郝宏偉　白宇光　葉放

（中機(jī)十院工程有限公司）

1　智能制造發(fā)展概述

1.1 新一輪制造業(yè)革命

2020年對于中國制造而言卻是極不尋常。一邊是疫情持續(xù)蔓延，制造企業(yè)面臨著穩(wěn)產(chǎn)達(dá)產(chǎn)、訂單交付等眾多考驗(yàn)；另一邊是數(shù)字化浪潮加速襲來，既是難得機(jī)遇也有嚴(yán)峻挑戰(zhàn)。在新冠疫情沖擊之下，智能化、物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、人工智能等智能制造關(guān)鍵技術(shù)在抗擊疫情中展現(xiàn)出逆勢增長、化危為機(jī)的強(qiáng)大力量。率先踐行數(shù)字化、智能化轉(zhuǎn)型的制造企業(yè)展現(xiàn)出了極高的抗風(fēng)險(xiǎn)能力，在確保防疫安全的基礎(chǔ)上，快速實(shí)現(xiàn)復(fù)工復(fù)產(chǎn)，以點(diǎn)帶面實(shí)現(xiàn)突破，保障了國家整體經(jīng)濟(jì)的迅速重啟，有序推進(jìn)。

制造業(yè)是國民經(jīng)濟(jì)的主體，是立國之本、興國之器、強(qiáng)國之基。黨的十八大以來，習(xí)近平總書記在不同時(shí)期、不同場合，多次強(qiáng)調(diào)制造業(yè)的重要作用和地位，對“中國制造”轉(zhuǎn)型升級作出重要論述。今年政府工作報(bào)告明確提出，推動制造業(yè)升級和新興產(chǎn)業(yè)發(fā)展；發(fā)展工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)，推進(jìn)智能制造；全面推進(jìn)“互聯(lián)網(wǎng)+”，打造數(shù)字經(jīng)濟(jì)新優(yōu)勢。

實(shí)體經(jīng)濟(jì)是國家經(jīng)濟(jì)發(fā)展的立身之本，先進(jìn)制造業(yè)是做強(qiáng)實(shí)體經(jīng)濟(jì)的關(guān)鍵。事實(shí)上不僅只有我們將先進(jìn)制造業(yè)看得如此之重，除了我國在大力推行中國制造2025國家戰(zhàn)略之外，當(dāng)今世界的工業(yè)發(fā)達(dá)國家無一例外都將智能技術(shù)與制造技術(shù)的融合發(fā)展，確立為提升國家競爭力的手段。例如大家熟知的德國工業(yè)4.0、美國先進(jìn)制造業(yè)，英國工業(yè)2050、日本制造業(yè)白皮書和機(jī)器人新戰(zhàn)略、新工業(yè)法國、韓國制造業(yè)創(chuàng)新3.0等發(fā)展戰(zhàn)略，無不凸顯出先進(jìn)制造業(yè)在爭取國家的未來發(fā)展權(quán)中所肩負(fù)的關(guān)鍵作用。

新一輪制造業(yè)革命

利用新興技術(shù)對傳統(tǒng)制造業(yè)進(jìn)行升級，以創(chuàng)新為驅(qū)動力的經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)改造勢在必行。要推動產(chǎn)品的制作精度、可靠性、一致性以及生產(chǎn)效率達(dá)到一個(gè)新水準(zhǔn)，向自動化、數(shù)字化、智能化升級既是我國制造業(yè)的當(dāng)務(wù)之急，也是先進(jìn)制造業(yè)未來的發(fā)展方向。

1.2 中國智能制造發(fā)展現(xiàn)狀

我國的工業(yè)規(guī)模早已位居世界之首。近年來，中國的經(jīng)濟(jì)發(fā)展已由高速增長轉(zhuǎn)入高質(zhì)量平穩(wěn)發(fā)展階段。作為中國經(jīng)濟(jì)高質(zhì)量發(fā)展的核心支撐力量，我國制造業(yè)總體水平仍處于“工業(yè)2.0”（電氣化）的后期階段，質(zhì)量基礎(chǔ)相對薄弱、產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)不合理、資源利用效率偏低、行業(yè)信息化水平不高、勞動力成本提高。相對發(fā)達(dá)國家普遍已進(jìn)入 “工業(yè)3.0”（信息化）階段，我國制造業(yè)迫切需要實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)升級以應(yīng)對高質(zhì)量發(fā)展要求。

自2015年國家發(fā)布制造強(qiáng)國戰(zhàn)略以來，相關(guān)部門機(jī)構(gòu)陸續(xù)出臺政策法規(guī)，扶持和推動智能制造產(chǎn)業(yè)發(fā)展，頂層政策的支撐也成為了我國智能制造發(fā)展的Z大助力。2015年起開始的中國智能制造試點(diǎn)示范項(xiàng)目現(xiàn)已公式四批共307個(gè)項(xiàng)目，2016年起開始的智能制造綜合標(biāo)準(zhǔn)化項(xiàng)目現(xiàn)已公式三批共509個(gè)項(xiàng)目，兩項(xiàng)合計(jì)816個(gè)項(xiàng)目，覆蓋近百個(gè)行業(yè)類別；通過聚焦關(guān)鍵環(huán)節(jié)、激發(fā)企業(yè)內(nèi)生動力、注重標(biāo)準(zhǔn)先行，探索系統(tǒng)解決方案，在促進(jìn)關(guān)鍵技術(shù)領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)突破、產(chǎn)業(yè)協(xié)同創(chuàng)新，推動行業(yè)轉(zhuǎn)型升級，形成各具特色的區(qū)域智能制造發(fā)展路徑，帶動社會投資等方面取得積極成效，成為了帶動我國智能制造產(chǎn)業(yè)整體發(fā)展的排頭兵。

巨大的投入帶來了巨大收獲。雖然在基礎(chǔ)研究、先進(jìn)設(shè)備制造、新材料等學(xué)科領(lǐng)域和發(fā)達(dá)國家還有一定差距，但目前我國已具備發(fā)展智能制造的基礎(chǔ)與條件。一是取得了一大批相關(guān)的基礎(chǔ)研究成果，掌握了長期制約我國產(chǎn)業(yè)發(fā)展的部分智能制造技術(shù)，如機(jī)器人技術(shù)、感知技術(shù)、復(fù)雜制造系統(tǒng)、智能信息處理技術(shù)等。以新型傳感器、智能控制系統(tǒng)、工業(yè)機(jī)器人、自動化成套生產(chǎn)線為代表的智能制造裝備產(chǎn)業(yè)體系初步形成。特別是在對于新工業(yè)革命Z重要的信息技術(shù)領(lǐng)域，中國在人工智能、大數(shù)據(jù)、云計(jì)算、5G通信和新能源等應(yīng)用研究上，已經(jīng)處于全球先進(jìn)水平。

二是我國制造業(yè)數(shù)字化程度不斷提高。近五年，中國工業(yè)企業(yè)在研發(fā)設(shè)計(jì)方面，應(yīng)用數(shù)字化工具普及率已經(jīng)達(dá)到54%；在規(guī)模以上的工業(yè)企業(yè)中，生產(chǎn)線上數(shù)控裝備比重已經(jīng)達(dá)到30%。根據(jù)德勤在一份面向中等以上規(guī)模且資質(zhì)較好企業(yè)的數(shù)字化工廠調(diào)查中，83%的受訪企業(yè)表示已打通ERP和MES的數(shù)據(jù)流；62% 的企業(yè)繼續(xù)向下打通了MES到現(xiàn)場設(shè)備的數(shù)據(jù)流；有47%的?業(yè)打通了產(chǎn)品數(shù)據(jù)流，44%的企業(yè)打通供應(yīng)鏈數(shù)據(jù)流。盡管不同行業(yè)因其產(chǎn)業(yè)特質(zhì)、產(chǎn)業(yè)集中度和產(chǎn)業(yè)規(guī)模的不同，在不同環(huán)節(jié)的數(shù)字化水平各有高低，但是中國企業(yè)特別是頭部企業(yè)的數(shù)字化整體水平已經(jīng)顯著提升。

三是我國“智能制造產(chǎn)業(yè)帶”已初步形成。以北京、上海、蘇州、深圳等智能制造中心城市為錨點(diǎn)，隨著國家智能制造試點(diǎn)示范項(xiàng)目的不斷落地，全國各地各類智能制造產(chǎn)業(yè)園區(qū)如雨后春筍般不斷涌現(xiàn)。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，國內(nèi)涉及“智能制造”的產(chǎn)業(yè)園區(qū)達(dá)到537個(gè)之多，地域分布覆蓋整個(gè)沿海經(jīng)濟(jì)帶以及中西部核心地區(qū)。目前已形成以上海、江蘇、浙江為核心的長三角地區(qū)；以北京、山東為核心的環(huán)渤海地區(qū)；以廣東為核心的珠三角地區(qū)；以四川、河南、安徽為核心的中西部地區(qū)這四大智能制造產(chǎn)業(yè)集聚區(qū)，中國“智能制造產(chǎn)業(yè)帶”已初步形成。產(chǎn)業(yè)集群的形成將進(jìn)一步提升各地區(qū)智能制造的發(fā)展水平，同時(shí)，依托于核心企業(yè)所孕育的大批智能制造上下游產(chǎn)業(yè)鏈企業(yè)，也必將成為我國智能制造產(chǎn)業(yè)發(fā)展的寶貴財(cái)富。

2　國內(nèi)軸承行業(yè)智能制造發(fā)展現(xiàn)狀

2.1 軸承行業(yè)智能制造整體情況

盡管近年來我國智能制造發(fā)展得如火如荼，但是軸承行業(yè)的智能制造卻發(fā)展得較為緩慢。國家智能制造試點(diǎn)示范四期共307個(gè)項(xiàng)目，軸承行業(yè)無一入選；國家智能制造綜合標(biāo)準(zhǔn)化與新模式應(yīng)用三期共509個(gè)項(xiàng)目，軸承行業(yè)也僅有4個(gè)入選。這種尷尬局面的出現(xiàn)也并非偶然，一是和軸承工業(yè)典型離散型制造的特點(diǎn)有一定關(guān)系，和流程工業(yè)相比，離散工業(yè)產(chǎn)品種類多、產(chǎn)品結(jié)構(gòu)復(fù)雜，自動化程度較低，監(jiān)測方式落后、工藝類型千差萬別，沒有統(tǒng)一的路徑和通用的解決方案，在智能化改造上有著先天的不足；二是和我國軸承行業(yè)集中度低、企業(yè)大而不強(qiáng)、研發(fā)能力薄弱、行業(yè)利潤率低等軸承行業(yè)現(xiàn)實(shí)發(fā)展?fàn)顩r有著一定的關(guān)聯(lián)。

國家智能制造綜合標(biāo)準(zhǔn)化與新模式應(yīng)用項(xiàng)目入選名單

按照《中國制造2025》的總體部署和我國軸承行業(yè)的實(shí)際情況，我國軸承行業(yè)推進(jìn)智能制造的技術(shù)路線是：首先是推廣數(shù)字化，進(jìn)而推進(jìn)網(wǎng)絡(luò)化，Z終實(shí)現(xiàn)智能化。然而目前我國軸承行業(yè)推進(jìn)智能制造，無論是在觀念上還是在作為上，都與《中國制造2025》的要求有很大差距。全行業(yè)總體上還處在數(shù)字化剛剛?cè)腴T的階段，大多數(shù)企業(yè)正在進(jìn)行單項(xiàng)數(shù)字化技術(shù)的應(yīng)用，少數(shù)優(yōu)勢企業(yè)進(jìn)入了單項(xiàng)數(shù)字化技術(shù)的綜合集成。

2.2 大型軸承企業(yè)智能制造發(fā)展介紹

事實(shí)上，我國許多大型軸承企業(yè)都在積極嘗試智能制造轉(zhuǎn)型升級。盡管沒有成為試點(diǎn)示范項(xiàng)目，但是通過智能化改造，很多企業(yè)都收獲了超出預(yù)期的回報(bào)，發(fā)展智能制造已成為所有軸承企業(yè)的共識。

人本集團(tuán)

人本集團(tuán)先后投入6000多萬元建立產(chǎn)品信息和管理信息統(tǒng)一平臺，實(shí)現(xiàn)MES和ERP的高效協(xié)同與集成?；谧詣踊潭鹊奶嵘拖到y(tǒng)數(shù)據(jù)協(xié)同的改善，車間人員數(shù)量減少50%，生產(chǎn)效率提升近一倍，設(shè)備運(yùn)行率由74.47%提高到95.31%，產(chǎn)品質(zhì)量顯著提高。人本集團(tuán)在工廠智能化、裝備智能化、產(chǎn)品智能化、服務(wù)智能化和管理智能化等“智造”上的高投入，也帶來了巨大的回報(bào)。近五年來，新產(chǎn)品銷售收入以年均30%的速度遞增，人本集團(tuán)正著力實(shí)施基于“IEM系統(tǒng)”終端的數(shù)字化工廠，重磅打造工業(yè)4.0時(shí)代中國的智能制造企業(yè)，引領(lǐng)中國軸承企業(yè)轉(zhuǎn)型升級，助推中國軸承制造業(yè)從世界大國向世界強(qiáng)國跨越。

瓦軸集團(tuán)

瓦軸集團(tuán)《新一代先進(jìn)軌道交通軸承智能制造新模式》項(xiàng)目重點(diǎn)通過“1條主線-3條輔助線-3個(gè)智能化管控平臺”內(nèi)容的研究，實(shí)現(xiàn)貫穿設(shè)備層、單元層、車間層、工廠層的縱向集成，以及跨資源要素、互聯(lián)互通、融合共享等橫向集成，推動高端裝備基礎(chǔ)零部件離散制造領(lǐng)域的技術(shù)進(jìn)步。項(xiàng)目目前已實(shí)現(xiàn)在線加工、檢測、裝備的全過程自動化，并與西門子簽署戰(zhàn)略協(xié)議，以“軌道交通軸承數(shù)字化產(chǎn)線項(xiàng)目”為起點(diǎn)，共同推進(jìn)瓦軸智能化、數(shù)字化建設(shè)的實(shí)施和落地。

軸研所

軸研所《精密軸承數(shù)字化車間標(biāo)準(zhǔn)研究與試驗(yàn)驗(yàn)證》項(xiàng)目計(jì)劃通編制《精密（高端）軸承數(shù)字化車間通用要求》、《精密（高端）軸承數(shù)字化車間數(shù)據(jù)采集及分析》和《精密（高端）軸承數(shù)字化生產(chǎn)過程裝備監(jiān)控與在線檢測》三項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)，制定出數(shù)字化車間信息數(shù)字化模型所采用的總體系統(tǒng)架構(gòu)、應(yīng)用場景、實(shí)現(xiàn)架構(gòu)等系統(tǒng)級技術(shù)架構(gòu)；在對車間軟硬件系統(tǒng)信息建模的方法體系進(jìn)行規(guī)范的基礎(chǔ)上，構(gòu)建數(shù)據(jù)采集關(guān)鍵工序及采集類型，并通過MES執(zhí)行系統(tǒng)集成；基于MES信息集成，對數(shù)字化車間各工序生產(chǎn)運(yùn)行裝備及在線檢測過程的管控研究，體現(xiàn)軸承產(chǎn)品工廠全生命周期數(shù)字化，能夠?qū)崟r(shí)對各過程狀態(tài)、數(shù)據(jù)狀態(tài)等進(jìn)行分析及處理；繼而構(gòu)建實(shí)體和虛擬試驗(yàn)驗(yàn)證平臺，對標(biāo)準(zhǔn)草案進(jìn)行驗(yàn)證和優(yōu)化；Z終在3個(gè)精密（高端）軸承領(lǐng)域生產(chǎn)企業(yè)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)驗(yàn)證和首批滾動軸承產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟內(nèi)42家高端軸承企業(yè)內(nèi)推廣，通過標(biāo)準(zhǔn)化方式帶動高端軸承企業(yè)數(shù)字化車間建設(shè)，提升傳統(tǒng)制造模式，提升軸承行業(yè)高端軸承產(chǎn)品品質(zhì)和核心市場競爭力。

精密軸承數(shù)字化車間標(biāo)準(zhǔn)體系

哈軸集團(tuán)

哈軸集團(tuán)與沈機(jī)股份合作攜手共建智慧工廠，沈機(jī)股份將幫助哈軸汽車軸承分?進(jìn)行數(shù)字化、智能化管理提升改造，在現(xiàn)有車間自動化生產(chǎn)線基礎(chǔ)上，打造全過程透明、可控的數(shù)字化工廠，并搭建WIS智能化車間管理系統(tǒng)。

慈興集團(tuán)

慈興集團(tuán)從2013年起便開始實(shí)施MES和ERP兩大信息化平臺的建設(shè)，其“軸承制造車間數(shù)字化改造提升試點(diǎn)項(xiàng)目”與中科院合作，引進(jìn)國內(nèi)外專家和技術(shù)骨干10人，在裝備自動化和信息化平臺的基礎(chǔ)上，研制智能化設(shè)備和軟件體系，建立云平臺，以數(shù)據(jù)規(guī)劃、數(shù)據(jù)分析驅(qū)動車間數(shù)字化改造。目前試點(diǎn)車間共有3條智能化裝配線，熱處理車間已實(shí)現(xiàn)智能化無人操作，整體完成后人員可減少30%左右。

除此之外，像新火炬、襄軸、大冶軸、西北軸等很多有實(shí)力的軸承企業(yè)也都基本完成了自動化產(chǎn)線、MES和ERP等信息化系統(tǒng)建設(shè)，個(gè)別企業(yè)已經(jīng)打通了從生產(chǎn)計(jì)劃到執(zhí)行的數(shù)據(jù)流，向著數(shù)字化工廠和智能工廠穩(wěn)步推進(jìn)。

2.3 中小企業(yè)智能制造發(fā)展案例

大型企業(yè)唱戲，中小企業(yè)圍觀。這是幾乎是所有制造業(yè)企業(yè)智能化進(jìn)程中所出現(xiàn)的尷尬局面。基于成本、質(zhì)量、環(huán)保等各方壓力，中小企業(yè)對智能化的轉(zhuǎn)型升級也有著迫切需求，但面臨更大的試錯(cuò)成本和風(fēng)險(xiǎn)，稍有不慎就會落入到“轉(zhuǎn)型就死”的境地。在中國，中小企業(yè)數(shù)量占到企業(yè)總數(shù)的97.4%，絕大多數(shù)中小企業(yè)的自動化、數(shù)字化都處在非常低的水平?？梢哉f，只要解決了中小企業(yè)高質(zhì)量發(fā)展問題，就可以順利解決中國制造業(yè)高質(zhì)量發(fā)展的問題。

在這種情況下，“新昌模式”直擊企業(yè)痛點(diǎn)，運(yùn)用互聯(lián)網(wǎng)思維，靈活運(yùn)用物聯(lián)網(wǎng)和云平臺等工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)新技術(shù)，采用低成本、模塊化的設(shè)備完成了中小企業(yè)的智能化基礎(chǔ)改造；通過政府、企業(yè)、平臺服務(wù)供應(yīng)商、智庫、金融等各主體緊密合作，成功開啟了在中小企業(yè)成批推廣智能制造方式的新局面。這種模式不僅在軸承行業(yè)取得了成功，也必將帶動其他相類似行業(yè)加快智能化改造的步伐，為全國的智能制造提供可借鑒的樣板。

以一家典型中小型企業(yè)為例，利用微智造系統(tǒng)改造后的生產(chǎn)線，工人從350人減少到110人，設(shè)備平均綜合利用率從50%上升到75%，產(chǎn)量提升了47.5%，單位用工成本下降82%、單位耗材成本下降32%。Z終體現(xiàn)在企業(yè)的綜合效益上——2016年產(chǎn)值3200萬元，2017年接近5300萬元，2018年突破8000萬元。而更讓人意想不到的是企業(yè)所投入的智能化改造成本僅僅需要幾萬元。

為了在中小企業(yè)中探索推廣智能制造，2017年下半年起，新昌以中小企業(yè)集中的軸承行業(yè)為切入口，開展智能制造“百企提升行動”，計(jì)劃實(shí)施三期，Z終實(shí)現(xiàn)地方300家以上軸承企業(yè)覆蓋。同時(shí)由“陀曼智造”牽頭創(chuàng)建的行業(yè)云平臺——“軸承云”正在不斷優(yōu)化中，將系統(tǒng)解決軸承企業(yè)智能生產(chǎn)線的設(shè)備檢測難、故障預(yù)防難等單一企業(yè)難以解決的問題。

新昌在軸承行業(yè)進(jìn)行智能化改造，吸引了軸承生產(chǎn)巨頭SKF集團(tuán)前來落戶。SKF集團(tuán)的負(fù)責(zé)人坦言，在對全國多個(gè)地方進(jìn)行考察和比較后，他們認(rèn)為新昌軸承產(chǎn)業(yè)鏈配套齊全，特別是先在軸承行業(yè)批量推廣以智能制造促轉(zhuǎn)型升級的舉措，非常契合SKF集團(tuán)對產(chǎn)業(yè)發(fā)展環(huán)境的要求。SKF集團(tuán)將在新昌投資超1億美元建設(shè)占地200畝的球軸承生產(chǎn)基地，并將位于法國和中國上海的球軸承全球研發(fā)中心搬至新昌。

3　軸承智能工廠設(shè)計(jì)思路與實(shí)踐

今天，我們處在物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)、智能制造等種種“新概念霧霾”之中，企業(yè)的數(shù)字化轉(zhuǎn)型面臨著各種各樣的問題。那么我們能不能嘗試把所有的問題都?xì)w納為一個(gè)根本的問題？能不能找到這個(gè)根本問題背后Z基本的矛盾？

一個(gè)Z基本的矛盾，就是我們企業(yè)全局優(yōu)化的需求和碎片化供給之間的矛盾。企業(yè)的競爭是資源優(yōu)化配置效率的競爭，而這樣的一個(gè)競爭需要在更大的范圍、更廣的領(lǐng)域，全流程、全生命周期、全場景的數(shù)字化轉(zhuǎn)型。只有全局的優(yōu)化，才能創(chuàng)造更多的價(jià)值。但是今天我們的智能化供給還是一個(gè)碎片化的，Z典型的例子就是OT（操作技術(shù)）和IT（信息技術(shù)）的脫節(jié)，使得很多企業(yè)在通往智能化的道路上陷入了集成應(yīng)用困境。

那么如何處理好全局優(yōu)化需求和碎片化供給之間的矛盾呢？我認(rèn)為基于全局的智能工廠頂層設(shè)計(jì)是解決基本矛盾的步。

中機(jī)十院作為軸承工廠設(shè)計(jì)院，主要任務(wù)在于前期軸承園區(qū)的總體規(guī)劃、工藝方案的制定，廠房、辦公樓等建筑施工圖紙的繪制?？此坪颓笆龅漠a(chǎn)線智能化改造升級沒有什么關(guān)系，其實(shí)不然。從因果關(guān)系上來說，園區(qū)的規(guī)劃要依據(jù)各個(gè)車間的規(guī)模；車間的規(guī)模要依據(jù)產(chǎn)線的布置；產(chǎn)線的布置要依據(jù)生產(chǎn)的工藝。可以看到，不論是企業(yè)的生產(chǎn)還是我們的設(shè)計(jì)，工藝都是處于Z優(yōu)先的地位，而基于數(shù)字技術(shù)的工藝仿真優(yōu)化也正是我們?yōu)槠髽I(yè)進(jìn)行數(shù)字化智能化服務(wù)的Z佳切入點(diǎn)。以工藝為起點(diǎn)的頂層設(shè)計(jì)能夠讓智能車間不僅僅局限于模型和數(shù)據(jù)的虛擬展示，而是真正充分挖掘出車間Z大的效率和價(jià)值，得到資源優(yōu)化配置Z優(yōu)解。

十院在軸承智能工廠設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)型中的兩個(gè)關(guān)鍵詞，就是數(shù)字孿生和企業(yè)中臺。

3.1 數(shù)字孿生

數(shù)字孿生并不是一個(gè)新生事物。根據(jù)廣泛采用的定義，數(shù)字?生是物理實(shí)體的數(shù)字化鏡像。研究機(jī)構(gòu)Gartner已經(jīng)連續(xù)3年將其評為全球十大科技趨勢之一；另一家研究公司Markets & Markets則預(yù)測認(rèn)為，由其所撬動的市場，有可能呈現(xiàn)指數(shù)級增長，在未來5年增長10倍，從每年的38億美元增長到358億美元。

數(shù)字孿生通過將物體、系統(tǒng)、流程的信息，利用數(shù)字技術(shù)實(shí)時(shí)映射在數(shù)字化系統(tǒng)中，對產(chǎn)品、制造過程乃至整個(gè)工廠進(jìn)行虛擬仿真，從而讓企業(yè)實(shí)時(shí)了解資產(chǎn)的狀態(tài)、響應(yīng)變化，改善業(yè)務(wù)運(yùn)營，創(chuàng)造新的價(jià)值。

數(shù)位孿生是推動產(chǎn)品創(chuàng)新與性能提升的底層邏輯和強(qiáng)大支撐。用好數(shù)字孿生這個(gè)工具，可以縮短產(chǎn)品的研發(fā)周期、降低產(chǎn)品的試錯(cuò)成本、加速實(shí)現(xiàn)高度定制化的生產(chǎn)模式、精準(zhǔn)的制定生產(chǎn)與測試環(huán)節(jié)、掌控產(chǎn)品的生命周期、提前擬定產(chǎn)品故障的應(yīng)對措施、延長產(chǎn)品壽命，甚至改變商業(yè)模式。

現(xiàn)階段，很多企業(yè)在構(gòu)建數(shù)字化工廠的過程中，都已經(jīng)應(yīng)用到數(shù)字孿生技術(shù)，模型和數(shù)據(jù)呈現(xiàn)是Z直觀的，也是Z為顯而易見的表面價(jià)值。許多企業(yè)在完成初步的數(shù)據(jù)呈現(xiàn)之后，就止步不前，停止了對于數(shù)字孿生的探索。

其實(shí)，數(shù)字孿生的價(jià)值恰恰在于不可見的部分。從本源上來說，數(shù)字孿生的價(jià)值在于帶來APM（資產(chǎn)績效管理）的提升，改進(jìn)設(shè)備的性能。數(shù)字孿生的價(jià)值在于創(chuàng)建物理模型和數(shù)字世界之間的連接性，進(jìn)一步分析各種要素之間的隱含關(guān)系，再通過一連串的處理、分析、判斷之后，對物理模型產(chǎn)生反饋，改進(jìn)和優(yōu)化其價(jià)值。數(shù)字孿生的運(yùn)用，有助于不僅聯(lián)接“看得見、摸得著、想得清”的已知工業(yè)要素，還在于發(fā)現(xiàn)和聯(lián)接那些“看不見、摸不著、想不清”的工業(yè)要素，建立這些要素之間的關(guān)聯(lián)關(guān)系。

十院在智能工廠數(shù)字孿生方面的應(yīng)用主要分為三個(gè)層級。

1）軸承設(shè)備模型數(shù)據(jù)庫建設(shè)

數(shù)字建模是實(shí)現(xiàn)數(shù)字化工廠的核心步驟，也是步要完成的工作，這個(gè)模型是承載未來所有數(shù)據(jù)，進(jìn)行動態(tài)模擬展示和數(shù)字孿生的重要載體。在國家出臺的智能制造試點(diǎn)示范項(xiàng)目的要素條件中，項(xiàng)內(nèi)容就是車間/工廠的總體設(shè)計(jì)、工藝流程及布局均已建立數(shù)字化模型，對于智能工廠項(xiàng)目設(shè)計(jì)來說數(shù)字建模是先決和必要條件。

三維模型對智能工廠設(shè)計(jì)及運(yùn)維的作用是決定性的，是傳統(tǒng)二維設(shè)計(jì)無法比擬的。傳統(tǒng)二維設(shè)計(jì)的輸出結(jié)果是一張圖紙，而各種數(shù)據(jù)管理和控制系統(tǒng)是無法從平面圖紙文件中讀取模型和生產(chǎn)數(shù)據(jù)的。只有將所有內(nèi)容轉(zhuǎn)化成三維模型，并針對不同模型賦予其不同的變量特征，才能夠支撐整個(gè)數(shù)字化工廠的設(shè)計(jì)和仿真運(yùn)維。

目前我們已經(jīng)開始和軸承專用設(shè)備生產(chǎn)企業(yè)進(jìn)行合作，使用三維建模軟件建立軸承生產(chǎn)設(shè)備和輸送系統(tǒng)組件的可變參數(shù)化三維模型。同時(shí)，我們也根據(jù)軸承產(chǎn)品類別，將單機(jī)設(shè)備和輸送系統(tǒng)模型進(jìn)行組合，形成適合不同種類軸承加工的整條生產(chǎn)線的數(shù)字模型。

另外我們還對設(shè)備模型進(jìn)行分類和索引，建立軸承生產(chǎn)設(shè)備數(shù)字化模型資源庫，包括零件、部件、整機(jī)、線體等多個(gè)層級。在進(jìn)行軸承工廠三維設(shè)計(jì)時(shí)只需從庫中選取相應(yīng)設(shè)備和產(chǎn)線進(jìn)行調(diào)用，可以大大縮短三維工廠設(shè)計(jì)周期，簡化設(shè)計(jì)過程。

2）基于數(shù)字精益的工藝仿真

精益生產(chǎn)所追求的“創(chuàng)造價(jià)值，消除浪費(fèi)”，也是企業(yè)Z本質(zhì)的追求。中國工程院院士譚建榮曾在多個(gè)場合強(qiáng)調(diào)：“精益生產(chǎn)既是智能制造的基礎(chǔ)，又是智能制造的目標(biāo)。”實(shí)現(xiàn)精益才是企業(yè)的Z終目標(biāo)，而智能化是為了更好實(shí)現(xiàn)精益的先進(jìn)手段。隨著數(shù)字化技術(shù)的發(fā)展，精益管理很多理念得以用數(shù)字化來實(shí)現(xiàn)，使得傳統(tǒng)精益不斷向數(shù)字化精益過渡，體現(xiàn)出了新的精益管理特征。

企業(yè)應(yīng)該明確，智能制造不可能建立在無梳理、無優(yōu)化、無精益的低效的生產(chǎn)模式之上，精益是必須要走的步，而且是投資回報(bào)Z高的一條路徑。因?yàn)榫鎺缀醪恍枰髽I(yè)做出額外的投資，只是在現(xiàn)有基礎(chǔ)上重新配置生產(chǎn)資源就可以獲得超出想象的回報(bào)。

我們數(shù)字化精益仿真的過程，主要分為三步。步，是以價(jià)值流分析與改善作為核心，利用機(jī)器人、智能檢測、智能倉儲、ERP、MOM、PLM等智能制造手段，對物料流和信息流的進(jìn)行流程再造、體系重構(gòu)和精益化設(shè)計(jì)；第二步，通過三維可視化仿真來進(jìn)行驗(yàn)證、改進(jìn)和迭代優(yōu)化；第三步，以此為結(jié)果，指導(dǎo)智能工廠總體規(guī)劃設(shè)計(jì)。將精益和智能有機(jī)融合，提升企業(yè)持續(xù)競爭優(yōu)勢，打造實(shí)用增值型智能工廠。

傳統(tǒng)?精益需要通過不斷的試錯(cuò)，而且提升效果難以量化，這也是很多企業(yè)精益化無法堅(jiān)持貫徹的原因；而數(shù)字化精益通過仿真，可以迅速的找出問題并迭代解決，各個(gè)環(huán)節(jié)都可以直觀的通過數(shù)字量化提升結(jié)果，從而很容易計(jì)算出節(jié)省了多少成本。就是數(shù)字化帶來的優(yōu)勢。

“多品種小批量” 、“專、精、特、新”是當(dāng)前軸承行業(yè)一個(gè)重要的發(fā)展趨勢，但是很多產(chǎn)品沒有通用的自動生產(chǎn)線，產(chǎn)品型號的增多，產(chǎn)品批量的不確定性，對企業(yè)的生產(chǎn)組織都提出了極大的挑戰(zhàn)。我們十院也一直在思考如何為這些特色企業(yè)提供服務(wù)。而數(shù)字精益仿真就是我們目前探索出的一條行之有效的解決方案。通過數(shù)字化手段來評估任何一種形式產(chǎn)線的效率，這可以讓你發(fā)現(xiàn)各個(gè)環(huán)節(jié)是不是真的緊扣資產(chǎn)利用率，員工利用率是不是Z優(yōu)？效率能不能提升？不用改變?nèi)魏蔚纳虡I(yè)模式，任何企業(yè)都可以通過建模、數(shù)字化仿真，都能找出提升的空間。我們也希望利用這項(xiàng)數(shù)字化、精益化、智能化的技術(shù)來為廣大特色企業(yè)和中小企業(yè)高效賦能。

3）打造“一體兩面”的數(shù)字孿生工廠

當(dāng)我們完成上述建模、數(shù)字精益工廠仿真設(shè)計(jì)，打造出虛擬的數(shù)字工廠之后，可以通過數(shù)字工廠指導(dǎo)物理工廠建設(shè)。當(dāng)物理工廠順利運(yùn)營投產(chǎn)后，再將即時(shí)采集的生產(chǎn)數(shù)據(jù)反向定義虛擬工廠中的設(shè)備、產(chǎn)線，通過虛擬工廠實(shí)時(shí)展現(xiàn)物理工廠的生產(chǎn)運(yùn)行狀況，打造“一體兩面”的數(shù)字孿生工廠。

Z終，我們再將前面所說的物聯(lián)網(wǎng)平臺、云平臺應(yīng)用、大數(shù)據(jù)和人工智能優(yōu)化等技術(shù)在數(shù)字孿生工廠基礎(chǔ)上進(jìn)行逐步疊加，便能走出一條完整的智能工廠設(shè)計(jì)、建設(shè)、運(yùn)營的全生命周期流程。我們十院現(xiàn)在所做的建模和數(shù)字仿真規(guī)劃，便是幫企業(yè)從頂層規(guī)劃設(shè)計(jì)入手，夯實(shí)智能工廠整體規(guī)劃設(shè)計(jì)的根基，讓企業(yè)在智能化的進(jìn)程中走得更為順暢。

3.2 企業(yè)中臺

 “中臺”概念起源于軍事范疇，目前已逐步成為領(lǐng)先企業(yè)的共同選擇。近三年來，代表性的互聯(lián)網(wǎng)巨頭相繼按“小前臺，大中臺”的模式進(jìn)行組織調(diào)整；事實(shí)上，一些傳統(tǒng)領(lǐng)域的領(lǐng)導(dǎo)企業(yè)亦陸續(xù)向打造具有自身特色的中臺組織方向演進(jìn)。

從設(shè)計(jì)院未來數(shù)字化轉(zhuǎn)型來看，未來設(shè)計(jì)院的數(shù)字化轉(zhuǎn)型存在兩條路徑：一是業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)化。對成熟的運(yùn)營場景提供中臺化服務(wù)，通過成熟的業(yè)務(wù)來沉淀企業(yè)的數(shù)字化能力，讓業(yè)務(wù)與技術(shù)相互融合，不斷擴(kuò)展業(yè)務(wù)邊界、不斷增強(qiáng)支撐創(chuàng)新業(yè)務(wù)的能力、不斷深挖數(shù)據(jù)價(jià)值，將產(chǎn)品（服務(wù)）、客戶、技術(shù)等企業(yè)經(jīng)營核心要素，以場景化的方式沉淀和輸出，通過數(shù)字化方式交互連接，讓企業(yè)的運(yùn)營更加快速、高效。二是數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)化，抓住數(shù)字化轉(zhuǎn)型過程中的新機(jī)會，提供新型產(chǎn)品（服務(wù)），通過數(shù)字化技術(shù)和中臺共享能力，驅(qū)動商業(yè)價(jià)值的實(shí)現(xiàn)，為企業(yè)帶來新的業(yè)務(wù)增量。所以設(shè)計(jì)院的“中臺”一定是業(yè)務(wù)中臺和數(shù)據(jù)中臺的雙輪驅(qū)動。 

業(yè)務(wù)中臺與數(shù)據(jù)中臺

依據(jù)中臺建設(shè)的思路，我們正在打造一個(gè)“十院綠色智能工廠平臺”。和我們合作過的企業(yè)都知道，十院做軸承工廠設(shè)計(jì)，一直以來都是產(chǎn)品和工藝入手，可以說是高度個(gè)性化、定制化的為企業(yè)量身設(shè)計(jì)。這就造成了設(shè)計(jì)周期較長，對設(shè)計(jì)人員專業(yè)水平要求高等問題。那么我們建立這個(gè)平臺，類似于一個(gè)業(yè)務(wù)中臺，將建筑模型、設(shè)備模型、產(chǎn)線模型、生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)等綠色智能工廠的設(shè)計(jì)要素以資源庫的形式進(jìn)行整合，將我們60年來積累的軸承工廠設(shè)計(jì)知識經(jīng)驗(yàn)和優(yōu)秀作品都沉淀到這個(gè)中臺之中，實(shí)現(xiàn)平臺共享、快速復(fù)用、靈活擴(kuò)展。再以經(jīng)驗(yàn)豐富的設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)作為穩(wěn)定的后臺內(nèi)部支撐，實(shí)現(xiàn)對前臺企業(yè)客戶的不同設(shè)計(jì)需求做出快速設(shè)計(jì)響應(yīng)，或進(jìn)一步進(jìn)行精益化深度設(shè)計(jì)。

將來我們?yōu)槠髽I(yè)設(shè)計(jì)軸承工廠，利用這個(gè)設(shè)計(jì)平臺，企業(yè)可以先選擇一個(gè)模板，然后根據(jù)自身需求在其中進(jìn)行個(gè)性化配置。我們根據(jù)配置，輸出一個(gè)包含廠房和設(shè)備的虛擬工廠，然后將我們的生產(chǎn)線經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)和生產(chǎn)管理系統(tǒng)加載到模型上，在虛擬工廠中模擬生產(chǎn)運(yùn)行和迭代優(yōu)化，在企業(yè)預(yù)期的各項(xiàng)生產(chǎn)指標(biāo)和綠色指標(biāo)得到驗(yàn)證后，依據(jù)虛擬工廠指導(dǎo)物理工廠建設(shè)，輸出智能工廠全生命周期數(shù)字模型。

企業(yè)利用這個(gè)模型去建設(shè)、調(diào)試，就能迅速達(dá)產(chǎn)。后期如果有新增產(chǎn)線或設(shè)備布局調(diào)整，我們將新方案與原方案做仿真對比，立刻可以得出怎樣調(diào)整效率Z大化，為企業(yè)提供持續(xù)的技術(shù)支持服務(wù)。這就是我們十院在軸承智能工廠設(shè)計(jì)方面的轉(zhuǎn)型，也是從單一的施工圖產(chǎn)品輸出，向“產(chǎn)品+服務(wù)”的數(shù)字化轉(zhuǎn)型。

4　結(jié)語

隨著互聯(lián)網(wǎng)時(shí)代的迅猛發(fā)展，信息技術(shù)已逐步滲透進(jìn)工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域。數(shù)字化、平臺化、移動化和物聯(lián)網(wǎng)已成為制造業(yè)的發(fā)展趨勢?？v觀先進(jìn)軸承企業(yè)，其高端軸承從研發(fā)設(shè)計(jì)到生產(chǎn)制造都離不開工業(yè)化和信息化的深度融合。智能制造是制造強(qiáng)國戰(zhàn)略的主攻方向，也是中國軸承工業(yè)轉(zhuǎn)型升級、提質(zhì)增效的必由之路，我國軸?智能工廠和智能制造時(shí)代已然到來。

內(nèi)容來源：《2020上海軸承峰會論文集》