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國家智能制造綜合標準化與新模式應用項目入選名單按照《中國制造2025》的總體部署和我國軸承行業的實際情況，我國軸承行業推進智能制造的技術路線是：首先是推廣數字化，進而推進網絡化，最終實現智能化。然而目前我國軸承行業推進智能制造，無論是在觀念上還是在作為上，都與《中國制造2025》的要求有很大差距。全行業總體上還處在數字化剛剛入門的階段，大多數企業正在進行單項數字化技術的應用，少數優勢企業進入了單項數字化技術的綜合集成。2.2大型軸承企業智能制造發展介紹事實上，我國許多大型軸承企業都在積極嘗試智能制造轉型升級。盡管沒有成為試點示范項目，但是通過智能化改造，很多企業都收獲了超出預期的回報，發展智能制造已成為所有軸承企業的共識。人本集團人本集團先后投入6000多萬元建立產品信息和管理信息統一平臺，實現MES和ERP的高效協同與集成。基于自動化程度的提升和系統數據協同的改善，車間人員數量減少50%，生產效率提升近一倍，設備運行率由74.47%提高到95.31%，產品質量顯著提高。人本集團在工廠智能化、裝備智能化、產品智能化、服務智能化和管理智能化等“智造”上的高投入，也帶來了巨大的回報。近五年來，新產品銷售收入以年均30%的速度遞增，人本集團正著力實施基于“IEM系統”終端的數字化工廠，重磅打造工業4.0時代中國的智能制造企業，引領中國軸承企業轉型升級，助推中國軸承制造業從世界大國向世界強國跨越。瓦軸集團瓦軸集團《新一代先進軌道交通軸承智能制造新模式》項目重點通過“1條主線-3條輔助線-3個智能化管控平臺”內容的研究，實現貫穿設備層、單元層、車間層、工廠層的縱向集成，以及跨資源要素、互聯互通、融合共享等橫向集成，推動高端裝備基礎零部件離散制造領域的技術進步。項目目前已實現在線加工、檢測、裝備的全過程自動化，并與西門子簽署戰略協議，以“軌道交通軸承數字化產線項目”為起點，共同推進瓦軸智能化、數字化建設的實施和落地。軸研所軸研所《精密軸承數字化車間標準研究與試驗驗證》項目計劃通編制《精密（高端）軸承數字化車間通用要求》、《精密（高端）軸承數字化車間數據采集及分析》和《精密（高端）軸承數字化生產過程裝備監控與在線檢測》三項標準，制定出數字化車間信息數字化模型所采用的總體系統架構、應用場景、實現架構等系統級技術架構。在對車間軟硬件系統信息建模的方法體系進行規范的基礎上，構建數據采集關鍵工序及采集類型，并通過MES執行系統集成；基于MES信息集成，對數字化車間各工序生產運行裝備及在線檢測過程的管控研究，體現軸承產品工廠全生命周期數字化，能夠實時對各過程狀態、數據狀態等進行分析及處理；繼而構建實體和虛擬試驗驗證平臺，對標準草案進行驗證和優化；最終在3個精密（高端）軸承領域生產企業進行標準驗證和首批滾動軸承產業聯盟內42家高端軸承企業內推廣，通過標準化方式帶動高端軸承企業數字化車間建設，提升傳統制造模式，提升軸承行業高端軸承產品品質和核心市場競爭力。精密軸承數字化車間標準體系哈軸集團哈軸集團與沈機股份合作攜手共建智慧工廠，沈機股份將幫助哈軸汽車軸承分廠進行數字化、智能化管理提升改造，在現有車間自動化生產線基礎上，打造全過程透明、可控的數字化工廠，并搭建WIS智能化車間管理系統。慈興集團慈興集團從2013年起便開始實施MES和ERP兩大信息化平臺的建設，其“軸承制造車間數字化改造提升試點項目”與中科院合作，引進國內外專家和技術骨干10人，在裝備自動化和信息化平臺的基礎上，研制智能化設備和軟件體系，建立云平臺，以數據規劃、數據分析驅動車間數字化改造。目前試點車間共有3條智能化裝配線，熱處理車間已實現智能化無人操作，整體完成后人員可減少30%左右。除此之外，像新火炬、襄軸、大冶軸、西北軸等很多有實力的軸承企業也都基本完成了自動化產線、MES和ERP等信息化系統建設，個別企業已經打通了從生產計劃到執行的數據流，向著數字化工廠和智能工廠穩步推進。2.3中小企業智能制造發展案例大型企業唱戲，中小企業圍觀。這是幾乎是所有制造業企業智能化進程中所出現的尷尬局面。基于成本、質量、環保等各方壓力，中小企業對智能化的轉型升級也有著迫切需求，但面臨更大的試錯成本和風險，稍有不慎就會落入到“轉型就死”的境地。在中國，中小企業數量占到企業總數的97.4%，絕大多數中小企業的自動化、數字化都處在非常低的水平。可以說，只要解決了中小企業高質量發展問題，就可以順利解決中國制造業高質量發展的問題。在這種情況下，“新昌模式”直擊企業痛點，運用互聯網思維，靈活運用物聯網和云平臺等工業互聯網新技術，采用低成本、模塊化的設備完成了中小企業的智能化基礎改造；通過政府、企業、平臺服務供應商、智庫、金融等各主體緊密合作，成功開啟了在中小企業成批推廣智能制造方式的新局面。這種模式不僅在軸承行業取得了成功，也必將帶動其他相類似行業加快智能化改造的步伐，為全國的智能制造提供可借鑒的樣板。以一家典型中小型企業為例，利用微智造系統改造后的生產線，工人從350人減少到110人，設備平均綜合利用率從50%上升到75%，產量提升了47.5%，單位用工成本下降82%、單位耗材成本下降32%。最終體現在企業的綜合效益上——2016年產值3200萬元，2017年接近5300萬元，2018年突破8000萬元。而更讓人意想不到的是企業所投入的智能化改造成本僅僅需要幾萬元。為了在中小企業中探索推廣智能制造，2017年下半年起，新昌以中小企業集中的軸承行業為切入口，開展智能制造“百企提升行動”，計劃實施三期，最終實現地方300家以上軸承企業覆蓋。同時由“陀曼智造”牽頭創建的行業云平臺——“軸承云”正在不斷優化中，將系統解決軸承企業智能生產線的設備檢測難、故障預防難等單一企業難以解決的問題。新昌在軸承行業進行智能化改造，吸引了國際軸承生產巨頭SKF集團前來落戶。SKF集團的負責人坦言，在對全國多個地方進行考察和比較后，他們認為新昌軸承產業鏈配套齊全，特別是先在軸承行業批量推廣以智能制造促轉型升級的舉措，非常契合SKF集團對產業發展環境的要求。SKF集團將在新昌投資超1億美元建設占地200畝的球軸承生產基地，并將位于法國和中國上海的球軸承全球研發中心搬至新昌。三、軸承智能工廠設計思路與實踐今天，我們處在物聯網、大數據、工業互聯網、智能制造等種種“新概念霧霾”之中，企業的數字化轉型面臨著各種各樣的問題。那么我們能不能嘗試把所有的問題都歸納為一個根本的問題？能不能找到這個根本問題背后最基本的矛盾？一個最基本的矛盾，就是我們企業全局優化的需求和碎片化供給之間的矛盾。企業的競爭是資源優化配置效率的競爭，而這樣的一個競爭需要在更大的范圍、更廣的領域，全流程、全生命周期、全場景的數字化轉型。只有全局的優化，才能創造更多的價值。但是今天我們的智能化供給還是一個碎片化的，最典型的例子就是OT（操作技術）和IT（信息技術）的脫節，使得很多企業在通往智能化的道路上陷入了集成應用困境。那么如何處理好全局優化需求和碎片化供給之間的矛盾呢？我認為基于全局的智能工廠頂層設計是解決基本矛盾的第一步。中機十院作為軸承工廠設計院，主要任務在于前期軸承園區的總體規劃、工藝方案的制定，廠房、辦公樓等建筑施工圖紙的繪制。看似和前述的產線智能化改造升級沒有什麼關系，其實不然。從因果關系上來說，園區的規劃要依據各個車間的規模；車間的規模要依據產線的布置；產線的布置要依據生產的工藝。可以看到，不論是企業的生產還是我們的設計，工藝都是處于最優先的地位，而基于數字技術的工藝仿真優化也正是我們為企業進行數字化智能化服務的最佳切入點。以工藝為起點的頂層設計能夠讓智能車間不僅僅局限于模型和數據的虛擬展示，而是真正充分挖掘出車間最大的效率和價值，得到資源優化配置最優解。十院在軸承智能工廠設計轉型中的兩個關鍵詞，就是數字孿生和企業中臺。3.1數字孿生數字孿生并不是一個新生事物。根據廣泛采用的定義，數字孿生是物理實體的數字化鏡像。研究機構Gartner已經連續3年將其評為全球十大科技趨勢之一；另一家研究公司MarketsMarkets則預測認為，由其所撬動的市場，有可能呈現指數級增長，在未來5年增長10倍，從每年的38億美元增長到358億美元。數字孿生通過將物體、系統、流程的信息，利用數字技術實時映射在數字化系統中，對產品、制造過程乃至整個工廠進行虛擬仿真，從而讓企業實時了解資產的狀態、響應變化，改善業務運營，創造新的價值。數位孿生是推動產品創新與性能提升的底層邏輯和強大支撐。用好數字孿生這個工具，可以縮短產品的研發周期、降低產品的試錯成本、加速實現高度定制化的生產模式、精準的制定生產與測試環節、掌控產品的生命周期、提前擬定產品故障的應對措施、延長產品壽命，甚至改變商業模式。現階段，很多企業在構建數字化工廠的過程中，都已經應用到數字孿生技術，模型和數據呈現是最直觀的，也是最為顯而易見的表面價值。許多企業在完成初步的數據呈現之后，就止步不前，停止了對于數字孿生的探索。其實，數字孿生的價值恰恰在于不可見的部分。從本源上來說，數字孿生的價值在于帶來APM（資產績效管理）的提升，改進設備的性能。數字孿生的價值在于創建物理模型和數字世界之間的連接性，進一步分析各種要素之間的隱含關系，再通過一連串的處理、分析、判斷之后，對物理模型產生反饋，改進和優化其價值。數字孿生的運用，有助于不僅聯接“看得見、摸得著、想得清”的已知工業要素，還在于發現和聯接那些“看不見、摸不著、想不清”的工業要素，建立這些要素之間的關聯關系。十院在智能工廠數字孿生方面的應用主要分為三個層級。1）軸承設備模型數據庫建設數字建模是實現數字化工廠的核心步驟，也是第一步要完成的工作，這個模型是承載未來所有數據，進行動態模擬展示和數字孿生的重要載體。在國家出臺的智能制造試點示范項目的要素條件中，第一項內容就是車間工廠的總體設計、工藝流程及布局均已建立數字化模型，對于智能工廠項目設計來說數字建模是先決和必要條件。三維模型對智能工廠設計及運維的作用是決定性的，是傳統二維設計無法比擬的。傳統二維設計的輸出結果是一張圖紙，而各種數據管理和控制系統是無法從平面圖紙文件中讀取模型和生產數據的。只有將所有內容轉化成三維模型，并針對不同模型賦予其不同的變量特征，才能夠支撐整個數字化工廠的設計和仿真運維。目前我們已經開始和軸承專用設備生產企業進行合作，使用三維建模軟件建立軸承生產設備和輸送系統組件的可變參數化三維模型。同時，我們也根據軸承產品類別，將單機設備和輸送系統模型進行組合，形成適合不同種類軸承加工的整條生產線的數字模型。另外我們還對設備模型進行分類和索引，建立軸承生產設備數字化模型資源庫，包括零件、部件、整機、線體等多個層級。在進行軸承工廠三維設計時只需從庫中選取相應設備和產線進行調用，可以大大縮短三維工廠設計周期，簡化設計過程。2）基于數字精益的工藝仿真精益生產所追求的“創造價值，消除浪費”，也是企業最本質的追求。中國工程院院士譚建榮曾在多個場合強調：“精益生產既是智能制造的基礎，又是智能制造的目標。”實現精益才是企業的最終目標，而智能化是為了更好實現精益的先進手段。隨著數字化技術的發展，精益管理很多理念得以用數字化來實現，使得傳統精益不斷向數字化精益過渡，體現出了新的精益管理特征。企業應該明確，智能制造不可能建立在無梳理、無優化、無精益的低效的生產模式之上，精益是必須要走的第一步，而且是投資回報最高的一條路徑。因為精益幾乎不需要企業做出額外的投資，只是在現有基礎上重新配置生產資源就可以獲得超出想象的回報。我們數字化精益仿真的過程，主要分為三步。第一步，是以價值流分析與改善作為核心，利用機器人、智能檢測、智能倉儲、ERP、MOM、PLM等智能制造手段，對物料流和信息流的進行流程再造、體系重構和精益化設計；第二步，通過三維可視化仿真來進行驗證、改進和迭代優化；第三步，以此為結果，指導智能工廠總體規劃設計。將精益和智能有機融合，提升企業持續競爭優勢，打造實用增值型智能工廠。傳統的精益需要通過不斷的試錯，而且提升效果難以量化，這也是很多企業精益化無法堅持貫徹的原因；而數字化精益通過仿真，可以迅速的找出問題并迭代解決，各個環節都可以直觀的通過數字量化提升結果，從而很容易計算出節省了多少成本。就是數字化帶來的優勢。“多品種小批量”、“專、精、特、新”是當前軸承行業一個重要的發展趨勢，但是很多產品沒有通用的自動生產線，產品型號的增多，產品批量的不確定性，對企業的生產組織都提出了極大的挑戰。我們十院也一直在思考如何為這些特色企業提供服務。而數字精益仿真就是我們目前探索出的一條行之有效的解決方案。通過數字化手段來評估任何一種形式產線的效率，這可以讓你發現各個環節是不是真的緊扣資產利用率，員工利用率是不是最優？效率能不能提升？不用改變任何的商業模式，任何企業都可以通過建模、數字化仿真，都能找出提升的空間。我們也希望利用這項數字化、精益化、智能化的技術來為廣大特色企業和中小企業高效賦能。3）打造“一體兩面”的數字孿生工廠當我們完成上述建模、數字精益工廠仿真設計，打造出虛擬的數字工廠之后，可以通過數字工廠指導物理工廠建設。當物理工廠順利運營投產后，再將即時采集的生產數據反向定義虛擬工廠中的設備、產線，通過虛擬工廠實時展現物理工廠的生產運行狀況，打造“一體兩面”的數字孿生工廠。最終，我們再將前面所說的物聯網平臺、云平臺應用、大數據和人工智能優化等技術在數字孿生工廠基礎上進行逐步疊加，便能走出一條完整的智能工廠設計、建設、運營的全生命周期流程。我們十院現在所做的建模和數字仿真規劃，便是幫企業從頂層規劃設計入手，夯實智能工廠整體規劃設計的根基，讓企業在智能化的進程中走得更為順暢。3.2企業中臺“中臺”概念起源于軍事范疇，目前已逐步成為領先企業的共同選擇。近三年來，代表性的互聯網巨頭相繼按“小前臺，大中臺”的模式進行組織調整；事實上，一些傳統領域的領導企業亦陸續向打造具有自身特色的中臺組織方向演進。從設計院未來數字化轉型來看，未來設計院的數字化轉型存在兩條路徑：一是業務數據化。對成熟的運營場景提供中臺化服務，通過成熟的業務來沉淀企業的數字化能力，讓業務與技術相互融合，不斷擴展業務邊界、不斷增強支撐創新業務的能力、不斷深挖數據價值，將產品（服務）、客戶、技術等企業經營核心要素，以場景化的方式沉淀和輸出，通過數字化方式交互連接，讓企業的運營更加快速、高效。二是數據業務化，抓住數字化轉型過程中的新機會，提供新型產品（服務），通過數字化技術和中臺共享能力，驅動商業價值的實現，為企業帶來新的業務增量。所以設計院的“中臺”一定是業務中臺和數據中臺的雙輪驅動。業務中臺與數據中臺依據中臺建設的思路，我們正在打造一個“十院綠色智能工廠平臺”。和我們合作過的企業都知道，十院做軸承工廠設計，一直以來都是產品和工藝入手，可以說是高度個性化、定制化的為企業量身設計。這就造成了設計周期較長，對設計人員專業水平要求高等問題。那么我們建立這個平臺，類似于一個業務中臺，將建筑模型、設備模型、產線模型、生產經驗數據等綠色智能工廠的設計要素以資源庫的形式進行整合，將我們60年來積累的軸承工廠設計知識經驗和優秀作品都沉淀到這個中臺之中，實現平臺共享、快速復用、靈活擴展。再以經驗豐富的設計團隊作為穩定的后臺內部支撐，實現對前臺企業客戶的不同設計需求做出快速設計響應，或進一步進行精益化深度設計。將來我們為企業設計軸承工廠，利用這個設計平臺，企業可以先選擇一個模板，然后根據自身需求在其中進行個性化配置。我們根據配置，輸出一個包含廠房和設備的虛擬工廠，然后將我們的生產線經驗數據和生產管理系統加載到模型上，在虛擬工廠中模擬生產運行和迭代優化，在企業預期的各項生產指標和綠色指標得到驗證后，依據虛擬工廠指導物理工廠建設，輸出智能工廠全生命周期數字模型。企業利用這個模型去建設、調試，就能迅速達產。后期如果有新增產線或設備布局調整，我們將新方案與原方案做仿真對比，立刻可以得出怎樣調整效率最大化，為企業提供持續的技術支持服務。這就是我們十院在軸承智能工廠設計方面的轉型，也是從單一的施工圖產品輸出，向“產品+服務”的數字化轉型。四、結語隨著互聯網時代的迅猛發展，信息技術已逐步滲透進工業生產領域。數字化、平臺化、移動化和物聯網已成為制造業的發展趨勢。縱觀國際先進軸承企業，其高端軸承從研發設計到生產制造都離不開工業化和信息化的深度融合。智能制造是制造強國戰略的主攻方向，也是中國軸承工業轉型升級、提質增效的必由之路，我國軸承智能工廠和智能制造時代已然到來。（來源：軸承工業雜志）返回搜狐，查看更多

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