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美国智能制造三部曲- 制造金字塔和标准立体盒_5

发表于:2019-06-18 14:09 作者:新闻小编 来源:新闻小编

  摘要美国人给出了智能制造的三个维度,并同时给出了所有的标准。这个维度与工业4.0的考量角度并不相同。然而需要我们用足够的智慧和仔细的耐心,去识别其中所要强调的要点。一知半解的照搬,并不能解决中国制造的问题。

  智能制造体系为什么是多维的?

  从历史上看,产品、生产系统和商业这些维度已经被纳入考虑范畴。仅仅针对某一个维度的集成都是非常了不起的,实际上很多人都在单个领域开展工作很长时间。

  然而我们已经观察到,在这个智能制造生态系统中,某个单一维度集成的组织正在扩大,从而集成范围必然涉及到更多维度。各种制造范式,包括持续的过程改进(CPI)、柔性制造(FMS)和面向制造和组装的设计(DFMA),只能依赖于不同维度之间进行信息交换。

美国制造标准

  智能制造的三个维度

  这就是未来智能制造必然呈现出来的姿态,也就是复杂系统,必然是多维度相互关联而形成。

  在这三个维度之间进行更紧密的集成,将导致更快的产品创新周期,更高效的供应链,并在生产系统更大的灵活性。

  在这里,我们花点耐心,一点一点地看,智能制造系统的组成要素和所对应的能力指标。

 美国制造标准 

美国标准院最新发布

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 集成技术和关键能力映射

  在这里,编者注意到即使在美国面向未来的智能制造体系中,主要的关键能力仍然集中在质量、敏捷性、生产率和可持续发展。

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  在面向未来的智能制造体系中,敏捷性占比巨大,当然是意料之中,这是满足个性化定制的一个重要基石。然而,质量仍然是旗鼓相当的因素。这一点,对于急于追逐工四升级的中国制造业,启发意义巨大。由于中国制造的整体质量尚未过关,因此对于中国智能制造,比重应该要大得多。

  标准的维度

  标准是基础的和有价值的工具,可以使企业主能够更好的吸收和采用新技术和创新。因此,标准可以提升一个或多个SMS的关键能力。例如,在产品维度上,PLM标准有助于敏捷(通过简化流程)和质量(通过启用不同的活动的集成产品和生产系统生命周期);在生产系统领域中,连续调试(CCX)标准可以提高机器性能和系统可靠性提高生产率、质量和可持续性(通过提高能源性能);而电子商务标准,则可以通过开放应用程序组集成规范(OAGIS)来简化供应链合作伙伴之间的业务流程。

  (关于各种标准的详细组织机构,请参见今日同期文章:《标准的组织结构》关注公号,然后查阅)

  第一维度:产品的标准集

  产品的标准集,也就是产品开发生命周期标准族。

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  产品维度的标准集

  智能制造生态系统SMS下的产品生命周期管理包括6个阶段,分别是设计、工艺设计、生产工程、制造、使用和服务、废弃和回收。

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  SMS产品维度的六阶段

  围绕这六个产品生命周期阶段,美国标准院给出了更加细致的标准分类,从五个角度出发,分别是建模实践、产品模型和数据交换、制造模型数据、产品目录数据和产品生命周期数据管理。以建模实践为例,它定义了数字化的产品定义,既有2D图纸的数据,也有3D模型的数据。从这个角度来看,虽然高举智能制造的大旗,美国标准院并没有完全放弃二维图纸。这也是过渡期的妥协吧。

  美国标准院同时认为,现有的标准,尤其是在CAD、CAM和CAx方面大大的提高了工程效率。此外,这些标准提高了建模精度,减少产品创新周期,从而直接提高制造系统的敏捷性和产品质量。在这个领域的进步已经变革了新产品的开发模式,这被称为基于模型的企业MBE(Model-Based Enterprise)。

  目前在美国,MBE概念已经深入人心,而且建立了成熟度分级模型。而在中国只有航空制造业做了一些非常有意义的实践,其他领域似乎进展并不深。

  第二维度:生产系统生命周期标准

  生产系统在这里指的是从各种集合的机器、设备和辅助系统组织和资源创建商品和服务。虽然大部分产品模型开发和建模方法的标准,同样适用于生产系统。但是作为一个最复杂的生产系统,仍然具有许多独特的标准,这是实现SMS的根基。相比于它们所生产的商品,生产系统通常有一个更长的生命周期。此外,它们需要经常重新配置,从而对设计有独特的需求。这里,我们专注于支持复杂系统建模、自动化工程、操作和维护(运营管理)的标准。

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  典型的生产系统生命周期阶段,分为五个方面,如上图所示,包括设计、修建、调试、运营和维护、退役和回收。

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  SMS生产维度的五阶段

  支持生产生命周期活动领域的标准,包括生产系统模型数据和实践、生产系统工程、生产系统维护和生命周期数据管理。

  第三维度:供应链管理的商业周期

  电子商务在今天至关重要,使任何类型的业务或商业交易,都会涉及到利益相关者之间的信息交换。下图显示了Plan-Source-Make-Deliver-Return周期的制造业供应链管理。在制造商、供应商、客户、合作伙伴,甚至是竞争对手之间的交互标准,包括通用业务建模标准,制造特定的建模标准和相应的消息协议,这些标准是提高供应链效率和制造敏捷性的关键。

  在这里,我们重点强调三套专门面向制造集成标准: APICS供应链运营参考、开放应用程序组集成规范(OAGIS)和制造企业解决方案协会的B2MML。

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  SCOR(APICS的一部分)是一个管理工具跨越整个供应链,从供应商的供应商到客户的客户,模型描述了相关所有阶段的业务活动以满足客户需求。

  SCOR(APICS的一部分)是一个管理工具跨越整个供应链,从供应商的供应商到客户的客户,模型描述了相关所有阶段的业务活动以满足客户需求。

  OAGIS包括一套工程和业务规范称为业务对象文档(bod),它定义常见的内容模型和信息业务应用程序之间的通信。

  B2MML 很好的吸收实现了ISA 95数据模型。它促进ERP和供应链管理系统,以及与制造系统的集成,如控制系统和MES。

  制造金字塔

  制造金字塔是智能制造生态系统的核心,产品生命周期、生产周期和商业周期都在这里聚集和交互。在智能自主操作和智能机器的行为里面,自我意识、推理和规划、自我纠错是关键。然而美国标准院想强调的是,这些行为带来的信息必须能够在金字塔内部上下流动。要想实现这种从机器到工厂,再从工厂到企业系统之间的集成,标准显然是至关重要的。

  基于标准之上的智能制造系统,就可以实现工厂数据快速决策,优化产量和质量;准确的评估能源和材料的使用,同时可以改善车间安全和加强制造业可持续发展。

  在下图的制造业金字塔中,美国标准院推荐了一种常用的参考模型(ISA-95),用于开发自动化企业和控制系统之间的接口。它为信息交换提供了标准,减少了 MES- ERP 集成的费用,与产品的生命周期管理协同工作。由于可以提供生产能力和状态,提高了生产制造的灵活性,提供了一套信息集成的架构和标准模型。这样定义了 ERP 和 MES 的界限和信息流。

  有关一个软件系统的沟通是很难的,因为不同人在说同一词的时候往往在脑袋里的翻译却不一样。这就是参考体系架构的重要性,因为所有的术语放到了模型里,而且清晰地阐述了术语之间的关系。

  以建筑业做对比,由于建筑业的蓝图里使用通用的窗、门、墙、地板的符号来描述房子,所以尽管房子千奇百样,但我们依然可以没有歧义地描述所需要的门窗。同样的技术也运用到了制造金字塔体系中。尽管没有两个一样的工厂,管理人员依然可以用相同的模型和术语来沟通工厂的业务、活动、责任、信息流等等内容。更进一步的是,这种模型还规范了信息交换,为ERP和MES之间提供了一个标准数据交换接口。

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  制造金字塔的模型体系

  在这里,我们再一次看到基于模型的体系,对于智能制造的重要性。它去除了歧义,确保所有的数字化工厂,不管采用何种设备,都可以自由地进行数据交换。这正是当下中国制造2025最缺的骨架体系。

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