数字化转型赋能制造型企业高质量发展

2024-05-21胡晓羽

机械制造 2024年4期

□ 胡晓羽

上海电气集团股份有限公司中央研究院上海 200070

1 数字化转型概述

当前,数字技术是新一轮工业革命和产业重构的重要驱动力量,不断推动物理世界和数字世界的连接与融合。数字化转型是数字技术与先进制造技术深度融合的产物,贯穿于研发、生产运营、质量管理、运维服务等全流程,本质是利用数字化技术实现业务模式、商业模式的转型,是推动企业高质量发展的重要手段。

当前,我国制造业处于全球价值链的中低端,附加值低,卡脖子现象仍然存在。为此,国家提出高质量发展理念,其核心是推动新一代信息技术在制造业中的应用,促进数字技术与实体经济深度融合,以期达到目标。制造型企业应以数字化+智能化为核心开展数字化转型,推动企业研发设计更高效,生产制造更透明,绿色低碳更优质,供应链协同更高效,打通业务流和数据流全链路,实现企业管理模式升级。以链主企业和龙头企业为代表,在企业数字化转型中起示范带动作用,利用数字平台增强上下游供应链在研发、生产、质量、物流等方面的协同,提高企业盈利能力和行业把控能力。

笔者对数字化转型赋能制造型企业高质量发展进行研究。

2 企业数字化转型核心技术

5G具有高速率、低延时、大连接特点,是实现人、机、物互联的网络基础设施。

云计算通过互联网将计算资源、存储资源、应用程序等信息技术基础设施提供给用户使用,可以分为基础设施即服务、平台即服务、软件即服务三种类型。

人工智能通过采用计算机来模拟人类大脑的思维方式,从而做出相应的判断和动作。计算机通过机器学习、深度学习、计算机视觉等算法对海量数据进行处理,完成语音识别、图像识别、自然语言处理、人脸识别等操作,最终达到模拟人的效果。工业人工智能可用于实现智能系统在工程领域的应用,具有系统性、快速性、可传承性特点。

数字孪生是某一物理实体或过程的历史和当前行为的数字化描述,用于理解、预测、优化性能,以改进产品。与数字孪生相关的还有数字孪生体概念,含义是以指定的频率和保真度同步表示现实世界的实体和流程,可以代表过去和现在。协议的数字孪生体指一个数字模板或模型的同步实例,代表实体生命周期中的实体,足以满足一组用例的需求。

工业互联网是新一代信息通信技术与工业经济深度融合的新型基础设施、应用模式、工业生态,通过对人、机、物的全面连接,变革传统制造模式、生产组织方式、产业形态,构建全要素、全产业链、全价值链全面连接的新型工业生产制造和服务体系,为工业的数字化、网络化、智能化发展提供实现途径。

3 实施框架

制造型企业推进数字化转型是一个系统工程,包含战略、业务、组织、技术、团队等方面,它们相互影响、相互作用,共同构成数字化转型的实施框架。

在战略方面,落实一把手工程,以实现战略上的引领。在业务方面,以业务价值和需求导向为原则。在组织方面,强化顶层设计和推进机制保障,围绕重点场景、关键领域集中投放资源,采用敏捷方式进行快速迭代。在技术方面,搭建统一底层架构的数字化平台和工业互联网平台。在团队方面,建立数字化团队,数字化部门与业务部门充分信任、协作、融合。

在总体框架和原则的指引下,制造型企业要逐步理清数字化转型的目标与路径,因地制宜,以自身发展为核心,追求新形势下制造型企业核心能力的成长,最终实现预期回报。

4 案例

4.1 数字孪生助力装备运维

某汽车制造厂于1997年正式建成投产,主要从事汽油发动机管理系统、变速箱控制系统、混合动力和电力驱动控制系统的开发、生产、销售。2018年,该汽车制造厂全面启动数字化转型,基于工业互联平台、仿真建模等数字技术,采集数控机床等生产设备的传感器、控制器、加工过程数据,对设备参数、工艺数据、运行环境等各项指标数据进行实时分析,围绕人、机、物、法、环生产线全要素进行抽象行为规则建模,构建设备及生产线实时数字孪生模型,实现物理模型和数字孪生模型的双向映射。数字孪生五维模型如图1所示。

图1 数字孪生五维模型

数字孪生虚拟设备实时显示设备运维的数据变化趋势,方便操作人员及时了解设备变化,及时发现设备异常情况,并及时处置。由此可以实现对生产线物理实体加工过程和全生命周期进行全面了解与掌控,为生产线的调试、报警预警、远程运维提供平台,完成生产线的可视化、透明化管理,为企业管理人员提供决策参考。

具体实践时,第一步完成设备主体应用系统的构建与互联互通,包括设备主数据管理、工装夹具管理、备品备件管理、设备维护保养管理、设备维修经验库等等。第二步基于工业互联平台,开发三维设备可视化监控等应用。借助数字孪生技术助力装备运维一方面可以通过数字孪生模型的指导,快速定位故障原因,并进行及时修复,提高维修准确率和效率。另一方面可以对维修记录进行分析,构建预测性维护模式,预测设备可能的故障类型和事件,并给出相应的预防措施和解决方案,大幅降低故障发生的概率。

4.2 云计算助力供应链上下游质量协同

当前,汽车主机厂供应链涉及大量零部件设计、开发、采购、生产、销售等环节,是一个多层次的供应链,给供应链质量管理、上下游企业协同带来挑战。某乘用车主机厂基于汽车行业级工业互联网平台,连接供应链上下游企业信息互通系统和协作机制。通过云计算技术将服务器、网络等计算机资源进行抽象虚拟化,转换后呈现,具有弹性伸缩、资源共享、按需付费等优点。企业不需要购买物理服务器部署在工厂内,即可利用应用程序编程接口调用计算资源。用户使用云资源时不受地域的限制,有利于分布在不同区域之间的企业开展协同。可以充分将供应链各节点的信息连接起来,实现数据资源的共享和协同处理、算法的云端协同,提高计算效率和资源利用率,从而从整体上提高供应链管理的效率,增强供应链可见性。

第一步,在上下游供应链的业务协同领域,基于云计算实现供需在线应用,打造多级供应商业务需求在线协同,企业与数百家中小零部件上游供应商形成可信可控的关系。第二步,在质量数据协同方面,通过对供应商质量特性数据的实时采集,将供应商质量管控前移至供应商生产线,加大供应商质量过程管控力度,质量管控效果显著。

4.3 工业互联网推动企业商业模式升级

某集团公司下属数科公司基于集团公司多年的装备制造业数字化转型经验,叠加5G、云计算、数字孪生技术优势,打造数据统一、平台统一、标准统一的工业互联网平台。这一平台接入价值1 546亿元的高价值设备资产,面向装备制造、电力、能源等10多个行业,形成面向生产制造、运维服务、节能减排等领域的23个解决方案。在技术上,打通了工业互联网平台+工业应用程序快速开发、部署、应用的闭环。在行业服务上,为更多中小企业的数字化转型提供了轻量化、菜单式、易部署的数字化服务。