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工業(yè)4.0時代的制造業(yè)轉型路徑和方向

2016-12-01

  制造業(yè)是泛指一切加工天然原料的行業(yè),經物理變化或化學變化后成為了新的產品,,不論是動力機械制造,還是手工制做;也不論產品是批發(fā)銷售,還是零售,,均視為制造,。根據國家統(tǒng)計局 《國民經濟行業(yè)分類與代碼(GB/T 4754-2002) 》,中國的制造業(yè)門類包括13—43大類,。

  中國的制造業(yè)尤其是民營企業(yè)自改革開放后,,長期以來都是以出口加工為主的低端制造,處在產業(yè)鏈的價值低端,。國家為了促進產業(yè)的轉型升級,,制定了以信息化帶動工業(yè)化、以工業(yè)化促進信息化的戰(zhàn)略方針,,也就是兩化融合,。近年來隨著德國工業(yè)4.0的概念推出,中國也相應的推出了中國制造2025和互聯網加的指導政策,,試圖用中國在互聯網和信息化領域的強項來促進制造業(yè)的轉型升級,。

  制造業(yè)的信息化主要在ERP、供應鏈,、設計,、OA、自動化和MES等領域,,以前主要是以國外廠商的產品銷售,、代理和集成為主,近年來越來越多的國內廠商開始通過項目實施的形式來介入,,僅MES和APS 就有近百家,,這些企業(yè)有比較強的軟件開發(fā)能力,并了解企業(yè)的工廠,、車間,、機器、物料和人的管理流程,,自己研發(fā)了MES,、APS等軟件,但是這些軟件很難形成標準化,、統(tǒng)一化的產品,,因此也很難成長。大部分的MES,、APS軟件實施廠商都是通過項目實施來維持生存,,而且現在制造業(yè)企業(yè)也比較缺錢,不大容易拿得出較高的資金來實施信息化改造,。

  制造業(yè)企業(yè)的轉型升級涉及到機器換人,、自動化生產線,、工人專業(yè)技能的提升、管理水平的提高,、企業(yè)高層的遠見等等,,并不是實施一套軟件或信息化就能改變并見到效果的。

  傳統(tǒng)制造模式是大規(guī)模的批量生產方式,,標準化,、流程化的企業(yè)業(yè)務管理模式,預制化,、固化的軟件和服務方式,。而新生代的消費主體在互聯網環(huán)境下成長起來,接受多元文化的熏陶,,追求的品味越來越趨向個性化和差異化,,這使得傳統(tǒng)研發(fā)設計、生產制造,、產品服務等過程面臨著越來越多的不確定性,、多樣性和復雜性。

  因此規(guī)?;?、標準化、預制化的傳統(tǒng)生產方式已無法滿足日益增長的定制化需求,。中國傳統(tǒng)制造業(yè)新一輪大洗牌在所難免,。擺在這些企業(yè)面前的生路要么是轉型,要么是升級提升競爭力,。

  而制造業(yè)要想真正轉型升級,,我認為應該按照國家制定的頂層設計和戰(zhàn)略規(guī)劃,從供給側改革,,走向價值鏈高端,,利用中國互聯網發(fā)展的優(yōu)勢,打通中間流通環(huán)節(jié),,直接對接和面向用戶需求,,讓需求拉動生產,滿足個性化需求,,釋放過剩產能,。

  近來由于人口基數的龐大和市場需求的發(fā)展,中國互聯網的發(fā)展已經在國際上處于領先位置,,互聯網用戶有7.1億,,加上移動互聯網用戶有9.8億,這里有巨大的消費需求,。在電商領域,,僅京東,、淘寶、天貓就占領了用戶流量的80%,,他們掌握了用戶的消費習慣,可以輕易通過大數據分析出消費者的用戶畫像,、消費習慣,,從而掌握個性化需求,但是他們目前的電商平臺只能賣庫存,,無法直接對接工廠,。

  這就給了制造業(yè)極大的機會,制造業(yè)企業(yè)的轉型升級的路徑和方向應該是信息化,、自動化,、智能化和服務化,要打造數字化工廠,,通過機器人替代人工實現自動化,,通過軟件實現信息化,然后通過大數據,、人工智能實現柔性化的生產方式,,再通過協(xié)同供應鏈達到跨企業(yè)的上下游信息透明、協(xié)作設計與生產,,直面互聯網用戶,,最終滿足個性化時代的定制生產和服務。

  未來將會有一個電商與工廠打通的平臺,,流程可能是,,個性化訂單下單,訂單的批次整合,,工廠的篩選,,工廠產能檢查,工廠對訂單的確認,,上游原料供應采購確認,,工藝工序確認,排產仿真和確認,,物流周期確認,,分銷商確認,總成本確認,,產品設計參數的傳遞,,物料的采購與供應,生產計劃排程,,生產制造的監(jiān)控,,物流配送的分配,,產品的交付,產品使用的跟蹤與反饋,。

  要想達到這樣一種生產和服務的模式,,工廠應該首先要信息化,但是現在的信息化已經不同于過去時代的信息化了,,尤其是對于中小企業(yè)來說,,并不意味著要采購購買大量的軟件,如ERP軟件,、設計軟件,、供應鏈軟件、客戶關系管理軟件等,。

  在新的面向個性化服務,、定制化生產方式的時代,整個生產方式都是智能和柔性化的,,是需要靈活多變,,能夠自適應的,而傳統(tǒng)軟件都是面向大規(guī)模標準化制造的,,固化的軟件,, 難以適應復雜、快速多變的個性化需求,。

  因此在云端將會出現一些靈活定制的云服務模塊,,可在云端設立虛擬工廠,滿足制造業(yè)企業(yè)訂單接收,、配置BOM,、采購、計劃,、物流配送,、客服等需求。

  獲取訂單后,,在云端虛擬工廠中,,企業(yè)可配置產品、物料,、產品原型,、原材料供應和采購,依據訂單排產,,仿真模擬,,分配物流和分銷商。訂單需要的原材料采購需求對同樣在云端的上游供應商透明,,自動觸發(fā)上游供應商的排產或發(fā)貨,。

  所有設計,、采購、生產,、裝配,、運輸、銷售環(huán)節(jié)都是通過云端同步,,讓不同的供應鏈實體連接起來,,自發(fā)產生供需關系,和資源上下游傳遞,。

  在企業(yè)端,傳統(tǒng)的像ERP這樣的大型固化軟件也會被更加靈活的云服務的模式取代,,可能是在企業(yè)內部的私有云,,但是集成了各種管理系統(tǒng),將各個系統(tǒng)的數據抽象成一個個抽象服務,,服務可以進行各種組合,,再通過流程將人員服務、自動化服務,、工程服務結合起來,,這樣就能夠做到人與人的協(xié)作、人與機器的協(xié)作,、機器與機器的協(xié)作,、機器與系統(tǒng)的協(xié)作、系統(tǒng)與系統(tǒng)的協(xié)作,,在這個基礎上沒有ERP概念了,,唯一的是與業(yè)務相關的服務。

  對于企業(yè)內部已經部署了MES,、ERP,、WMS、PDM等系統(tǒng)的,,通過共享的數據服務總線將各個系統(tǒng)之間實時的協(xié)議,、數據轉化,打通各自獨立的孤島,,形成數據驅動的業(yè)務流,。再集成生產控制PLC,外部集成物流拉動計劃,,形成縱向,、橫向、端到端的集成,。

  對于工業(yè)4.0來說,,一個重要的概念就是CPS,,即Cyber Physical System,就是軟件信息世界和物理機器世界的融合統(tǒng)一,,如同中國的太極圖,,陰中抱陽,陽中付陰,。也就是機器世界中有軟件的控制和指令,,信息世界中有機器的運行信息。

  制造企業(yè)的機器,、機床,、設備、刀具等,,都需要通過傳感器,、適配器、PLC等以SCADA,、MTConnect/OPC協(xié)議,,連接到物聯網平臺,對設備的加工,、運行數據進行采集,、處理、檢測,、分析,,并傳送到企業(yè)服務總線,洞察產品制造執(zhí)行過程中的缺陷,、問題,、關聯、關系,,實現對設備的預防性維護,、能耗分析、加工參數優(yōu)化等,。

  而對于從信息世界到物理世界,,則需要通過智能機器人生產線接受智能化系統(tǒng)的控制指令,例如AR+機器人,。

  在匯總了設備大數據,、生產大數據、運營大數據,、管理大數據之后,,在企業(yè)私有云的大數據平臺上,可以進行機器學習,模型算法抽象,,找出數據之間的隱藏關系和聯系,,揭示內在規(guī)律,通過對時間,、質量,、成本、效率的關聯分析,,以及質量分析,、生產分析、物料分析,、倉儲分析,、銷售分析、客戶分析等,,了解合格率,、故障原因、設備利用率,,實現全局調度優(yōu)化,。為企業(yè)提供透明展現,、通知提醒,、預測和運營優(yōu)化輔助決策。

  在以上大數據分析的基礎上,,可以基于售價,、服務水平、庫存,、總成本,、采購、物流,、生產周期等約束和目標,,推算出所追求的利潤模型、成本模型,、服務模型,,實現基于供應商協(xié)作的主生產計劃優(yōu)化,做出需求預測,、采購預測,、訂單預測、交貨時間預測,,實現利潤,、營收、成本、服務的價值最大化,。真正將數據和信息,,變?yōu)橹R和智慧。

  制造業(yè)的轉型升級需要從封閉走向開放體系,,以網絡化協(xié)同實現制造資源局部優(yōu)化向全局優(yōu)化演進,。因此企業(yè)不但要自己實現制造端的數字化、智能化改造,,還要與云端連接,,實現跨區(qū)域、跨企業(yè),、跨行業(yè)的聯合設計,、聯合研發(fā),將傳統(tǒng)順序,、獨立,、碎片化的研發(fā)工作在時間、空間范圍上交叉重組,,整合多方設計資源,,將研發(fā)流程從串行向并行演進,更進一步的,,將業(yè)務的合作從單環(huán)節(jié)協(xié)同向全業(yè)務全供應鏈協(xié)同演進,,從傳統(tǒng)長期固定合作向不確定型的隨機合作演進,從而實現從產業(yè)鏈級協(xié)同向生態(tài)平臺演進,。

  總之從規(guī)?;a到定制化生產,打造柔性化制造生產范式,,以去中心化,,去固化、流程化的業(yè)務管理模式,,實現小規(guī)模,、多頻次、分布式,、智能化的分布式制造,,靠訂單拉動,社會化協(xié)作將會是未來制造業(yè)的發(fā)展方向,,而對應的制造業(yè)信息化,,也必將基于云計算、大數據,、物聯網和人工智能,,并且軟件趨向微服務化、靈活配置、按需組合,、互相聯結的模式,。


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