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人工智能

迎战“双十一”?无人工厂真的来了!

一年一度的“双十一”购物节活动是新零售业的集体狂欢,却也是制造业的周年大考。不同于往年各地工厂彻夜通明、加班加点的热闹景象,今年迎战“双十一”的制造企业似乎悄然发生了一些新变化。

在位于杭州临平的厨电品牌老板电器茅山生产基地,往年紧急招募临时工、打地铺、“三班倒”的情况不复存在。占地面积5万平米的车间空无一人,只剩下284台机器设备正在基于数据和算法自行有条不紊地运转。据悉,这是这所无人工厂首次迎战“双十一”,仅是油烟机的产能就占到了双十一总订单的75%。

不止是老板电器,格力、美的、海尔、小米、京东、三一重工等各行各业走在数字化浪潮前沿的企业都有了自建的无人工厂。北京、上海、无锡、东莞、浙江等各地政府也都在加紧无人工厂布局。曾经被认为是“工业互联网样板间”、概念大过现实的无人工厂,终于真正走到了我们身边,成为工业4.0时代智能制造的一个具象化载体,映射出中国数字经济的活力与光彩。

无人工厂已是必然选择

记者曾实地参观过获评“灯塔工厂”的三一重工北京桩机工厂。所谓“灯塔工厂”,是指由世界经济论坛和麦肯锡咨询公司共同选出的数字化制造与全球化4.0的示范者。放眼看去,偌大的工厂中,只有寥寥几位工人师傅在产线中穿行,检查机器设备的工作状态。

老板电器的无人工厂中也是同样一番景象。老板电器CMO叶丹芃表示:“我们是从2012年开始尝试对这个钣金冲压车间进行智能化改造的,在2016年的时候进行了自动化升级,自动化大概达到70%左右,到目前自动化真正达到100%,实现了无人化,平时我们都是关着灯作业的,所以我们也叫‘黑灯工厂’。”

人都去哪儿了?技术工人们集中在工厂上方的监控大厅里,面对着一面20米宽的数字大屏忙活着。大屏上的数据实时反映出产线的作业情况,背后的系统会自动向设备下发指令。如果设备出现异常,系统会自动通过手机钉钉给工人派单。从过去订单旺季忙乱的“人找任务”,变成了从容的“任务找人”。

与传统工厂不同,无人工厂被装上了“智慧大脑”,将人工智能、云计算、大数据、5G、数字孪生等新兴技术广泛应用到工厂产销环节中,使工人师傅们被从枯燥乏味的、流水线式的生产线上解放出来,去做更高价值的工作。表面看是在生产过程中去掉人的参与,实际上在背后是无数高端智能与技术的交互。

阿里云工程师陈荥介绍称,老板电器无人工厂背后是基于阿里云IoT平台搭建的“九天中枢数字平台”。该平台接入了工厂设备上万个点位的实时数据,数据经过处理分析后,形成一个智能的“指挥台”,可自动安排每日生产计划、完成工厂的全流程调度。据悉,改造完成后,这所工厂的整体生产效率提高了45%,生产成本降低21%。

在三一重工北京桩机工厂,扮演类似角色的是树根互联的“根云平台”。树根互联股份有限公司副总裁刘伟光介绍说:“在工厂里面大概有36000多数据点实时接入,通过大数据的算力,实时计算,我们为每一道工序,每一种机型,甚至每一个道具来匹配最优的参数,优化生产能力。”相比于改造前,桩机工厂在同样的厂房面积产值翻了一番,总体生产设备作业率从66.3%提升到86.7%,平均故障时间下降58.5%,人均产值已达到1072.8万元。

树根互联联合创始人、CEO贺东东在接受《中国电子报》记者采访时表示,无人工厂从概念走向现实的原因要从宏观和微观两个层面认知。从宏观上来看,一方面是工业与数字化的拥抱释放出几何级的能量,让智能制造命题被写进了国家核心战略之中;另一方面,随着人口老龄化、劳动力成本提升,仅靠人口红利实现高速增长的日子一去不复返,国内制造业需要找到新的引擎,产业升级迫切。从微观上来看,无人工厂可以节省人力,解决了制造企业长期面临的用工难问题,是提质增效、降本减存的重要手段。因此,从劳动密集型脱胎换骨,走向智能制造,无人工厂成为了无法逆转的趋势,是制造企业的一个必然选择。

“新工厂”面临“新课题”

很多人都有这样一个疑问,无人工厂就是智能工厂吗?答案是否定的。无人工厂与智能工厂之间不能划上等号。现阶段我们谈到的无人工厂多指无人工厂的1.0形态,即一个企业的无人生产车间,全部的生产都由计算机进行控制,它的核心是计算机。而智能工厂指的是无人工厂的2.0版本,它的生产布局更加全面和完善,是指具有“全面感知、协同优化、预测预警及科学决策”四项能力的现代化工厂,它的核心是物联网。

阿里云零售行业架构师涂发亮对《中国电子报》记者坦言:“目前国内真正的无人工厂还比较少,基本都是部分产线和工艺达到无人化,能够实现全流程端对端产线与全工艺无人化的工厂还较少。”

制造企业当局者迷是国内无人工厂发展较慢的一个重要原因。由于我国工业发展起步较晚,而智能制造又涵盖非常多的领域,系统建设复杂,国内许多制造企业对此缺乏深刻的认知与理解,导致其在推进无人工厂的建设方面存在诸多问题与误区。

例如,对无人工厂认知程度不同,建设水平层次不齐。一些制造企业仍然认为推进企业数字化转型就是自动化或机器人代替人工,盲目购买自动化设备、自动化产线,极致追求概念、追求所谓的“黑灯工厂”而将产出比置于脑后。 再比如,由于前期对无人工厂建设的系统性规划不足,导致企业后续不得不浪费大量人力、物力成本去“亡羊补牢”。

与此同时,无人工厂普遍技术创新能力不足,对外技术依存度仍然较高。涂发亮指出,无人工厂是无人的自动化运转,对IoT、智能算法、网络等技术要求非常高,对每个环节应用的技术能力都要经过充分测试与验证,任何一个环节出现问题都会导致产线运转出现问题甚至安全风险。

上海财经大学副校长、信息工程与管理学院教授刘兰娟与上海财经大学商学院在读博士李斌共同针对上海无人工厂发展的瓶颈与对策进行研究。他们认为无人工厂关键核心技术存在缺失,并举例谈到,汽车产业是上海无人工厂的代表,也是上海无人工厂建设的重要领域与突破口。然而,汽车动力总成等“心脏”所需的高端数控机床技术仍然缺失。

从智能设备来看,国外品牌依然占据国内工业机器人市场的主导地位,国内工业机器人受制于基础工业的差距,在关键零部件伺服电机、减速器、控制器等方面自主研发生产能力较弱,与国外品牌相比,在精密度、可靠性和稳定性方面还有较大差距。

而在工业软件方面,尤其是核心的工业设计软件,迟迟难以突破,这也让本土无人工厂的建设陷入被动局面。公开数据显示,在核心工业软件领域中的CAD(计算机辅助设计)研发设计类软件市场,法国达索、德国西门子、美国PTC以及美国Autodesk公司在我国市场占有率达90%以上。这种对国外工业软件的强依赖,也给本土无人工厂的安全性带来了很大的隐患。

另外,一个高效自主运转的无人工厂背后是海量的数据处理任务。自动化设备让工厂生产过程中产生的数据呈现几何级增长,处理数据是个难题。国内很多无人工厂主要是根据业务需求进行单点优化,未能将整个链条的数据打通,因此存在大量信息化孤岛。尤其是工厂运营层多处于黑箱状态,全面数字化尚未实现。

涂发亮指出:“无人工厂的运营体系搭建非常重要,比如采集哪些数据,这些数据如何应用,成本与收益之间如何平衡等,搭建基于数据智能的业务运营体系是无人工厂的最大的困难和挑战。”

此外,“招工难”问题加剧。据老板电器无人工厂厂长俞佳良透露,仅在2021年上半年,老板电器就面试了近5000名员工,最后实际到岗1800人左右,到目前,离职1400人,“离职率在70%左右”。而无人工厂要求专业人才不仅需要懂工业技术,还要懂信息技术。如此一来,人才缺口也将被进一步拉大。

无人工厂终极模式会是什么样?

实际上,无人工厂的建设没有“标准模板”可言。“并非所有制造业领域都适合追求极致无人。” 贺东东指出,“虽然发展的大趋势是一致的,但细分到每个领域,需求也各不相同。像手机、电脑等电子产品制造,原本的先进程度就比较高,他们的发展方向是‘黑灯工厂’。对于汽车行业,同一产线生产同一产品,柔性要求相对较低,但对生产节拍的优化要求很高。对于重工行业,很多产品是多品种小批量,这就要求产线对高荷载零部件的柔性化生产。”由此可见,无人工厂必然会呈现出多样化、个性化的发展趋势。

“各行业应基于行业特点和需求寻找最合适的方案,这个方案是投入与收益、风险的最佳组合。” 涂发亮表示。对于多数制造企业来说,发展的第一步,应是单个工位的智能化,继而发展到无人产线。而一些当前不适合做无人化的生产环节,人机协同就是很重要的发展方向。但无论是无人工厂还是人机协同,底层的支持都是工业互联网平台打通数据,在平台之上使用AI技术、大数据分析进行计算。

下一阶段,无人工厂还将如何进化?在他看来, “无人工厂”未来的发展趋势与必备特征包括:云边互联与一体化,在实现核心业务的自动化的同时提升效率,减低成本;数据智能驱动,拉通销售端与供应链端,结合数据+算法实现工厂的智能化决策,提升柔性与敏捷性;以及基于云边互联与数据智能的产品自诊断与自适应。

工业4.0热潮下,新一代信息技术给无人工厂烙下了深深的时代印记。中国工程院院士谭建荣指出,在人工智能和大数据领域中,有四项技术特别值得关注,“交互技术、感知技术、学习技术和决策技术这四项技术将成为推动整个制造业向数字化、网络化、智能化、绿色化方向发展的关键驱动力。”

责任编辑:宋婧


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