生產(chǎn)要素是經(jīng)濟(jì)學(xué)中的一個(gè)基本范疇，包括人的要素、物的要素及其結(jié)合因素。前面講解了人員、技術(shù)兩大能力要素，其中人員屬于人的要素范疇，技術(shù)屬于結(jié)合因素，而今天要談的裝備則屬于物的要素。這里對設(shè)備的通俗理解就是工廠用于生產(chǎn)加工的機(jī)器、設(shè)備和系統(tǒng)。
這里的裝備，特指數(shù)字化裝備，即在傳統(tǒng)機(jī)械裝備中引入了信息技術(shù)、嵌入式傳感器、集成電路、軟件和其它信息元器件，形成了機(jī)械技術(shù)與信息技術(shù)、機(jī)械產(chǎn)品與電子信息產(chǎn)品深度融合的裝備或系統(tǒng)。
圖1 智能制造能力成熟度模型
表1是能力成熟度模型對裝備能力子域的等級描述，:
表1 裝備能力子域成熟度等級要求
從中可提取幾個(gè)關(guān)鍵活動(dòng)特征，第一就是“關(guān)鍵工序”，從一級到五級都是圍繞關(guān)鍵工序談設(shè)備應(yīng)用水平。第二就是對設(shè)備應(yīng)用水平的描述，一級說的是自動(dòng)化，二級說的是數(shù)字化，三級說的是數(shù)字化和人機(jī)交互，四級和五級說的是智能化。
制造業(yè)定義的關(guān)鍵工序是指：1)對成品的質(zhì)量、性能、功能、壽命、可靠性及成本等有直接影響的工序;2)產(chǎn)品重要質(zhì)量特性形成的工序;3)工藝復(fù)雜，質(zhì)量容易波動(dòng)，對工人技藝要求高或總是發(fā)生問題較多的工序。針對裝備能力子域的診斷評估需要將企業(yè)的關(guān)鍵工序梳理清楚，基于此，再評估是否在這些關(guān)鍵工序應(yīng)用了自動(dòng)化設(shè)備，以及應(yīng)用到什么水平。
對設(shè)備水平能力的評估，綜合模型的描述可以梳理出以下幾個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)：1)是否支持聯(lián)網(wǎng);2)是否能實(shí)現(xiàn)自診斷和維護(hù);3)設(shè)備數(shù)字孿生實(shí)現(xiàn)能力。表2 是通過根據(jù)模型梳理出的設(shè)備能力分項(xiàng)特征，這有助于我們對企業(yè)裝備水平和應(yīng)用能力評估時(shí)作為打分參考。
表2 裝備能力子域等級評分關(guān)鍵點(diǎn)
為更好地使用這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)，我們不妨架設(shè)，現(xiàn)在我們正在為某制造企業(yè)做智能化能力診斷評估。對于設(shè)備能力子域的評估，最直接的方式是去車間現(xiàn)場，一是觀察了解車間的設(shè)備情況，二是與相關(guān)負(fù)責(zé)人進(jìn)行現(xiàn)場溝通交流。一般來說，設(shè)備智能化水平的高低在現(xiàn)場走一圈就基本能作出初步判斷，更具體的調(diào)查則需要與生產(chǎn)人員、設(shè)備管理人員做進(jìn)一步深入交流。
對于一級，只要關(guān)鍵工序應(yīng)用了自動(dòng)化設(shè)備即可，同時(shí)考慮到設(shè)備的聯(lián)網(wǎng)需求，特別是更高級別的設(shè)備數(shù)字化、智能化應(yīng)用需求，對于一些老舊設(shè)備，必須制定出改造升級方案，對于新購置的設(shè)備，一定要優(yōu)先考慮設(shè)備的聯(lián)網(wǎng)功能。如果設(shè)備出現(xiàn)故障，要求設(shè)備能通過聲光報(bào)警(如指示燈、聲音警報(bào))等方式及時(shí)提示，以便讓巡檢的工人能看到并檢修。
對于二級，強(qiáng)調(diào)設(shè)備數(shù)字化能力。一般認(rèn)為，自動(dòng)化是數(shù)字化實(shí)現(xiàn)的基礎(chǔ)，自動(dòng)化是機(jī)器或裝置在無人干預(yù)的情況下按規(guī)定的程序或指令自動(dòng)進(jìn)行操作或控制的過程。而數(shù)字化在自動(dòng)化的基礎(chǔ)上強(qiáng)化了設(shè)備的聯(lián)網(wǎng)功能，即設(shè)備具備良好互聯(lián)互通條件。二級要求關(guān)鍵工序設(shè)備具有標(biāo)準(zhǔn)通信接口，包括RJ45、RS232、RS485等，并支持主流通信協(xié)議，包括OPC/OPC UA、MODBUS、PROFIBUS等，同時(shí)對于新購的設(shè)備需要廠商提供三維數(shù)字化模型，對現(xiàn)有的關(guān)鍵設(shè)備要開始進(jìn)行三維建模，積累三維模型庫，為后續(xù)高等級的設(shè)備智能化應(yīng)用打下基礎(chǔ)，這些都是二級能力評估的重點(diǎn)。
對于三級，主要特征是數(shù)字化+人機(jī)交互。要求設(shè)備聯(lián)網(wǎng)，并能采集工藝數(shù)據(jù)、生產(chǎn)數(shù)據(jù)和設(shè)備自身狀態(tài)數(shù)據(jù)等，具備數(shù)據(jù)管理、模擬加工、圖形化編程等人機(jī)交互功能，要求建立關(guān)鍵工序設(shè)備的三維模型庫。現(xiàn)在制造企業(yè)在投建新工廠之前，都會(huì)通過數(shù)字化工廠軟件對車間的生產(chǎn)線布局、物流規(guī)劃、機(jī)器走位、加工工藝等過程進(jìn)行動(dòng)態(tài)的三維數(shù)字化仿真，以模擬產(chǎn)品工藝的生產(chǎn)過程，找出生產(chǎn)過程中存在的問題并進(jìn)行優(yōu)化完善，即積累了豐富的設(shè)備三維模型，也實(shí)現(xiàn)了設(shè)備模型庫的初步應(yīng)用，三級差不多就是這個(gè)要求。
對于四級，主要特征是智能化。標(biāo)準(zhǔn)模型提到了兩點(diǎn)要求，一是關(guān)鍵工序設(shè)備應(yīng)具有預(yù)測性維護(hù)功能;二是關(guān)鍵工序設(shè)備應(yīng)具有遠(yuǎn)程監(jiān)測和遠(yuǎn)程診斷功能，可實(shí)現(xiàn)故障預(yù)警。這需要企業(yè)對采集到的設(shè)備數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算分析，根據(jù)設(shè)備狀態(tài)做維護(hù)。比如企業(yè)為了監(jiān)控設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)部署在線監(jiān)測系統(tǒng)，及時(shí)跟蹤分析設(shè)備運(yùn)行健康狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)對設(shè)備的預(yù)測性維護(hù)。一是能避免設(shè)備突然出現(xiàn)問題給企業(yè)帶來生產(chǎn)事故和產(chǎn)品質(zhì)量問題;二是對于日趨智能化的生產(chǎn)過程，需要更加智能的生產(chǎn)排程系統(tǒng)，設(shè)備作為生產(chǎn)排程的重要限制條件，及時(shí)了解設(shè)備的狀態(tài)將影響排程效率和準(zhǔn)確性，對智能生產(chǎn)至關(guān)重要。
對于五級，主要特征就是設(shè)備數(shù)字孿生。標(biāo)準(zhǔn)模型提到了兩點(diǎn)要求，一是要求關(guān)鍵工序設(shè)備三維模型應(yīng)集成設(shè)備實(shí)時(shí)運(yùn)行參數(shù)，實(shí)現(xiàn)設(shè)備與模型間的信息實(shí)時(shí)互聯(lián);二是關(guān)鍵工序設(shè)備、單元、產(chǎn)線等應(yīng)實(shí)現(xiàn)基于工業(yè)數(shù)據(jù)分析的自適應(yīng)、自由化、自控制等，并與其他系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)分享。要求企業(yè)為每一個(gè)關(guān)鍵工序設(shè)備建立全要素三維數(shù)字化模型，并與實(shí)體設(shè)備打通交互。基于預(yù)警和預(yù)測性維護(hù)信息實(shí)時(shí)故障自維護(hù)、自處理。總結(jié)特點(diǎn)就是實(shí)現(xiàn)“設(shè)備自愈和產(chǎn)業(yè)自尋優(yōu)”。在設(shè)備出現(xiàn)故障時(shí)不需要人員介入，設(shè)備能實(shí)現(xiàn)自維護(hù)、自處理，而單元、產(chǎn)線則可以自適應(yīng)、自優(yōu)化和自控制。
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