当前,智能制造热潮正席卷全球,一系列新兴技术取得了蓬勃发展与广泛应用,为制造业迎来了历史性的技术大变革,也为中国制造企业实现产品创新提供了重大机遇。2016年12月1-2日,由e-works数字化企业网主办的,主题为“智能制造时代的产品创新变革”的第十二届产品创新数字化国际峰会在长沙盛大举行。重点就如何通过产品创新数字化与智能技术帮助企业全面提升创新能力展开了深入交流,通过业内专家产品创新与智能技术发展的分析、行业领先提供商相关解决方案的分享,典型应用企业案例的剖析,为企业未来信息化技术的应用与发展规划提供了丰富的实践经验和启发。
本届峰会吸引了来自全国20多个省市800余名制造企业和科研院所主管研发和信息化的专家领导以及25家国内外顶尖信息化厂商热情参与。笔者也有幸参加了这次盛会,现对会议内容进行梳理。
产品创新面临的挑战
e-works黄培博士在发表开幕致辞时指出,当前的制造业正面临着诸多的创新挑战,特别是物联网的应用,工业大数据、增材制造和新材料等的兴起,整个社交网络在各个领域的深度影响……催使制造企业必须重新思考如何进行产品创新?如何适应产品生命周期越来越短,客户需求越来越个性化的碎片化时代?如何通过物联网、大数据、增材制造等技术,提高提企业的核心竞争力?
黄博士还通过麦肯锡关于中美创新能力对比分析图,让大家看到了中美创新的差距及中国在创新方面的优劣势:在科研和工程创新上中国是相对薄弱的,但是在用户聚焦型创新、效率驱动型创新和满足客户个性化需求方面的创新,中国已经具备了一定的基础。
产品创新对于制造业而言历来重要,特别是国际金融危机后,各国都将制造业创新作为驱动经济转型发展的核心力量,并竞相布局制造业创新战略。黄博士分别列举了美国于2012年提出的“十年内创建15个制造业创新研究所的规划”,目前已完成了9家研究所的建立;以及《中国制造2025》发布的建设40家制造业创新中心的规划,黄博士强调中国的这些制造业创新中心将不再仅仅是高校、政府或者是企业一方来推进,而是由三方共同协作。
中国制造2025:制造业创新中心的建设
诚然,在产品创新方面制造企业还有许多方面需要改进和加强,但新技术的发展以及国家对于制造业创新的重视对于提高制造企业的产品创新能力具有重要作用。
产品创新技术的发展与趋势
中国工程院院士李培根结合他去美国考察和制造业当前的技术应用现状,从五个方面宏观的阐述了产品创新数字化与智能技术的最新发展与应用趋势。
1、建模与仿真。多学科融合的性能优化、集成计算材料工程ICME,高性能计算HPC是实现建模与仿真的重要技术。多学科融合的性能优化是面向复杂机电系统产品的多领域建模与仿真软件和工具,ICME将计算材料科学引入到模拟仿真,使得模拟仿真技术做得更精辟,HPC针对的是重要的、复杂的仿真。
多学科融合的性能优化
2、智能设计。智能设计的出现,将使得我们越来越多的设计理念从“实现性优先”向“功能性优先”转变,特别是3D打印技术的出现,帮助企业实现了按照最理想的结构形式来设计零件结构。拓扑优化、个性化设计、开放创新是智能设计的重要技术趋势。
汽车底盘拓扑优化设计
3、3D打印。目前3D打印技术应用比较广泛,让制造企业不再受传统工艺和制造资源约束,在“设计即生产”、“设计即产品”理念下,为企业追求“创造无极限”拓展了产品创意与创新空间。但由于其打印成型零件的精度、物理性能及化学性能等不能满足某些实际使用要求,因此有其局限性,也是3D打印未来的重点研究方向。
4、物联网。物联网的兴起告诫企业在产品开发的过程中,不仅仅是将产品研制出来,而应考虑产品的全生命周期。今年10月份美国的考察,让我深刻感受到美国对于物联网的重视,美国街头就能看到物联网的应用,当垃圾箱BigBelly装满时会自动打包、压实,自动通知人员来把垃圾运走。
5、数字与智能化产品。无论是智能设计还是智能制造,归根点还是如何将这些创新技术应用到产品中。目前国内外已有不少数字与智能产品的实例,如华中数控将心电图的概念应用到数控机床监测机床的健康状况,以色列医疗机器人ReWalk通过传感器来传送重心位置细微变化等。
技术的变革是制造业发展的重要出路,但是这些技术并不是独立存在,而是通过相互之间的协同应用,形成优势互补,以更好的服务于制造企业,创造更大的价值。浙江大学教授、博士生导师顾新建和华中科技大学特聘教授、博导张海鸥从不同的角度展示了技术之间融合的应用趋势。
顾新建教授指出物联网、大数据、云计算等新一代信息技术与PLM等企业信息系统、信息物理系统(CPS)等的结合,会产生大数据,这些数据的特点是信息集成、资源共享、 大众评价、信息透明、全员参与、数据挖掘……,最重要的是其于这些大数据可以帮助企业建立透明的创新环境,实现转型升级。
顾教授还详细介绍了大数据是如何来帮助制造企业在从产品设计、制造、生产管理、营销、使用、维护等全生命周期,以及企业内部的知识管理、企业协同等方面提高创新的。通过大数据+产品创新可以帮助企业实现产品使用和维护过程透明、用户需求透明、产品制造过程透明、企业员工表现透明、企业间协同制造过程透明、销售透明、市场透明、用户协同设计过程透明、产品设计历史信息透明、企业员工知识共享和创新过程透明、企业间协同创新透明。
大数据+产品创新
顾教授最后总结说面对新一轮科技革命,创新是关键,但创新很难。大数据的应用帮助企业建立了透明的创新环境,但是最终需要的是基于大数据的公平的激励机制,提高员工对企业的忠诚度,提高企业、员工协同的诚信度,提高创新的积极性和能力,这才是大数据+产品创新的意义所在。
张海鸥教授则主要介绍由他主导研发的“铸锻铣一体化”金属3D打印技术,该项技术融合了3D打印、半固态快锻、柔性机器人3项重大技术,是高端金属零件3D打印技术的发展趋势。张教授指出,目前的3D打印技术虽实现了绿色铸造,但有铸无锻,性能及可靠性难及锻件、抑制变形和破裂难度大。而运用该技术突破了3D打印不能打印锻件的瓶颈,实现了铸锻合一,边铸边锻,获得等轴细晶锻造组织。
另外,相比传统制造仅用1台设备,输入金属丝,得到锻件,变革了铸锻分离、依赖巨型锻机、长流程周期、耗能耗材重污染的非绿色传统制造模式。第三,实现了铸锻铣全过程数字化,开辟了绿色短流程智能制造新时代。
飞机承力件铸锻铣合一整体制造
产品创新与智能技术的应用与实践
前文e-works黄博士分析了当前制造业所面临的诸多创新挑战,那么制造企业究竟应当如何应用层出不穷的数字化技术、智能技术来应对这些挑战呢? 在本届PLM峰会上,来自不同行业的实战专家分享了他们企业的实战经验。
三一重工的智能化探索与实践
三一重工集团流程与信息化总部CIO潘睿刚分享了三一重工信息化与智能化的应用情况及在新能源、众创平台、住宅工业化等新领域的拓展。三一正在实施通过“打通端到端的信息化流程,完成企业内和企业间的纵向集成和横向打通”,并已取得了较好的成效,如产品交付周期缩短30%、生产能耗降低25%、生产效率提高20%、成品及原材料库存降低30%等。
三一端到端的信息化流程
据潘总介绍,目前三一重工通过横向打通实现了从发现商机到形成订单,到计划与制造,到供应商协同,一直到最后制造交付服务、智慧服务,以及财务信息全产业链的一体化管理。不仅建立了“以客户为中心”的营销服务体系,打造了敏捷供应链,打通了订单流、计划流与供应链,实现了产销平衡与财务供应一体化,而且构建了统一的采购管理监控、分析平台,标准的服务配套体系,智能服务管理体系等。
而在智能化的应用方面,三一也走在了行业的前列。潘总重点介绍了他们的智慧服务,三一重工专为工程机械、特种车辆等自主研发了高性能的底层控制产品(包括控制器、人机界面、无源GPS等);通过基于物联网构建智能服务平台收集工况信息,对客户的远程资产运营、监控、预防性维护、大数据分析,给客户提供增值服务。除此之外,还包括利用大数据和互联网思维挖掘线索与商机, 变被动营销为主动营销;打造智能生产线,18号厂房就是一个很好的实例;等。
长安汽车的个性化定制
近年来个性化定制在服装、家具等行业可谓是风起云涌,而在汽车行业未来也是大势所趋。为了应对消费者日益增长的个性化需求,重庆长安汽车于14年开启了个性化定制生产模式的变革。长安汽车首席专家(原副总裁)马军先生从五个方面详细介绍了长安汽车是如何来实现个性化定制。包括自建电商平台、搭建超级BOM平台、搭建以客户为中心的端到端流程架构、建立基于PDM的在线协同研发平台、智能化生产。
马总指出电商平台是实现个性化定制的入口,自建商城可灵活的开展优惠活动,并实现线上线下统一的商务政策;超级BOM是个性化定制的基础,长安汽车的超级BOM平台支撑同种车型上万甚至几十万种多样化配置组合的研发到制造全过程的基础数据管理;基于PDM的在线协同研发平台实现了基于唯一数据源全球多地的企业内部协同及与供应商的外部协同;而智能化的生产方式保证了个性化订单的准时交付,主要包括柔性生产和OTD(从订单到交付)端到端集成的实现。
搭建以客户为中心的端到端流程架构
在柔性生产方面,为了适应定制化,长安汽车将冲压线采用自动化模机,大大降低了冲压换模时间和间接库存。并采用了柔性焊接生产线,包括有330多台机器人、传输及工装设备系统、质量检测装备,涉及有NC-LOCATOR柔性伺服定位系统、Open Gate柔性主拼夹具切换系统、在线检测系统和视觉跟踪系统。
OTD通过打通商城订单的搜集、DMS、ERP、MES、TMS等所有的系统,实现从订单下单,直到货物完全交付到客户手中整个过程的管理,涉及信息系统、作业、管理、跟踪、评估、成本控制、绩效考核、售后服务全流程。并且,长安汽车从订单到交付实行了一车一单的跟踪与分析,将过去的推式管理变成了拉式管理,并通过手机移动端的APP,让消费者,经销商,销售公司的管理人员实时的查看到订单的状态、订单的分析、车辆的状态、生产的状态等。
OTD 端到端集成
当前,长安汽车的CS15车型个性化定制已在长安商城开单运营,首期推出6个定制服务包,组合方式多达1万多种,并且从下单到提车只需要20天左右(区别于传统改装,长安的定制是从设计生产的源头开始)。
中航工业:构建产品全数字化研发体系
中航工业洪都副总设计师李利主要介绍了他们在推进数字化设计制造一体化方面的经验,包括建立并行工程流程体系、打造企业级协同研发平台、数字化仿真与工程验证、数字化制造推动生产制造无纸化。
李总的分享让我们看到了航空行业信息化应用的领先性和创新性,特别是基于MBD的全三维数字化定义,基于系统工程的研发流程体系推进模式、生产制造的无纸化等。
基于系统工程流程的开发协同与创新
李总指出与大部分制造企业一样,中航工业的的产品定义也经历了从传统的AUTOCAD二维设计产品定义发展到基于二维加三维的数字化产品定义,到现在的基于MBD的“全三维”转变过程。其基于MBD的产品数字化定义不仅表达设计信息,同时还表达了制造特征在内的整个工程信息,是一个相对来说比较完整的MBD定义。在研发设计方面,中航工业建立了以EPDM系统为核心的研发管理平台、综合设计平台、VPM协同设计平台、自主开发的工艺管理CAPP、检验设计平台CAIP构成了中航工业企业级的协同研发平台,实现了设计协同和工艺协同。在数字化仿真与工程验证方面,不仅与集团信息技术中心、法国ESI合作成立了工程仿真中心,而且还实现了包括设计仿真,工艺仿真、数字化生产线布局、三维样机的仿真等,开展了基于系统工程前端综合仿真及基于一维/三维的联合传真。在生产制造方面,通过项目管理系统、产品生产管控平台、车间制造执行系统、集成质量管理和9条数字化生产线,共同构成了洪都的精益生产管理平台,实现了计划编制的自动化、生产管控的智能化、作业管理的精细化、资源配置的及时化、问题处理的敏捷化、系统应用的全员化。
此外,在本届峰会上,来自软件厂商的演讲嘉宾也分享了各自致力于产品创新与智能制造的最新技术和解决方案。PTC重点展示了物联网技术平台+数字化应用平台;开目软件详细介绍了KMDFM、机加工三维CAPP系统和三维装配CAPP系统等工艺软件;达索全面展示了智能创新研发平台和3DExperience平台;同时,还包括惠普、湃睿科技、Altair、Autodesk、Siemens、NVIDIA、ANSYS、泛云科技、华宏信达、安怀信、易士、斯欧、思普、新迪、三维直点、CD-adapco等厂商也作了相关分享。
后记
本届峰会的成功举办为企业代表与信息化厂商提供了一个交流的平台,为制造企业带来了产品创新数字化领域前沿技术及应用,并在当前智能制造的大背景下,与企业一线的实战专家共同研讨如何实现产品创新变革之道,对于推动制造企业的转型升级具有重要意义。
自2005年以来,e-works 已连续十二年举办了中国制造业产品创新数字化国际峰会,峰会聚焦的主题从“PLM领域相关技术的发展与应用”到“产品创新技术体系的构建”到“产品创新变革之道的探讨”,PLM技术有了很多新的发展,峰会的规模也在不断扩大。作为国内外产品创新数字化技术发展的独一无二的展示舞台,中国制造业产品创新数字化国际峰会是信息化技术的传播者,更是数字化技术发展变革的见证者和推动者。
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本文标题:智能制造时代的产品创新变革