离散型智能制造模式研究——基于海尔智能工厂

Key words: Haier; Discrete; Intelligent Manufacturing
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工 业 经 济 论 坛 Industrial Economy Review
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
2017年第01期
引言
智能制造（ Intelligent Manufacturing ， IM）是一种由智能机器和人类专家共同组 成的人机一体化智能系统，它在制造过程中 能进行智能活动，诸如分析、推理、判断、 构思和决策等。通过人与智能机器的合作， 扩大、延伸和部分地取代人类专家在制造过 程中的脑力劳动。当前，以智能制造为代表 的新一轮产业变革迅猛发展，数字化、网络 化、智能化日益成为制造业的主要趋势。 为加速我国制造业转型升级、提质增效， “十三五”期间将深入贯彻实施《中国制造 2025 》，同步实施数字化制造普及、智能化 制造示范，分类开展离散型智能制造、流程 型智能制造、网络协同制造、大规模个性化 定制、远程运维服务 5 种新模式试点示范。 作为五种智能制造模式的典型代表，离 散型制造广泛分布在汽车、电子、家电、机 械等行业，其特征是以订单生产为主，通过 改变物料形态，经过多道加工工序，将零部 件或组件组装成产品的生产过程，也是推广 应用智能制造的重点领域。青岛海尔作为全 国首批智能制造综合试点示范企业，从 2008 年开始改造传统的制造系统，到目前建立起 以沈阳冰箱为代表的互联工厂，在引领自身 业务发展的同时，也为国内离散型制造企业 的智能化改造树立了典范。本文通过分析青 岛海尔的离散型智能制造模式，总结出当前 离散型智能制造的着力点，对开展离散型智 能制造试点示范，推动制造强国建设有着重 要的现实意义。
幅提升。例如，天樽空调由原来的 265 个零部 件转变为 12 个模块，新品的上市时间减少了 一半。 第三，优化资源平台推进协同创新。平 台是互联网时代协作创新的技术支撑，是资 源汇聚与分享的重要载体。海尔通过深度整 合企业内外部资源，构建了 7 大资源平台，包 括：交互用户定制平台、零距离虚实营销平 台、智联U＋服务平台、开发创新平台、模 块商资源平台、智能制造平台、智慧物流平 台，涵盖了从用户交互到研发设计、物流、 智能服务等七大流程，对外支撑用户、协作 伙伴全流程参与产品生产，充分调动产品的 需求资源、研发设计资源和协作生产资源， 实现产品创新的高效化；对内支撑资源管理 扁平化、生产智能能化、客户服务高效化， 实现了产品生产的集约高效化。开放的资源 平台和接口，已吸引了软件、硬件、服务内 容等各类资源进行合作，为协同创新提供了 平台支撑，如铂空调就是由用户提出构思， 发烧友参与设计，整合进一流的外部资源， 包括中国科学院、供应商等资源完成的解决 方案，颠覆了产品的创新方式。 第四，提升产品和技术智能化水平。 产品智能互联是电器产品未来发展的趋势。 海尔在产品中嵌入温度、湿度、压力等传感 器，不断提高产品的智能化水平。产品可以 实时监测运行和使用状态，智能感知周围环 境，根据用户需求做出快速反应；同时借助 产品管理服务云平台，通过对产品反馈的数 据进行大数据分析，自动预警产品运行中存 在的问题，在远程即可对产品提供服务和维 修。这样，海尔运用物联网、大数据技术等
（四）延伸产品服务功能是方向
离散型制造的传统产品形态是单个的
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2017年第01期
品全生命周期实现全数字化的管理，通过数 字化的排产，变传统的长生产线为高度自动 化短生产线，实现了柔性化生产。目前生产 线的模态有定制生产线、柔性定制生产线和 单元定制生产线，分别对应批量大且个性化 需求少的大众化产品的生产、批量小且个性 化需求多的小众化产品生产和单用户的个性 化定制。这样，当用户提交定单后，定单信 息实时传到互联工厂，智能制造系统自动排 产，并将信息自动传递给对应的工序生产线 及所有模块商、物流商，不同的工序根据指 令生产相对应的产品模块，最后在总装线上 进行组装。经过改造后，海尔数字工厂柔性 生产能力大幅提升，仅海尔的沈阳工厂就做 到了一条生产线从原本支持 20 多个型号到支 持 500 多个型号的大规模定制，生产节拍缩短 到 10 秒一台，订单周期从 15 天缩短至 7 天，单 线产能、单位面积的产出翻番。 第二，增强生产模块提高装配效率。 为了降低产品零部件多带来生产的复杂性， 解决柔性生产面临的瓶颈，海尔搭建了模块 商资源平台：海达源。模块商注册、用户需 求提出、解决方案竞选、评价结果等过程都 记录在平台上，实现了供应商、用户和海尔 多方透明化协作。针对用户提出的需求，模 块商可以凭借自身研发、制造等优势提出解 决方案，海尔与供应商由单纯地采购零件关 系转变为模块化方案引领的共创共享的利益 共同体。产品模块化的好处，从用户角度讲 是把工程视角下的组件变为用户视角下的使 用模块，提高了产品的可定制性；从企业角 度来讲，由于模块数量较零部件数量大大减 少，降低了工序装配的复杂性，生产效率大
（二）模块设计与互动是切入点
离散型生产的产品一般是由几十个、 甚至成百上千个零部件组成，生产复杂度 高，组装难度大，不利于企业基于网络的定
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岳 维 松 等 ： 离散型智能制造模式研究
制生产。离散型生产企业需要通过整合内外 部资源，转变与供应商的合作模式，变零部 件供应为模块协同生产，实现产品零部件 的模块化。这样做的好处：一是通过零部件 模块化，降低产品的复杂度；二是零部件模 块化，有利于模块商发挥自身优势，做精模 块，加速产品创造；三是零部件模块化，可 以实现通用模块与个性模块分离，有利于用 户参与定制；四是通过模块化，降低了产品 维度，有利于生产过程智能化。因此，通过 建立协同创新机制，提升产品模块化水平， 是离散型企业实现智能制造的切入点。
（三）敏捷柔性制造是核心关键
离散制造的发展趋势是网络、数据与 与产品生产过程融合更加深入，以“设计－ 生产－销售”为特征的传统制造流程正在向 “个性需求－定制订单－生产”为特征的消 费生产一体化制造流程转变，制造需求的不 确定性增大，对离散型制造企业快速响应用 户需求提出挑战。基于生产数据自动流动， 柔性制造拥有高度数字化的生产流程，可以 实现小批量、多批次生产，快速响应用户的 需求，是传统制造向智能制造转型的关键所 在。其核心是要对传统的生产线进行改造， 建设包括数控机床、智能机器人、自动化的 立体仓库、柔性控制系统等在内的柔性生产 线，从大规模制造到大规模定制的转变。
第04卷 第01期 2017年1月
Industrial Economy Review
工 业 经 济 论 坛
No.01 岳 维 松 等 ： 离 散 型Vol.04 智能制 造 模Jan.2017 式研究
离散型智能制造模式研究
——基于海尔智能工厂
岳维松，程楠，侯彦全
（中国电子信息产业发展研究院，北京，100846）
二、离散型智能制造的实践分析
青岛海尔作为全国首批智能制造综合试 点示范企业，从 2008 年开始改造传统的制造 系统，到目前建立起以沈阳冰箱为代表的互 联工厂。分析海尔智能工厂可以发现，其主 要从以下四个方面来进行离散型智能制造。 第一，通过系统集成实现柔性制造。 针对消费需求呈现个性化，多样化的趋势， 海尔主动适应需求，对生产工厂进行数字化 改造，深化PLM、ERP、iMES、iWMS、 SCADA 五大系统集成 [1] ，打通人机互联、机 物互联、机机互联、人人互联的信息通道， 满足人、机器、生产线的随需交互，实现物 联网、互联网和务联网三网融合相通，对产
一、离散型智能制造模式的内涵
（一）数据开放共享是重要基础
离散型制造的特点是设备散、工序不连 续，设备单元孤岛特征明显，而实现数据的 自动、有序流动是实现智能制造的基础。要 实现数据的自由流动，需建立物与机、机与 机、人与机、人与人以及企业与企业之间信 息充分交互基础，信息交互本质上是各种数 据的获取、传输、分析和反馈，可以说数据 是企业智能制造的血液。没有数据的采集与 控制，生产单元无法获取生产状态、执行生 产指令；没有管理单元之间的数据共享，无 法实现协同创新、用户个性化定制，数据在 离散型企业推进智能制造的过程中起着关键 的基础作用。鉴于此，离散型企业首先应该 对生产制造过程进行物理信息系统的整体规 划，勾画智能制造蓝图；进而对生产过程实 现数字化改造：在数据采集层、网络层部署 RFID、智能传感器、网络设备等物联网基 础节点；在执行设备层引入工业机器人、采 用数控机床等智能制造装置；在控制层、管 理层引入管理和控制系统，如 MES 、 ERP 、 P L M 等 系 统 [2]； 同 时 搭 建 各 种 开 放 信 息 服 务 平台，共享数据资源，不断夯实智能制造的 数据基础。
摘
要 ： 智能制造日益成为未来制造业发展的重大趋势和核心内容 ， 也是加快发展方式转变 ，
促进工业向中高端迈进 、 建设制造强国的重要举措 。 青岛海尔从 2008 年开始 ， 逐步探索出一条 以互联工厂为核心的智能制造发展路线 ， 为离散制造型企业 ， 特别是白色家电企业树立起智能 制造典范 。 本文从生产柔性化 、 零部件模块化 、 平台资源化和产品智能化四个方面着手分析了 海尔离散型智能制造模式 ， 并对政府提出了四点建议 ： 支持生产线数字化改造 ， 鼓励开放性平 台建设 ， 引导企业发展服务型制造 ， 开展离散型智能制造试点 。 关键词 ： 青岛海尔 ； 离散型 ； 智能制造 中图分类号： F 407 . 44 文 献标识码： A 文章编号： 2095 - 7866 ( 2017 ) 01 - 105 - 006 DOI : 10 . 11970 /j.issn. 2095 - 7866 . 2017 . 01 . 012 工业经济论坛 URL : http//
生产设备或生活物品，使用区域分散，与用 户、生产企业互动性差，但是随着智能技术 嵌入到产品中，智能技术正在重新定义产品 的交付形态和使用状态。企业交付给客户的 不仅仅是硬件产品，一起交付的还有软服 务。通过智能感知技术，产品可以感知使用 环境；通过网络，企业可以实现对产品的远 程故障诊断和修复服务 [3] 。基于智能产品，企 业正在重新构建新的生产应 用 生 态 ： 依 托 产 品的智能感知与联网功能，企业可以进一 步提供增值服务，产品的功能从使用功能 向服务功能延伸，增值服务正在给企业带 来全新的价值。离散型企业应当利用智能 技术、云计算、大数据和互联网打造智能 服务系统，智能识别用户的需求，为用户 提供高效的增值服务，从产品制造向服务 型制造迈进。