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长江学者黎建强:解析全球智能工厂发展现状

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长江学者黎建强:解析全球智能工厂发展现状

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长江学者黎建强:解析全球智能工厂发展现状

 

2021年5月15日下午,长江学者、黎建强教授作客“5G与智能工厂的深度融合发展论坛暨深圳市智能化学会学术年会”,进行“智能制造发展趋势与制造创新”主题分享。

黎教授在开场白中谈到:“深入制造企业,我问得最多的是:目前有多少技术是自主可控?有多少技术需要依赖进口?只有掌握了核心技术,我国的制造业才能自主可控,才能确保我们制造业的长久发展”。表达了他对中国制造发展的期待。《中国智能制造发展战略研究报告》发布6年来,生产制造业对智能制造的认识已经深入不心,成为我国制造业创新发展的主要抓手、转型升级的主要路径。黎教授从不同纬度对智能工厂的发展进行了阐述,其国际视野让在座来宾受益非浅。

黎建强教授是美国密歇根州立大学博士,现为香港大学工业工程系荣誉教授。他于2003-2016任香港城市大学管理科学讲座教授。研究领域为供应链管理、风险管理、金融工程、大数据与商业智能。黎教授是香港运筹学会的创会主席。他从200502008年兼任湖南大学工商管理学院院长;2009年被教育部聘为长江学者讲座教授;2017年获选位於奧地利的国际系统与控制科学院院士;2020年入选美国斯坦福大学发布的世界最有影响力科学家排名前2%。另外,黎建强教授也是港交所上市的金禧国际、深交所上市的中联重科集团及上海交银施罗德基金投资公司的独立非执行董事;黎教授目前为亚洲风险及危机管理协会主席。

一、智能工厂定义与促动因素

1、产业系统整合的困境

首先,我国的金属、电子、纺织等传统制造业,都面临交货期短、客制化、缺工、全检和效率等实际挑战,这也是制造业的共同问题,智能化升级势在必行。

其次,美国、德国、日本和亚洲四小龙等工业强国逐渐将生产基地往中国大陆迁移,让中国成为世界工厂;他们迁移的同时对品牌所在国家受到的冲击持续不断:制造业占GDP比重低、附加值持续回落、失业率居高不下…… 我国经过几十年的改革开放,人口红利减少、劳动成本上升较快加上整体环境改善等多重因素影响,制造企业不断进行产业结构转型,近年来也逐渐将制造中心迁至越南、印度、巴西等国家和地区,实际当地需求、当地设计、当地生产、当地消费。

另外,由CPS、海量数据、物联网、3D技术等组成的智能自动化/智能工厂成为新的发展趋势。CPS生产线利用先进的通讯网络及CPS虛实整合技术(Twin model),在国产设备及控制器平台上建设,具有智能生产排程、制程自我決策能力、品质调控、设备健康与预测诊断的智能机械系統,以便高效率、低成本地完成产品制造,达到少量多样、客制化、高品质的生产形态及示范效果。

2、智能工厂定义与产业范畴

运用ICT硬件、软件与系统融合技术,使工厂生产行为具有感测联网(IoT)、资料采集分析(Big Data)、人工智能(Artificial Intelligence,AI)、虚实系统整合且具人机协同作业等特色,称为“智能工厂”。

所谓智能化,是指该工厂具有“可自主调整厂区与产线的产能配置、可自主调整上下游供应配送、可自主优化生产环境的资源与能源配置、可辅助人员正确完成各种操作和组装、可即时逆向追踪生产进度与历史等特点。

3、智能工厂关键领域的重要性分析

关键领域

重要性

虚拟工厂设计与自动化系统整合

建设实体工厂与生产线之前,先在虚拟系统进行生产线与工厂设计,以及直接在虚拟系统进行自动化系统整合规划,大幅減少实体建設与整合所需要的资金、时间、材料等重要成本,让产品得以快速进入市场。

巨量资料与云端运算

运用云端运算能分析由每台机器设备与装置所传来的巨量资料,进行筛选、过滤设备可能的故障原因、产品瑕疵发生原因,提高设备使用率与产品品质。另可通过巨量资料分析市场终端消费需求,提供次世代产品功能设计的参考。

物联网

用感测、有线、无线、移动、卫星等通讯网络,使设备、装置、控制中心的各种数据资料与参数,可以在设备、装置、控制中心之间传输,且具避免电气干扰、资料篡改、线路备援等安全机制,确保每一笔资料的安全性与稳定性

机器人/机器手臂

以机器人与机器手臂取代人,执行高重复性、高负重度、高疲劳性、高伤害性、高危险度等作业,提高制造时数与产线产能效率。

智能设备与系统

可智能判断与决策,并主动与其他设备交换资讯,不需人力介入即可依据实际状况进行运转调配,提升材料、能源、人等资源的利用效率。

二、全球智能工厂发展现状

(一)不同国家的定义与规划

1、德国工业4.0:以“虚实合一系统”(Cyper-Physical System,CPS)为核心,以“智能工厂”为精神;以机器人为焦点,但更强调制造人机协同作业的环境。

2、美国-先进制造伙伴计划(Advanced Manufacturing Partnership,AMP):2013年投资22亿美元发展AMP计划,目标是重新取得制造业领先地位。

3、日本-产品制造产业振兴计划:利用发展机器人技术,提升产业生产效率并降低制造成本、增加产业附加价值,协助产业转型,驱动经济成长。

4、韩国-国家机器人产业政策-机器人未来战略:以ICT、网际网络与机器人技术,发展次世代智能工厂“制造业创新3.0」的目标是通过通讯技术、软件、物联网等新兴技术的整合,导入智能生产概念并在2020年时实现10,000家的智能工厂(Smart Plant)建设。

5、中国大陆-十二五国家发展计划:七大战略新兴产业(智能制造装备);2015年3月-“中国制造2025”规划

(二)主要国际业者于关键领域的布局

业务领域

企业名称

巨量资料与云端运算

虚拟工厂设计与自动化系统整合

物联网装置与系统

智能装置与系统

机器人/机器手臂

Siemens

IBM

虚拟工厂设计

 

 

 

Beckhoff

 

自動化系統整合

ABB

 

 

GE

三、智能工厂发展趋势与影响

(一)智能工厂未来五大发展趋势

1、单一工厂产能缩减化;

2、供应链管理弹性且透明化;

3、产业聚落分散化;

4、运筹管理重要性增加;

5、品牌厂商议价力提高。

(二)供应模式的变化:

供应链管理弹性且透明化

传统的供应链包括原材料、上游供应商、制造工厂、品牌商经销商和终端消费者等环节。智能工厂可有效掌握厂內库存与生产进度,并带动供应链上下游关系的深度连接,使得供货信息更及時透明;下游客戶通过系統就可決定订单的价与量、交易方式与下单对象亲使临时加(抽)单的弹性增加。

(三)管理模式

运筹管理重要性增加

受到智慧工厂逐渐导入影响,以往“一地生产、全球消費”的管理模式將被“在地生產、在地消費”的区域化经营模式所取代;生产模式由集中式转为分散式,且生产资料通过云端资料中心,可分享到其他地区,因此掌握原料、半成品、制成品及物流配送的运筹管理,显得更加重要。

(四)商业模式

品牌厂商议价力提高

智能工厂的实施,缩短了产品推向市场的时间、可满足少多样客制化需求、可有效掌控实际生产进度库存、可临时增加订单与抽单,有品牌商強化与市场需求间的差,进而使品牌厂商的议价能增加、涉入程提升。

四、结论:

1、我国制造业的生产成本持续增加、先进国家积极推动“再工业化”政策、新兴科技导入提升生产效益等话题发酵,智能工厂成为未来制造业提升竞争力的重要课题;

2、全球市场规模持续成长,主要关键领域如系统整合、物联网、数据资料、智能设备、机器人等,均已有国际大厂积极布局;

3、随着智能工厂导入程度增加,将对现有产业价值体系造成影响,如产业供应聚落分散化、单一工厂规模缩减化、供应关系弹性透明化、运筹管理重要性提升与品牌客戶议价力增加;

4我国制造业从业者在智能工厂产业供应链未缺席,但智能工厂创新应用较为不足。建议可结合在机械手臂、机器视觉、运动控制等台湾业者的现有优势,进一步发展物联网系统、数据资料、云端运算等领域,为我国的智能工厂发展提供更多发展机会

来源:中国智能化网

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