我國軸承企業(yè)發(fā)展智能制造的當務之急

作者：中國軸承工業(yè)協(xié)會總工程師  何加群

一、智能化是復雜的系統(tǒng)工程

智能化包括包括制造過程的智能化和產品的智能化二個范疇。對我們軸承行業(yè)來說，即包括軸承的智能制造（流程）和智能軸承（產品）二個范疇。

智能化不論是流程的智能化，還是產品的智能化，都是基于信息物理聯(lián)合系統(tǒng)（Cyber-Physical System, CPS），亦即“數(shù)字雙胞胎”（Cyber Twin），實體物理世界與虛擬網絡世界的融合。

1、智能制造的發(fā)展路徑

我們不要用了幾臺工業(yè)機器人就說實現(xiàn)了智能化，不要用了幾臺功能強大一點的數(shù)控機床就說實現(xiàn)了智能化。智能制造有確切的定義，嚴格的界定：

智能制造是一個不斷向深度與廣度發(fā)展的過程，是基于新一代數(shù)字與網絡信息技術，貫穿于用戶、設計、工藝、生產、檢測、管理、服務，及上下游企業(yè)等制造活動各個環(huán)節(jié)，具有信息深度自感知，智慧化自決策（多參數(shù)人工智能）、精確控制自執(zhí)行等功能的可控并可遠程控制的具有反饋功能的先進制造過程、系統(tǒng)與模式的總稱。

特別要注意前述智能制造定義中的“三自”——自感知（自檢測）、自決策（自診斷）、自執(zhí)行（自調控）。

智能制造不能一蹴而就，需要經歷傳統(tǒng)制造→數(shù)字化轉型→網絡化協(xié)同→智能化變革的發(fā)展。智能制造要“三不”：不要在落后的工藝基礎上搞智能化；不要在落后的管理基礎上搞智能化；不要沒有數(shù)字化、網絡化的基礎就搞智能化。

制造強國戰(zhàn)略包括了對智能制造三個階段的表述，首先是數(shù)字化，然后是網絡化，Z終達到智能化。應該說，世界范圍內現(xiàn)有的企業(yè)和產品達到智能化水平的還很少。智能化的基礎是數(shù)字化，首先要把產品、整個生產過程、管理等都要引入數(shù)字化，也就是信息化的手段，這是智能制造的基礎。在此基礎上，再把不同的裝備和裝備、裝備和產品、裝備和人之間建立通信的路徑，Z終實現(xiàn)網絡化。在數(shù)字化和網絡化都已經實現(xiàn)的基礎上，才能談到智能制造。

國家工信部在《“十四五”智能制造發(fā)展規(guī)劃》中規(guī)定：“到2025年，規(guī)模以上制造企業(yè)大部分實現(xiàn)數(shù)字化網絡化，重點行業(yè)骨干企業(yè)初步應用智能化；到2035年，規(guī)模以上制造企業(yè)全面普及數(shù)字化網絡化，重點行業(yè)骨干企業(yè)基本實現(xiàn)智能化。”

2、什么是智能軸承

智能軸承是由經過改進的軸承本體及相關輔件、鑲嵌在軸承體內或相關輔件內的微型傳感器、處理傳輸電路（專用芯片）、采集卡、信號處理與分析軟件和軸承服役狀態(tài)調控裝置組成，可實現(xiàn)服役狀態(tài)的自感知、自決策、自執(zhí)行的軸承系統(tǒng)。

智能軸承是“機電軟”的結合體，是“數(shù)字雙胞胎”。

智能軸承按其功能分為二大類，一大類為初始型智能軸承，具有服役狀態(tài)自感知、自決策功能。這類軸承還不是真正意義上的智能軸承，實際上是“傳感器軸承”；另一大類為全功能型軸承，不僅具有服役狀態(tài)自感知、自決策功能，而且可以自執(zhí)行、自調控。

自感知（自檢測）——通過傳感器檢測軸承服役狀態(tài)：旋轉速度、加速度、角度位置，累計旋轉轉數(shù)，溫度，振動、噪聲，載荷，工作游隙，潤滑狀況，磨損程度等。

自決策（自診斷）——對即將發(fā)生的故障診斷、預警，對已經發(fā)生的故障診斷、報警，對軸承剩余壽命預測。

自執(zhí)行（自調控）——根據軸承實時服役狀態(tài)，通過調控裝置，對軸承工作游隙、預緊力、潤滑等服役狀態(tài)進行調控、矯正，以適應主機的運行要求。

二、我國軸承企業(yè)發(fā)展智能制造的當務之急——數(shù)字化轉型

習近平總書記指出，要“推動數(shù)字經濟和實體經濟融合發(fā)展。”“發(fā)揮數(shù)字技術對經濟發(fā)展的放大、疊加、倍增的作用。”數(shù)字化轉型是我國軸承企業(yè)發(fā)展智能制造的當務之急。

企業(yè)是否實現(xiàn)數(shù)字化轉型，表現(xiàn)在是否實現(xiàn)研發(fā)設計、企業(yè)管理、產品制造和產業(yè)鏈構建四個數(shù)字化。

1、研發(fā)設計數(shù)字化

通過模擬仿真，建立產品數(shù)字化模型，實現(xiàn)CAD（計算機輔助設計）/ CAE（計算機輔助工程分析）/CAPP （計算機輔助工藝設計）/ PDM（產品數(shù)據管理）?單項信息技術的應用和集成，實現(xiàn)研發(fā)設計數(shù)字化。

2、企業(yè)管理數(shù)字化

建立企業(yè)資源計劃管理系統(tǒng)（ERP）、產品全生命周期管理系統(tǒng)（PLM）、客戶關系管理系統(tǒng)（CRM）、供應鏈管理系統(tǒng)（SCM）等，并實際運行，由單項信息技術的運用，發(fā)展到綜合集成；進而發(fā)展到PDM—MES—PLM—ERP的高效協(xié)同與綜合集成。

培育企業(yè)互聯(lián)互通的生態(tài)體系。建立企業(yè)中央數(shù)據庫，運用云技術、大數(shù)據技術，以數(shù)據流為核心，人、機器、產品互聯(lián)互通，人人互聯(lián)、人機互聯(lián)、機物互聯(lián)、機機互聯(lián)，實現(xiàn)企業(yè)內部信息流、物流和資金流的集成，企業(yè)內部所有環(huán)節(jié)無縫對接。

3、產品制造數(shù)字化

（1）產品制造裝備數(shù)字化——

工廠裝備應用深度融入數(shù)字化技術的數(shù)控系統(tǒng)、控制器（PLC）、伺服電機、電子標簽（RFLD）等功能部件。

實現(xiàn)編程、操作、維護和管理的數(shù)字化。切削工藝及切削參數(shù)自動優(yōu)化。整機操作自動裝卡、自動對刀、自動切削。

具有主軸監(jiān)控和溫度補償、運動部件的位置補償和熱補償、加工件在機精度檢測和補償、刀具（磨具）磨損和破損在機監(jiān)控和自動修正補償?shù)裙δ堋?/p>

（2）產品生產過程數(shù)字化——

應用具有人力資源管控、設備運行管控、生產工藝管控、進度計劃管控、生產工單管控、物料供應管控、產品質量管控、工磨具管控和生產可視化等模塊的MES系統(tǒng)（制造執(zhí)行系統(tǒng)）。

運用這一系統(tǒng)，能夠實時采集機床信息、掌握設備狀態(tài)、進行設備效率分析、成本分析、質量分析、工單計劃、生產趨勢分析，適時控制、調整、預警，并可通過手機終端，訪問車間管理信息。

4、產業(yè)鏈構建數(shù)字化

企業(yè)組織結構由金字塔式轉變?yōu)楸馄交仃囀?。業(yè)務流程由串聯(lián)轉變?yōu)椴⒙?lián)，去中間化，去中介化，以數(shù)據流為核心，暢通產業(yè)鏈，企業(yè)各個環(huán)節(jié)與用戶和供應商實現(xiàn)信息實時同步、互聯(lián)互通，以利于快速響應用戶訂單，整合用戶碎片化需求。實現(xiàn)信息系統(tǒng)縱向、橫向和端對端的集成，形成覆蓋全產業(yè)鏈、產品全生命周期的數(shù)字化。

三、我國軸承企業(yè)數(shù)字化轉型的三個著力點

1、信息技術的應用和集成

（1）系統(tǒng)模型建立與運行

車間/工廠的總體設計、工藝流程及布局建立數(shù)字化模型，并進行模擬仿真，實現(xiàn)規(guī)劃、生產、運營全流程數(shù)字化管理。

（2）CAD/CAPP/PDM應用與集成

應用數(shù)字化三維計算機輔助設計（CAD）與計算機輔助工藝編制（CAPP）技術進行產品、工藝設計與仿真，并通過物理檢測與試驗進行驗證與優(yōu)化。建立產品數(shù)據管理系統(tǒng)（PDM），實現(xiàn)CAD/CAPP/PDM產品數(shù)據的集成管理。

（3）關鍵技術裝備應用

實現(xiàn)高檔數(shù)控機床與工業(yè)機器人、智能傳感與控制裝備、智能檢測與裝配裝備、智能物流與倉儲裝備等關鍵技術裝備的有效應用與高度集成。

（4）生產過程數(shù)據采集和分析系統(tǒng)建設

建立生產過程數(shù)據采集和分析系統(tǒng)，充分采集生產進度、現(xiàn)場操作、質量檢驗、設備狀態(tài)、物料傳送等生產現(xiàn)場數(shù)據，并實現(xiàn)可視化管理。

（5）制造執(zhí)行系統(tǒng)（MES）與企業(yè)資源計劃系統(tǒng)（ERP）建設

建立車間制造執(zhí)行系統(tǒng)（MES），實現(xiàn)計劃、調度、質量、設備、生產、能效的全過程閉環(huán)管理。建立企業(yè)資源計劃系統(tǒng)（ERP），實現(xiàn)供應鏈、物流、成本等企業(yè)經營管理的優(yōu)化。

（6）工廠內部網絡架構建設及信息集成

建立工廠內部互聯(lián)互通網絡架構，實現(xiàn)設計、工藝、制造、檢驗、物流等制造過程各環(huán)節(jié)之間，特別是制造執(zhí)行系統(tǒng)（MES）和企業(yè)資源計劃系統(tǒng)（ERP）的高效協(xié)同與集成，建立全生命周期產品信息統(tǒng)一平臺。

（7）信息安全保障

建立工業(yè)信息安全管理制度和技術防護體系，網絡防護、應急響應等信息安全保障能力。建立功能安全保護系統(tǒng)，采用全生命周期方法有效避免系統(tǒng)失效。

2、中小企業(yè)數(shù)字化賦能

要認真貫徹落實國家工信部《中小企業(yè)數(shù)字化賦能專項行動方案》，對廣大中小軸承企業(yè)實行數(shù)字化賦能。

集聚一批面向中小企業(yè)的數(shù)字化服務商，培育推廣一批符合中小企業(yè)需求的數(shù)字化平臺、系統(tǒng)解決方案、產品和服務，助推中小企業(yè)通過數(shù)字化賦能，實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展，高質量發(fā)展。

（1）助推中小企業(yè)上云用云，獲取資源和服務

要引導數(shù)字化服務商面向中小企業(yè)推出云制造平臺和云服務平臺，支持中小企業(yè)設備上云和業(yè)務系統(tǒng)向云端遷移，幫助中小企業(yè)從云上獲取資源和應用服務，滿足中小企業(yè)研發(fā)設計、生產制造、經營管理、市場營銷等業(yè)務系統(tǒng)云化需求。

（2）搭建數(shù)字化平臺，促進中小企業(yè)生產要素數(shù)字化

搭建技術水平高、集成能力強、行業(yè)應用廣的數(shù)字化平臺，應用物聯(lián)網、大數(shù)據、邊緣計算、5G、人工智能、增強現(xiàn)實/虛擬現(xiàn)實等新興技術，促進中小企業(yè)生產要素數(shù)字化、生產過程柔性化及系統(tǒng)服務集成化。

（3）開發(fā)應用數(shù)字化運營解決方案

針對不同類型的中小企業(yè)的需求場景，開發(fā)使用便捷、成本低廉的中小企業(yè)數(shù)字化運營解決方案。

（4）加強數(shù)據資源共享和開發(fā)利用

支持供應鏈上下游企業(yè)打通不同系統(tǒng)間的數(shù)據聯(lián)通渠道，實現(xiàn)數(shù)據信息暢通、制造資源共享和生產過程協(xié)同。

（5）加強網絡和數(shù)據安全保障

推動中小企業(yè)強化網絡與數(shù)據安全保障措施。

3、精益生產

企業(yè)要實現(xiàn)數(shù)字化轉型，Z終實現(xiàn)智能制造，必須要有精益生產的基礎。

精益生產的要點：

（1）精益管理思維

精益管理思維的核心就是以Z小資源投入，包括人力、設備、資金、材料、時間和空間，創(chuàng)造出盡可能多的價值，降低成本、提高質量、加快流程速度和改善資本投入產出，為顧客提供滿意的產品和服務，實現(xiàn)價值Z大化。

（2）執(zhí)行力強的組織架構

構建執(zhí)行力強的組織架構，明確界定各部門、崗位的目標、職責和權限，建立相應的授權、檢查和逐級問責制度，確保其在授權范圍內履行職能；設立涵蓋企業(yè)所有運營環(huán)節(jié)的控制架構，并制定各層級之間的控制程序，保證企業(yè)高管層下達的指令能夠嚴格執(zhí)行。

（3）標準化并持續(xù)改進的敏捷業(yè)務流程

優(yōu)化和標準化業(yè)務流程，并持續(xù)改進，包括拉動式生產、少庫存無間斷作業(yè)、均衡一致的生產節(jié)拍、精準的物流、信息流，從而保證準時化生產。

（4）5S的現(xiàn)場管理

通過5S的推進和落實，使現(xiàn)場時刻處于有序安排持續(xù)改善的狀態(tài)。5S是：整理（SEIRI）、整頓（SEITON）、清掃（SEISO）、清潔（SEIKETSU）、素養(yǎng)（SHITSUKE）。

（5）全員全過程的質量控制

通過對全員活動的監(jiān)管、約束、考核，全過程的規(guī)范，實現(xiàn)全員全過程的質量控制，從而保證質量無差錯零缺陷。

（6）工藝裝備的數(shù)控化

新購置的設備采用數(shù)控設備和由數(shù)控設備組建的自動、半自動生產線。用數(shù)控技術改造傳統(tǒng)設備。數(shù)控化率達到國家規(guī)定的標準。

四、我國軸承行業(yè)推進數(shù)字化轉型要遵循的原則

1、創(chuàng)新驅動 數(shù)據支撐

新世紀以來，移動互聯(lián)、超級計算、大數(shù)據、云計算、物聯(lián)網、人工智能等新一代信息技術迅猛發(fā)展，我們要創(chuàng)新運用新一代信息技術，推進其與制造技術融合，驅動我國軸承企業(yè)的數(shù)字化轉型。

企業(yè)要實現(xiàn)數(shù)字化轉型，必須數(shù)據支撐。實現(xiàn)數(shù)字化Z重要的是要做到“三個統(tǒng)一，一個同一”。三個“統(tǒng)一”就是要做到數(shù)字模型、源代碼、應用程序編程接口(API)三個“統(tǒng)一”。一個“同一”就是一個企業(yè)必須有一個同一的數(shù)據庫——中央數(shù)據庫，從而消除信息孤島，消除ERP和MES的割裂，實現(xiàn)縱向、橫向和端到端的數(shù)據打通，實現(xiàn)數(shù)據的自由流動、實時調整、快速響應。

2、需求優(yōu)先 重點突破

企業(yè)需求是催生數(shù)字化轉型的重要動因。我們要研究企業(yè)數(shù)字化轉型的動因是什么，是節(jié)約人力；是提高效率；是提高質量；是降低成本；是縮短交貨期；是快速反應市場；是節(jié)能降耗減排?……企業(yè)Z急需的，就是Z能見效快的。我們要把企業(yè)的急需作為企業(yè)數(shù)字化轉型要重點突破的關鍵環(huán)節(jié)。

3、分類施策 全面推進

我國軸承行業(yè)的企業(yè)眾多，規(guī)模大小經營狀況相差很大，信息化和精益生產的基礎也千差萬別。要根據企業(yè)的實際情況，根據企業(yè)的基礎條體分類施策，從不同起點，全面推進。工信部《“十四五”智能制造發(fā)展規(guī)劃》提出，到2025年，70%以上的規(guī)模以上制造業(yè)企業(yè)實現(xiàn)數(shù)字化網絡化，重點行業(yè)骨干企業(yè)初步應用智能化；到2035年，規(guī)模以上制造業(yè)企業(yè)全面普及數(shù)字化網絡化，重點行業(yè)骨干企業(yè)基本實現(xiàn)智能化。

我國已進入數(shù)字化制造大面積推廣階段，其中有一部分企業(yè)，在完成數(shù)字化網絡化制造之后，具備了進一步向智能化方向發(fā)展的能力。工信部在“十四五”期間要開展“智能工廠試點示范行動”，選擇一批數(shù)字化網絡化基礎好的企業(yè)，探索建設智能工廠的路徑，為2025年之后的推廣提供案例和經驗。

（來源：中軸協(xié)）