Desenvolupament de fabricació d'automatització intel·ligent

| Flint Industry Brain, autor | Gui Jiaxi

El 14è Pla quinquennal de la Xina va començar a llançar-se completament el 2021, i els propers cinc anys seran una etapa important per construir nous avantatges en l'economia digital. Aprofitar la fabricació d'automatització intel·ligent com una oportunitat per promoure el desenvolupament d'alta qualitat de la indústria manufacturera no només és la direcció principal del desenvolupament integrat de l'economia digital i l'economia real de la Xina, sinó també un avenç clau per a la realització d'un nou desenvolupament dual. patró de desenvolupament de la circulació.

Des de l'esclat de l'epidèmia de COVID-19, la majoria de les empreses manufactureres han experimentat interrupcions de producció, interrupcions de la cadena de subministrament i represa de la producció. Els avantatges competitius acumulats per les empreses establertes al llarg dels anys es poden subvertir i les noves empreses també poden aprofitar oportunitats per créixer ràpidament. El patró de competència del sector S'espera que es remodeli.

No obstant això, moltes empreses de fabricació ara cauen en el malentès de centrar-se en l'optimització de la tecnologia d'un sol punt i subestimar la millora del valor global, donant lloc a illes de dades greus, equipaments deficients i connectivitat del sistema i altres problemes. I pel que fa a la transformació de la fabricació intel·ligent, la majoria de proveïdors del mercat no tenen la capacitat d'integrar solucions. Tot això ha donat lloc a grans inversions en empreses, però amb poc efecte.

Aquest article tractarà de manera exhaustiva el camí del desenvolupament d'alta qualitat de la indústria de fabricació d'automatització intel·ligent de la Xina des de les perspectives de la visió general del desenvolupament industrial, l'estat del desenvolupament empresarial i la transformació industrial.

01, Visió general del desenvolupament de la fabricació d'automatització intel·ligent de la Xina

Estratègies de fabricació intel·ligent dels principals països del món

A) Els Estats Units-"Pla Estratègic Nacional de Fabricació Avançada", l'estratègia planteja els objectius estratègics de la construcció del sistema educatiu d'inversió per a pimes, la cooperació multisectorial, la inversió federal, la inversió nacional en R+D, etc., centrant-se en la construcció de la indústria industrial. Internet. L'"American Advanced Manufacturing Leadership Strategy" emfatitza les tres direccions estratègiques principals per millorar la cadena de subministrament de fabricació nacional mitjançant el desenvolupament de noves tecnologies, el conreu de mà d'obra i l'expansió. Les tecnologies rellevants inclouen robots industrials, infraestructura d'intel·ligència artificial, seguretat ciberespacial, materials d'alt rendiment, fabricació additiva, fabricació contínua, fabricació biofarmacèutica, eines de disseny i fabricació de semiconductors, producció i cadena de subministrament de seguretat alimentària agrícola, etc.

B) Alemanya-”Recomanacions per a la Implementació de l'Estratègia Indústria 4.0”, que proposa i defineix la quarta revolució industrial, és a dir, la Indústria 4.0. Com a part del món intel·ligent i en xarxa, la indústria 4.0 se centra en la creació de productes, procediments i processos intel·ligents. Els temes clau són les fàbriques intel·ligents, la producció intel·ligent i la logística intel·ligent. La indústria alemanya 4.0 se centra en cinc àrees principals: integració horitzontal a la xarxa de valor, enginyeria d'extrem a extrem de tota la cadena de valor, integració vertical i sistemes de fabricació en xarxa, nova infraestructura social al lloc de treball, xarxa virtual i tecnologia del sistema físic.

C) França-"Nova França Industrial", l'estratègia proposa remodelar la força industrial mitjançant la innovació i situar França al primer esglaó de la competitivitat industrial mundial. L'estratègia té una durada de 10 anys i resol principalment 3 grans qüestions: l'energia, la revolució digital i la vida econòmica. Inclou 34 plans específics com les energies renovables, el cotxe elèctric amb bateria sense conductor, l'energia intel·ligent, etc., que mostren que França es troba en la tercera revolució industrial. La determinació i la força per aconseguir la transformació industrial a la Xina.

D) Japó: "Llibre blanc de fabricació del Japó" (d'ara endavant, "Llibre blanc"). El "Llibre blanc" analitza la situació actual i els problemes de la indústria manufacturera del Japó. A més d'introduir successivament polítiques per desenvolupar enèrgicament robots, vehicles de nova energia i impressió 3D, també posa èmfasi en Per tal de jugar el paper de les TI. El “Llibre blanc” també considera la formació professional empresarial, l'herència de competències per als joves i la formació de talents en ciència i enginyeria com a problemes que cal resoldre amb urgència. El "Llibre blanc" s'ha actualitzat a la versió de 2019 i l'ajust del concepte original ha començat a centrar-se en la "indústria interconnectada". Ha establert un posicionament diferent de l'Internet industrial nord-americà, amb l'esperança de destacar la posició central de la "indústria".

E) Xina: "Made in China 2025", el programa principal del document és:

"Un" objectiu: transformar-se d'un gran país manufacturer a ser un país manufacturer fort.

Integració “dues”: integració profunda de la informatització i la industrialització.

"Tres" objectius estratègics pas a pas: el primer pas és esforçar-se per convertir-se en un país manufacturer fort en deu anys; el segon pas, el 2035, la indústria manufacturera de la Xina en el seu conjunt arribarà al nivell mitjà del camp de potència manufacturera del món; el tercer pas és quan el 100è aniversari de la RPC es consolidi com a gran país manufacturer i la seva força global serà l'avantguarda de les potències manufactureres mundials.

Els "quatre" principis: dirigit pel mercat, guiat pel govern; basat en la perspectiva actual a llarg termini; avenç integral, avenços clau; desenvolupament independent i cooperació guanyadora.

La política dels "cinc": impulsada per la innovació, la qualitat primer, desenvolupament verd, optimització de l'estructura i orientada al talent.

"Cinc" grans projectes: projecte de construcció de centres d'innovació de fabricació, projecte de base industrial sòlida, projecte de fabricació d'automatització intel·ligent, projecte de fabricació verda, projecte d'innovació d'equips de gamma alta.

Avenços en "deu" àrees clau: tecnologia de la informació de nova generació, màquines-eina i robots CNC d'alta gamma, equipament aeroespacial, equips d'enginyeria marina i vaixells d'alta tecnologia, equips avançats de trànsit ferroviari, vehicles d'estalvi d'energia i noves energies, equips d'energia, nous materials, biomedicina i equips mèdics d'alt rendiment, maquinària i equips agrícoles.

Sobre la base de "Made in China 2025", l'estat ha introduït successivament polítiques sobre Internet industrial, robots industrials i integració de la industrialització i la industrialització. La fabricació d'automatització intel·ligent s'ha convertit en el focus del 14è Pla Quinquenal.

Taula 1: Resum de les polítiques relacionades amb la fabricació intel·ligent de la Xina Font: Firestone Creation a partir d'informació pública

Estructura tècnica clau del sistema estàndard de fabricació d'automatització intel·ligent

A nivell de desenvolupament de la tecnologia de fabricació d'automatització intel·ligent, segons les "Directrius per a la construcció del sistema estàndard nacional de fabricació d'automatització intel·ligent" emeses per l'estat, la tecnologia de fabricació d'automatització intel·ligent es pot dividir en tres parts principals, és a dir, serveis intel·ligents, fàbriques intel·ligents i equipament intel·ligent.

Figura 1: marc de fabricació d'automatització intel·ligent Font: Firestone Creation a partir d'informació pública

El nombre de patents nacionals pot reflectir de manera intuïtiva el desenvolupament de la tecnologia de fabricació d'automatització intel·ligent al país i a un bilió de ciutats club. Les escenes industrials i les mides de mostra prou grans de big data industrial, programari industrial, núvol industrial, robots industrials, Internet industrial i altres patents poden reflectir el desenvolupament de la tecnologia.

Distribució i finançament de les empreses de fabricació intel·ligent de la Xina
Des que l'any 2015 es va proposar l'estratègia "Made in China 2025", el mercat primari ha estat prestant atenció al sector de la fabricació intel·ligent durant molt de temps. Fins i tot durant la pandèmia de la COVID-19 del 2020, la inversió en fabricació intel·ligent ha continuat creixent.

Els esdeveniments d'inversió i finançament en la fabricació intel·ligent es concentren principalment a Pequín, la regió del delta del riu Yangtze i l'àrea de la badia de Guangdong-Hong Kong-Macao. Des de la perspectiva de l'import del finançament, la regió del delta del riu Yangtze té la quantitat total de finançament més alta. El finançament de la Gran Badia de Guangdong-Hong Kong-Macao es concentra principalment a Shenzhen.
Figura 2: La situació de finançament de la fabricació intel·ligent a bilions de ciutats (100 milions de iuans) Font: Firestone Creation es recopila segons dades públiques i el temps estadístic és fins al 2020

02. Desenvolupament de les empreses de fabricació d'automatització intel·ligent de la Xina

Actualment, s'han aconseguit alguns èxits en el desenvolupament d'empreses de fabricació d'automatització intel·ligent a la Xina:

Del 2016 al 2018, la Xina va implementar 249 projectes pilot de demostració de fabricació intel·ligent i el desplegament de la fabricació intel·ligent per a les empreses s'ha desenvolupat gradualment a partir de la prova de l'aigua; els departaments pertinents també han completat la formulació o la revisió de 4 estàndards nacionals per a la fabricació intel·ligent, fent que l'empresa sigui intel·ligent. L'estàndard està més estandarditzat.

L'"Informe anual de desenvolupament de la fabricació intel·ligent de la Xina 2017-2018" mostra que la Xina ha construït inicialment 208 tallers digitals i fàbriques intel·ligents, que cobreixen 10 camps principals i 80 indústries, i que inicialment va establir un sistema estàndard de fabricació intel·ligent sincronitzat amb l'internacional. De les 44 fàbriques de fars del món, 12 es troben a la Xina i 7 d'elles són fàbriques de fars d'extrem a extrem. El 2020, la taxa de control numèric dels processos clau de les empreses de fabricació en camps clau a la Xina superarà el 50% i la taxa de penetració de tallers digitals o fàbriques intel·ligents superarà el 20%.

En l'àmbit del programari, la indústria d'integració de sistemes de fabricació d'automatització intel·ligent de la Xina va continuar desenvolupant-se ràpidament el 2019, amb un augment interanual del 20,7%. L'escala del mercat nacional industrial d'Internet ha superat els 70.000 milions de iuans el 2019.

En el camp del maquinari, impulsat per molts anys d'enginyeria de fabricació d'automatització intel·ligent, les indústries emergents de la Xina, com ara els robots industrials, la fabricació additiva i els sensors industrials, s'han desenvolupat ràpidament. La popularització i l'aplicació d'una varietat de nous models típics de fabricació d'automatització intel·ligent ha accelerat significativament el ritme de l'actualització industrial.

Tanmateix, conviuen oportunitats i reptes. Actualment, el desenvolupament d'empreses de fabricació d'automatització intel·ligent a la Xina s'enfronta als següents colls d'ampolla:

1. Manca de disseny de primer nivell

Moltes empreses manufactureres encara no han dibuixat un pla per al desenvolupament de la fabricació intel·ligent des d'un nivell estratègic. Com a resultat, la transformació digital no té un lideratge pensat i una planificació estratègica, així com una planificació global dels objectius del valor empresarial i una anàlisi d'avaluació de l'estat actual. Per tant, és difícil integrar profundament les noves tecnologies amb escenaris d'aplicació de fabricació d'automatització intel·ligent. En canvi, el sistema només es pot construir o modificar parcialment segons les necessitats reals de producció. Com a resultat, les empreses han caigut en el malentès de centrar-se en el maquinari i el programari, i en les peces i en general, i la inversió no és petita però amb poc efecte.

2. Centrar-se en l'optimització de la tecnologia d'un sol punt i menysprear la millora global del valor

La majoria de les empreses equiparen la construcció de fabricació intel·ligent amb la inversió en tecnologia i maquinari. Per exemple, moltes empreses implementen línies de producció automatitzades per connectar processos independents o substituir la mà d'obra per equips automatitzats. A primera vista, el nivell d'automatització ha augmentat, però ha comportat més problemes. Per exemple, la línia de producció és menys flexible que abans i només es pot adaptar a la producció d'una única varietat; el sistema de gestió d'equips no ha seguit i ha provocat fallades freqüents en l'equip, però ha augmentat la càrrega de treball de manteniment de l'equip.

També hi ha empreses que persegueixen cegament funcions del sistema que són grans i completes, i els seus sistemes digitals no coincideixen amb els seus propis processos de gestió i negoci, la qual cosa, en última instància, comporta un malbaratament d'inversió i equips inactius.

3. Pocs proveïdors de solucions amb capacitats d'integració

La fabricació industrial cobreix molts camps i l'arquitectura del sistema és molt complexa. Les diferents empreses s'enfronten a diferents requisits d'R+D, fabricació i gestió de processos. Les solucions estandarditzades sovint són difícils d'utilitzar directament per les empreses de fabricació. Al mateix temps, hi ha moltes tecnologies implicades en la fabricació d'automatització intel·ligent, com ara la computació en núvol, els robots industrials, la visió artificial, els bessons digitals, etc., i aquestes tecnologies encara estan evolucionant ràpidament.

Per tant, les empreses tenen requisits molt elevats per als socis. No només ajuden les empreses a avaluar l'estat quo, establir un pla de primer nivell per a la fabricació d'automatització intel·ligent i dissenyar el marc general, sinó que també dissenyen l'aplicació de tecnologies digitals i intel·ligents per aconseguir l'automatització informàtica i industrial. Integració de sistemes tecnològics (OT). No obstant això, la majoria de proveïdors del mercat se centren en solucions en una àrea única o parcial i no tenen capacitats de solució integrada única. Per a les empreses de fabricació que no tenen les seves pròpies capacitats d'integració de sistemes, hi ha grans obstacles per a la promoció de la fabricació d'automatització intel·ligent.

03. Sis mesures per accelerar la transformació de la fabricació intel·ligent

Fins i tot si l'empresa reconeix els problemes anteriors, encara és incapaç de trencar i promoure la transformació ràpidament per aconseguir una millora global del valor. Flint combina els punts en comú de les empreses líders en la transformació de la fabricació d'automatització intel·ligent i fa referència a l'experiència real del projecte i ofereix els següents 6 suggeriments per tal de donar una mica de referència i inspiració a les empreses en diferents etapes de desenvolupament de diverses indústries.

Determina el valor de l'escena

La fabricació d'automatització intel·ligent està canviant de tecnologia i solucions a valor comercial. Les empreses haurien de considerar primer quins objectius han d'aconseguir mitjançant la fabricació intel·ligent, si s'han d'innovar els models de negoci i els productes actuals, després reinventar els processos de negoci bàsics en funció d'això i, finalment, avaluar el valor dels nous models de negoci i els nous processos de negoci generats per la fabricació intel·ligent. .

Les empreses líders identificaran les àrees de valor que s'han de realitzar més segons les seves pròpies característiques, i després integraran estretament la tecnologia i els escenaris d'aplicació per aconseguir la mineria de valor mitjançant el desplegament dels sistemes intel·ligents corresponents.

Disseny d'arquitectura de primer nivell d'integració TI i OT

Amb el desenvolupament de la fabricació d'automatització intel·ligent, les aplicacions empresarials, l'arquitectura de dades i l'arquitectura d'operacions s'enfronten a nous reptes. La tecnologia informàtica tradicional de les empreses no ha pogut satisfer les necessitats de gestió del procés de producció. La integració d'OT i TI és la base per a la realització amb èxit de la fabricació d'automatització intel·ligent en el futur. A més, l'èxit de la transformació de la fabricació d'automatització intel·ligent de l'empresa depèn en primer lloc del disseny de primer nivell amb visió de futur. A partir d'aquesta etapa, es comença a parar atenció a l'impacte del canvi i a les contramesures.

Els fonaments de la digitalització pragmàtica

La fabricació d'automatització intel·ligent requereix que les empreses tinguin intel·ligència basada en la digitalització de tot el procés de producció. Per tant, les empreses han de tenir una base sòlida en equips d'automatització i línies de producció, arquitectura de sistemes d'informació, infraestructura de comunicacions i garantia de seguretat. Per exemple, hi ha IOT i altres xarxes bàsiques, l'equip està altament automatitzat i obert, admet múltiples mètodes de recollida de dades i una infraestructura informàtica escalable, segura i estable, que inclou sistemes de seguretat per a la seguretat del sistema d'informació i la seguretat de la xarxa del sistema de control industrial.

Les empreses líders realitzen tallers no tripulats mitjançant el desplegament d'equips intel·ligents com ara màquines-eina CNC, robots industrials col·laboratius, equips de fabricació additiva i línies de producció intel·ligents, i després estableixen la base digital dels sistemes de producció bàsics mitjançant l'Internet de les coses o l'arquitectura d'Internet industrial, cartelleres electròniques. , etc.

Per a altres empreses, començar per l'automatització de la producció serà un avenç per consolidar les bases de la digitalització. Per exemple, les empreses discretes poden començar construint unitats de fabricació d'automatització intel·ligent. La unitat de fabricació d'automatització intel·ligent és una agregació modular, integrada i integrada d'un grup d'equips de processament i equips auxiliars amb capacitats similars, de manera que té la capacitat de producció de múltiples varietats i lots petits, i ajuda les empreses a millorar la utilització dels equips i optimitzar la producció. . Sobre la base de l'automatització de la producció, les empreses poden començar a implementar la interconnexió i la intercomunicació de línies de producció intel·ligents, tallers i sistemes d'informació mitjançant el desplegament d'infraestructures com ara xarxes de comunicació IOT i 5G.

Introduir aplicacions bàsiques

Actualment, els sistemes d'aplicació bàsics necessaris per a la fabricació d'automatització intel·ligent, com ara la gestió del cicle de vida del producte (PLM), la planificació de recursos empresarials (ERP), la planificació i programació avançada (APS) i el sistema d'execució de la fabricació (MES) no s'han popularitzat. Per exemple, a la indústria farmacèutica, el "sistema avançat universal de control de processos i execució de la fabricació" requerit per la integració de la industrialització i la industrialització no s'ha implementat i desplegat àmpliament.

Per accelerar el procés de fabricació d'automatització intel·ligent, després de formular un pla de desenvolupament i una base digital pragmàtica, les empreses de fabricació haurien d'invertir activament en sistemes d'aplicació bàsics. Sobretot després de la nova epidèmia de la corona, les empreses manufactureres haurien de prestar més atenció a la millora de les capacitats d'innovació de gestió i al desplegament flexible de les cadenes de subministrament. Per tant, el desplegament d'aplicacions bàsiques de fabricació d'automatització intel·ligent com ERP, PLM, MES i sistemes de gestió de la cadena de subministrament (SCM) hauria de convertir-se en les tasques més importants per a la construcció de la fabricació d'automatització intel·ligent empresarial. IDC preveu que l'any 2023, ERP, PLM i gestió de relacions amb els clients (CRM) es convertiran en les tres principals àrees d'inversió en el mercat d'aplicacions de TI de la indústria manufacturera de la Xina, amb un 33,9%, 13,8% i 12,8% respectivament.

Realitzar la interconnexió del sistema i la integració de dades

En l'actualitat, les illes de dades i la fragmentació del sistema de les empreses de fabricació han provocat una seriosa confrontació digital entre diferents departaments, donant lloc a inversions repetides per part de les empreses, i el retorn dels ingressos empresarials de la fabricació d'automatització intel·ligent és molt inferior al previst. Per tant, la realització de la interconnexió del sistema i la integració de dades promourà la col·laboració entre les unitats de negoci i els departaments funcionals de l'empresa, i aconseguirà la maximització del valor i la intel·ligència integral.

La clau per al desenvolupament de la fabricació d'automatització intel·ligent empresarial en aquesta etapa és realitzar la integració vertical de les dades des del nivell d'equip fins al nivell de fàbrica i fins i tot a les empreses externes, així com la integració horitzontal de dades entre els departaments i organitzacions empresarials, i entre els elements de recursos i, finalment, es fusionen en un sistema de dades de bucle tancat, formant l'anomenada cadena de subministrament de dades.

Establir una organització digital i capacitat per a la innovació contínua

La innovació contínua de l'arquitectura del sistema i l'organització digital tenen un paper important per assolir l'objectiu de valor de la fabricació d'automatització intel·ligent. L'evolució contínua de la fabricació d'automatització intel·ligent requereix que les empreses millorin la flexibilitat i la capacitat de resposta de l'estructura organitzativa tant com sigui possible, i que donin el màxim partit al potencial dels empleats, és a dir, establir una organització flexible. En una organització flexible, l'organització serà més plana perquè pugui coincidir de manera dinàmica amb l'ecosistema de talent a mesura que canvien les necessitats empresarials. Les organitzacions flexibles han de ser dirigides pel "líder màxim" per estimular l'entusiasme de tots els empleats per participar i mobilitzar-se de manera flexible en funció de les necessitats empresarials i les capacitats dels empleats per satisfer les necessitats de desenvolupament sostenible de la fabricació d'automatització intel·ligent.

Pel que fa al sistema d'innovació i la creació de capacitats, el govern i les empreses haurien d'unir-se horitzontalment i verticalment per construir un sistema d'innovació des de dins cap a fora. D'una banda, les empreses haurien d'enfortir la cooperació en innovació i el cultiu amb empleats, clients, consumidors, proveïdors, socis i start-ups; d'altra banda, el govern hauria d'establir un equip de capital risc dedicat per gestionar la innovació, com vivers, centres creatius, fàbriques d'inici, etc., i donar a aquestes institucions més llibertat de mecanisme, assignació dinàmica i flexible de recursos interns i externs, i formar una cultura i un sistema d'innovació contínua.