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连接虚拟与现实:沈阳机床的工业变革

发表于:2019-07-13 10:53 作者:新闻小编 来源:新闻小编

利用三维信息系统对智能机床进行全生命周期的管理,让虚拟与现实相连接,实现机器与机器、机器与人以及人与人之间的连接与协同,这将对未来制造业带来变革。

在沈阳机床集团的i5智能机床装配车间,两排带有大尺寸触屏的数字终端机格外引人注目,在车间内忙碌的工人不时点击终端机的触屏。

当生产线上的工人装配机床时,即可从身边的终端机获得三维技术指导,每个装配工艺的相关要求也能从终端机上直观地查看。工人装配的每一个零件,经过扫描,数据会直接进入终端并实时上传云端。从生产线开始,由沈阳机床完全自主研发的i5智能机床的数据被实时收集,从质量检测到每个工艺的实际操作时间,从产品整体技术参数到每个部件的参数和供应商,所有数据都会与网络虚拟空间中的“数字双胞胎”同步。

这些数据将陪伴每台机床的“一生”,除了在生产线上产生的数据,未来,从仓储物流到生产运行再到售后服务,一台机床整个生命周期的数据都将自动实时采集,存入云端数据库,进行统一管理。一台机床,甚至是成千上万台机床的生产、使用过程,都可以通过网络,利用手机、电脑等终端实时查看、管理,以提高机床使用效率。

这是在工业领域,全球第一次将产品的全生命周期管理推进到了智能制造领域。在沈阳机床集团董事长关锡友看来,这是面向未来工业的创新变革,也是i5智能机床创新基因的传承。

面向未来的工业蓝图

机床常被称为“工业母机”,是制造业的基石,几乎所有的金属部件都需要利用机床进行精加工,小到与人们生活息息相关的眼镜镜架、手机外壳,大到高端制造业中的汽车、飞机等等,都不例外。以汽车为例,一辆汽车有上万个零件,其中超过90%都需要利用机床加工完成。飞机制造更是涉及千万个零件,其中80%都需要利用机床进行加工。

整个制造业都无法离开机床,但是机床的使用效率却比人们想象中低,这无疑会拉低整个制造业的生产效率。“以前,国外的科学家对德国的设备利用率进行了调查,发现从整个社会来看,设备利用率很低,”关锡友说,“互联网、智能制造可以对此做出改变。”因此,从2002年开始,沈阳机床与国内外的学者一起,开始探索未来工业的蓝图,历经4年时间,到2006年研究课题结束时,关锡友心中已经明确了未来工业的发展目标——基于网络的协同制造。“那个时候,我们就知道,谁能打通数据墙,实现基于互联网的协同,谁就能赢得未来。”这与德国提出的工业4.0,中国提出的中国制造2025,美国提出的工业互联网的愿景不谋而合。

彼时,正是互联网发展的黄金时代,搜索引擎、即时通讯工具、电子商务平台正如火如荼地演进。十几年过去了,人们的信息传递方式、工作方式、消费方式早已发生了翻天覆地的变化,但是在工业制造领域,互联网发展的脚步却依然缓慢。不是不愿意,而是太难了。

在关锡友确信工业也将互联网化之后,他立刻就开始行动了,他首先从机床产品本身下手,“创造工业互联网,最核心的要素之一是机器装备必须拥有独立的操作系统,”关锡友说。十年前,工业机器设备本身并不具备操作系统,何谈工业互联网。2007年,沈阳机床开始组建团队研发智能机床。那一年,变革手机行业的第一代iPhone面世。

此时的沈阳机床要研发操作系统,就像在功能手机时代开发手机操作系统。5年时间,超过10亿投资,从一个个代码开始,沈阳机床终于研制出了世界上第一个数控机床的智能系统i5,并由此诞生了i5智能机床。关锡友受iPhone的影响颇深,苹果公司对用户体验的极致追求,在i5智能机床上也体现了出来,连i5智能机床的外观都是由北京的艺术家设计,“一台机床不仅要好用,而且要考虑用户的体验,”关锡友这样认为。

当世界上第一台智能数控机床诞生之后,接下来就需要通过网络协同管理信息系统,实现机器与机器、机器与人以及人与人之间的连接与协同。“网络协同在连接中传递的信息,便是真实的工业体系运转所产生的信息,”沈阳机床股份有限公司技术总监于春明解释道。

“物理世界是三维的,我们希望,在互联网中传递信息的方式也是三维的,”关锡友说。所以,沈阳机床面向未来智能制造业的协同管理信息系统,是一家颇具艺术范的企业微展世(北京)数字科技有限公司搭建的。“微展世原来就开发了一系列工具,可以将物理的东西进行三维信息化,比如桌椅、房子等。但进入制造过程后,就会变得比较复杂,因为制造业的信息要随着零件的变化而改变。”关锡友说,“所以微展世给我们开发了一系列工具,使得全部生产过程的管理几乎全部以三维信息化的形式流转。”

用三维数据服务三维世界

就像关锡友所言,在人们眼中,物理世界是三维的,但进入互联网虚拟世界之后,却往往变成了二维或抽象的数字、概念,“这太笨了,三维的物理世界为什么不能直接反映在虚拟空间中?”为了解决关锡友的这个问题,沈阳机床在虚拟空间中搭建了一个数字化的i5智能机床,就像是这款机床在虚拟空间中的“双胞胎”。“现在,我们在制造过程中已经实现了三维数字化,另外我们的数字化样机也已经做完了,从i5诞生起,它就有双胞胎兄弟。”关锡友说。“未来,我们要实现的就是基于网络的协同制造,用三维数据指导三维世界的制造过程。”

而要实现这一切,首先也是最重要的,就是深入研究企业的生产行为,为沈阳机床量身定制真正适合实际生产需求的数据应用体系。为此,微展世组成了一个专门的团队,长期驻扎在沈阳机床,与一线工人、各个职能部门的工作人员深入交流,了解他们的工作习惯、经验、需求以及生产线上的每一个工艺。生产线上的装配质量最终会决定一台机床的精度,将所有的生产工艺进行三维信息化之后,一线工人就可以360度无死角地根据需要来查看数字化的标准装配工艺,以保证每一台机床的装配质量。

每一台数字终端机,在指导工人规范操作的同时,还能够顺其自然地实时采集生产过程中的各种数据。相关的管理人员可以随时查看数据以及报表,实现了“生产透明化”。以这些实际生产数据为核心,未来可以进一步辐射到生产工艺管理、仓储物流管理、财务管理、人力资源管理、客户信息管理、产品辅助设计等在生产制造过程中所需要的所有信息。

在传统制造业,虽然产品的研发、制造、市场以及服务都面向同一个产品,但却各自使各自专业领域的专有数据,这些数据无法进行实时同步,造成了信息流转不畅。而在新设计的数据体系中,数据都来自于第一线,还可根据不同的用户需求加工数据。“在我们的系统设计中,不同职能部门的工作人员,利用权限可以查看到他们最需要的信息,并且我们考虑到用户体验,把数据做到了真正友好,易于快速提取,让使用者愿意使用数据,使数据发挥真正的价值,”微展世副总经理韩金成说道。

为了让人们直观地获取信息,微展世采用了很多人性化的交互设计,不仅将VR技术贯穿其中,而且采用了三维模型、图形等多种交互方式。在使用者的电脑、手机终端打开微信、网页或者App,看到的模型就是与实物一样的,包含各种信息的虚拟机床以及便于阅读的分析数据。

现在,在沈阳机床厂的整个管理流程中,“我们和微展世的合作已经完成了机床装配和售后这两段的数据联接,从而基于数据的互动和协作给业务带来了高效的提升,这将在未来改善我们的产品和服务,”于春明说。

对于沈阳机床正在进行的工业变革,关锡友是满意的,但在他看来,这还只是一个开始,“再过5年,会看到更大的变化,”关锡友说。如果说,现在利用三维信息系统进行i5智能机床的全生命周期管理,是对沈阳机床的互联网协同改造,那么在关锡友规划中的、由数据驱动的新工业体系或将对整个行业带来变革。

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