我国轴承企业发展智能制造的当务之急

发布时间：2023-05-20

作者：中国轴承工业协会总工程师  何加群

一、智能化是复杂的系统工程

智能化包括包括制造过程的智能化和产品的智能化二个范畴。对我们轴承行业来说，即包括轴承的智能制造（流程）和智能轴承（产品）二个范畴。

智能化不论是流程的智能化，还是产品的智能化，都是基于信息物理联合系统（Cyber-Physical System, CPS），亦即“数字双胞胎”（Cyber Twin），实体物理世界与虚拟网络世界的融合。

1、智能制造的发展路径

我们不要用了几台工业机器人就说实现了智能化，不要用了几台功能强大一点的数控机床就说实现了智能化。智能制造有确切的定义，严格的界定：

智能制造是一个不断向深度与广度发展的过程，是基于新一代数字与网络信息技术，贯穿于用户、设计、工艺、生产、检测、管理、服务，及上下游企业等制造活动各个环节，具有信息深度自感知，智慧化自决策（多参数人工智能）、精确控制自执行等功能的可控并可远程控制的具有反馈功能的先进制造过程、系统与模式的总称。

特别要注意前述智能制造定义中的“三自”——自感知（自检测）、自决策（自诊断）、自执行（自调控）。

智能制造不能一蹴而就，需要经历传统制造→数字化转型→网络化协同→智能化变革的发展。智能制造要“三不”：不要在落后的工艺基础上搞智能化；不要在落后的管理基础上搞智能化；不要没有数字化、网络化的基础就搞智能化。

制造强国战略包括了对智能制造三个阶段的表述，首先是数字化，然后是网络化，Z终达到智能化。应该说，世界范围内现有的企业和产品达到智能化水平的还很少。智能化的基础是数字化，首先要把产品、整个生产过程、管理等都要引入数字化，也就是信息化的手段，这是智能制造的基础。在此基础上，再把不同的装备和装备、装备和产品、装备和人之间建立通信的路径，Z终实现网络化。在数字化和网络化都已经实现的基础上，才能谈到智能制造。

国家工信部在《“十四五”智能制造发展规划》中规定：“到2025年，规模以上制造企业大部分实现数字化网络化，重点行业骨干企业初步应用智能化；到2035年，规模以上制造企业全面普及数字化网络化，重点行业骨干企业基本实现智能化。”

2、什么是智能轴承

智能轴承是由经过改进的轴承本体及相关辅件、镶嵌在轴承体内或相关辅件内的微型传感器、处理传输电路（专用芯片）、采集卡、信号处理与分析软件和轴承服役状态调控装置组成，可实现服役状态的自感知、自决策、自执行的轴承系统。

智能轴承是“机电软”的结合体，是“数字双胞胎”。

智能轴承按其功能分为二大类，一大类为初始型智能轴承，具有服役状态自感知、自决策功能。这类轴承还不是真正意义上的智能轴承，实际上是“传感器轴承”；另一大类为全功能型轴承，不仅具有服役状态自感知、自决策功能，而且可以自执行、自调控。

自感知（自检测）——通过传感器检测轴承服役状态：旋转速度、加速度、角度位置，累计旋转转数，温度，振动、噪声，载荷，工作游隙，润滑状况，磨损程度等。

自决策（自诊断）——对即将发生的故障诊断、预警，对已经发生的故障诊断、报警，对轴承剩余寿命预测。

自执行（自调控）——根据轴承实时服役状态，通过调控装置，对轴承工作游隙、预紧力、润滑等服役状态进行调控、矫正，以适应主机的运行要求。

二、我国轴承企业发展智能制造的当务之急——数字化转型

习近平总书记指出，要“推动数字经济和实体经济融合发展。”“发挥数字技术对经济发展的放大、叠加、倍增的作用。”数字化转型是我国轴承企业发展智能制造的当务之急。

企业是否实现数字化转型，表现在是否实现研发设计、企业管理、产品制造和产业链构建四个数字化。

1、研发设计数字化

通过模拟仿真，建立产品数字化模型，实现CAD（计算机辅助设计）/ CAE（计算机辅助工程分析）/CAPP （计算机辅助工艺设计）/ PDM（产品数据管理）?单项信息技术的应用和集成，实现研发设计数字化。

2、企业管理数字化

建立企业资源计划管理系统（ERP）、产品全生命周期管理系统（PLM）、客户关系管理系统（CRM）、供应链管理系统（SCM）等，并实际运行，由单项信息技术的运用，发展到综合集成；进而发展到PDM—MES—PLM—ERP的高效协同与综合集成。

培育企业互联互通的生态体系。建立企业中央数据库，运用云技术、大数据技术，以数据流为核心，人、机器、产品互联互通，人人互联、人机互联、机物互联、机机互联，实现企业内部信息流、物流和资金流的集成，企业内部所有环节无缝对接。

3、产品制造数字化

（1）产品制造装备数字化——

工厂装备应用深度融入数字化技术的数控系统、控制器（PLC）、伺服电机、电子标签（RFLD）等功能部件。

实现编程、操作、维护和管理的数字化。切削工艺及切削参数自动优化。整机操作自动装卡、自动对刀、自动切削。

具有主轴监控和温度补偿、运动部件的位置补偿和热补偿、加工件在机精度检测和补偿、刀具（磨具）磨损和破损在机监控和自动修正补偿等功能。

（2）产品生产过程数字化——

应用具有人力资源管控、设备运行管控、生产工艺管控、进度计划管控、生产工单管控、物料供应管控、产品质量管控、工磨具管控和生产可视化等模块的MES系统（制造执行系统）。

运用这一系统，能够实时采集机床信息、掌握设备状态、进行设备效率分析、成本分析、质量分析、工单计划、生产趋势分析，适时控制、调整、预警，并可通过手机终端，访问车间管理信息。

4、产业链构建数字化

企业组织结构由金字塔式转变为扁平化矩阵式。业务流程由串联转变为并联，去中间化，去中介化，以数据流为核心，畅通产业链，企业各个环节与用户和供应商实现信息实时同步、互联互通，以利于快速响应用户订单，整合用户碎片化需求。实现信息系统纵向、横向和端对端的集成，形成覆盖全产业链、产品全生命周期的数字化。

三、我国轴承企业数字化转型的三个着力点

1、信息技术的应用和集成

（1）系统模型建立与运行

车间/工厂的总体设计、工艺流程及布局建立数字化模型，并进行模拟仿真，实现规划、生产、运营全流程数字化管理。

（2）CAD/CAPP/PDM应用与集成

应用数字化三维计算机辅助设计（CAD）与计算机辅助工艺编制（CAPP）技术进行产品、工艺设计与仿真，并通过物理检测与试验进行验证与优化。建立产品数据管理系统（PDM），实现CAD/CAPP/PDM产品数据的集成管理。

（3）关键技术装备应用

实现高档数控机床与工业机器人、智能传感与控制装备、智能检测与装配装备、智能物流与仓储装备等关键技术装备的有效应用与高度集成。

（4）生产过程数据采集和分析系统建设

建立生产过程数据采集和分析系统，充分采集生产进度、现场操作、质量检验、设备状态、物料传送等生产现场数据，并实现可视化管理。

（5）制造执行系统（MES）与企业资源计划系统（ERP）建设

建立车间制造执行系统（MES），实现计划、调度、质量、设备、生产、能效的全过程闭环管理。建立企业资源计划系统（ERP），实现供应链、物流、成本等企业经营管理的优化。

（6）工厂内部网络架构建设及信息集成

建立工厂内部互联互通网络架构，实现设计、工艺、制造、检验、物流等制造过程各环节之间，特别是制造执行系统（MES）和企业资源计划系统（ERP）的高效协同与集成，建立全生命周期产品信息统一平台。

（7）信息安全保障

建立工业信息安全管理制度和技术防护体系，网络防护、应急响应等信息安全保障能力。建立功能安全保护系统，采用全生命周期方法有效避免系统失效。

2、中小企业数字化赋能

要认真贯彻落实国家工信部《中小企业数字化赋能专项行动方案》，对广大中小轴承企业实行数字化赋能。

集聚一批面向中小企业的数字化服务商，培育推广一批符合中小企业需求的数字化平台、系统解决方案、产品和服务，助推中小企业通过数字化赋能，实现可持续发展，高质量发展。

（1）助推中小企业上云用云，获取资源和服务

要引导数字化服务商面向中小企业推出云制造平台和云服务平台，支持中小企业设备上云和业务系统向云端迁移，帮助中小企业从云上获取资源和应用服务，满足中小企业研发设计、生产制造、经营管理、市场营销等业务系统云化需求。

（2）搭建数字化平台，促进中小企业生产要素数字化

搭建技术水平高、集成能力强、行业应用广的数字化平台，应用物联网、大数据、边缘计算、5G、人工智能、增强现实/虚拟现实等新兴技术，促进中小企业生产要素数字化、生产过程柔性化及系统服务集成化。

（3）开发应用数字化运营解决方案

针对不同类型的中小企业的需求场景，开发使用便捷、成本低廉的中小企业数字化运营解决方案。

（4）加强数据资源共享和开发利用

支持供应链上下游企业打通不同系统间的数据联通渠道，实现数据信息畅通、制造资源共享和生产过程协同。

（5）加强网络和数据安全保障

推动中小企业强化网络与数据安全保障措施。

3、精益生产

企业要实现数字化转型，Z终实现智能制造，必须要有精益生产的基础。

精益生产的要点：

（1）精益管理思维

精益管理思维的核心就是以Z小资源投入，包括人力、设备、资金、材料、时间和空间，创造出尽可能多的价值，降低成本、提高质量、加快流程速度和改善资本投入产出，为顾客提供满意的产品和服务，实现价值Z大化。

（2）执行力强的组织架构

构建执行力强的组织架构，明确界定各部门、岗位的目标、职责和权限，建立相应的授权、检查和逐级问责制度，确保其在授权范围内履行职能；设立涵盖企业所有运营环节的控制架构，并制定各层级之间的控制程序，保证企业高管层下达的指令能够严格执行。

（3）标准化并持续改进的敏捷业务流程

优化和标准化业务流程，并持续改进，包括拉动式生产、少库存无间断作业、均衡一致的生产节拍、精准的物流、信息流，从而保证准时化生产。

（4）5S的现场管理

通过5S的推进和落实，使现场时刻处于有序安排持续改善的状态。5S是：整理（SEIRI）、整顿（SEITON）、清扫（SEISO）、清洁（SEIKETSU）、素养（SHITSUKE）。

（5）全员全过程的质量控制

通过对全员活动的监管、约束、考核，全过程的规范，实现全员全过程的质量控制，从而保证质量无差错零缺陷。

（6）工艺装备的数控化

新购置的设备采用数控设备和由数控设备组建的自动、半自动生产线。用数控技术改造传统设备。数控化率达到国家规定的标准。

四、我国轴承行业推进数字化转型要遵循的原则

1、创新驱动 数据支撑

新世纪以来，移动互联、超级计算、大数据、云计算、物联网、人工智能等新一代信息技术迅猛发展，我们要创新运用新一代信息技术，推进其与制造技术融合，驱动我国轴承企业的数字化转型。

企业要实现数字化转型，必须数据支撑。实现数字化Z重要的是要做到“三个统一，一个同一”。三个“统一”就是要做到数字模型、源代码、应用程序编程接口(API)三个“统一”。一个“同一”就是一个企业必须有一个同一的数据库——中央数据库，从而消除信息孤岛，消除ERP和MES的割裂，实现纵向、横向和端到端的数据打通，实现数据的自由流动、实时调整、快速响应。

2、需求优先 重点突破

企业需求是催生数字化转型的重要动因。我们要研究企业数字化转型的动因是什么，是节约人力；是提高效率；是提高质量；是降低成本；是缩短交货期；是快速反应市场；是节能降耗减排?……企业Z急需的，就是Z能见效快的。我们要把企业的急需作为企业数字化转型要重点突破的关键环节。

3、分类施策 全面推进

我国轴承行业的企业众多，规模大小经营状况相差很大，信息化和精益生产的基础也千差万别。要根据企业的实际情况，根据企业的基础条体分类施策，从不同起点，全面推进。工信部《“十四五”智能制造发展规划》提出，到2025年，70%以上的规模以上制造业企业实现数字化网络化，重点行业骨干企业初步应用智能化；到2035年，规模以上制造业企业全面普及数字化网络化，重点行业骨干企业基本实现智能化。

我国已进入数字化制造大面积推广阶段，其中有一部分企业，在完成数字化网络化制造之后，具备了进一步向智能化方向发展的能力。工信部在“十四五”期间要开展“智能工厂试点示范行动”，选择一批数字化网络化基础好的企业，探索建设智能工厂的路径，为2025年之后的推广提供案例和经验。

（来源：中轴协）