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我國軸承企業(yè)發(fā)展智能制造的當務之急
發(fā)布時間：2023-05-20
作者：中國軸承工業(yè)協(xié)會總工程師 何加群
一、智能化是復雜的系統(tǒng)工程
智能化包括包括制造過程的智能化和產(chǎn)品的智能化二個范疇。對我們軸承行業(yè)來說，即包括軸承的智能制造（流程）和智能軸承（產(chǎn)品）二個范疇。
智能化不論是流程的智能化，還是產(chǎn)品的智能化，都是基于信息物理聯(lián)合系統(tǒng)（Cyber-Physical System, CPS），亦即“數(shù)字雙胞胎”（Cyber Twin），實體物理世界與虛擬網(wǎng)絡(luò)世界的融合。
1、智能制造的發(fā)展路徑
我們不要用了幾臺工業(yè)機器人就說實現(xiàn)了智能化，不要用了幾臺功能強大一點的數(shù)控機床就說實現(xiàn)了智能化。智能制造有確切的定義，嚴格的界定：
智能制造是一個不斷向深度與廣度發(fā)展的過程，是基于新一代數(shù)字與網(wǎng)絡(luò)信息技術(shù)，貫穿于用戶、設(shè)計、工藝、生產(chǎn)、檢測、管理、服務，及上下游企業(yè)等制造活動各個環(huán)節(jié)，具有信息深度自感知，智慧化自決策（多參數(shù)人工智能）、精確控制自執(zhí)行等功能的可控并可遠程控制的具有反饋功能的先進制造過程、系統(tǒng)與模式的總稱。
特別要注意前述智能制造定義中的“三自”——自感知（自檢測）、自決策（自診斷）、自執(zhí)行（自調(diào)控）。
智能制造不能一蹴而就，需要經(jīng)歷傳統(tǒng)制造→數(shù)字化轉(zhuǎn)型→網(wǎng)絡(luò)化協(xié)同→智能化變革的發(fā)展。智能制造要“三不”：不要在落后的工藝基礎(chǔ)上搞智能化；不要在落后的管理基礎(chǔ)上搞智能化；不要沒有數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化的基礎(chǔ)就搞智能化。
制造強國戰(zhàn)略包括了對智能制造三個階段的表述，首先是數(shù)字化，然后是網(wǎng)絡(luò)化，Z終達到智能化。應該說，世界范圍內(nèi)現(xiàn)有的企業(yè)和產(chǎn)品達到智能化水平的還很少。智能化的基礎(chǔ)是數(shù)字化，首先要把產(chǎn)品、整個生產(chǎn)過程、管理等都要引入數(shù)字化，也就是信息化的手段，這是智能制造的基礎(chǔ)。在此基礎(chǔ)上，再把不同的裝備和裝備、裝備和產(chǎn)品、裝備和人之間建立通信的路徑，Z終實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)化。在數(shù)字化和網(wǎng)絡(luò)化都已經(jīng)實現(xiàn)的基礎(chǔ)上，才能談到智能制造。
國家工信部在《“十四五”智能制造發(fā)展規(guī)劃》中規(guī)定：“到2025年，規(guī)模以上制造企業(yè)大部分實現(xiàn)數(shù)字化網(wǎng)絡(luò)化，重點行業(yè)骨干企業(yè)初步應用智能化；到2035年，規(guī)模以上制造企業(yè)全面普及數(shù)字化網(wǎng)絡(luò)化，重點行業(yè)骨干企業(yè)基本實現(xiàn)智能化。”
2、什么是智能軸承
智能軸承是由經(jīng)過改進的軸承本體及相關(guān)輔件、鑲嵌在軸承體內(nèi)或相關(guān)輔件內(nèi)的微型傳感器、處理傳輸電路（專用芯片）、采集卡、信號處理與分析軟件和軸承服役狀態(tài)調(diào)控裝置組成，可實現(xiàn)服役狀態(tài)的自感知、自決策、自執(zhí)行的軸承系統(tǒng)。
智能軸承是“機電軟”的結(jié)合體，是“數(shù)字雙胞胎”。
智能軸承按其功能分為二大類，一大類為初始型智能軸承，具有服役狀態(tài)自感知、自決策功能。這類軸承還不是真正意義上的智能軸承，實際上是“傳感器軸承”；另一大類為全功能型軸承，不僅具有服役狀態(tài)自感知、自決策功能，而且可以自執(zhí)行、自調(diào)控。
自感知（自檢測）——通過傳感器檢測軸承服役狀態(tài)：旋轉(zhuǎn)速度、加速度、角度位置，累計旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)數(shù)，溫度，振動、噪聲，載荷，工作游隙，潤滑狀況，磨損程度等。
自決策（自診斷）——對即將發(fā)生的故障診斷、預警，對已經(jīng)發(fā)生的故障診斷、報警，對軸承剩余壽命預測。
自執(zhí)行（自調(diào)控）——根據(jù)軸承實時服役狀態(tài)，通過調(diào)控裝置，對軸承工作游隙、預緊力、潤滑等服役狀態(tài)進行調(diào)控、矯正，以適應主機的運行要求。
二、我國軸承企業(yè)發(fā)展智能制造的當務之急——數(shù)字化轉(zhuǎn)型
習近平總書記指出，要“推動數(shù)字經(jīng)濟和實體經(jīng)濟融合發(fā)展。”“發(fā)揮數(shù)字技術(shù)對經(jīng)濟發(fā)展的放大、疊加、倍增的作用。”數(shù)字化轉(zhuǎn)型是我國軸承企業(yè)發(fā)展智能制造的當務之急。
企業(yè)是否實現(xiàn)數(shù)字化轉(zhuǎn)型，表現(xiàn)在是否實現(xiàn)研發(fā)設(shè)計、企業(yè)管理、產(chǎn)品制造和產(chǎn)業(yè)鏈構(gòu)建四個數(shù)字化。
1、研發(fā)設(shè)計數(shù)字化
通過模擬仿真，建立產(chǎn)品數(shù)字化模型，實現(xiàn)CAD（計算機輔助設(shè)計）/ CAE（計算機輔助工程分析）/CAPP （計算機輔助工藝設(shè)計）/ PDM（產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理）?單項信息技術(shù)的應用和集成，實現(xiàn)研發(fā)設(shè)計數(shù)字化。
2、企業(yè)管理數(shù)字化
建立企業(yè)資源計劃管理系統(tǒng)（ERP）、產(chǎn)品全生命周期管理系統(tǒng)（PLM）、客戶關(guān)系管理系統(tǒng)（CRM）、供應鏈管理系統(tǒng)（SCM）等，并實際運行，由單項信息技術(shù)的運用，發(fā)展到綜合集成；進而發(fā)展到PDM—MES—PLM—ERP的高效協(xié)同與綜合集成。
培育企業(yè)互聯(lián)互通的生態(tài)體系。建立企業(yè)中央數(shù)據(jù)庫，運用云技術(shù)、大數(shù)據(jù)技術(shù)，以數(shù)據(jù)流為核心，人、機器、產(chǎn)品互聯(lián)互通，人人互聯(lián)、人機互聯(lián)、機物互聯(lián)、機機互聯(lián)，實現(xiàn)企業(yè)內(nèi)部信息流、物流和資金流的集成，企業(yè)內(nèi)部所有環(huán)節(jié)無縫對接。
3、產(chǎn)品制造數(shù)字化
（1）產(chǎn)品制造裝備數(shù)字化——
工廠裝備應用深度融入數(shù)字化技術(shù)的數(shù)控系統(tǒng)、控制器（PLC）、伺服電機、電子標簽（RFLD）等功能部件。
實現(xiàn)編程、操作、維護和管理的數(shù)字化。切削工藝及切削參數(shù)自動優(yōu)化。整機操作自動裝卡、自動對刀、自動切削。
具有主軸監(jiān)控和溫度補償、運動部件的位置補償和熱補償、加工件在機精度檢測和補償、刀具（磨具）磨損和破損在機監(jiān)控和自動修正補償?shù)裙δ堋?/p>
（2）產(chǎn)品生產(chǎn)過程數(shù)字化——
應用具有人力資源管控、設(shè)備運行管控、生產(chǎn)工藝管控、進度計劃管控、生產(chǎn)工單管控、物料供應管控、產(chǎn)品質(zhì)量管控、工磨具管控和生產(chǎn)可視化等模塊的MES系統(tǒng)（制造執(zhí)行系統(tǒng)）。
運用這一系統(tǒng)，能夠?qū)崟r采集機床信息、掌握設(shè)備狀態(tài)、進行設(shè)備效率分析、成本分析、質(zhì)量分析、工單計劃、生產(chǎn)趨勢分析，適時控制、調(diào)整、預警，并可通過手機終端，訪問車間管理信息。
4、產(chǎn)業(yè)鏈構(gòu)建數(shù)字化
企業(yè)組織結(jié)構(gòu)由金字塔式轉(zhuǎn)變?yōu)楸馄交仃囀健I(yè)務流程由串聯(lián)轉(zhuǎn)變?yōu)椴⒙?lián)，去中間化，去中介化，以數(shù)據(jù)流為核心，暢通產(chǎn)業(yè)鏈，企業(yè)各個環(huán)節(jié)與用戶和供應商實現(xiàn)信息實時同步、互聯(lián)互通，以利于快速響應用戶訂單，整合用戶碎片化需求。實現(xiàn)信息系統(tǒng)縱向、橫向和端對端的集成，形成覆蓋全產(chǎn)業(yè)鏈、產(chǎn)品全生命周期的數(shù)字化。
三、我國軸承企業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型的三個著力點
1、信息技術(shù)的應用和集成
（1）系統(tǒng)模型建立與運行
車間/工廠的總體設(shè)計、工藝流程及布局建立數(shù)字化模型，并進行模擬仿真，實現(xiàn)規(guī)劃、生產(chǎn)、運營全流程數(shù)字化管理。
（2）CAD/CAPP/PDM應用與集成
應用數(shù)字化三維計算機輔助設(shè)計（CAD）與計算機輔助工藝編制（CAPP）技術(shù)進行產(chǎn)品、工藝設(shè)計與仿真，并通過物理檢測與試驗進行驗證與優(yōu)化。建立產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)（PDM），實現(xiàn)CAD/CAPP/PDM產(chǎn)品數(shù)據(jù)的集成管理。
（3）關(guān)鍵技術(shù)裝備應用
實現(xiàn)高檔數(shù)控機床與工業(yè)機器人、智能傳感與控制裝備、智能檢測與裝配裝備、智能物流與倉儲裝備等關(guān)鍵技術(shù)裝備的有效應用與高度集成。
（4）生產(chǎn)過程數(shù)據(jù)采集和分析系統(tǒng)建設(shè)
建立生產(chǎn)過程數(shù)據(jù)采集和分析系統(tǒng)，充分采集生產(chǎn)進度、現(xiàn)場操作、質(zhì)量檢驗、設(shè)備狀態(tài)、物料傳送等生產(chǎn)現(xiàn)場數(shù)據(jù)，并實現(xiàn)可視化管理。
（5）制造執(zhí)行系統(tǒng)（MES）與企業(yè)資源計劃系統(tǒng)（ERP）建設(shè)
建立車間制造執(zhí)行系統(tǒng)（MES），實現(xiàn)計劃、調(diào)度、質(zhì)量、設(shè)備、生產(chǎn)、能效的全過程閉環(huán)管理。建立企業(yè)資源計劃系統(tǒng)（ERP），實現(xiàn)供應鏈、物流、成本等企業(yè)經(jīng)營管理的優(yōu)化。
（6）工廠內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)建設(shè)及信息集成
建立工廠內(nèi)部互聯(lián)互通網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，實現(xiàn)設(shè)計、工藝、制造、檢驗、物流等制造過程各環(huán)節(jié)之間，特別是制造執(zhí)行系統(tǒng)（MES）和企業(yè)資源計劃系統(tǒng)（ERP）的高效協(xié)同與集成，建立全生命周期產(chǎn)品信息統(tǒng)一平臺。
（7）信息安全保障
建立工業(yè)信息安全管理制度和技術(shù)防護體系，網(wǎng)絡(luò)防護、應急響應等信息安全保障能力。建立功能安全保護系統(tǒng)，采用全生命周期方法有效避免系統(tǒng)失效。
2、中小企業(yè)數(shù)字化賦能
要認真貫徹落實國家工信部《中小企業(yè)數(shù)字化賦能專項行動方案》，對廣大中小軸承企業(yè)實行數(shù)字化賦能。
集聚一批面向中小企業(yè)的數(shù)字化服務商，培育推廣一批符合中小企業(yè)需求的數(shù)字化平臺、系統(tǒng)解決方案、產(chǎn)品和服務，助推中小企業(yè)通過數(shù)字化賦能，實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展，高質(zhì)量發(fā)展。
（1）助推中小企業(yè)上云用云，獲取資源和服務
要引導數(shù)字化服務商面向中小企業(yè)推出云制造平臺和云服務平臺，支持中小企業(yè)設(shè)備上云和業(yè)務系統(tǒng)向云端遷移，幫助中小企業(yè)從云上獲取資源和應用服務，滿足中小企業(yè)研發(fā)設(shè)計、生產(chǎn)制造、經(jīng)營管理、市場營銷等業(yè)務系統(tǒng)云化需求。
（2）搭建數(shù)字化平臺，促進中小企業(yè)生產(chǎn)要素數(shù)字化
搭建技術(shù)水平高、集成能力強、行業(yè)應用廣的數(shù)字化平臺，應用物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、邊緣計算、5G、人工智能、增強現(xiàn)實/虛擬現(xiàn)實等新興技術(shù)，促進中小企業(yè)生產(chǎn)要素數(shù)字化、生產(chǎn)過程柔性化及系統(tǒng)服務集成化。
（3）開發(fā)應用數(shù)字化運營解決方案
針對不同類型的中小企業(yè)的需求場景，開發(fā)使用便捷、成本低廉的中小企業(yè)數(shù)字化運營解決方案。
（4）加強數(shù)據(jù)資源共享和開發(fā)利用
支持供應鏈上下游企業(yè)打通不同系統(tǒng)間的數(shù)據(jù)聯(lián)通渠道，實現(xiàn)數(shù)據(jù)信息暢通、制造資源共享和生產(chǎn)過程協(xié)同。
（5）加強網(wǎng)絡(luò)和數(shù)據(jù)安全保障
推動中小企業(yè)強化網(wǎng)絡(luò)與數(shù)據(jù)安全保障措施。
3、精益生產(chǎn)
企業(yè)要實現(xiàn)數(shù)字化轉(zhuǎn)型，Z終實現(xiàn)智能制造，必須要有精益生產(chǎn)的基礎(chǔ)。
精益生產(chǎn)的要點：
（1）精益管理思維
精益管理思維的核心就是以Z小資源投入，包括人力、設(shè)備、資金、材料、時間和空間，創(chuàng)造出盡可能多的價值，降低成本、提高質(zhì)量、加快流程速度和改善資本投入產(chǎn)出，為顧客提供滿意的產(chǎn)品和服務，實現(xiàn)價值Z大化。
（2）執(zhí)行力強的組織架構(gòu)
構(gòu)建執(zhí)行力強的組織架構(gòu)，明確界定各部門、崗位的目標、職責和權(quán)限，建立相應的授權(quán)、檢查和逐級問責制度，確保其在授權(quán)范圍內(nèi)履行職能；設(shè)立涵蓋企業(yè)所有運營環(huán)節(jié)的控制架構(gòu)，并制定各層級之間的控制程序，保證企業(yè)高管層下達的指令能夠嚴格執(zhí)行。
（3）標準化并持續(xù)改進的敏捷業(yè)務流程
優(yōu)化和標準化業(yè)務流程，并持續(xù)改進，包括拉動式生產(chǎn)、少庫存無間斷作業(yè)、均衡一致的生產(chǎn)節(jié)拍、精準的物流、信息流，從而保證準時化生產(chǎn)。
（4）5S的現(xiàn)場管理
通過5S的推進和落實，使現(xiàn)場時刻處于有序安排持續(xù)改善的狀態(tài)。5S是：整理（SEIRI）、整頓（SEITON）、清掃（SEISO）、清潔（SEIKETSU）、素養(yǎng)（SHITSUKE）。
（5）全員全過程的質(zhì)量控制
通過對全員活動的監(jiān)管、約束、考核，全過程的規(guī)范，實現(xiàn)全員全過程的質(zhì)量控制，從而保證質(zhì)量無差錯零缺陷。
（6）工藝裝備的數(shù)控化
新購置的設(shè)備采用數(shù)控設(shè)備和由數(shù)控設(shè)備組建的自動、半自動生產(chǎn)線。用數(shù)控技術(shù)改造傳統(tǒng)設(shè)備。數(shù)控化率達到國家規(guī)定的標準。
四、我國軸承行業(yè)推進數(shù)字化轉(zhuǎn)型要遵循的原則
1、創(chuàng)新驅(qū)動 數(shù)據(jù)支撐
新世紀以來，移動互聯(lián)、超級計算、大數(shù)據(jù)、云計算、物聯(lián)網(wǎng)、人工智能等新一代信息技術(shù)迅猛發(fā)展，我們要創(chuàng)新運用新一代信息技術(shù)，推進其與制造技術(shù)融合，驅(qū)動我國軸承企業(yè)的數(shù)字化轉(zhuǎn)型。
企業(yè)要實現(xiàn)數(shù)字化轉(zhuǎn)型，必須數(shù)據(jù)支撐。實現(xiàn)數(shù)字化Z重要的是要做到“三個統(tǒng)一，一個同一”。三個“統(tǒng)一”就是要做到數(shù)字模型、源代碼、應用程序編程接口(API)三個“統(tǒng)一”。一個“同一”就是一個企業(yè)必須有一個同一的數(shù)據(jù)庫——中央數(shù)據(jù)庫，從而消除信息孤島，消除ERP和MES的割裂，實現(xiàn)縱向、橫向和端到端的數(shù)據(jù)打通，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的自由流動、實時調(diào)整、快速響應。
2、需求優(yōu)先 重點突破
企業(yè)需求是催生數(shù)字化轉(zhuǎn)型的重要動因。我們要研究企業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型的動因是什么，是節(jié)約人力；是提高效率；是提高質(zhì)量；是降低成本；是縮短交貨期；是快速反應市場；是節(jié)能降耗減排?……企業(yè)Z急需的，就是Z能見效快的。我們要把企業(yè)的急需作為企業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型要重點突破的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。
3、分類施策 全面推進
我國軸承行業(yè)的企業(yè)眾多，規(guī)模大小經(jīng)營狀況相差很大，信息化和精益生產(chǎn)的基礎(chǔ)也千差萬別。要根據(jù)企業(yè)的實際情況，根據(jù)企業(yè)的基礎(chǔ)條體分類施策，從不同起點，全面推進。工信部《“十四五”智能制造發(fā)展規(guī)劃》提出，到2025年，70%以上的規(guī)模以上制造業(yè)企業(yè)實現(xiàn)數(shù)字化網(wǎng)絡(luò)化，重點行業(yè)骨干企業(yè)初步應用智能化；到2035年，規(guī)模以上制造業(yè)企業(yè)全面普及數(shù)字化網(wǎng)絡(luò)化，重點行業(yè)骨干企業(yè)基本實現(xiàn)智能化。
我國已進入數(shù)字化制造大面積推廣階段，其中有一部分企業(yè)，在完成數(shù)字化網(wǎng)絡(luò)化制造之后，具備了進一步向智能化方向發(fā)展的能力。工信部在“十四五”期間要開展“智能工廠試點示范行動”，選擇一批數(shù)字化網(wǎng)絡(luò)化基礎(chǔ)好的企業(yè)，探索建設(shè)智能工廠的路徑，為2025年之后的推廣提供案例和經(jīng)驗。
（來源：中軸協(xié)）
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