智能制造的形態(tài)之一是柔性制造。所謂柔性制造,是指企業(yè)以最少的資源和資產投入,實現(xiàn)多樣化的產品或服務,以滿足多樣化的客戶需求。在發(fā)達的市場環(huán)境中,市場和客戶需求的碎片化和不確定性已是趨勢;在適應這種趨勢的前提下,還要實現(xiàn)持續(xù)、更大的盈利,企業(yè)唯有進行柔性化改造。
柔性制造的實施愿景
不同行業(yè),市場特點和產品形態(tài)不同,柔性制造的內涵和表現(xiàn)形式也不相同?;旧?,柔性制造有兩大類,柔性化產品或服務(flexible products and services)和柔性化過程(flexiblemanufacturingprocesses),前者指產品或服務結構的柔性化,后者指生產過程的柔性化。
如果把行業(yè)做如下三大類的劃分:快速消費品、耐用消費品和工業(yè)消費品,以汽車為代表的耐用消費品和以工程設備為代表的工業(yè)消費品,其柔性制造主要以產品的柔性化為主,以及支持其生產制造的過程柔性化;以日用品為代表的快速消費品行業(yè),其柔性制造主要以生產制造過程的柔性化為主,可能有少量的產品柔性化。在耐用消費品和工業(yè)消費品等行業(yè),客戶看重的是產品的效用(功能和外觀),以及包括購買、維護、回收等在內的總擁有成本最低;在快速消費品行業(yè),客戶除了看重產品的效用,還看重產品是否時髦,購買價格是否合理。
耐用消費品和工業(yè)消費品等行業(yè)數(shù)字化轉型的主要方向是服務型制造。在服務型制造中,如何延長產品的使用壽命,如何將服務內容多樣化,是企業(yè)考慮的重點。往往,服務型制造中產品和服務的升級需要遠程操作,這主要通過產品中的軟件系統(tǒng)來完成的。
快速消費品行業(yè)數(shù)字化轉型的主要方向是個體化制造。在個體化制造中,如果通過產品要素的有機組合,交付給客戶以個體化產品,并盡可能占領各種利基(細分)市場,是企業(yè)考慮的重點。
柔性化產品的技術支撐是智能互聯(lián)產品(SmartConnected Products,SCP),柔性化過程的技術支撐是智能互聯(lián)運營(SmartConnected Operation,SCO),上述兩種技術支撐都是建立在以物聯(lián)網、大數(shù)據(jù)、云計算和人工智能為組成的工業(yè)互聯(lián)網的基礎上,差別就在于其側重點不同。
柔性制造的實施邏輯
從不變的資源和資產,到萬變的客戶和需求,中間的承接和轉化就是柔性制造,柔性制造的邏輯就是如何以不變應萬變。借用《周易》的“三易”之法,易有三種:“變易”,“簡易”和“不易”,“變易”和“不易”之間的橋梁是“簡易”,柔性制造就是“簡易”,“簡易”的具體內容是可配置。
市場環(huán)境和客戶需求是變化的(Change),企業(yè)運營和管理則需要有序(Conduct),要想在變化和有序之間進行有機過渡和轉換,則要求企業(yè)的產品和產品的制造過程是可配置的(Configurable)。從變化(Change:需求)à可配置(Configurable:結構和關系)à有序(Conduct:運營管理),這就是柔性制造的實施邏輯。
由上可知,柔性制造的實施焦點就在于如何實現(xiàn)產品結構和制造過程的可配置。在以汽車為代表耐用消費品行業(yè)和以工程設備為代表的工業(yè)消費品行業(yè),產品的可配置可通過產品的模塊化架構,和產品的軟件化、系統(tǒng)化來實現(xiàn)的;制造過程的柔性化則主要通過通用作業(yè)單元、AGV傳送帶、智物(Intelligent Objects)、服務化架構等的組合應用來實現(xiàn)。
柔性制造的實施策略
以系統(tǒng)學角度看,制造企業(yè)的核心對象主要有三類:資源、過程和產品,資源是輸入,產品是輸出,過程是轉化。柔性化制造過程要求資源或設備等應是可移動或可識別,而過程則應是可配置,其中的支撐技術是智物、服務化IT架構、動態(tài)適配式流水線和決策算法,等等。
1、智物(Intelligent Objects)
云行雨施,品物流形,隨圓就圓,隨方就方。制造過程可配置的前提是其作用對象——資源、工具和設備等的可感知、可連接、可溝通、可分類、可運算,這就要求將它們“智物”化。
資源、工具和設備的“智物”化,就要求它們要有 “眼睛”、“耳朵”、“鼻子”、“手和腿”,甚至“腦袋”,即在物理構造的基礎上加上嵌入式軟件、傳感器、通訊模塊或執(zhí)行器。
2、服務化架構
企業(yè)的制造過程主要由“硬件”和“軟件”等兩大類能力所構成。在以往的架構中,“軟件”能力通常用自動化金字塔來描述。五層式自動化金字塔是多層級、集中式架構,滿足不了企業(yè)能力在動態(tài)組合、實時連接、分布式運算等方面的要求,因而要進行分布式、網絡化、服務化重構。
3、動態(tài)適配流水線
為了實現(xiàn)大批量、規(guī)?;a,企業(yè)的生產作業(yè)往往采取流水線的方式來組織。如果這種流水線是剛性的,則要犧牲生產的柔性化。柔性制造的生產作業(yè),也采取流水線作業(yè),不過,它的流水線是根據(jù)產品的工藝要求進行動態(tài)適配,即根據(jù)所生產的產品不同,所使用到的工具和設備也不同,在制品在作業(yè)單元之間的傳輸路徑也不同。
產品的工藝路徑由決策算法來推導,并下發(fā)給相應的作業(yè)管理系統(tǒng),“智物”化資源、工具或設備之間通過各自的代理來進行相互溝通,工件或在制品在不同位置之間的傳送則由AGV小車來完成。
通過產品結構和制造過程的可配置,企業(yè)就可實現(xiàn)以智能互聯(lián)產品(SCP)和智能互聯(lián)運營(SCO)為組成的柔性制造,從而實現(xiàn)服務型制造或個體化制造的轉型。作為智能制造的一種形態(tài),柔性制造的發(fā)展方向是自主制造,即實現(xiàn)產品、服務和制造系統(tǒng)的自組織和自適應。
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