基于驱动力的三类智能制造模式优化方案

2023-06-23 理论教育版权反馈

【摘要】：智能化的驱动力是指企业采取智能化的主要动因，主要分为成本驱动、需求驱动和复合驱动，相应地形成了三类基于驱动力的智能制造模式。现实中，往往是几种成本驱动的共同作用导致企业开展智能制造。其自身减重最高至1 600 kN，最高减重达12%，建立了能量供应与负载之间能效的新标准。又比如在欧美发达国家，工业生产过程中装卸、搬运费用占总成本的20%～30%，甚至更高。

智能化的驱动力是指企业采取智能化的主要动因，主要分为成本驱动、需求驱动和复合驱动，相应地形成了三类基于驱动力的智能制造模式。其中，成本驱动力侧重企业内部的需求，需求驱动力侧重企业外部客户的个性化需求、差异化竞争需求、产品品质需求等，复合驱动力则综合了成本驱动和需求驱动两类因素。

1.成本驱动模式

成本驱动是企业开展智能制造最基本的想法，因为控制成本是每一家企业永远追求的目标，而智能设备由于其高度的自动化、信息化水平，以及具有的柔性生产的能力，为企业进一步提高效率、降低成本带来了新的机会。调研发现，根据成本的不同类型，可以将智能制造的成本驱动模式大致细分为三类：一是人工成本驱动的智能制造模式；二是生产制造成本驱动的智能制造模式；三是管理成本驱动的智能制造模式。现实中，往往是几种成本驱动的共同作用导致企业开展智能制造。

第一种是人工成本驱动的模式。其核心是针对劳动力成本过快提升导致的竞争力下降，通过“机器替人”模式大幅减少人工数量。例如，新凤鸣公司就针对工人年均成本增长8%、工人年均支出达5万元/人的情况，采用生产流程的全自动化来替代人工。再如雷柏科技也是考虑到人力成本上涨的压力及高离职率带来的品质风险（员工平均月流失率在16%左右，熟练工人工资年均上涨10%～20%，由工人双手组成的生产线虽然具备应对不同代工客户的灵活性但产品品质非常不稳定），因此不得不寻求智能制造出路。

第二种是生产制造成本驱动的模式。其核心是针对生产制造过程中设备、不同环节之间的协同衔接及流程不合理导致的生产成本过高问题，通过智能化的协同和全产业链管理降低生产制造成本。如吉林通用依托“八大工艺”优势，实现了模具、夹具、量具、刀具、工位器具、检具、非标设备等七大部类产品的全部内制，极大地降低了企业生产成本。通过引进数控设备，使小批量单件生产转型为大批量生产，提高了自动化、智能化水平，提升了产品质量和生产效率。据初步测算，内制式生产使企业生产效率提高了30%以上，使项目开发时间缩短了50%左右，较大程度提升了产品整体竞争力。

国内公司利用智能制造系统在成本控制方面尝到了甜头，国外公司在这方面也取得了大量的成果。如库卡在机器人开发过程中，不断为采用智能制造产品的客户提供成本更优的产品。如KRQUANTEC系列机器人，是一款兼顾库卡机器人高性能品质和拥有低碳环保特性的创新型机器人。其自身减重最高至1 600 kN，最高减重达12%，建立了能量供应与负载之间能效的新标准。此外，该机器人系列从制造到处理的每一个环节对节能环保意识的体现，使得该机器人系列减少对能源消耗多达50%，建立了节能和生态的新标准。又比如在欧美发达国家，工业生产过程中装卸、搬运费用占总成本的20%～30%，甚至更高。因此，众多企业一直在寻求机械化和智能化的搬运技术和装备。柔性化和智能化的物流搬运机器人就是其中的一种，目前它已经成为工厂自动化的宠儿，不仅在冲压、焊接等生产过程中大显身手，在物料搬运过程中也是一员干将。如上下料、拆码垛、分拣、检测、装配，或各种特殊处理。又如机器人行业的另一巨头ABB，他们的工业机器人帮助客户实现生产效率的成倍提高。如码垛机器人主要用于生产线末端的高速码垛作业，其操作节拍最高可达每小时循环2 190次，运行速度比同类常规机器人提升了15%；其占地面积也比一般码垛机器人节省20%，适用于在狭小的空间内进行高速作业，为客户大大节省厂房空间。在智能制造解决方案中，ABB为苏泊尔集团卫浴产品生产线提供了交钥匙工程的机器人解决方案，帮助客户将产品单件生产成本降低近50%。而在国内计算机无线外设产品领域最大的提供商之一深圳雷柏科技股份有限公司的鼠标生产线上，70台ABB机器人帮助客户实现生产效率的成倍提高，同时这些机器人的柔性特点还帮助客户将自动设备的开发时间缩短15%。Intel也希望借智能制造降低工厂成本和周期时间，同时也可让其晶片具有更佳的优势以与竞争对手抗衡，以抵御来自其竞争对手的压力，特别是针对65 nm CPU生产技术的应用。

除了中国和欧美，日本企业也极为重视智能制造为企业带来的成本优势。著名零部件公司日本电装公司通过对铝压铸件的生产设备、工艺进行改革，使得铸造线生产成本降低了30%，设备面积减少80%，能源消费量降低50%，成本大幅降低。

第三种是管理成本驱动的模式。其核心是针对粗放管理导致的管理成本过高，通过基于智能化来降低管理成本。例如，陕西鼓风机集团针对设计、工艺、制造环节中的管理成本过高问题，持续开展精益化生产，通过技术研发、产品设计、工艺生成、制造资源的全程数字化、自动化、智能化，持续开展流程再造和工艺布局，降低管理成本、缩短交货时间。

2.需求驱动模式

智能制造除了能为企业带来更低的成本，还可以更好地满足客户的需求及企业自身的其他需求，因此很多在产品及服务中与客户关系更密切的企业在采用智能制造方法时，更多的关注其对于需求端的贡献。调研发现，根本需求的不同类型，可以将企业智能制造的需求驱动模式细分为三类：消费者个性化需求的驱动模式；企业提升小批量产品品质需求的驱动模式；企业打造领先品牌、塑造高端形象需求的驱动模式。

第一种是消费需求驱动模式。例如，青山公司采用“订单拉动式”生产的方式确保计划订单管理的精准。一是针对客户计划订单，稳定的客户采用常规化的订单输入和生产组织，针对连续性订单适当的设置安全库存以应对正常计划波动。二是针对计划订单不够稳定的客户采用提高沟通频率并建立快速反应机制的应对措施，以确保产品保供要求，并减少临时计划变动对内部生产组织的冲击。

可以发现，国内公司为了满足客户的需求，已经开始在设备及流程上进行更多努力，而国外公司对于以客户为中心的经营理念更是执着追求。比如，宝马公司的生产计划主要按照客户订单来制订，零部件供应商会按照生产订单按序供货，供应商与生产之间的JIT，也因总装车间独特的梳状结构建筑设计得到更加充分的实施。运送不同零组件的货车可直接开至离装配线最近的区域，部件进厂后可直接送至相应工位完成组装，与先入库再二次配送上线的传统物流方式相比，节省了大量库存和不必要的作业时间。这种创新的物流模式，不仅缩短了生产和物流供应的距离，也为未来的生产线扩展、引入新技术打下了良好的基础，以最小的投资成本实现高效集成。宝马标准化、模块化和数字化的产品设计是实现工业4.0的基础，这一点在宝马莱比锡工厂能够得到充分印证。宝马1系和2系车型同属一个平台，为此可以共用同一生产线，且装配时的大部分组件也是通用的。通过选配不同模块（如汽车电子单元）、不同车体颜色，灵活生产出满足不同客户需求的差异化车型，让模组的数量大大简化。而实现小批量、多品种定制化混线生产的重要前提就是标准化，同样，模块化和数字化为此生产模式提供了更多可能。正因为如此，宝马莱比锡工厂目前不仅能做到多种车型按订单生产和混线生产，还能在不损失生产节拍和品质的前提下，实现每台下线车型都能满足大规模定制的市场需求，即每一台宝马汽车可以根据客户的意愿生产出来。

在日本，安川电机株式会社创立于1915年，作为技术创新的倡导者，安川不断把用户需求融合到技术及产品的开发当中。安川变频器拥有从通用到专用的丰富的系列产品，这些产品广泛地活跃在节能及机械自动化领域。并且能够针对客户从工业到民用的各种各样的需求，提供最佳解决方案。

第二种是提高小批量产品品质需求的驱动。许多企业意识到人工为主的生产模式无法保证高的、稳定的产品品质，因此想通过智能制造模式。例如，雷柏科技发现，由工人双手组成的生产线，具备应对不同代工客户的灵活性，但产品品质却“非常不稳定”。从2007年开始，雷柏成立了自动化小组，尝试减少对人工的依赖。2008年，雷柏研发了一条生产线，花费30万元，解决了键盘生产线上工人一百零几个插键帽的动作，把线上的工人从60人减到了24人。相对汽车产业，电子产品生产线的作业精度要求更高，它们需要操作更为灵巧、传感更为灵敏的机器人。基于这样的认识，2011年雷柏从ABB购买了一批小型的六轴工业机器人，价格约20万元一台，它拥有世界上最快的速度、最高的精度和灵活性，其重复定位精度为0.01 mm，工作半径为580 mm。在此范围内它可以精准地触及任何位置。工业机器人生产线的应用帮助雷柏稳定提升了生产效率和品质，在USB插口生产线上，雷柏机器人的节拍时间仅为3s，生产效率比人工提高了60%。使用半自动生产线进行生产时，雷柏每天生产4 000个键盘需要50名员工。现在每天生产7 000个键盘，只需要6～7人搭配工业机器人生产线，良品率比手工操作模式高2～3个百分点。

第三是企业打造领先品牌、塑造高端形象的需要驱动的智能化。例如，株机公司有众多国际客户订单，为了战略、营销和宣传需要，正在大力建设智能化生产线和智能化工厂。再如，内蒙古伊利乳业为提升奶业安全而采用智能制造手段，使伊利的质量溯源体系更系统、更高效。从记录奶牛出生到第一次挤奶，通过原奶运输车辆的GPS跟踪，原奶入厂信息赋码、生产和检测过程的信息跟踪、关键环节的电子信息记录系统、质量管理信息的综合集成系统和覆盖全国的ERP网络系统，实现了产品信可追溯的全面化、及时化和信息化。在奶源环节，伊利牧场主要是通过阿波罗系统监测每头奶牛每天的产奶量及变化情况。该系统与奶牛的耳标识别系统相连，通过收集耳标系统的基础数据，能轻松划分出高、中、低产奶牛，既可以为饲料配方提供参考，又可以起到“报警”作用，由此极大地提升了牛奶单产和牧场精细化管理水平。

3.复合驱动模式

当然，企业采用智能制造方式往往不是出于一个单一的原因，而是同时对上述两种因素进行综合考虑的结果。在此次调研的企业中。绝大多数企业都是复合因素驱动其开展智能制造。

而国外企业在满足复合需求方面具备更强优势，比如思科公司。为了帮助制造商实现尽量缩短制造和周转时间，并改善客户服务的要求，思科推出了一套既能支持新应用，又能集成信息和流程的智能网络制造业解决方案。思科智能网络制造业基础设施基于一个符合标准的开放式智能平台，产品开发、SCM、生产管理、销售和服务管理的信息和流程系统。一是为产品开发建立协作环境，为设计人员实时提供重要产品数据，包括客户要求、服务记录、生命周期成本和工厂规格等。借助这种可视性，设计人员不但能加快新产品的设计，保证制造过程顺利进行，还能在不降低产品质量的前提下更加有效地实施成本控制。二是利用思科需求驱动型供应链解决方案，制造商建立的网络不但能收集、存储、分析信息，还能与供应商、工厂、分销中心和零售商共享信息。三是思科工业以太网能够将基于标准的工业级开放以太网延伸到车间，从而提高了效率，延长了正常运行时间。工厂经理能够方便地访问生产线信息，以便核实存货，降低维护成本。利用这个解决方案，思科能够调集全球资源，立即对客户需求作出反应。四是利用思科开发的客户交互网络解决方案，销售人员及渠道和分销合作伙伴能够实时访问产品信息和客户信息。从而提高销售效率，缩短销售周期，最终提高盈利水平。

基于驱动力的三类智能制造模式优化方案

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