以小米智能工厂为例分析未来的自动化智能工厂

原创 2020-09-13 11:38  阅读

  「我要报告大家一个极为重要的信息,小米10至尊纪念版的透明版,需要在全无尘的车间里生产,全部是由小米自己生产的」,雷军表示:「小米的智能工厂已正式落成、投产全自动化产线万台超高旗舰手机。它是小米的实验室、小米用新材料、新工艺、新技术做突破性预研的地方。更重要的是,这是小米的制造研发基地,这个产线上绝大部分设备都是小米自研的,小米希望用技术来帮助中国制造业的进步,帮助中国制造业进一步提高效率、提高质量」。

  小米十周年发布会上,介绍完小米10至尊纪念版,雷军公告了小米智能工厂的存在。

  雷军表示,小米智能工厂第一期在(北京)亦庄,三年后第二期会在此基础上继续往前走一大步。「未来,品质由自研的全智能机器把控,未来,甚至每秒就能生产一台手机」,发布会上,官方准备的小米智能工厂宣传片中宣称。

  雷军的宣告,让「智能工厂」的概念在业界乃至大众视野中引起了新一波的关注。

  「智能工厂」这个概念,至少可以追溯到2014年汉诺威工业展,当时,德国总理默克尔亲自解释了「智能工厂」的意思:生产程序不需人工管理,零件和机器之间可以相互「交流」,这可大幅度提高生产效率,减少错误率。零件会「告诉」设备以下信息:何时造出来的,被送到哪里去,哪种参数来处理。机器将按需自动调整,加工零件。在以前,调整机器的工作是靠人工操作完成的。

  另外,根据美国国家标准与技术研究所((National Institute of Standards and Technology,简写为NIST))的说法,智能工厂是「一种完全集成和协作的制造系统,能够实时响应工厂、供应链和客户需求的不断变化」,更多强调的是「工业互联网」的概念。

  理想状态下,智能工厂应该是高度数字化的生产制造设施,在这种设施中,系统相互连接并实时交换生产数据。生产中不同环节的通信在不同系统间无缝进行,整个生产流程可以自动进行,无需任何人工干预。

  当然,这是理想状态。目前市场上有一些顶着「智能工厂」或类似概念的生产制造设施,虽然能够做到高度自动化,但一般还做不到完全无人,只能做到极大程度地节省人力需求。

  智能工厂的关键是数据。数据串起生产流程中的各个环节,实现关联操作,同时,整体设施自动「学习」并适应不断变化的生产需求。在这种意义上,智能工厂在生产过程中也要能够随时随地「学习」并动态地适应变化。

  在智能工厂的生产过程中,需要以人工智能(AI)、物联网(IoT)、机器间通信(M2M)等多种技术为基础,从而达到高度自动化。进一步地,智能工厂还应该能实现车间与整个供应链之间的连接,从而使生产物料流入和流出工厂的过程得以顺利进行。

  相比于传统制造方式,智能工厂的运行可以说是革命性的进步。所以,这种生产方式也被德国人称为「第四次工业革命(也就是我们俗称的『工业4.0』)」。

  《中国制造2025》计划提及的重点发展领域包括新一代信息技术创新产业、高档数控机床和机器人、航空航天装备、海洋工程装备及高技术船舶、轨道交通装备、节能与新能源汽车、核能或可再生能源电力装备、农机信息整合系统、纳米高新材料和模块化建筑及生物化学医药及高性能医疗器械等。

  也可以说,《中国制造2025》计划是中国「智能工厂」领域发展的国家级推动性政策。

  「智能工厂」的最基础组成部分之一是自动化的工业机器人,它被誉为「制造业皇冠顶端的明珠」,被视为衡量一个国家创新能力和产业竞争力的重要标志。

  《中国制造2025》计划中,智能制造是信息化与工业化深度融合的主攻方向,其中工业机器人被认为是实现目标的关键。

  据国际机器人联合会(International Federation of Robotics,简称IFR)的数据,全球工业机器人已点据占机器人市场总量的50%以上。据预测,2020年全球工业机器人市场规模将达到231.8亿美元。工业机器人目前应用最广泛的领域是汽车及汽车零部件制造业,并正在不断地向包括机械加工、电子电气行业、橡胶及塑料行业、食品工业、木材与家具制造业等在内的其他领域拓展。

  小米十周年发布会上,雷军宣称:小米的工厂是「黑灯工厂」,全自动化产线。同时也提及了「无人工厂」的概念。其实,现有的「智能工厂」们鲜有能做到完全自动化的,只能覆盖一些技术发展较为成熟的环节,实现整体高度的自动化。另外,「黑灯工厂」的概念,其实产业界并不陌生。

  据了解,过去10年,包括富士康、格力、美的、宝钢股份等制造业大企业都在「黑灯工厂」领域大兴报资,领先者已有十几座「黑灯工厂」投入运营。

  例如富士康2019年在深圳龙华建造的一家「黑灯工厂」,其所有生产均由电脑控制,覆盖了表面贴装、数控加工、机器人、组装测试、环境数据采集等多个场景。据悉,通过高度的自动化,该工厂让生产效率提高了30%,库存周期降低了15%,整体项目完成后,工厂人力将节省人力280人(88%)。

  与此同时,「黑灯工厂」实际上由于设备工作时的需求,生产过程中不一定就会关灯,甚至如SMT贴片和自走式车辆(AGV)等环节和设备的运行还是需要明亮的光线支持,从而进行图像传感器的智能识别。「黑灯工厂」也需要人工支持运作,包括质量管控和突发状况应对等环节。据国内一些采用了「黑灯工厂」的企业报告,采用「黑灯工厂」后,凯发体育官网下载,企业的人力节省都达到了70%以上。

  据了解,北京亦庄的小米智能工厂总建筑面积1.86万平方米,投资金额6亿元,「已经成为全行业领先的智能化『黑灯工厂』」。在「小米智能工厂」,小米深度参与了制造业,工厂的生产设备全部来自小米,大量高端设备为小米自研,也有一些为小米投资的企业所研发制造。截止目前,小米旗下的产业基金已投资了超70家半导体和智能制造公司,希望在下一个十年,这些公司能为小米的智能化制造发挥重要作用。

  目前,智能工厂若要得到大规模的普及,还有克服一些障碍,包括成本、效率、技术淘汰等。

  目前,自动化产线领域技术发展很快,如何保证重金购置、生产的设备能在保证其技术不被淘汰的、较长的时间周期内发挥足够的价值,是一个不得不考虑和解决的难题。

  同时,自动化设备需要消耗大量的电力,甚至可以说,越是自动化程度高,耗电越惊人。和这方面的电力成本消耗相比,「关灯」能省下来的照明费,可以说是完全不值一提。

  另外,高度的自动化固然可以大量节省人力,但至少在目前阶段,它在效率方面却并不一定能比人工生产方式有优势,在多项工序间需要密切配合的环节,很容易面对显著的效率下降,整条生产线也会随之受到影响。与此同时,生产流程复杂的领域,还会有很多自动化至少短时间内难以覆盖的领域环节,依然得要人工操作去支援。

  自动化的推进还需要大量性技术的人才提供支援,实现、维持,乃至后期维持这些机器设备的运行所需要的人员知识和技能门槛必然不低。这方面额外提升的人力成本投入,如何降下来,也将是「智能工厂」领域发展所不得不面对的课题。

  当然,虽然依然面对着大量需要克服的障碍,但通过引入自动化决策、大数据、人工智能深度学习等技术支持,确保「智能工厂」能达到的自动化程度不断提高,覆盖环节越来越多,那么,不断进化的「智能工厂」必将成为文明之光!

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