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「全自動(dòng)化」的智能工廠應(yīng)該什么樣?

「我要報(bào)告大家一個(gè)極為重要的信息,小米10至尊紀(jì)念版的透明版,需要在全無(wú)塵的車間里生產(chǎn),全部是由小米自己生產(chǎn)的」,雷軍表示:「小米的智能工廠已正式落成、投產(chǎn)……全自動(dòng)化產(chǎn)線,每年能生產(chǎn)100萬(wàn)臺(tái)超高旗艦手機(jī)。它是小米的實(shí)驗(yàn)室、小米用新材料、新工藝、新技術(shù)做突破性預(yù)研的地方。更重要的是,這是小米的制造研發(fā)基地,這個(gè)產(chǎn)線上絕大部分設(shè)備都是小米自研的,小米希望用技術(shù)來(lái)幫助中國(guó)制造業(yè)的進(jìn)步,幫助中國(guó)制造業(yè)進(jìn)一步提高效率、提高質(zhì)量」。

小米十周年發(fā)布會(huì)上,介紹完小米10至尊紀(jì)念版,雷軍公告了小米智能工廠的存在。

「全自動(dòng)化」的智能工廠什么樣?

截圖自小米十周年發(fā)布會(huì)視頻

雷軍表示,小米智能工廠第一期在(北京)亦莊,三年后第二期會(huì)在此基礎(chǔ)上繼續(xù)往前走一大步!肝磥(lái),品質(zhì)由自研的全智能機(jī)器把控,未來(lái),甚至每秒就能生產(chǎn)一臺(tái)手機(jī)」,發(fā)布會(huì)上,官方準(zhǔn)備的小米智能工廠宣傳片中宣稱。

雷軍的宣告,讓「智能工廠」的概念在業(yè)界乃至大眾視野中引起了新一波的關(guān)注。

「智能工廠」應(yīng)該什么樣?

「智能工廠」——這個(gè)概念,至少可以追溯到2014年漢諾威工業(yè)展,當(dāng)時(shí),德國(guó)總理默克爾親自解釋了「智能工廠」的意思:生產(chǎn)程序不需人工管理,零件和機(jī)器之間可以相互「交流」,這可大幅度提高生產(chǎn)效率,減少錯(cuò)誤率。零件會(huì)「告訴」設(shè)備以下信息:何時(shí)造出來(lái)的,被送到哪里去,哪種參數(shù)來(lái)處理。機(jī)器將按需自動(dòng)調(diào)整,加工零件。在以前,調(diào)整機(jī)器的工作是靠人工操作完成的。

另外,根據(jù)美國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)與技術(shù)研究所((National Institute of Standards and Technology,簡(jiǎn)寫為NIST))的說法,智能工廠是「一種完全集成和協(xié)作的制造系統(tǒng),能夠?qū)崟r(shí)響應(yīng)工廠、供應(yīng)鏈和客戶需求的不斷變化」,更多強(qiáng)調(diào)的是「工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)」的概念

理想狀態(tài)下,智能工廠應(yīng)該是高度數(shù)字化的生產(chǎn)制造設(shè)施,在這種設(shè)施中,系統(tǒng)相互連接并實(shí)時(shí)交換生產(chǎn)數(shù)據(jù)。生產(chǎn)中不同環(huán)節(jié)的通信在不同系統(tǒng)間無(wú)縫進(jìn)行,整個(gè)生產(chǎn)流程可以自動(dòng)進(jìn)行,無(wú)需任何人工干預(yù)。

當(dāng)然,這是理想狀態(tài)。目前市場(chǎng)上有一些頂著「智能工廠」或類似概念的生產(chǎn)制造設(shè)施,雖然能夠做到高度自動(dòng)化,但一般還做不到完全無(wú)人,只能做到極大程度地節(jié)省人力需求。

智能工廠的關(guān)鍵是數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)串起生產(chǎn)流程中的各個(gè)環(huán)節(jié),實(shí)現(xiàn)關(guān)聯(lián)操作,同時(shí),整體設(shè)施自動(dòng)「學(xué)習(xí)」并適應(yīng)不斷變化的生產(chǎn)需求。在這種意義上,智能工廠在生產(chǎn)過程中也要能夠隨時(shí)隨地「學(xué)習(xí)」并動(dòng)態(tài)地適應(yīng)變化。

在智能工廠的生產(chǎn)過程中,需要以人工智能(AI)、物聯(lián)網(wǎng)(IoT)、機(jī)器間通信(M2M)等多種技術(shù)為基礎(chǔ),從而達(dá)到高度自動(dòng)化。進(jìn)一步地,智能工廠還應(yīng)該能實(shí)現(xiàn)車間與整個(gè)供應(yīng)鏈之間的連接,從而使生產(chǎn)物料流入和流出工廠的過程得以順利進(jìn)行。

相比于傳統(tǒng)制造方式,智能工廠的運(yùn)行可以說是革命性的進(jìn)步。所以,這種生產(chǎn)方式也被德國(guó)人稱為「第四次工業(yè)革命(也就是我們俗稱的『工業(yè)4.0』)」。

《中國(guó)制造2025》是中國(guó)國(guó)家層面推進(jìn)智能制造的政策指導(dǎo)「計(jì)劃」。

《中國(guó)制造2025》計(jì)劃提及的重點(diǎn)發(fā)展領(lǐng)域包括新一代信息技術(shù)創(chuàng)新產(chǎn)業(yè)、高檔數(shù)控機(jī)床和機(jī)器人、航空航天裝備、海洋工程裝備及高技術(shù)船舶、軌道交通裝備、節(jié)能與新能源汽車、核能或可再生能源電力裝備、農(nóng)機(jī)信息整合系統(tǒng)、納米高新材料和模塊化建筑及生物化學(xué)醫(yī)藥及高性能醫(yī)療器械等。

也可以說,《中國(guó)制造2025》計(jì)劃是中國(guó)「智能工廠」領(lǐng)域發(fā)展的國(guó)家級(jí)推動(dòng)性政策。

「智能工廠」的基礎(chǔ)和現(xiàn)狀

「智能工廠」的最基礎(chǔ)組成部分之一是自動(dòng)化的工業(yè)機(jī)器人,它被譽(yù)為「制造業(yè)皇冠頂端的明珠」,被視為衡量一個(gè)國(guó)家創(chuàng)新能力和產(chǎn)業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力的重要標(biāo)志。

《中國(guó)制造2025》計(jì)劃中,智能制造是信息化與工業(yè)化深度融合的主攻方向,其中工業(yè)機(jī)器人被認(rèn)為是實(shí)現(xiàn)目標(biāo)的關(guān)鍵。

據(jù)國(guó)際機(jī)器人聯(lián)合會(huì)(International Federation of Robotics,簡(jiǎn)稱IFR)的數(shù)據(jù),全球工業(yè)機(jī)器人已點(diǎn)據(jù)占機(jī)器人市場(chǎng)總量的50%以上。據(jù)預(yù)測(cè),2020年全球工業(yè)機(jī)器人市場(chǎng)規(guī)模將達(dá)到231.8億美元。工業(yè)機(jī)器人目前應(yīng)用最廣泛的領(lǐng)域是汽車及汽車零部件制造業(yè),并正在不斷地向包括機(jī)械加工、電子電氣行業(yè)、橡膠及塑料行業(yè)、食品工業(yè)、木材與家具制造業(yè)等在內(nèi)的其他領(lǐng)域拓展。

小米十周年發(fā)布會(huì)上,雷軍宣稱:小米的工廠是「黑燈工廠」,全自動(dòng)化產(chǎn)線。同時(shí)也提及了「無(wú)人工廠」的概念。其實(shí),現(xiàn)有的「智能工廠」們鮮有能做到完全自動(dòng)化的,只能覆蓋一些技術(shù)發(fā)展較為成熟的環(huán)節(jié),實(shí)現(xiàn)整體高度的自動(dòng)化。另外,「黑燈工廠」的概念,其實(shí)產(chǎn)業(yè)界并不陌生。

據(jù)了解,過去10年,包括富士康、格力、美的、寶鋼股份等制造業(yè)大企業(yè)都在「黑燈工廠」領(lǐng)域大興報(bào)資,領(lǐng)先者已有十幾座「黑燈工廠」投入運(yùn)營(yíng)。

例如富士康2019年在深圳龍華建造的一家「黑燈工廠」,其所有生產(chǎn)均由電腦控制,覆蓋了表面貼裝、數(shù)控加工、機(jī)器人、組裝測(cè)試、環(huán)境數(shù)據(jù)采集等多個(gè)場(chǎng)景。據(jù)悉,通過高度的自動(dòng)化,該工廠讓生產(chǎn)效率提高了30%,庫(kù)存周期降低了15%,整體項(xiàng)目完成后,工廠人力將節(jié)省人力280人(88%)。

與此同時(shí),「黑燈工廠」實(shí)際上由于設(shè)備工作時(shí)的需求,生產(chǎn)過程中不一定就會(huì)關(guān)燈,甚至如SMT貼片和自走式車輛(AGV)等環(huán)節(jié)和設(shè)備的運(yùn)行還是需要明亮的光線支持,從而進(jìn)行圖像傳感器的智能識(shí)別。「黑燈工廠」也需要人工支持運(yùn)作,包括質(zhì)量管控和突發(fā)狀況應(yīng)對(duì)等環(huán)節(jié)。據(jù)國(guó)內(nèi)一些采用了「黑燈工廠」的企業(yè)報(bào)告,采用「黑燈工廠」后,企業(yè)的人力節(jié)省都達(dá)到了70%以上。

據(jù)了解,北京亦莊的小米智能工廠總建筑面積1.86萬(wàn)平方米,投資金額6億元,「已經(jīng)成為全行業(yè)領(lǐng)先的智能化『黑燈工廠』」。在「小米智能工廠」,小米深度參與了制造業(yè),工廠的生產(chǎn)設(shè)備全部來(lái)自小米,大量高端設(shè)備為小米自研,也有一些為小米投資的企業(yè)所研發(fā)制造。截止目前,小米旗下的產(chǎn)業(yè)基金已投資了超70家半導(dǎo)體和智能制造公司,希望在下一個(gè)十年,這些公司能為小米的智能化制造發(fā)揮重要作用。

智能工廠需要克服的障礙

目前,智能工廠若要得到大規(guī)模的普及,還有克服一些障礙,包括成本、效率、技術(shù)淘汰等。

目前,自動(dòng)化產(chǎn)線領(lǐng)域技術(shù)發(fā)展很快,如何保證重金購(gòu)置、生產(chǎn)的設(shè)備能在保證其技術(shù)不被淘汰的、較長(zhǎng)的時(shí)間周期內(nèi)發(fā)揮足夠的價(jià)值,是一個(gè)不得不考慮和解決的難題。

同時(shí),自動(dòng)化設(shè)備需要消耗大量的電力,甚至可以說,越是自動(dòng)化程度高,耗電越驚人。和這方面的電力成本消耗相比,「關(guān)燈」能省下來(lái)的照明費(fèi),可以說是完全不值一提。

另外,高度的自動(dòng)化固然可以大量節(jié)省人力,但至少在目前階段,它在效率方面卻并不一定能比人工生產(chǎn)方式有優(yōu)勢(shì),在多項(xiàng)工序間需要密切配合的環(huán)節(jié),很容易面對(duì)顯著的效率下降,整條生產(chǎn)線也會(huì)隨之受到影響。與此同時(shí),生產(chǎn)流程復(fù)雜的領(lǐng)域,還會(huì)有很多自動(dòng)化至少短時(shí)間內(nèi)難以覆蓋的領(lǐng)域環(huán)節(jié),依然得要人工操作去支援。

自動(dòng)化的推進(jìn)還需要大量性技術(shù)的人才提供支援,實(shí)現(xiàn)、維持,乃至后期維持這些機(jī)器設(shè)備的運(yùn)行所需要的人員知識(shí)和技能門檻必然不低。這方面額外提升的人力成本投入,如何降下來(lái),也將是「智能工廠」領(lǐng)域發(fā)展所不得不面對(duì)的課題。

當(dāng)然,雖然依然面對(duì)著大量需要克服的障礙,但通過引入自動(dòng)化決策、大數(shù)據(jù)、人工智能深度學(xué)習(xí)等技術(shù)支持,確!钢悄芄S」能達(dá)到的自動(dòng)化程度不斷提高,覆蓋環(huán)節(jié)越來(lái)越多,那么,不斷進(jìn)化的「智能工廠」必將成為文明之光!

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