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智能制造的发展

日期: 2020-02-01
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数字化起步


利用计算机来改造企业的生产装备,实际上比管理信息系统起步还要早。1952年商用电子计算机发明的第二年,美国就有一家公司设计了一套数控装置,开发了第一台三坐标数控铣床。尽管这个铣床体积很大,造价也很高,但是这开辟了一个数字控制的新时代。到了1958年,美国研究出第一台加工中心。这意味着,计算机改变制造业的时代,已经正式拉开帷幕。


早在70年代,就可以看到数字化对传统工业的改造,特别是在1974年,第五代使用微处理芯片和半导体存储器的计算机数控装置研制成功以后,从装备的角度来看这个发展非常快,拿数控机床来讲,从一轴到三轴到五轴到七轴。这个是对工业化产生了革命性的影响。还有计算机辅助系统,从辅助制图CAD、到计算机辅助工程仿真CAE、到计算机辅助制造CAM等,都对制造业产生了深远的影响。


后来随着计算机技术的发展,出现了全三维数字化和数字仿真,这是工业数字化向高端方向开始发展。从开始接订单,一直到最后产品交付这个全流程上,全部是靠计算机软件控制和支撑。


智能制造的发展



智能化发展


企业智能化的发展,可以回溯到上个世纪六十年代开始。通过图2的制造业智能化发展,可以看到制造业如何从数字化走到网络化,再走到智能化。


可以看到制造业的智能化,实际上跟数字化基本上是同步的,不过在早期,只是单机、单个装备而已。像CAE这种非常复杂的软件,需要把计算、工程知识和人类的经验,都融合在里面。因此,工业软件并不简单是软件,而是一门非常精深的工业学科和行业学问。就智能化而言,若从数据处理的角度来看,早期业务智能(Business Intelligence)也是很重要的一个发展。


智能化实际上是依托于计算科学。美国国家总统信息技术委员会在2005年专门就“计算科学的意义”给时任总统小布什写过一个报告,其中讲到,计算科学是由三个不同的元素组成的:计算机与信息科学、建模与模拟软件和计算机基础设施,这三点缺一不可。


现在的智能化,实际上是包含四个基本的要素:模型、算法、软件和数据。发展真正的智能化系统,一定要包含这四个方面。


网络化崛起


上个世纪90年代初互联网开始在全球普及,企业的网络化随之也发展非常快。在互联网没有起步之前,基本上所有的企业都采用客户服务器C/S的架构,但客户服务器只能解决本地的联网问题。互联网兴起之后,异地可以联网,企业很快也开始走向网络化。


网络化给制造业带来重大的技术突破,主要体现在三个方面。


一个就是关联设计系统。在虚拟设计与制造的环境下,可以支持成百上千个在线用户进行实时设计,使得一个系统或者一台装备的总体、子系统之间的三维设计结果相互关联。这对于制造能力的提升,开辟了巨大的想象空间,这个对企业来讲是一个全新的竞争优势。


其次,网络化带来的不仅仅是大家交换信息,而且可以带来工程人员的协同。一些大的企业如波音公司,率先建立了自己非常强大的网络化协同平台。2000年9月以波音、洛克希德?马丁、雷神、BAE及R&R为代表的美英国防航空巨头,在就发起组建了大名鼎鼎的Exostar,探索国防航空行业的供应链网络协同。目前通过Exostar进行供应链管理和协同的有六大主制造商,包括16,000个不同规模的专业供应商。


其三就是全三维标注技术,任何一个产品只要把三维的图做出来,零部件的图纸自然而然可以被分解。这可以使得企业形成单一数据源的管理。美国国防部和航空航天近几年非常重视的数字主线(Digital Thread),也正是这样一种技术的发展和延伸。


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