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装备制造业的数字化转型关注点分析

【信息时间:2023-02-23  访问次数:448  】【我要打印】【关闭】

宋华振

 

年前,来自机械研究院的朋友和电话谈起了他们研究所,在去年曾经调研过超过百家中小企业后,给他的直接感受就是很多企业并不那么关心所谓的“数字化转型”—听上去这可能与热火朝天的数字化转型浪潮有些相悖,但从一些在真实的产业企业那里看到的现象而言,这又与现实保持着一致,的确看上去不是那么受到关心。

尤其是在装备型企业里更是如此,并且,从很多现象看到,装备型企业对于数字化仍旧有一些困惑-这主要在于目前讲的数字化,其理论、实践、场景分析很多都是基于终端产品制造业来展开的-而显然,这与装备企业对于数字化的需求是有差异的。首先,数字化转型来源于成功的大型企业,而非大量的中小企业。其次,从商业价值而言,对于数字连接来改善制造业现场效率的方法论体系并不是特别支持离散装备制造产业,因为,对于大规模的制造而言,这种效率的改善是可行的,但对于装备制造业未必。再者,就装备企业的实际现状而言,其运行规模,导致其更多必须考虑生存与发展,而非管理大于业务的运营机制。

1.现在的数字化转型的聚焦点在终端制造

就现在的数字化转型的探讨、实践、体系设计,大部分都是针对终端生产而言。在制造业分为流程、离散制造业,而其中在离散制造业中,通常会有成型部分,它主要是各种成型设备,如金属加工、注塑、冲压成型等,用于生产各种零配件,而后道基本上都是组装。在这两个部分里,成型它的关注点是在工艺,而组装更关注运营效率。



数字化转型,在于通过各种数字化技术,将企业的价值流进行数字化重组,并形成应对市场变化的能力-数字化具有更为灵活的应变能力,包括数据本身的时间粒度可以提升响应市场变化的速度。

那么,目前谈的数字化转型更多是针对组装性生产过程,而制造业过去都是买来设备进行前期的零配件成型加工,再经由人工来进行生产组装—但是,随着产品的复杂性、品质要求、市场需求的变化,使得企业必须构建数字化运营体系来应对。

因此,现在的数字化转型并不是聚焦于装备制造工厂,毕竟装备制造业,除非是像工程机械、电梯、压缩机等少数行业,量比较大,其他都不是很大的规模,因此,其运营效率的确要提升,但是,其目前的竞争力打造更多是聚焦在工艺成型上的竞争力-它的目的是为终端生产提供更高良品率的支撑,以及更快的变化应对能力—而这些并不是通过数字化运营提升的,而是通过工艺技术的工程迭代实现的。

2.中小企业的竞争力打造问题

相对而言,装备制造企业大多数相对于其下游的终端产品制造业来说,规模通常还是不大,大部分即便上市的装备企业,其规模也在十亿级别,大多数还是中小企业。

由于规模并不大,而且往往由于都是机械制造业,都使得它较为难以被看重,而且,即使是投资数字化平台,如ERP/MES、工业互联网应用,通常也不会有多大的项目-综合种种,往往并不那么受到特别的关注。因此,数字化都是聚焦在大型的终端企业,因为如果是流程工业,那么,1%的能耗节省也是巨大的数字,而对于大型离散企业,同样能源消耗、生产效率的提升也是颇具吸引力的—这使得企业更为看重数字化平台和投资。

装备企业,并不作为重点,它关心的是核心基础问题在工艺。也缺乏针对中小企业的数字化平台建设方案-它的核心工艺问题是数字化方案企业根本难以涉足并提出有效方案的~这里是自动化行业一直深在其中的领域。即使有些规模不大的数字化方案企业,也因为在这里较难获得较大的项目回报而并不是那么积极。

关于装备企业的数字化转型

转型,肯定是要转的,对于装备企业而言,如何进行数字化转型值得特别的思考和对待,以针对性的策略-或者更多时候,我们相信,这应该是企业自我驱动—建立在对自身的问题分析基础上,借助相应的技术来实现-而并不能拿市场上的方法、工具与平台来解决问题。

1.精益与数字化的问题

有很多错误的对“精益”的认识,比较典型的就是认为“精益已经过时”,这是基本上对精益不了解或根本就没有过深刻的精益运营的人才会说的话。数字化对于精益是有帮助的,表现在几个方面:


自动化早已是实现了数字化的,包括我们如果把自动化、信息化、智能化都纳入到数字化的大框架下—其实,目前的数字化有些泛化,严格来说,数字化作为一种手段,最终还是要实现自动化,而智能化是对自动化的一种实现方式的扩展。

1).数字化让精益的数据采集变得更为便利、高效。当然,这里包括数据采集的通信技术、数据的精度、实时性,这些技术让数据变得更为高效。

2).更小的时间粒度,精益同样是一个闭环的迭代过程。数字化可以让这个闭环的过程更低的循环周期,这可以借助于更高的实时性数据采集来实现。

3).降低对人员的依赖-数字方式改善人员依赖包括几个方面,首先就是原有的分析、数据传输等任务来自于人员的传递,数字可以让这种信息流更快,降低人员的准确性问题。其次,数字化的方式包括调度、优化,可以降低对于人的依赖。再者,数字化技术降低了人的需求,例如机器人、柔性输送技术,它可以降低对人工消耗。

要想做好企业的数字化,仍然要从精益基础做起,尤其对于制造业企业,从扫地(5S)做起,混乱的工厂,必然产生混乱的工厂,以及混乱的工作—这不难理解。包括设备的生产性维护TPM开始,建立有效的生产物料、人员、生产流,把它梳理清楚-把工厂的运营效率提升,培养高素质的装备制造人员,才是基础功—至于这上不上数字化系统,其实,相对于大规模生产而言,装备企业反倒未必是必需品。因为,咱们装备的数字化核心在提供的装备的价值。

2.转型要转到哪里?

机械院陈琛先生在调研了众多中小企业后谈到很多企业对于欧美企业所能达到的高利润率非常的羡慕,或者说对于他们能够达到的高人均产值比较看重。这是一个问题,究竟如何突破恶性价格竞争,才能赢得高技术壁垒,以获得较高的利润。之前装备企业的研发经理也曾经提到,他们也想能够更好的产品研发,但是,这个代价很高,他们的利润不足以支撑—而且,他们作为装备领域的领先的制造商,经常必须得面对那些价格竞争,使得他们那些更好的机器价值无法被有效竞争-这不难理解,因为终端用户的产品质量要求不高,它如果用一个能够生产出更好产品的装备,它就会成本显得更高—因此,正如郭老师经常说的高品质才能有更高的技术需求。

最近几天看到国家发布的《质量强国纲要》,这是令人欣喜的—我们可以看到,在这份纲要里,其实,技术、工程、监管,都是要服务于产品品质的,这不仅包括了消费品,也包括了工业产品、装备的质量。

其实,我们的制造业之所以被卡脖子,是在高端领域被卡脖子,而不是低端领域—而解决问题的办法,我想“专精特新“是个好的道路,这特别适合装备制造业,因为,装备制造业,必然是具备这种专业性(垂直行业细分)、精细化-更为精益求精的产品追求、特色、新颖。其实,国务院的《质量强国纲要》,我想是充分的实践后的纠偏-回到问题的本质上,即,高品质的产品,才会对高端装备、特种材料、创新性的工程实现,有着特别的需求。只有市场需求,才会有高技术的追求—没有市场的高技术是没有存在和发展的必要的。

2.1突破低利润的脆弱性

很多企业更为看重的是“利润率”这项指标,因为,所谓的高质量发展,我想首先是得有一定的“反脆弱”能力,即,自身的抵抗力强。

低盈利能力的企业,就像抵抗力弱的身体,容易受到病毒的侵蚀,就比较容易生病,甚至挂掉。对于企业的环境变化来说,贸易政策、税收政策、环保、下游的资金链问题引发的支付风险…有太多的因素会让企业得一场大病。

中国的制造业在很长一段的时间里,其实都是在用规模效应来打仗,像江浙的企业,特别看重“资金周转速度”,即,以“薄利多销”的方式来获得资金快速周转,即使1%的利润经过一年12次的周转也是可以获得很高利润的-但是,这种高速得保持稳定的环境,以及它很难停下来。疲于奔命才能生存下来。一旦市场没有了高成长性,那么,这种模式就难以为继。

陈琛还谈到了一个问题,就是走访的企业对于其欧美同行比较艳羡的,是他们的“高盈利能力”,以及“人均产值”-其实,之前看过数据,即使强如华为,在其手机业务领域与苹果的人均营收和利润来比也是差了一个身位。

当然,记得2个月前与几个印刷领域的朋友聚,其中一位谈到了超出我们日常认知的看法,即,他觉得国内的企业并非是利润太薄了,而是利润太好。这是可以赚钱啊!所以,大家都不会去精益求精的进行企业精益化的研发和管理,因为,就那么普通的产品它也是能赚钱的啊!

可能像郭老师说的“创新对一些企业是必须的”,我们的国家的确太大了,因此,市场真的大到全世界都羡慕,我们只要有东西做就可以卖掉,反正低端的市场也很大,你也不需要去所谓的高端市场,也能活啊!就是辛苦点,咱们能吃苦啊!

2.2陷入同质化,创新并非难事

创新是肯定需要投资的,而且,必然是烧钱的—任何不劳而获都是非分之想,任何没有烧钱的创新都是虚假的创新,有人说我们采用颠覆式创新—颠覆式创新,也从来都是需要工程的不断迭代才能完成。

前段时间,看到量子学派谈到中国缺乏0-1,而不是1-100,其实,我对此不以为然,很多时候,我们对于工程创新不是特别了解,也对“科研“这两个词大概存在较大的认知偏差。

科学关注0-1,工程反倒不关注0-1,而我们很多问题不是科学问题,而是工程问题,就像光刻机里的运动平台、透镜组、光刻胶、电子特种气体,其实都是工程问题。回顾每个行业,我们都会发现,任何制造业的问题,基本上都没有所谓的0-1问题。因为工程设计上的创新,它几乎没有办法建立在0-1这个基础,它的0-1不是真正的0-1,而是由其他已经成熟的技术来根据现在这个需求产生一个新的设计。比如数字印刷技术,它是将传统卷筒纸印刷的卷取、张力控制技术结合喷墨技术而形成的-但是,这个所谓的工程中的0-1,它并不包含技术上的0-1,而是用100的两个技术组合出一个所谓的0-1而非科学上的“发现“,那个0-1,不是一回事。

因此,工程创新它不产生在纯粹的0-1,它可能产生于两个、三个或多个技术的融合。又或者在原有的技术上不断的迭代出更高精度、更高速度。就像光刻机,越来越高的要求,使得对于原来光刻工艺所需的解决方法提出了更多新的要求—但是,光学器件、运动平台等等关键技术,都是因为工程上,随着速度精度的提高,机械系统模态发生变化后,需要不断的工程测试验证,寻找更为稳定的工作区—这一切都是工程问题。工程创新,几乎不产生在科学那样的0-1.

相反科学的研究需要0-1,即发现的种子,然后扩展到100个可能性—工程基于已有的成熟技术来在不同的场景解决问题—例如,TSN只是将以太网的PHY、MAC结合了数据调度算法,实现的,它是工程上的创新,而非科学上的创新。

装备制造业其实创新的发现并非难事,今天和印刷机械行业朋友交流,提到光伏的钙钛矿、燃料电池的质子交换膜、锂电涂布其实都需要用到卷绕控制、张力控制,以及涂布工艺—这些就是需要跨界的创新,涂布工艺在印刷领域机械系统速度高、精度也高,也可以转向新能源行业应用—这并非不可能。这种创新就是使得企业可以进入新市场。

在包装行业,这种创新就更容易发现,最简单就是瓶子怎么打开更方便,老干妈的瓶子打开可是非常不易的,更易于打开,更方便保存…这些都是在机械上进行一些改进,就可以让机器卖的更好—记得去年夏天拜访了深圳一家印刷大企业,他就展示了很多新包装材料、包装工艺,只要你关注每天的生活,就能发现很多可以去创新的地方。

请相信,中国的消费升级、能源升级—国家倡导的高质量发展,都是会让我们的制造业走向高端,走向让创新者更有生存空间的方向。相信这一点,就可以大胆的去投资研发,投资创新。

装备关键在工艺,组装看运营效率

装备行业的数字化聚焦点,肯定还是要与终端制造业的数字化有所差异。装备的关键在工艺KNOW-HOW,而组装则在于产线的运营效率。装备行业的数字化考虑到垂直行业的特性,很难在市场上有能够满足碎片化市场的数字化解决方案。

1.要解决装备融入数字化产线的问题

装备企业应该考虑的是自己的设备融入到数字化工厂的问题,而非是自己工厂的数字化问题,这是首要需要被考虑的,因为,这影响装备自身的业务问题。而在这方面,它可以包括以下几个方面的能力支撑:

1).连接问题,通过开放的接口连接,使得装备本身可以提供工厂运营相关的数据,如品质相关、OEE计算相关、能源消耗相关的数据。从工厂运营管理的视角,提供数据的连接,这个可以借助于行业用户的规范与标准来设计。

2).长期的数字化服务能力,这包括能够为机器提供便利的远程诊断、维护,软件升级服务方面的便利性,这个数字化的能力可以为装备制造商降低自身的服务成本,以及客户的满意度提升。

3).数据安全保障问题,通过数字化能力,让用户的关键工艺数据、工艺等处于多级的管控之下,访问、授权管理等。尤其在制药、锂电、光伏等领域对此有比较高的需求。

2.解决装备的数字建模问题

装备产业的整体发展,它是一个典型的工程迭代与完善的过程,必须从用户视角来观察自身的产品设计。围绕这个话题展开数字化的体系建设。

装备的数字化转型,主要是有几个因素导致了它的变化,使得对于数字化设计的需求变得更为迫切。

首先,装备所需生产的产品更为复杂,对于产品较为单一或品种变化不多的,经过一定的验证,尽管会消耗一部分验证物料,但批量大的情况下,这个损耗可以被接受。但是,随着机器生产的产品种类变化大,并且材料范围更广。就需要为其进行建模,以形成在不同产品下的工艺适配。但是,这个产品的品质稳定过程需要大量的物理测试验证,因此,人们选择了在数字化的虚拟环境下进行这些测试验证。

其次,随着装备的速度和精度的更高要求,机械、控制与传动机构、工艺的相互作用将出离线性区间,或者无法用机理模型来进行描述,这时候就需要依赖一些学习的方法来帮助人们寻找隐藏在数据后的规律,这个时候需要一些像机器学习、深度学习的方法来帮助机器来获得稳定的品质和高效的生产。

因此,对于装备而言,通过数字化的工具如CAE、工艺仿真软件对装备的测试验证,以及通过数据驱动建模对非线性、不确定干扰因素的扰动进行滤除等,都需要数字化方法的帮助。无论是基于物理场还是采用智能化的方法。都是必要的-提升速度与品质,而在这个过程中所形成的工程数据、模型、方法、函数,都可以经由软件形式封装,以被复用-这也正是“工业软件”今天受到重视的原因。

对于装备企业而言,借助于数字化的设计、测试验证、智能分析与优化,来提升装备自身的制造适应性、高速下的品质稳定性,就成为了关键。与数字化工厂所带来的利益来说-这更能构筑自身的技术壁垒,形成难以被突破的技术护城河-确保享受长期的创新红利。

3.可持续发展的数字化平台问题

对于装备企业,塑造自身的差异化竞争力,为用户提供更为柔性、高效、高品质的生产能力是核心竞争力。接着为用户提供装备融入生产系统后,能够提供工厂全局优化所需的数字能力、以及增值服务能力,这是装备企业的核心竞争力。

而要将这些塑造为一种持续的能力,就需要构建数字化设计、嵌入式应用开发、服务所需的平台架构。采用统一的规范与接口,使得其打通为一个整体的研发平台。

1).数字化设计,其实有很多针对机械和机电建模的软件,可以快速的构建所需的机械传动设计,包括对传感器、减速、电机、驱动、控制的整个链的设计。当然,也可以通过像FMU/FMI来实现这种模型的交互。

2).嵌入式系统设计,由于机器控制都是采用嵌入式控制架构来设计,而这个设计平台本身又是能够将知识复用,可以为装备企业打造持续的软件知识保护体系。

3).智能化集成,在Windows/Linux架构上进行的机器学习、深度学习算法,同样可以通过统一的规范接口来实现连接,将计算与控制融合-现在的工业PC可以采用GPOS和RTOS之间的融合,来实现这样的集成架构。

综上,对于装备的数字化转型,仍然是用户需求导向,以为用户提供更好的产品生产适应性、高效、数字化连接与优化的整体体系。形成自身可持续的产品升级与竞争力壁垒的构筑。

 


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