半导体行业
直男工场的「自动化机械柔性」改变
1967年,英国Molins公司工程师迪奥·威廉姆逊研造出一种名为Molins System-24的体例——用6台模块化机闭的多工序数控机床,实行无人要求下日夜24幼时持续加工。
假使这个划时间的体例最终因为资金和技巧上的困苦并未齐备筑成,但却为将来主动化、无人化工场供应了演进的目标,成为日后各工业茂盛国度争相效仿和完好的技巧。
疫情时候,中国各大工场疾速完结产线切换,转产口罩和防护服等抗疫物资、声援环球抗疫疆场的讯息屡屡见诸媒体,让柔性创设再次成为行业闭切的核心。
遵循海闭总署宣告的统计数据,3月1日-4月30日,天下共验放出口要紧防疫物资口罩278亿只,防护服1.3亿件,新冠病毒检测试剂盒7341万人份,红表测温仪1257万件,呼吸机4.91万台,近期日均出口防疫物资30亿元以上,一个月内连接伸长逾3倍。
这一长串亮眼数据的背后,除了原有厂家聚集排产以表,通过柔性办法实行「跨界转产」的气力功绩强盛。
各道明星企业转产防疫物资,给国人酿成一种错觉假象——以为中国创设仍然具备相当强盛的「柔性」气力。但实质上据「钛禾智库」正在一线企业的调研察看,绝大大批的中国工场,更加是高端创设,离「柔性」原来还相当遥远。
此中知名的如比亚迪。从一月底着手调配资源,拓荒主动化口罩临蓐筑设,半个多月即实行量产自动化机械。险些同时,中石化的营业范畴也向下游延长,拓荒了口罩、消毒液等临蓐线。
以造战役机知名的航空工业也玩起了「跨界」,召集集团旗下散布正在6省市4家单元的气力,将原先临蓐飞机所用的数字化打算技巧引入口罩临蓐,仅用3天时光打算,16天时光就完结样机创设,速率堪称惊人。
这些新设置的临蓐线,普通具备高度主动化特性,一个操作工人就能够同时维持两三条临蓐线的运行。
疫情带来的不单是国民经济的大考,也正正在成为加快中国创设业改变的变量要素。无论是通过「柔性」办法实行对临蓐线的疾速切换,依旧用机械「换人」,通过无人技巧大方调换人力,都是转型升级的中国创设行业必要攀越的重重闭山自动化机械。(参见前文:)
这背后的一个基础逻辑是——「自造」和「表包」进程中越来越多的冲突,必要靠柔性创设来妥协处理。
批量越大,服从越高,这是工业3.0时间的普世道理。如若一个工场只临蓐一种零件,那无论是从原质料采购、仓储经管、临蓐线运行、操作职员熟练水准等各个维度,均能实行服从最大化。然而,如此的工场只然而理思状况下的「乌托国」——需求的多元化,以至性情化是无法扞拒的趋向。
行动科技先进的受益者,诸多行业也不得不面临由此而来的实际题目:产物庞大水准越来越高,临蓐流程变得越来越长。为了保护服从,咱们把临蓐流程碎片化,倚赖表包来处理多元化需求带来的服从影响。
于是,咱们看到从原质料到造品的旅途从简单企业的「马拉松式」临蓐,形成了各级供应商和主创设商的「接力式」临蓐。正在这根越拉越长的链条上,每个成员聚集元气心灵冲刺一段赛道,每个阶段的服从得以保护。
然则跟着表包水准的加深,工场对供应链的依赖水准也日益提升,以至通常有被「卡脖子」的危机(参见前文:)。疫情突起,环球范畴的大分开至今未所有扫除自动化机械,车间停工、物流滞后、工场倒闭,大方财产链是以受造于「人」,诸多行业面对着空前绝后的断供紧急。
过刚易折,自造和表包两条道都不行走上异常,而二者之间,必要少少「柔性」来中和。
行动工业4.0首要命题之一的柔性创设,其重心代价正在于,既不妨倚赖主动化筑设保护临蓐服从,又让临蓐线拥有必定的延展性自动化机械,能够遵循商场转变和客户需求对产物举办应时调治。
从更宏观的视野角度来说,「柔性」观点原来仍然正在潜移默化地影响咱们的常日生存。疫情时候,体育馆改筑成了方舱病院,教授当起了汇集主播,无人机被改酿成五光十色的「空中机械人」……
然则,尽管全社会都承认「柔性」的大趋向,也并不虞味实行的容易。限度界限的「柔性」和智能化,也并不代表中国创设仍然具备一共迈进工业4.0的才略。
近年来,「柔性创设」被行业提及的频率大幅度低落,其首要缘由之一是——具备较高主动化程度的柔性临蓐线,看待绝大大批的中国工场,更加是高端创设工场来说如故是奢华品。
中国刻板工业团结会专家书用委主任、工信部智能创设专家商榷委员会主任朱森第以为,相当一片面中国工场还处于「工业2.0」阶段:
1982年,由60个FMC(柔性创设单位)和一个立体货仓构成的主动化电机加工车间正在日本FANUC公司筑成,倚赖两台主动向导台车传送毛坯和工件,加工,装卸,传送进程不必要人为操作,别的,FANUC尚有一个无人化电机装置车间,同样能实行持续24幼时运行。
而同时候的中国,第一批个人户才刚才尝到赢利的甜头。搞导弹的科学家们,正正在深墙大院里爱戴大街上「卖茶叶蛋的」。
柔性创设正在中国的推论普及,与中国创设业的进化进程密弗成分——此中永远绕不开的两个枢纽词,一是「需求」,二是「技巧」。
从需求上来说,恒久从此倚赖低价劳动力盈利的中国企业,对主动化临蓐的需求并不急切。
固然劳动力本钱具体疾速上涨,然则中国工人的普通收入程度如故无法和西方茂盛国度比拟。遵循国度统计局的数据,2018年我国城镇创设业从业职员的均匀年收入为72088元,分摊到幼时打算,均匀时薪为35元,正在7年内翻了两倍。这个数字粗看貌似伸长不错,且数字背后,下层从业职员收入「被均匀」的实际和越来越频仍的加班加点却没有再现出来。
与此同期,美国从业职员的时薪为21.5美元,日本也有约2000日元,且这两国多年来的创设业工资程度并无大幅度伸长。
看待大方中幼创设企业以至作坊式工场来说,能通过人为处理的题目,就尽量不消腾贵筑设——人走了能够再招,然则前置加入强盛,且「落地打八折」的机械筑设,源委若干年折旧之后,能够只是一堆累赘资产。
唯有当人为无法处理少少临蓐题目,或者服从彰着跟不上机械的工夫,主动化取代才会成为企业刚需。
据「钛禾智库」斟酌察看,目前国内柔性创设和「无人为场」普及率较高的行业,除了汽车、家电、3C数码等临蓐批量大、头部企业聚集的行业,以及少少从事浅易加工的行业等,其它创设企业与西方茂盛国度比拟,更多的如故是倚赖「人海策略」。以至正在咱们的财产机闭中,少少越尖端的行业,越难以开脱「手职业坊式」临蓐的影子。很多枢纽工序的实行依旧要依赖操作家的熟练水准。
从防疫物资的临蓐也可见一斑,口罩、防护服等低端产物的转产能够急速跟上需求。然则临蓐难度较高的呼吸机时就着手露怯,大方的海表订单仍然排到年尾。
当然,并不行是以一共贬低中国创设的才略。尽管是创设业茂盛的欧美国度,也唯有通用、福特、特斯拉等几个为数不多的行业巨头,有才略急速转产呼吸机或闭系零件。
我国科技策略与经管斟酌泰斗、团结国大学新技巧斟酌所高级斟酌员顾淑林密斯曾对「钛禾智库」讲述一个细节,2018年,一位留德的高级专家回到中国办厂,从事高缜密的航天零部件加工。然则这位专家却挖掘,德国粹到的工业4.0学问基本用不到国内的产线的课着手补起。
顾淑林以为,中国正在尖端技巧界限并不掉队于寰宇强国,咱们很早就能搞出寰宇当先的尖端军械和庞大配备。然则却恒久依赖于「人」,这些人一朝脱离岗亭,良多先辈技巧以至面对「失传」危机。
「中国有一帮履历丰厚的老工匠,然则目前最缺乏的,是把这些老工匠脑袋里的履历翻译成数字化公式、举办复造推论的新一代财产人。」
高端配备创设,是柔性创设要霸占的最终城堡,也是对「柔性」需求最猛烈的界限。
这类行业的零部件批量幼、种类多、机闭庞大、加工难度大、装置工序繁琐,是最急切祈望连结速度上风,又盼望临蓐弹性的界限。
但适值是这些高端配备创设行业,加工工序过于庞大,工艺恳求太高——没有恒久工程技巧履历的量化蕴蓄堆集,就相当于地基不稳,智能化的柔性创设只然而虚无飘渺。
压正在企业头上的尚有经济账——尽管能一共实行柔性改造,置办临蓐线的特地本钱也必要相当长的时光才华收回。
2015年,某庞大配备创设央企也曾加入数万万元打造柔性创设样板车间,然则历时四年却开展舒徐。
缘由之一是软件题目,因为机械筑设多为进口,正在海表操作体例根本上再来编写国产流程把持软件,酿成诸多运转逻辑显示冲突。
擅擅长逆向拓荒的中国人,蕴蓄堆集了大方呼应需求的履历,不妨高质高效的处理HOW(怎样做)的题目,但也容易变成思想限定——低落对WHAT(做什么)的敏锐。这就相当于坐正在副驾驶的处所上,原来长久学不会开车。
其二是硬件短板自动化机械。比如,数控机床上一个工装夹具的加工精度无法餍足恳求,缺陷也会通过长链临蓐线逐层放大,导致全部闭头服从和产物德地的紧要受造。同时,临蓐筑设对分别软件体例的顺应性差,也让总体服从大受掣肘。
1958年,正在中国降生了亚洲第一台数控机床。然则以后因为史籍缘由,中国机床行业陷入长达20多年的肃静。与此同时,邻国日本却正在工业化的道道上突飞大进,正在机床精度、转速和产物平静性上字斟句酌,并筑筑了完美的财产体例。时至今日,国产数控机床如故正在大方倚赖价廉来换取商场占据率。
亚洲第一台数控机床——北京第一机床厂与清华大学合营试造的X53K1三坐标数控机床
别的,「软硬统一」是柔性创设的最终钥匙——再高端的硬件若是过于「矫情」,与软件的兼容性差,只可越用越「死」,最终被更先辈的筑设镌汰。硬件的延展度和敏捷度,正在很大水准上肯定了一套柔性体例的寿命值和临蓐才略。
软件性能必要硬件平台得以实行,硬件筑设又依赖软件体例举办串联。而当下摆正在中国创设业的实际困局是——软件拓荒尚未厘清头绪,硬件程度跟不上程序,这个看似无解的莫比乌斯环,必要一点一点的撕开重组。
疫情时候,哈工大机械人集团(HRG)共派出5名骨干,用6天时光,对黑龙江省两家抗疫转型的临蓐企业偶然采购的21台口罩临蓐筑设举办调试,这些筑设型号、规格各有分别,以至有片面是「二手」。源委调试,共7条临蓐线倍的产能,并将及格率从80%提升到了95%。
反之,对规范化筑设的体例举办性情化编纂,从而实行分其它性能,是其它一种「柔性」思绪。
这类操作办法通常是:用范例化、模块化的硬件平台去承载连接迭代的软件体例,实行多重陈列组合,顺应分其它产物临蓐。这也是目前最经济的处理计划之一。
有经济气力和丰厚履历的企业,能够会一次性加入巨资打造「刚柔并济」的将来车间,但这究竟是极少数。
一个模范案例,是三一重工位于长沙的「18号工场」,这个号称亚洲最大的智能化创设车间里,实行了临蓐中人、筑设、物料、工艺等各因素的柔性统一。8条装置线种产物的混装柔性临蓐;正在10万平方米的车间里,每一条临蓐线多种的刻板筑设,马力全开可维持300亿产值。
「18号工场」的柔性创设临蓐体例包罗了大方数据消息:用户需求、产物消息、筑设消息、临蓐铺排等。依托工业互联网将这些大数据贯穿起来并通过三一的MES体例处罚,能造订最合意的临蓐计划,最优的资源分拨。
软件的拓荒不行止步于IT部分,必要由企业最高决议者来计划和激动,贯穿全部机闭和各大本能,并正在运营闭头落地。每一个临蓐闭头通过消息化筑筑贯穿,并实行可视化。
硬件的规范化经管也非一日之功。分其它筑设范例,必定水准上必要互相统一模仿——这意味着工场、企业,以至大方行业都要逐渐走出适意圈,顺应新的游戏端正。环球化的经济汇集,也恳求咱们与国际接轨,足够斟酌到国产筑设与进口筑设、零部件以及软件的可取代性和兼容性,变玉成部上卑劣财产链的疏通和范例化经管。
「多个庙就多个鬼」——主动化临蓐是减法思想,越浅易越平静;而柔性创设既要做减法,也要做加法。一条临蓐线上,用尽量少的筑设和东西,实行临蓐更多产物的能够。
清末洋务运动时候,洋务派就以「中学为体,西学为用」行动指挥思思——宗旨以中国伦常经史之学为重心情念和准则本领,以西方先辈技巧行动辅帮东西。
再先辈的西方科技之术,也必要根植于中国的实际泥土,正在中国聪明的浇灌下吐花结果。
2018年,为了晋升东西经管的主动化程度,某企业斥资上百万从海表引进了智能刀具立体库,然而运转一段时光却挖掘经管服从不升反降。
库房经管职员只是把刀具从通常库移入了智能库,但账目经管如故是守旧的Excel表格,并没有与消息体例对接,领用流程也如故是纸质单子,而没有做到流转进程中的优化。
这套腾玉体例带来的独一好处是,取用高处刀具不再必要搬梯子爬上趴下,用按钮处理存取题目。然则却常因多发的体例窒碍导致刀库卡住,维修职员迟迟不行到位影响临蓐进度——最终,这些立体库沦为了安放不常用、高代价刀具的「水晶棺材」。
实行「工业4.0」版本的柔性创设,检验的毫不光是企业的技巧才略,尚有经管等各方面的软气力。而机造体例的题目,不是倚赖引入一两项先辈筑设就能处理的——用一只腾贵的金鞍去配一匹老马,只会让老马尤其不胜重负。
中国创设要真正实行从「刚」到「柔」的升级,也不行仅仅限定于对临蓐层面的闭切,更必要一共拓荒上下游财产的柔性。以企业的创设才略和柔性水准为根本,纠合供应链和商场,把产物的各性情能部件独立成单个模块,实行其恣意组合和输出,而分别模块的临蓐流程和临蓐本钱都柔性可控。
而这一系列庞大纷纭的陈列组合,都只可倚赖中国人自身的聪明,从漫长的执行进程中去寻找谜底。
[4] 潘锋 《海表柔性加工体例的起色处境、趋向及无人为场的执行》,1983
[6] 中国电子报《朱森第:中国创设要补课2.0,普及3.0,树范4.0》,2015
[7] 比亚迪电子 《日产500万的口罩工场,比亚迪是怎样打造的?》,2020
[12] 李有兵 《柔性临蓐线] 李子宸 《三一重工:18号厂房试验,从大厂房到聪明工场》,2015
2020年,钛禾财产察看将不停撰写《改变者——寻找大国科技将来二十年领航者》系列。咱们会连接寻找代表性的财产样本案例举办长远调研、跟踪和报道(包罗但不限于企业、基金、科技孵化器等)。迎接多人保实行业素材与调研对象。一朝接收,将予以礼物嘉奖。
「钛禾财产察看」连接报道中国前沿科技和高端创设行业生态,供应闭于重心科技财产第一手资讯。直男工场的「自动化机械柔性」改变