除了高檔數(shù)控機床配套以外，我們還 配置了華中 8 型的大連機床 DLM16DLM20 精密車削中心， 主要用于航空航天領(lǐng)域中，精密零件加工。同時還為東方汽 輪機廠裝備了 11 臺數(shù)控砂帶磨床的葉片生產(chǎn)線、配置高可 靠性、高集成度的 NC 單元。其中， NCUC 總線獲 6 項國家 標準， 2014 年或湖北省科技進步一等獎。 數(shù)控機床工作狀態(tài)大數(shù)據(jù)與加工指令密切相關(guān)，與零件加工 質(zhì)量、精度和加工效率之間存在內(nèi)蘊的映射關(guān)系。華中 8 型 智能數(shù)控系統(tǒng)（ iNC ）的智能模塊利用控制信息、傳感信息、

12、 網(wǎng)絡信息，實現(xiàn)從數(shù)控設(shè)備的運行、加工、操作和編程等環(huán) 節(jié)中，替代人腦，完成工作。包括智能管理、智能調(diào)試、智 能補償、云端工廠等。智能管理可以通過云數(shù)控服務平臺對 機床的狀態(tài)進行監(jiān)控，還能對車間狀態(tài)、機床運行狀態(tài)、程 序信息進行遠程高級監(jiān)控和統(tǒng)計分析。 俗話說“七分銷售、三分技術(shù)” ，我覺得在新的工業(yè)革命、 新的時代下，其實技術(shù)是更為關(guān)鍵的，有好產(chǎn)品、好技術(shù)是 硬道理。那么 CPS 到底是個什么東西？從數(shù)控機床的信息物 理系統(tǒng)來看，它主要由設(shè)備層、感知層、網(wǎng)絡層、認知層和 控制層組成，形成人、產(chǎn)品、物理空間和信息空間的深度融 合，是實現(xiàn)智能制造系統(tǒng)的基礎(chǔ)。在 CPS 認知層上，建立機 器的 CPS 模型是機器實現(xiàn)智能制造的關(guān)鍵。 數(shù)控機床工作過 程 CPS 模型：其實智能離我們并不遙遠， 雖然與國外有差距， 但是我們在同一條起跑線上，智能也并沒有想象中那么可 怕。我們的目標是人在大數(shù)據(jù)支持下的智慧決策。我認為工 業(yè) 4.0 是很有必要的，因為我們可以同步走，用工業(yè) 4.0 的 智能技術(shù)，解決我國工業(yè) 2.0