新一代智能制造 | 随时随地不随人
日期:2018-01-12  发布人:admin  浏览量:83 来源:http://www.iianews.com

  习主席在十九大报告中讲加快建设制造强国,加快发展先进制造业。但是发展制造业一定会对国家的资源和环境造成重大的影响。如何既要绿水青山,又要金山银山呢?这是一个世界性难题。

  未来的生产模式

  如何破解呢?首先我们一起思考:未来的产品的生产模式是什么。应该分为三种:原来传统的单件大批量,后来的多件小批量,再到单件个性化的定制。当然个性化的定制是最困难的。

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  图1:未来三种生产模式

 

  我认为在今后几十年内三种生产方式并存,单件定制重点是解决不确定性,尤其是复杂产品的不确定性,个性化订制解决了,多件和大批量生产方式都简单了。如何解决个性化订制:简单说就是用软件来解决复杂产品的不确定性问题。这就是智能制造的思维逻辑。

  这就和美国国防部2011年提出的AVM(航空航天运载器自适应制造)计划异曲同工。AVM计划源自对卫星产业的思考。一年发射100颗火箭已经不得了了。每个卫星都不一样。北斗卫星发完之后每个都在修改,北斗36颗卫星是最多卫星的定位与导航系统。相比而言,一个车企一年生产几百万辆汽车,飞机生产几百架。因此,航天个性化程度很高,难以形成产业。

  每个卫星不一样,如何解决快速生产和经济性问题?美国国防部推出AVM计划,就是考虑“只换软件不换硬装备”,也就是同一条生产线从设计研发到工艺到制造生产,可以用不换生产线设备和工装夹具,只换软件的方法来解决不同产品的制造问题。这是一个非常具有挑战性的难题。

  智能制造提出的挑战

  广义而论,智能制造是一个大概念,是先进制造技术与先进信息技术的深度融合,也是一个不断演进的过程和大系统。工程院提出来三个范式:第一个是数字化,数字化+网络化纳入第二代智能制造,新一代智能制造则是数字化、网络化、智能化。

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  图2:工程院的智能制造三个范式

 

  这里有一个重要的概念就是CPS (Cyber-Physical-Systems)。Cyber不是信息,Cyber可以翻译成赛博,可以翻译成智能,但是翻译成“信息”却不太准确。美国人2006年定义的CPS中,赛博是一个虚拟空间,是一个数字虚体。但是,赛博由谁定义呢?只能由人定义。有了智能的意识人体,创建了数学和物理方法、化学方法,发明了电脑,开发了软件,才可以把物理实体建模建成数字虚体。

  既然是范式变化,智能制造势必会带来重大挑战,促使既有模式的重大转变。这需要首先了解传统的产品研制的四阶段。

  第一步是方案阶段,从产品策划、需求分析到方案设计,方案设计阶段一定是做了多种方案,再评价、优选、确认出来一种进入工程研制阶段。

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  图3:设计制造四个阶段

 

  进入第二个阶段的工程研制。就是初步设计、详细设计、试制、实验测试,反复迭代;直至完成设计定型和生产定型。然后进入第三个阶段,就是开始批产和批量交付;交付完之后进入第四个阶段:运行维护维修和回收报废。

  这是传统的产品研制流程。那么面向未来的制造,未来产品研发的四个阶段会不会变化?如果采用全新的数字化、网络化、智能化研制方式,不变的智能要素是什么,变化的智能要素是什么,这些要素如何变化,都成为关键要思考的。

  设计、制造、试验,一直被认为是制造业三大关键技术。

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  图4:制造三大技术

 

  但在赛博世界中要怎么办呢?那就需要数字模型一通到底,单一数据模型一直走到底,从方案论证模型、数字模型、初步设计,后面全要用,工艺制造全要用,到实验全要用。这个阶段被全部打通了,打通之后带来的智能要素哪些要转变?这是整个生产组织结构的变化。

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  图5:Cyber空间的引入

 

  在赛博空间中做反复的虚拟迭代设计,在CYBER空间中完成产品方案、产品设计、工艺、装配、试验等工作,不仅内部多作业、多学科迭代复杂,外部迭代更复杂、更多。拿国内某飞机的研制为例,有900多家直接参研单位,配套单位数千家,直接参加结构研制的企业就有将近200家。在整个赛博空间工作的工程师估计会超过四万人。这就是非常复杂的协同制造。在这个过程中,在虚拟空间中,完成设计、仿真、工艺、制造、试验,反复迭代来不断发现问题,解决问题。

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