【柔性智造】工业互联网正确打开方式系列（十五）：柔性智造
工业互联网正确打开方式系列（十五）：柔性智造
工业互联网正确打开方式系列（一）：RPA机器人流程自动化
工业互联网正确打开方式系列（二）：AI产品经理
工业互联网正确打开方式系列（三）：微服务 VS ESB
工业互联网正确打开方式系列（四）：边缘计算
工业互联网正确打开方式系列（五）：云计算PAAS
工业互联网正确打开方式系列（六）：两化融合
工业互联网怎么做：一个是生产方式将大变身，从大规模生产向个性化定制转型、生产型制造向服务型制造转型、要素驱动向创新驱动转型。
发展工业互联网三大体系：平台体系、网络体系、安全体系。可以从生产端切入、产品端切入、平台测切入。做工业制造的时候，有信息化研发、信息化生产信息化运维、信息化供应链，每一个都有大量的内容在里面，实际上是深度信息化，是我们现在已经有的基础。
在这个过程中要解决五个如何的问题：
如何将客户寻求快速转变为方案和产品；
如何减少人工工序，以提高品质管控；
如何通过生产过程的透明化，缩短产品的交付周期；
如何使信息流快捷有效；
在总体的实施架构里面如何降低成本。
具体以下十一点“柔性化”做法以供参考：
第一是工业互联网与架构，大家都知道，平台是核心、网络是技术、安全是保障。特点是设计，建设以数据为核心，打造设备与物、设备与设备，设备与应用系统之间的互通互联、互操作平台。
第二是数字化协同创新集成研发PAAS平台，譬如基于机理模型和数据模型的工艺参数优化、质量检测和预测性维护。
第三是数字化运营平台，特点是以客户需求驱动，供应链环节互通互联。聚焦面向客户的解決方案，带动产品定制化。
第四是数字化精益制造平台，通过数字化仿真，实现工厂最优设置，提升单位面积的产出率。特点是采用数字化建模与仿真，利用IT技术对工厂物流进行规划。这是中间生产过程的管理，MES、APS，包括可视化平台的搭建。
第五是安全可控的智能柔性生产线与工艺装备。通过自动化设备应用，实现各工艺执行环节的智能化和柔性化，通过非标自动化设备应用，实现自动化产线的定制化需求。
第六是支持全流程数据采集与过程管控的智能传感与控制，对多元异构数据进行OPC UA处理与集成，实现资源、制造生产的实时监控。
第七是智能物流平台，就是构建敏捷工厂物流管理系统和调度系统，实现订单拉动整个物流的运作和AGV自动化配送。
第八是基于数字化检测装备的云检测平台，云端训练模型后在检测装备边缘端高效执行。
第九是质量大数据平台，质量追溯、质量大数据和智能SPC应用。
第十是透明化企业管控，就是MES、APS，在这里面通过数据集成，底层数据采集，通过数字化3D工厂、可视大屏展示生产数据。
第十ー，面向产品服务的智能云运维管理系统、预测性维护、跨界打击（如基于数据的金融服务），实现真正意义上的制造即服务。
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一、柔性制造才是发展工业互联网的真正目的。
柔性生产的概念首次出现于1965年，由英国的Molins公司首次提出。当时市场繁荣、竞争激烈，制造业需要更加先进的生产方式来满足日益增长的生产要求，于是柔性化生产应运而生。
刚性生产，体现在产品的规模化生产方面，满足的是社会对大量工业品的需求。而伴随着消费结构升级，买方市场和消费者个性化、定制化、时效性要求的步步紧逼，满足“多样化、小规模、周期可控”的柔性化生产、柔性制造，才是企业未来生存和制胜的关键。
【一】
柔性制造枝术发展现状
柔性制造技术，是对各种不同形状加工对象实现程序化柔性制造加工的各种技术的总和。柔性制造技术是技术密集型的技术群，我们认为适用于多品种、中小批量(包括单件产品)并侧重于柔性的加工技术都属于柔性制造技术。目前按规模大小划分为：
1、柔性制造系统(FMS)
通常包括4 台或更多台全自动数控机床(加工中心与车削中心等)，由集中的控制系统及物料搬运系统连接起来，可在不停机的情况下实现多品种、中小批量的加工及管理。
2、柔性制造单元(FMC)
FMC 的问世并在生产中使用约比FMS 晚6~8 年，它是由1~2 台加工中心、工业机器人、数控机床及物料运送存贮设备构成，具有适应加工多品种产品的灵活性。FMC 可视为一个规模最小的FMS，是FMS 向廉价化及小型化方向发展和一种产物，其特点是实现单机柔性化及自动化，迄今已进入普及应用阶段。
3、柔性制造线(FML)
它是处于单一或少品种大批量非柔性自动线与中小批量多品种FMS 之间的生产线。其加工设备可以是通用的加工中心、CNC 机床；亦可采用专用机床或NC 专用机床，对物料搬运系统柔性的要求低于FMS，但生产率更高。它是以离散型生产中的柔性制造系统和连续生产过程中的分散型控制系统(DCS)为代表，其特点是实现生产线柔性化及自动化，其技术已日臻成熟，迄今已进入实用化阶段。
4、柔性制造工厂(FMF)
FMF 是将多条FMS 连接起来，配以自动化立体仓库，用计算机系统进行联系，采用从订货、设计、加工、装配、检验、运送至发货的完整FMS。它包括了CAD/CAM，并使计算机集成制造系统(CIMS)投入实际，实现生产系统柔性化及自动化，进而实现全厂范围的生产管理、产品加工及物料贮运进程的全盘化。FMF 是自动化生产的最高水平，反映出世界上最先进的自动化应用技术。它是将制造、产品开发及经营管理的自动化连成一个整体，以信息流控制物质流的智能制造系统(IMS)为代表，其特点是实现工厂柔性化及自动化。
【二】
制造业企业发展
“柔性制造”的意义
柔性制造的根本特性决定了它对制造职责和生产策划环境的变化有很强的合适本领。因而，在我国制造业企业中推行柔性制造有其极为特定的意义：
▼ “柔性制造”是当代生产方法的主流方向和互助根本。日益剧烈的市场竞争和与日俱增的生产技能推动着当代企业生产方法的连续创新，如定时生产、精益生产、并行工程、伶俐制造、仿生制造、绿色制造、制造资源筹划、提供链治理等等。
而这些进步的生产方法无不因此“柔性”作为其出发点和根本的，如：精益生产的根本条件是根据用户的必要生产出高质量的产品；伶俐制造和仿生制造都快速适合多种变化的要求；并行工程在产品计划开辟阶段就集成思考了生产制造、出售和服务进程的合适性要求；而制造资源筹划和供链治理则是从整个生产链的范畴求得更广、更高的柔性。
▼ “柔性制造”是餍足消费者本性化、多样化需求最坚固的支持。过往在供不该求的卖方市场环境下，制造企业不消思考消费者对其产品的要求，都是企业生产什么消费者就只能购买什么。
如今消费者已成为市场的主宰，他们所必要的不但仅是这种逼迫性的准则化商品，而是亘古未有的非准则化产品，这将导致大略的同类规格的大量损耗市场，裂变为一系列餍足差别需求的细分市场，细分市场又进一步深化了产品的多样化。
这使得市场竞争的形态从资本、代价为主的竞争，转向市场合适本领、新产品推进速率、产品本性化等方面的竞争，这在客观上必要柔性制造体系的支持。
▼ “柔性制造”是低落生产资本、进步经济效益的有效伎俩。由于柔性制造是一种智能型的生产方法，它将高科技“嵌进”到制造配置与制造产品中，实现硬配置的“软”提拔，并提升制造产品的性能和质量，因而不但能提升劳动生产率，并且能提拔产品的附加代价。
别的，柔性制造还是一种市场导向型的生产方法，它要求制造厂商与客户履行互动式的信息交换，定时控制客户对产品的需求信息，根据客户的意愿和要求构造生产，因而能消除制造商生产的不确定性，同时使各制造商之间禁止因太过竞争而造成两虎相争的表象，从而使各制造商裁减亏损，提升经济效益。
▼ “柔性制造”是全面提升制造本领，缩小与国际先进制造程度差距的途径。改革开放以来，我国已成长成为制造大国，但距国际先进制造程度另有很大差距。
而“柔性制造”这种进步制造方法的推行将有助于改进我国制造业的生产配置技能水平和从业职员的品质，促进已有的制造资产布局、人才技能布局的优化，全面提升制造本领，从而缩小与国际先进制造程度的差距。
【三】
柔性制造生产案例
互联网+供应链管理带来巨大变革，让个性化定制、柔性化生产源源不断深入制造业，甚至“零库存”也成为可能。
订单式生产，在为客户实施个性化定制的过程中，能不能像搭积木一样实现撬装化快装，降低人力、物力成本？该企业从用户角度出发，针对较小型汽轮机推出撬装化快装式项目，大大提升产品服务竞争力。
大数据成“柔性制造”关键
按照传统生产模式，一条生产线只能生产一个规格的产品，而在智能生产线上，可根据订单要求的不同，同时上线生产不同的产品。那么这些传统生产模式无法做到的事情，智能生产线又是如何完成的？
作为国家首批智能制造试点示范企业，位于长沙的某亚洲最大的智能化制造车间之一，各环节全部实现自动化、信息化。在这里已实现了生产中人、设备、物料、工艺等各要素的柔性融合。它拥有8条装配线，可以实现69种产品的混装柔性生产，并将此拓展到其他事业部，实现其他事业部的柔性制造。在这间总面积约10万平方米的车间里，每一条生产线可以同时混装30多种不同型号的机械设备，开足马力工作时能支撑300亿产值。
厂房的整个柔性制造生产系统包含了大量数据信息，包括用户需求、产品信息、设备信息及生产计划。依托工业互联网络将这些大数据联结起来并通过MES系统处理，能制定最合适的生产方案，最优的分配各种制造资源。
二、柔性制造系统FMS(Flexible Manufacture System)
对任何制造业或非制造业而言，生产力是一个基本的要素，为了具有竞争力，必须增加生产力，因此弹性制造系统不仅提供使用者弹性，同时也要兼顾提升生产力。弹性制造系统涵盖了广泛的生产范围，包括机器、制程、组合和一些其它的工作，这些系统可以达到不同程度的弹性，完全与该系统的组成组件有关。
自1960 年代后半，顾客对于产品的要求趋向于多样化，如此工厂需要低生产成本及短交期来满足多样化的变化。为应付此种要求，需要一种适合中品种、中少量生产的生产系统。弹性制造系统可以被定义为一套生产系统，其利用计算机控制机器，装配生产单元，机器手臂，检验机器等设备并配合计算机整合物料搬运及储存系统。可以说是一个综合高层次分散是数据处理、自动化物流流动以及整合式物料处理与物料储存的系统。
FMS的工艺基础是成组技术
它按照成组的加工对象确定工艺过程 ，选择相适应的数控加工设备和工件、工具等物料的储运系统，并由计算机进行控制，故能自动调整并实现一定范围内多种工件的成批高效生产(即具有“柔性”)，并能及时地改变产品以满足市场需求。
FMS兼有加工制造和部分生产管理两种功能
因此能综合地提高生产效益。FMS的工艺范围正在不断扩大，可以包括毛坯制造、机械加工、装配和质量检验等。80年代中期投入使用的FMS，大都用于切削加工，也有用于冲压和焊接的。
采用FMS的主要技术经济效果是
能按装配作业配套需要，及时安排所需零件的加工，实现及时生产，从而减少毛坯和在制品的库存量，及相应的流动资金占用量，缩短生产周期；提高设备的利用率，减少设备数量和厂房面积；减少直接劳动力，在少人看管条件下可实现昼夜24小时的连续“无人化生产”；提高产品质量的一致性。
1967年，英国莫林斯公司首次根据威廉森提出的FMS基本概念，研制了“系统24”。其主要设备是六台模块化结构的多工序数控机床，目标是在无人看管条件下，实现昼夜24小时连续加工，但最终由于经济和技术上的困难而未全部建成。
同年，美国的怀特·森斯特兰公司建成 Omniline I系统，它由八台加工中心和两台多轴钻床组成，工件被装在托盘上的夹具中，按固定顺序以一定节拍在各机床间传送和进行加工。这种柔性自动化设备适于少品种、大批量生产中使用，在形式上与传统的自动生产线相似，所以也叫柔性自动线。日本、前苏联、德国等也都在60年代末至70年代初，先后开展了FMS的研制工作。
1976年，日本发那科公司展出了由加工中心和工业机器人组成的柔性制造单元(简称FMC)，为发展FMS提供了重要的设备形式。柔性制造单元(FMC)一般由1～2台数控机床与物料传送装置组成，有独立的工件储存站和单元控制系统，能在机床上自动装卸工件，甚至自动检测工件，可实现有限工序的连续生产，适于多品种小批量生产应用。
70年代末期，FMS在技术上和数量上都有较大发展，80年代初期已进入实用阶段，其中以由3～5台设备组成的FMS为最多，但也有规模更庞大的系统投入使用。
1982年，日本发那科公司建成自动化电机加工车间，由60个柔性制造单元（包括50个工业机器人）和一个立体仓库组成，另有两台自动引导台车传送毛坯和工件，此外还有一个无人化电机装配车间，它们都能连续24小时运转。
这种自动化和无人化车间，是向实现计算机集成的自动化工厂迈出的重要一步。与此同时，还出现了若干仅具有FMS基本特征，但自动化程度不很完善的经济型FMS，使FMS的设计思想和技术成就得到普及应用。
典型的柔性制造系统由数字控制加工设备、物料储运系统和信息控制系统组成。加工设备主要采用加工中心和数控车床，前者用于加工箱体类和板类零件，后者则用于加工轴类和盘类零件。
中、大批量少品种生产中所用的FMS，常采用可更换主轴箱的加工中心，以获得更高的生产效率。
储存和搬运系统搬运的的物料有毛坯、工件、刀具、夹具、检具和切屑等；储存物料的方法有平面布置的托盘库，也有储存量较大的桁道式立体仓库。毛坯一般先由工人装入托盘上的夹具中，并储存在自动仓库中的特定区域内，然后由自动搬运系统根据物料管理计算机的指令送到指定的工位。固定轨道式台车和传送滚道适用于按工艺顺序排列设备的FMS，自动引导台车搬送物料的顺序则与设备排列位置无关，具有较大灵活性。
工业机器人可在有限的范围内为1～4台机床输送和装卸工件，对于较大的工件常利用托盘自动交换装置(简称APC)来传送，也可采用在轨道上行走的机器人，同时完成工件的传送和装卸。磨损了的刀具可以逐个从刀库中取出更换，也可由备用的子刀库取代装满待换刀具的刀库。车床卡盘的卡爪、特种夹具和专用加工中心的主轴箱也可以自动更换。切屑运送和处理系统是保证 FMS连续正常工作的必要条件，一般根据切屑的形状、排除量和处理要求来选择经济的结构方案。
FMS信息控制系统的结构组成形式很多，但一般多采用群控方式的递阶系统。
第一级为各个工艺设备的计算机数控装置(CNC)，实现各的口工过程的控制；第二级为群控计算机，负责把来自第三级计算机的生产计划和数控指令等信息，分配给第一级中有关设备的数控装置，同时把它们的运转状况信息上报给上级计算机；第三级是FMS的主计算机(控制计算机)，其功能是制订生产作业计划，实施FMS运行状态的管理，及各种数据的管理；第四级是全厂的管理计算机。
性能完善的软件是实现FMS功能的基础，除支持计算机工作的系统软件外，数量更多的是根据使用要求和用户经验所发展的专门应用软件，大体上包括控制软件(控制机床、物料储运系统、检验装置和监视系统)、计划管理软件(调度管理、质量管理、库存管理、工装管理等)和数据管理软件(仿真、检索和各种数据库)等。
为保证FMS的连续自动运转，须对刀具和切削过程进行监视，可能采用的方法有：测量机床主轴电机输出的电流功率，或主轴的扭矩；利用传感器拾取刀具破裂的信号；利用接触测头直接测量刀具的刀刃尺寸或工件加工面尺寸的变化；累积计算刀具的切削时间以进行刀具寿命管理。此外，还可利用接触测头来测量机床热变形和工件安装误差，并据此对其进行补偿。
柔性制造系统按机床与搬运系统的相互关系可分为直线型、循环型、网络型和单元型。加工工件品种少、柔性要求小的制造系统多采用直线布局，虽然加工顺序不能改变，但管理容易；单元型具有较大柔性，易于扩展，但调度作业的程序设计比较复杂。
柔性制造系统未来将向发展各种工艺内容的柔性制造单元和小型FMS；完善FMS的自动化功能；扩大FMS完成的作业内容，并与计算机辅助设计和辅助制造技术(CAD/CAM)相结合，向全盘自动化工厂方向发展。
大数据成“柔性制造”关键
按照传统生产模式，一条生产线只能生产一个规格的产品，而在智能生产线上，可根据订单要求的不同，同时上线生产不同的产品。那么这些传统生产模式无法做到的事情，智能生产线又是如何完成的？
智能化制造车间，各环节全部实现自动化、信息化。在这里已实现了生产中人、设备、物料、工艺等各要素的柔性融合。产品的混装柔性生产，整个柔性制造生产系统包含了大量数据信息，包括用户需求、产品信息、设备信息及生产计划。依托工业互联网络将这些大数据联结起来并通过MES系统处理，能制定最合适的生产方案，最优的分配各种制造资源。
刚柔并济的未来
在柔性制造技术中有很多关键技术，其中有4大支柱技术是目前的主要研究方向，也是生产力大突破的关键点。它们分别是：计算机辅助设计技术；模糊控制技术；人工智能、专家系统及智能传感器技术；人工神经网络技术。
柔性制造技术是实现未来工厂的新颖概念模式和新的发展趋势，是决定制造企业未来发展前途的具有战略意义的举措。届时，智能化机械与人之间将相互融合，柔性地全面协调从接受订货单至生产、销售这一企业生产经营的全部活动。近年来，柔性制造作为一种现代化工业生产的科学"哲理"和工厂自动化的先进模式已为国际上所公认，可以这样认为：柔性制造技术是在自动化技术、信息技术及制造技术的基础上，将以往企业中相互独立的工程设计、生产制造及经营管理等过程，在计算机及其软件的支撑下，构成一个覆盖整个企业的完整而有机的系统，以实现全局动态最优化，总体高效益、高柔性，并进而赢得竞争全胜的智能制造技术。它作为当今世界制造自动化技术发展的前沿科技，为未来机构制造工厂提供了一幅宏伟的蓝图，将成为21世纪机构制造业的主要生产模式。
再补充一点：
有人认为，至于排产和柔性制造的关系，排产属于柔性制造的概念，但是我并不这样认为。因为，所谓柔性制造的目的是服务生产计划，就是按照生产计划，在物理层面柔性的变化自己，以适应生产计划的需求。所谓柔性，必然发生物理层面的制造体系的变化，说白了，就是设备的变化，产线的变化，人员的变化等，比如昨天公司有2条产线生产A系列，4条生产B系列；今天市场需求变化了，于是公司有3条生产A系列，3条生产B系列。两个不同系列的产线，如果可以一夜之间变化，那么我们可以看做高度柔性。
至于生产计划排产，对昨天是基于“有2条产线生产A系列，4条生产B系列”，对今天则是“有3条生产A系列，3条生产B系列”。不可能对于物理上不存在的生产线进行排产。我认为排产本身并不存在柔性这个概念，算法并不能对现实不存在和未来规划不存在的产能排产。
来源：德信诚管理百科
三、柔性制造是什么鬼？
▌1、柔性生产将成为制造业的核心竞争力
国务院参事汤敏教授认为：未来中国，以大批量生产、低成本取胜的劳动密集型产业外迁到东南亚势不可挡，中国唯一可以留下的就是小批量、定制化的柔性制造产能。
换个角度理解这句话，如果中国能大规模的改造生产制造系统，使之都具备柔性化生产能力，那么就可以把更多的制造业留住中国。所谓柔性化生产是指，在品质、交期、成本保持一致的条件下，生产线在大批量生产和小批量生产之间任意切换。
业界谈论更多的“大规模个性化定制”只是柔性生产的一种形式，并不是通用模型。同时，所谓“小多快”(小批量、多品类、快速生产)也不是真正的柔性化，因为大批量订单做不了也不是真正的柔性生产。
目前，方兴未艾的“智能制造”，我们认为也是应用IOT技术来实现柔性化生产或定制化生产，总体上也属于这个范畴。
纵观国内，从服装、鞋包到钢铁、原材料，各行各业的制造柔性化都在加速。以炼钢厂为例，以前订单生产都是以月为交期，以“炉”为单位批量生产(一个品种一炉至少50T);而现在钢厂面临的多品种、小批次订单越来越多，交期也从月到按周交货，这样的市场形势倒逼钢厂在生产模式也发生变化。
总体上，所谓国内的产能过剩指的都是落后产能、一般性产能，真正具备柔性生产能力的产能十分稀缺。
▌2、车间里如何实现柔性化生产
60年前大野耐一创立的“丰田式生产方式”(TPS，美国人总结为精益生产)已经极大地突破了柔性化生产问题。精益生产不仅仅是通过消除浪费来提高效率，更重要的是通过快速换模(SMED)、单件流(one piece flow) 等生产方式的创新实现了柔性化生产。
大野先生认为生产市场不需要的产品、过多生产是最大的浪费。这在本质上，已经包含了产销和谐、产销匹配的深意。到90年代，佳能的细胞生产(Cell)又将柔性化生产推进了一大步。
以大量运用多能工的细胞式生产，不仅实现了多品种生产组装的快速切换，而且激发了工人的创新能力。
同时期，以戴尔大规模定制为代表的生产革新代表了另外一种柔性化生产思路，即对产品按照其功能进行划分而进行模块化设计，建立产品族和零部件族，内部实现零部件的标准化、通用化。这一模式成就了戴尔的辉煌，并作为一种商业思想广泛传播。
国内工业3.0的标杆企业尚品宅配、索菲亚、青岛红领等也都沿袭这一模式而成为行业翘楚。
▌3、中国制造业如何迈向工业4.0
中国制造业要迈向工业4.0，必须先补工业3.0的课——精益生产;甚至是工业2.0的课——IE(工业工程)。IE是一切之本，TPS、6Sigma、TOC(Theory of constraints，瓶颈理论，常与精益生产、六西格玛并提)、5S(源自日本的现代工厂管理理论)都是建立在IE基础之上。
甚至丰田也讲到：丰田生产方式就是工业工程在丰田公司的具体应用。IE是以科学的方法，有效地利用人、财、物、信息、时间等经营资源，实现产出最大化。
必须承认用精益和IE来改造现有传统制造业存在巨大困难，最重要的是一把手的观念、决心，甚至情怀。因此，就单个工厂升级到工业4.0无法超越这道鸿沟。
在互联网条件下：
有没有可能通过“技术-经济范式转移”的方式实现超越呢?
是否会出现制造业的“云端制”?
是否能实现超越工厂围墙的社会化柔性化生产?
理论是可行的，现实也具备条件，但是我们还没有看到!这个值得持续观察。
▌4、“机器换人”的核心是软件如何柔性化
以自动化设备、批量生产、降低制造成本为导向的“机器换人”可能存在陷阱，因为这正与全球制造业发展方向背道而驰。
比如，自动缝纫机一台可以替代6个缝纫工，确实提高了产能节省人工。
但是问题来了：
自动缝纫机要求针对不同服装款式，不同缝制要求，预先制作工装夹具，还需要人工编程打板，制作缝迹文件。这些额外成本使得自动缝纫机依然最适合的是单一款式大批量生产，而这与服装行业柔性化生产的整体发展方向相悖。
因此，“机器换人”的关键是如何实现软件的柔性化、敏捷编程，或自动编程，就像TPS中的“快速换模”一样以“机器换人”为主要内容的技术改造主要解决的是高人力成本问题，而实际上中国制造业面临的主要问题是产能过剩、产销脱离问题。
其次，机器人确实可以提高某个操作环节的效率，并不一定能提升企业整体效益，要让机器人真正发挥作用还需要将生产管理、人力资源、信息化管理等“软件”与生产线的硬件进行同步规划。这就意味着机器并不是最主要的技改内容，系统思考更加重要。
▌5、供应链协同基础
要实现供应链协同，需要实现价值链各环节的数据共享和策略一致。在生产制造端，首先需要打通ERP与MES的割裂，实现内部协同。
ERP是企业层级的资源计划管理;MES则是位于上层计划管理系统与底层工业控制之间，面向车间层的管理信息系统。
ERP 的计划生成可执行的生产工单，而MES则对工单的执行过程跟踪记录，并防止错误发生。其管理范围从投产到出货。
不幸的是大部分的制造业工厂ERP与MES都是两套系统，各自为政。产能情况、订单进度和生产库存对ERP来说只是黑箱作业。若企业内部能实现ERP、MES，乃至CRM的集成协同，进一步就是需要对接电商大数据，包括实时订单数据、需求预测数据等，这部分数据可能分属于不同的合作伙伴。这时候合作伙伴的协同意识、信息化水平、数据接口标准，乃至激励机制就至关重要了。
当产业链所有系统都全面集成之后，一条连接市场最终客户、制造业内部各部门、上下游各方的实时协同供应链就形成了。
IT时代供应链的最高境界CPFA(Collaborative Planning Forecasting and Replenishment)--协同规划、预测与补货 系统就横空出现了。
过去，只有大企业才能达到这一点，因为涉及巨大的IT和人才投入，但现在互联网出现之后，有可能改变这一格局，小企业也可以做到，而且可以玩的更为极致。
因为，企业内部的系统集成通过以太网(局域网)即可完成，而跨企业之间的协同互联网则扮演重要角色。特别是电商出现之后，基于电商交易的数据丰富度、实时性和预测准确性，远非POS信息单一维度的日报所能比拟。
▌总结：
“看了以上这么多观点，想必您必有所思。工业4.0如何落地，中国制造业何去何从，这已经不是国家层面的政策扶持问题，而是更多实业家的理解和行动。
少一点浮躁的大谈理论和投机取巧，多一点落地和实干。中国经济的发展还需你我他大家的努力！”
来源：360doc个人图书馆
四、柔性生产，为何如此被看重？
现在我们市场差异化的要求越来越高，比如你买个iPhone，你想买土豪金的，他想买粉色的，每个客户想要的颜色不一样，以后甚至对软件版本的要求都不一样。个性化的要求越来越高，但会带来一个矛盾，对生产线的要求越来越高。
那么，该如何解决流水线批量化和柔性化的矛盾呢？采取“人机结合”的方式。
利用人的灵活性，人的灵活性是什么？就是四肢。同时利用电脑的特点，逻辑性强，能够防错，一致性高。
“国内首条轨道交通的智能制造生产线”，并非想象中满是四处挥舞的机械臂。相反，除了一些全自动工序，大部分工位上都有工人操作。
你看这里有很多螺钉枪，打的时候它其实是电脑在控制。原来的时候，这里用什么螺钉、用什么螺钉枪，完全是靠人控制的。但是如果用人机结合，其中的力矩控制、包括采集都是电脑控制的，到哪里打、怎么打都会采集的。但如果全自动化的话，做开发、生产的灵活性又丧失了。
除了“人机结合”，也有分析指出，柔性生产的另一重要途径是基于工业互联网的大数据。因为企业可以通过大量的数据采集、分析，更快地找准市场，让消费者介入生产、服务过程。数据显示，未来十年，全球在工业互联网上的投资将达几千亿美元，制造巨头像德国大众和日本日立公司都已斥巨资进行专项研究。
在国内，不少制造企业正在抢滩布局工业互联网。这个系统通过传感器等终端，能实时采集产品的位置、温度、工作状态等信息。基于这些数据，可以有针对性地改进装备制造工艺、为用户提供个性化服务等。
能够知道每个市场的市场热度，对指导做销售预测、做生产预测就会有很好的帮助，而且它不同型号、不同产品的使用趋势的变化，会帮助判断哪些产品在未来做重点开发，哪些是要减少的。
智能制造柔性生产线--灌装生产线解决方案
一、智能制造柔性生产线系统
智能制造柔性生产线系统由信息管理服务器、生产总控系统、产线管理系统三部分组成；服务器主要由云服务器、数据库服务器组成，主要用来接收用户网络订单和对订单数据、生产数据、用户信息进行分析。生产管理中心包含管理中心和监控中心，管理中心主要对各个产线任务、设备状态等进行管控；监控中心主要是对当前生产线状态、机器运行状态、产品生产状态等进行监控；产线管理系统由生产管理系统和客户端组成，此部分可以根据实际需求进行扩展，用户可以根据自己的需要扩展不同的生产产线，同一条产线设备通过无线模块进行数据交互，不同产线之间通过客户端进行信息交互，再通过客户端给相关产线管理中心下发生产任务。具体如下：
软件系统方面：
软件控制系统包括手机应用程序、智慧工厂系统以及企业云系统。 数据链接到数据服务器或控制中心，整个系统的所有数据都会通过物联网、以太网方式和现场总线技术进行数据与系统控制中心数据交换，可对系统的所有站点进行实时监控，并且控制中心可根据客户需求对产品的规格进行设定，实现多元化生产，能够根据订单信息自动化识别，自动加工，成品货物最后进入智能仓库；系统配有数据服务器开放接口企业云数据存储，以实现全球数据共享，通过授权的移动终端可实时系统调度、查询、监控。
智能制造柔性生产线系统架构
硬件系统方面：
智能工厂实训室设备的系统硬件配置成工艺层和操作层双层递阶控制的开放式架构，实现产品信息、工艺信息、管理信息和控制指令软件层自上而下的逐层传递，现场状态、设备情况、采集监控和传感数据等的自下而上的反馈。
在生产线的每条工位均有一个无线信息采集器，与生产线上的生产设备建立通信。采集相应的实时数据，如运行时间、速度、计数、温度、压力、流量等，归档存储，并进行数据应用（App）。然后通过将各台采集器联网，实现各生产线工位和前处理工段数据的互联互通。
二、智能灌装生产线系统
智能灌装生产线系统主要针对当前灌装行业进行智能改造，实现从原材料开始的包装袋的制造、固体颗粒与液体自动灌装入袋、封口、装箱、仓储的全自动、无人化工业生产线；生产线上所灌装的产品可以各不相同，根据实际生产需求或者用户需求实现小批量、个性化定制服务；同时各产品携带电子标签，内置产品相关信息（例如个性化定制信息、生产信息、加工信息等等），可以自行与机器人、加工设备进行通讯，实现智能加工，用户也可以通过读取电子标签了解产品生产信息（生产日期、车间、产线等等），实现产品信息交互。效果图如下：
三、系统特点
a)个性化定制服务
客户可以通过电商网站、手机APP直接在订单里面直接进行下单，下单时可以选择自己想要加工的产品类型、大小、颜色等；
b)柔性化生产
从软件上，通过上位机自动化生产管理系统，可实现生产信息存储追踪功能和柔性排产计划功能，从而有效记录、统计、追踪、变换生产质量和效率。
c)四大集成系统
系统集成了智能加工系统、智能生产系统、智能物流系统、智能仓储系统四大系统。
d)开放性
系统开放电路、气路配线、机械装调、软件系统开发接口和源代码。同时提供电路控制原理图、接线图、气路控制图、机械装配图等，在电气控制柜设计方面，采用前后柜门可拆卸设计，方便接线和相关电路学习。
e)可扩展性
电路部分接口均为国际标准接口，各控制单元均可外接控制器来实现控制功能；机械部分可通过添加新的模块单元来完成系统升级。可以和工业上众多设备进行对接，完成产线改造和二次升级。
f)云计算
对所有设备采取一种基于物理数据和低级别现象持续关注和在线诊断，实时采集机器各种性能、指标，计算出目前机器性能状态和生产效率，当某部分器件出现故障生产效率无法满足其他机器时，系统实时提醒 ，保证设备合理、高效运行。
g)模块化
系统中的单元设备具有“联机/单机”两种操作模式。所有的单元设备的都可以独立操作，可以单机设备为平台，进行单项技术的研发。整个系统能够不断的扩展、扩充。网络系统可以紧跟现场技术升级扩展，在原有系统设备的基础上完全兼容扩充部分。系统无论机械结构还是控制，都采用统一标准接口，具有高的兼容和扩展性，随工业现场技术的快速发展。
h)安全性
所有设备模块采用国际认可产品，同时设备具有接地保护、过载保护、短路保护、漏电保护、误操作保护功能，存在安全问题的所有工站，都会设置有停止和急停按钮，可以随时停止设备的运行，保障人员安全。所有安全性符合相关的国标标准，所有材质均符合环保标准，所有元器件满足国家CCC认证。 来源：维视智造
满足“多样化、小规模、周期可控”的柔性化生产则很符合当前工厂所需的生产模式，这种柔性生产强调的不仅是设备技术上的智能化，也表现在对产品的个性化需求满足上。由此可见,要想中国制造业在困局中的逆转，柔性化升级改造是企业必过的门槛，柔性生产将是未来制造业的大势所趋。
近两年来,柔性化生产模式开始受到各行各业的青睐，纷纷在自家工厂投入柔性化生产，也取得了不错的业绩。在长沙经开区，单品种、大批量的“刚性生产”产品逐渐退出企业，多品种、小批量的“柔性制造”产品方兴未艾。三一重工、一派数控等企业纷纷从“刚性生产”转向“柔性制造”。
据悉,三一重工作为国家首批智能制造试点示范企业，位于长沙的“18号工厂”号称亚洲最大的智能化制造车间之一，各环节已实现了人、设备、物料、工艺等各要素的柔性融合。车间里有8条生产线，可以实现69种产品混装柔性生产，传统的起重机、挖掘机、消防车、泵车等产品都具备了这种柔性生产方式。C2M(客户对工厂)生产方式已被其他许多公司采纳并应用。
在一派数控，个性化订制已成为企业的核心竞争力,该公司日前研发的首台手机盖板瑕疵检测机，利用仿人类视觉方式进行自动识别，不仅提高了检测效率，多项缺陷检测的正确率也超过99%，颠覆了检测工艺。
同时,比较典型的柔性生产还应用在汽车制造领域。美国、日本等国家在上世纪70年代前后便已开展了柔性生产。世界主要汽车生产厂商，如通用、福特、宝马、丰田等公司都采用了柔性制造系统。在我国，广汽丰田、一汽大众、上海通用等品牌的工厂都采用了类似柔性化的生产方式。
五、案例分析：光伏工厂柔性制造系统的组建
中国的能源生产量与消费量都极其巨大，同时中国的主要能源对煤炭的依赖性较大，经济发展与环境污染的矛盾比较突出。近年来能源安全问题也日益成为国家生活乃至全社会关注的焦点，日益成为中国战略安全的隐患和制约经济社会可持续发展的瓶颈。现阶段，煤炭、石油和天然气等能源的供应都存在缺口，所以发展新能源发电势在必行。而太阳能作为新能源的重要组成部分之一，引起了国家及世界的广泛关注，自2007 年末开始，我国广泛上马了众多太阳能发电项目，但是由于世界经济不景气以及行业整体产能发展过剩的影响，现在太阳能光伏行业面临着整体重组的重大挑战。而如何提高生产效率，降低生产成本，就成为了光伏企业生存的重中之重。
太阳能光伏面板生产历来都是技术密集型的产业，许多新的生产理念以及技术被广泛使用来达到提高生产效率，降低生产成本的目的，而其中柔性制造系统则是贯穿整个光伏面板生产的重要技术。
所谓柔性，第一方面是指系统适应外部环境变化的能力，即系统能够在多大程度上满足生产新产品或使用新工艺及原材料的要求；第二方面是系统适应内部变化的能力，即系统在多大程度上能够克服来自系统内部的干扰，如设备出现故障或者原材料断流等情况。
简单地说,柔性制造系统是由信息层、控制层、设备层通过大规模的工业互联网组成的，基于传感器、智能控制、数据库、软件和算法组成的并能根据制造任务和生产品种变化而迅速进行调整的自动化制造系统。其包含若干设备、物料运贮装置和计算机控制系统及网络系统。
(1) 设备柔性，系统的设备能够适应生产不同产品的需要；
(2) 工艺柔性，系统能够适应不同的工艺流程以及工艺参数的变化；
(3) 产品柔性，产品更新或完全转向后，系统不仅对老产品的有用特性有继承能力和兼容能力，而且还具有迅速、经济地生产出新产品的能力；
(4) 生产能力柔性，系统能够针对不同的生产量进行生产排程的安排，使生产更加经济地运行；
(5) 维护柔性，系统能够适应不同周期的维护活动，并能够对故障进行自诊断并报警，提示相关人员进行处理；
(6) 扩展柔性，在需要扩大生产或增加工艺设备或检测设备时，可以方便地通过相应接口进行扩展以提高生产量或实现其他功能。
柔性制造系统的构成基于以下几种技术：计算机辅助设计、模糊控制技术、人工智能、专家系统及智能传感器技术、综合控制系统技术。
技术优点
采用柔性制造系统主要有以下几个方面优点：
设备利用率高、设备投资少、直接工时费用低、工序中在制品量低、改进生产要求有快速应变能力强、维持生产的能力强、产品质量高、运行的灵活性高、产量的灵活性高等。
光伏工厂柔性制造系统可以分为以下几个组成部分，如图所示：
图1 系统构成
ERP 系统就是企业资源计划（Enterprise Resources Planning）的简称，它将企业的财务、采购、生产、销售、库存和其它业务功能整合到一个信息管理平台上，从而实现信息数据标准化，系统运行集成化、业务流程合理化、绩效监控动态化、管理改善持续化。
MES 系统是制造执行系统（Manufacturing Execution System）的简称。其是位于上层的计划管理系统与底层的工业控制系统之间的面向车间层的管理信息系统,它为操作人员/管理人员提供计划的执行、跟踪以及所有资源(人、设备、物料、客户需求等)的当前状态。
LCS 系统是生产线控制系统（Line Control System）的简称。其直接接受MES 下达的生产线调度信息，通过工业网络将命令下达到各个搬送设备，由搬送设备形成的设备站再将生产信息诸如工件ID，工件状态，所使用的工艺等信息下达给生产设备，达到对整条生产线进行搬送、工艺、质量标记等的控制。
Equipments & Operators 即生产设备和操作人员。其通过接受LCS 的相应指令，依照指令进行自动或手动的生产工作。
整体技术方案思路为在生产流程建模、数据库和网络应用、接口和协议、自动控制等关键技术的基础上，以嵌入式设备和软件系统的形式对生产工艺进行集成应用。并针对光伏电池生产线的工艺流程，建立一条虚拟的数字化生产/装配线，实现光伏电池生产/装配的一体化、数字化集成管理控制。总体技术方案如图所示：
图2 总体技术方案
在对生产资源数字化建模、业务流程建模、生产线虚拟仿真、生产线协调控制、生产线状态建模的基础上，针对工厂的现有生产、装配线设备、资源及管理控制流程进行数字化建模，建立虚拟的数字化生产/装配线。
在多BOM 自动生成技术、生产资源集成整合技术、以装配缺件为核心的拉动式生产智能计划调度技术的基础上，根据生产订单生成生产计划安排，并在虚拟的数字化生产/装配线上模拟仿真计划执行过程，对仿真结果进行评估，确定关键环节或关键资源，以在生产过程中重点监控，保证生产的顺利推进。
在产品制造执行过程中，结合智能图像分析、数据融合、实时存储、人机功效等数据采集技术，形成智能化的生产线状态监控报警设备，结合已有的DNC系统、自动化系统、数据采集设备等实现生产现场数据的自动采集、快速获取，尽可能达到实时采集。在生产/装配线海量实时数据的基础上，实现在制品、设备、资源、质量、成本等生产要素的全面管控。同时实现虚拟生产/装配线运行状态的全面监控，对生产装配现场的情况进行全线快速浏览，对生产线指定部位快速锁定，对生产异常报警快速定位及处置。
基于生产/装配线形成的海量实时数据库，需要工程数据分析与挖掘、生产线制造效能建模、制造知识抽取与积累等技术，实现对产品制造过程追溯、对生产/装配线制造效能评估以及对制造过程中的相关知识进行管理。
（1）以物料配套缺件为核心的拉动式生产智能调度技术
以物料配套缺件为核心的拉动式生产智能调度技术主要针对目前生产调度中的问题，研究一种综合性的生产智能调度方法，能满足批产、补料、急件、科研试制等不同特性作业计划的智能调度安排。
在光伏电池省产计划中，产品数量大、批次多，材料、工装、设备等需求复杂、准备时间长，实际生产中仅能做到关注重点工艺的生产进度，很难全面平衡掌控。针对批产计划，结合Petri 网技术、面向对象方法和敏捷制造思想研究智能调度方法。首先运用敏捷化生产调度建模(Agile Production Scheduling Modeling，APSM) 方法，将生产过程中的各加工站点进行高度抽象，抽象出库所，构建库所产能函数，以瓶颈单元为依据，结合生产实际情况，优先满足瓶颈单元的资源(包括人、机、料等) 需求；再考虑次瓶颈单元的需求，建立基于产能的敏捷化生产调度模型；再采用Petri 网技术，将实际生产线抽象成基于产能的制造单元模型的串联或并联的生产线模型。根据面向对象思想, 建立作业计划的对象模型。具体的批产计划经实例化后，以基于Petri 网的敏捷制造生产线产能模型为基础，以配套缺件为依据，按拉动式的方法实现对批产计划的智能调度。
当出现生产报废时，需要及时下达报废补料计划。报废补料计划需要根据成套生产的原则，在不影响原有生产任务的前提下，在有限的资源、有限的时间内进行合理安排，尽量保证产品整体的生产装配进度。因此，研究一种基于瓶颈分解的调度启发式算法。该算法首先对生产线情况进行数据分析统计找到瓶颈所在，它强调瓶颈环节对生产系统效率的全局性影响，重视对各工序流程关系的分析，使复杂的调度问题得到简化，计算规模小，对车间的动态变化能够做出迅速的反应，根据光伏电池生产中的生产特点，结合实际生产线的特点，快速制定报废补料生产计划，拉动式的调度模式，将会更加有效缩短生产周期。
针对光伏电池生产线上的急件加工和新品试制，存在随时性大、不确定因素多、相关资源可能不完备等情况，这使计划的调度安排变得十分复杂。针对这类计划，研究一种基于遗传算法和神经网络混合策略求解的智能调度算法。
遗传算法是一类借鉴生物界自然选择和自然遗传机制的随机搜索算法，其主要特点是群体搜索策略和种群中个体之间的信息交换、搜索不依赖于梯度信息，尤其适应于处理传统搜索方法难以解决的复杂和非线性问题。神经网络在生产调度问题上可实现克服作业调度问题中NP 困难、从优化轨迹中提取调度知识、以及寻找调度问题的可行或次优调度等。结合遗传算法和神经网络算法的特点，基于混合策略求解的模式，对于复杂的生产调度问题效果十分明显，将能有效解决光伏电池生产线上的急件加工、新品试制等单件小批量生产调度问题。
（2）基于知识的产品机加/装配过程模拟与仿真技术
为有效评估和确定生产过程中的瓶颈环节和关键设备，研究基于知识的产品机加/装配过程模拟与仿真技术。在数字化生产线仿真模型的基础上，采用基于Petri 网的过程建模和性能分析方法，实现机加/装配过程模拟仿真。主要研究建立生产线Petri 网理论模型、Petri 网模型转换生产线仿真模型的方法、建立瓶颈环节和关键设备评估模型、制造知识与管理知识集成管理方法等。在Petri 网模型建立过程中，为建模方便和提高建模的真实性，需要基于知识设定设备运行情况、物料及时可用情况、加工质量情况、工装工具准备情况等。根据机加/装配线的工艺流程图及运行情况，模拟作业计划执行过程，生产线的变迁时间是工人完成该工位机加/装配所需的时间。将建立的Petri 网模型中的库所、变迁与生产线仿真模型中的实体相对应，并设置这些实体的相关参数，即可建立生产线的三维仿真模型。然后将作业计划对象实例化，在生产线的三维仿真模型上模拟作业计划执行过程，对仿真结果进行评估分析，确定作业执行过程中的瓶颈环节和关键设备，以便对作业计划进行平衡调整。
（3）虚实融合的生产/装配过程监控技术
虚实融合的生产/装配过程监控技术是将MES 系统的数据报表、真实生产现场视频、生产线运行状态监控报警等信息叠加到虚拟的数字化生产线模型上，这种技术实现了数字化、信息化技术手段与真实生产线场景的无缝融合，可实现对光伏电池的生产/装配生产线的运行进行集成化、可视化、智能化监控。虚实融合的生产/装配过程监控过程为：首先针对生产线上的瓶颈环节和关键设备，设置视频采集点，并建立生产线仿真模型与生产现场视频的对应关系。研究生产现场智能预警规则，然后根据现场场景视频，采用智能视频图像分析技术（IVS）对人、机、料、法、环等要素的异常情况进行自动分析、报警。同时结合MES系统采集管理的数据信息，在生产线虚拟仿真模型上直观显示生产线的运行状态。通过虚实融合的机加/装配过程监控技术不仅能掌控生产线整体的运行状态，还可针对报警环节，快速获取现场真实情况和通过对实时采集数据的挖掘和分析，快速找出具体的报警原因。
通过本文对柔性制造系统的分析，以及计算机、网络、数据库等技术的发展，柔性制造系通将向小型化、单元化方向发展，向模块化、集成化方向发展，单项技术性能与系统性能将不断提高，应用范围将逐步扩大。系统的自反馈、自补偿、自适应必将有很大程度的提高，使得光伏工厂的运行和生产成本得到进一步的降低。
来源：MES百科
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