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數(shù)都上海|從自動化到全產(chǎn)業(yè)鏈數(shù)字化,智能工廠持續(xù)進化
【編者按】數(shù)字化的出現(xiàn),為人類社會帶來了巨大的變革。城市數(shù)字化轉(zhuǎn)型成為提升城市競爭力的重要手段。2020年12月,上海市委、市政府印發(fā)了《關(guān)于全面推進上海城市數(shù)字化轉(zhuǎn)型的意見》,提出“到2025年,上海全面推進城市數(shù)字化轉(zhuǎn)型取得顯著成效,國際數(shù)字之都建設(shè)形成基本框架;到2035年,成為具有世界影響力的國際數(shù)字之都”。
當(dāng)下,上海城市數(shù)字化轉(zhuǎn)型進展如何,已經(jīng)取得了哪些成果,又經(jīng)歷著怎樣的挑戰(zhàn)?在上海市城市數(shù)字化轉(zhuǎn)型工作領(lǐng)導(dǎo)小組辦公室的指導(dǎo)下,由上海市經(jīng)濟和信息化委員會組織,澎湃科技推出“數(shù)都上海:上海國際數(shù)字之都建設(shè)深度調(diào)研”系列報道,聚焦數(shù)字基建、數(shù)字制造、數(shù)字農(nóng)業(yè)、數(shù)字醫(yī)療、數(shù)字金融、數(shù)字出行、數(shù)字教育等10大領(lǐng)域,全方位展現(xiàn)上海在城市生產(chǎn)、生活不同場景中的數(shù)字化轉(zhuǎn)型。
·“以前的數(shù)字化可能是扁平的,現(xiàn)在我們是立體化的。我們不只是工廠的數(shù)字化轉(zhuǎn)型,而是全產(chǎn)業(yè)鏈的數(shù)字化升級。所有環(huán)節(jié)全部打通以后,我們的全產(chǎn)業(yè)鏈掌控力更強了,也提升了工廠效率。”
·智能工廠的推進必須考慮一線使用者的心態(tài),要讓一線員工愿意用,幫助一線員工更好解決問題,系統(tǒng)才能發(fā)揮最大效能。有的企業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型偏離了原先的設(shè)想,往往是因為領(lǐng)導(dǎo)愿意用、基層員工不愿意用,忽視了基層員工的心態(tài)和數(shù)據(jù)的維護。
上海閔行區(qū)坐落著世界最大乳品單體工廠之一的光明乳業(yè)華東中心工廠,這里日設(shè)計產(chǎn)能2600噸。一進工廠大門就能看到豎立著數(shù)排120噸的奶缸,奶車運奶進廠后原奶收到這些奶缸中,閥門自動控制牛奶流向,工廠根據(jù)酸奶、巴氏奶和常溫奶的生產(chǎn)工藝對原奶進行配料、殺菌等,接著罐裝、包裝、儲存、發(fā)貨。得益于智能工廠建設(shè),10000多個閥門、400多個奶缸,只需10人左右在中控室遙控。
不止乳品行業(yè),越來越多的行業(yè)和企業(yè)正投身智能工廠的建設(shè)浪潮,從自動化走向全產(chǎn)業(yè)鏈數(shù)字化,推動建立數(shù)字化的供應(yīng)鏈生態(tài)圈。
數(shù)字化轉(zhuǎn)型影響企業(yè)生死存亡
1992年,在重型裝備制造行業(yè),一家港口機械公司在上海成立,它抓住了全球化中世界貿(mào)易集裝箱運輸機遇,在成立后的短短幾年內(nèi)便搶占了港口裝卸設(shè)備這一細分市場的世界龍頭地位,1998年訂單席卷了美國東西海岸。這家企業(yè)正是上海振華重工(集團)股份有限公司(下稱振華重工),至今港口機械中的岸橋產(chǎn)品連續(xù)26年占據(jù)世界70%以上的市場份額。
這艘“巨輪”正面臨轉(zhuǎn)型時刻。港口機械特別是岸橋,是典型的非標準訂單式制造,需要投入大量人力物力滿足全球客戶的個性化需求,過去振華重工憑借勞動力密集優(yōu)勢做到了世界第一,6個制造基地中最大的基地曾有3萬產(chǎn)業(yè)工人做著強勞動的焊接、安裝等工作。但這種勞動力優(yōu)勢在當(dāng)下的老齡化社會中難以為繼,年輕人也不愿意進工廠上流水線。“身處上海,如果我們的產(chǎn)業(yè)不往高端化、智能化、綠色化、低碳化方向發(fā)展,就長久不了。”振華重工科學(xué)技術(shù)與數(shù)字化部總經(jīng)理楊宇華對澎湃科技(www.6773257.com)表示,這些痛點堵點影響到企業(yè)未來的生死存亡,為了實現(xiàn)可持續(xù)高質(zhì)量發(fā)展,必須數(shù)字化轉(zhuǎn)型。
2020年,振華重工大型港口機械箱梁鋼結(jié)構(gòu)智能生產(chǎn)車間獲評上海首批20家智能工廠之一。
過去,智能工廠建設(shè)以硬件為主,振華重工建立了自動化工作站,部分生產(chǎn)線和焊接機器人替代了一線工人,現(xiàn)在要從更大的數(shù)字化系統(tǒng)入手。振華重工正在探索的設(shè)計研發(fā)數(shù)字化核心之一是設(shè)計工藝制造一體化。過去,前端設(shè)計和后端制造的融合度低,現(xiàn)在利用數(shù)字化手段將制造工藝和生產(chǎn)基地的設(shè)備產(chǎn)線所需數(shù)據(jù)前置到設(shè)計中,提高后端生產(chǎn)效率。以鋼結(jié)構(gòu)的焊縫為例,如果設(shè)計時只提出焊高、焊腳、焊材等基本參數(shù)而不考慮制造涉及的收縮余量、預(yù)拱度等,那么工藝制造端承接設(shè)計圖紙后就需要重新加工分解,人工轉(zhuǎn)化各類參數(shù)并備料。如果模型預(yù)置生產(chǎn)信息,三維圖紙可以自動生成焊縫信息標定,標注后直接通過信息管道流通到工藝制造端,就可以自動備料和焊接,縮短工期,不再需要大量人力分解參數(shù),解放出來的設(shè)計人員可專門從事原始創(chuàng)新工作。
同樣,在上海臨港新片區(qū)重裝備產(chǎn)業(yè)區(qū)坐落著121萬平方米的上汽乘用車臨港生產(chǎn)基地,該基地擁有沖壓、車身、油漆、總裝四大工藝車間和一個發(fā)動機工廠,生產(chǎn)四個品牌的汽車,可實現(xiàn)12款車型共線生產(chǎn),具備高柔性化制造能力,年產(chǎn)整車超27萬輛。為了追求降本增效、提高汽車質(zhì)量,上汽也投身到數(shù)字化轉(zhuǎn)型的浪潮中。
上汽乘用車臨港生產(chǎn)基地建設(shè)了國內(nèi)首個“黑燈工廠”無人車身車間示范生產(chǎn)線,實現(xiàn)焊接100%自動化、涂膠和在線質(zhì)量監(jiān)控的全面自動化、物料配送和生產(chǎn)無人化。上汽乘用車臨港基地已完成工業(yè)大數(shù)據(jù)平臺和智能制造云平臺等的構(gòu)建,打造了智慧供給、高效協(xié)同、精益穩(wěn)健、交期透明、“零”缺陷的數(shù)字化智能標桿工廠,涵蓋“智工藝、智物流、智生產(chǎn)、智品質(zhì)、智運營”。
以“智品質(zhì)”為例,過去依靠人工檢查整車外飾件誤裝配,但終歸有疏漏,十萬分之一的疏漏概率對于單一客戶而言就是百分之百。上汽乘用車制造工程部工業(yè)工程總監(jiān)宋政對澎湃科技(www.6773257.com)表示,為確保所有車在出廠時百分之百滿足質(zhì)量要求,2019年,上汽在產(chǎn)線上通過視覺技術(shù),植入AI圖像處理算法,在線識別26個種類的外飾件,若檢測出誤裝配就會停線、人工干預(yù)排查,“幾十萬元的投入實際上確保了流出去的車是零質(zhì)量缺陷的,同時也促進員工更加重視裝配過程質(zhì)量。”
另一頭,在上海閔行區(qū),總占地面積約12.6萬平方米的光明乳業(yè)華東中心工廠是世界最大乳品單體工廠之一,生產(chǎn)線54條,年設(shè)計產(chǎn)量60萬噸。光明乳業(yè)曾獲評上海市智能工廠首批20家之一,也是入選的唯一一家食品廠。工廠管路四通八達,依靠10000多個閥門遠程自動化控制牛奶流向,根據(jù)酸奶、巴氏奶和常溫奶這些不同終端奶產(chǎn)品對牛奶進行配料、殺菌等不同工藝,接著加工過的奶進入罐裝車間進行全自動罐裝,最后包裝、儲存、發(fā)貨。
光明乳業(yè)工廠管路四通八達,依靠10000多個閥門遠程自動化控制牛奶流向。
光明乳業(yè)華東中心工廠項目部經(jīng)理王劍銘告訴澎湃科技(www.6773257.com),得益于數(shù)字化轉(zhuǎn)型,工廠里10000多個閥門、400多個奶缸,只需要10人左右在中控室進行遙控華東中心工廠對工廠的計劃、調(diào)度、工藝、質(zhì)量、執(zhí)行、統(tǒng)計、分析實行全過程管理和控制,控制系統(tǒng)能同時操控相關(guān)設(shè)備互聯(lián)互通,實現(xiàn)生產(chǎn)過程的全自動化,并實時監(jiān)控質(zhì)量。有了數(shù)字化控制系統(tǒng),工廠可對1581個關(guān)鍵智控點實時管控,實現(xiàn)了殺菌溫度±0.25℃的精準控制。
全產(chǎn)業(yè)鏈數(shù)字化轉(zhuǎn)型,讓數(shù)據(jù)產(chǎn)生價值
但這些并非智能工廠的終點,越來越多的企業(yè)正從自動化走向數(shù)字化,從單個環(huán)節(jié)的數(shù)字化走向全產(chǎn)業(yè)鏈的數(shù)字化。
“以前傳統(tǒng)汽車制造更多是采用自動化技術(shù)、信息化手段等對核心業(yè)務(wù)進行數(shù)字化改造、實現(xiàn)單一業(yè)務(wù)內(nèi)容的數(shù)據(jù)共享,保證最終產(chǎn)品交付的質(zhì)量,這些年數(shù)字化對內(nèi)深入到了管理的精細化、透明化。”宋政認為,如果說傳統(tǒng)工廠用大量機器人替代人工實現(xiàn)初始自動化,以提升局部效率和質(zhì)量為主,那么如今不只是上線智能設(shè)備,更要考慮端到端的數(shù)據(jù)集成,即底層數(shù)據(jù)采集到感知層、互聯(lián)層、應(yīng)用層,以及橫向的各價值鏈數(shù)據(jù)集成,讓數(shù)據(jù)產(chǎn)生價值,輔助決策,讓管理更精細、反應(yīng)更及時、執(zhí)行更精準。上汽聚焦制造全業(yè)務(wù)鏈數(shù)字化運作,依托數(shù)字化技術(shù)與智能裝備的深度融合,以工業(yè)大數(shù)據(jù)平臺為支撐,構(gòu)建“五智工廠”,以 “數(shù)據(jù)-信息-價值” 賦能模型,實現(xiàn)制造過程數(shù)據(jù)狀態(tài)動態(tài)感知、智能預(yù)警、輔助決策、透明管理、閉環(huán)管控。
上汽乘用車臨港生產(chǎn)基地產(chǎn)線。
在“智生產(chǎn)”中,上汽植入生產(chǎn)管理系統(tǒng)和設(shè)備管理系統(tǒng),在工廠的生產(chǎn)運行端,若是由設(shè)備引起的停線,系統(tǒng)就可以自動獲取停線工位及設(shè)備的故障代碼,進而根據(jù)數(shù)據(jù)橫向和縱向?qū)Ρ确治龉收铣霈F(xiàn)的頻次、停線時長,植入改進措施后的狀態(tài),從而評價問題解決及改進效果,確保工作有效性、閉環(huán)反饋和管理。由質(zhì)量因素或物流因素引起的停線,通過標準化的問題點選錄入方式,量化數(shù)據(jù)精確到停線的工位的影響原因,倒逼相關(guān)員工提高作業(yè)能力,工段長也可以根據(jù)各班組實際工作狀態(tài)平衡工作量,合理安排工作。
在振華重工,生產(chǎn)制造的數(shù)字化是構(gòu)建一套生產(chǎn)運營管理平臺,管理排產(chǎn)、生產(chǎn)計劃執(zhí)行、物流配送、倉儲等環(huán)節(jié)。以排產(chǎn)為例,以往的排產(chǎn)模式是只要項目來了就無限產(chǎn)能排產(chǎn),一旦達不到目標就調(diào)整計劃,導(dǎo)致計劃調(diào)整頻繁、生產(chǎn)效率不高。實際上,排產(chǎn)和物料齊套率、機器設(shè)備產(chǎn)能、作業(yè)人員和場地資源等要素密切相關(guān),有約束條件的排產(chǎn)才是合理且能落地的,而這些約束條件來自生產(chǎn)全流程的管理數(shù)據(jù)。
振華重工高級數(shù)字官、科學(xué)技術(shù)與數(shù)字化部副總經(jīng)理趙子健表示,數(shù)字化轉(zhuǎn)型要打通設(shè)計、工藝、制造和運維服務(wù)全生命周期數(shù)據(jù)鏈,實現(xiàn)公司運營管理的高效化。一臺岸橋的零部件數(shù)量就有十幾萬個,如果沒有完整的數(shù)字化體系來管理,就難以高效生產(chǎn)制造。因此從零部件設(shè)計到裝配關(guān)系、產(chǎn)品結(jié)構(gòu)等每一個數(shù)據(jù)都要完整管理,并提供給后端的生產(chǎn)制造,再從原材料開始,到部件生產(chǎn)、部件拼裝、總裝調(diào)試、產(chǎn)品發(fā)運,要實現(xiàn)數(shù)據(jù)打通。這也有助于構(gòu)建數(shù)字化的售后服務(wù)體系,根據(jù)碼頭用戶的部件編碼回溯系統(tǒng)內(nèi)備件存量與送貨時間等,讓制造向服務(wù)轉(zhuǎn)型,提升用戶體驗。
光明乳業(yè)工廠酸奶發(fā)酵待裝區(qū)。
“以前的數(shù)字化可能是扁平的,現(xiàn)在我們是立體化的。我們不只是工廠的數(shù)字化轉(zhuǎn)型,而是全產(chǎn)業(yè)鏈的數(shù)字化升級。所有環(huán)節(jié)全部打通以后,我們的全產(chǎn)業(yè)鏈掌控力更強了,也提升了工廠效率。”王劍銘表示,光明乳業(yè)全產(chǎn)業(yè)鏈智能工廠涉及奶牛育種養(yǎng)殖、工廠加工、冷鏈物流、線上線下銷售和售后服務(wù)全產(chǎn)業(yè)鏈,環(huán)節(jié)多,光明乳業(yè)還肩負著“上海市民奶罐子”的保供職責(zé),在數(shù)字化工廠建設(shè)的同時要確保食品安全,確保乳品持續(xù)穩(wěn)定供應(yīng)。
在光明乳業(yè)的金山牧場里,每頭牛都佩戴電子耳標、智能項圈等智能設(shè)備,這些智能設(shè)備可識別牛的ID,監(jiān)測活動量、飲食、產(chǎn)量等生長習(xí)性,建立牛的身份檔案數(shù)據(jù)庫及家族系譜,推動奶牛優(yōu)生優(yōu)育,發(fā)情揭發(fā)提高6%,疾病揭發(fā)提高5%。牛棚里安裝的精準噴淋系統(tǒng)利用AI識別技術(shù)精確為奶牛降溫,節(jié)水率達40%,智能推料機器人24小時在崗不間斷推料,比人工效率提升2倍以上。
依托數(shù)字化技術(shù),光明乳業(yè)建立了精準的倉庫控溫系統(tǒng)和運輸途中的數(shù)字監(jiān)控系統(tǒng),實時監(jiān)測倉庫,保障儲存環(huán)境穩(wěn)定。目前光明“領(lǐng)鮮物流”在全國擁有倉庫65座,總面積18.4萬平方米。在冷鏈物流環(huán)節(jié),憑借物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)和人工智能算法應(yīng)用,光明“領(lǐng)鮮物流”全國2000余輛冷藏車被納入溫度監(jiān)控體系,保障全國范圍內(nèi)50000多個網(wǎng)點的新鮮牛奶配送服務(wù)。物流運輸途中,車載監(jiān)控設(shè)備實時監(jiān)控車輛位置和溫度狀態(tài),保障運輸品質(zhì)。
數(shù)字化轉(zhuǎn)型阻力與突破之法
最初,上汽乘用車臨港生產(chǎn)基地規(guī)劃每小時生產(chǎn)40臺車,在不增加額外設(shè)備及擴展工位的情況下,植入生產(chǎn)管理、設(shè)備管理、質(zhì)量管理、精益管理等數(shù)字化系統(tǒng)后充分挖掘內(nèi)部潛力,目前每小時可生產(chǎn)45臺車,單車能耗同比降低3.8%,單車物流成本下降6%,潛在呆滯庫存資金減少2%,訂單生成到交付的時間從11天下降到8天。
這些成果來之不易。“搞智能工廠,實際上最開始時員工內(nèi)心是排斥的,尤其是一線管理者,因為把以前隱性化的問題都顯性化及時暴露出來了,意味著一線管理者需要面對更多的問題進行解釋和處理,但沒有好的系統(tǒng)支撐,他們的壓力就很大。”宋政表示,基于這一現(xiàn)實問題,建設(shè)智能工廠時,數(shù)據(jù)不單單要給領(lǐng)導(dǎo)層使用,還要賦能一線管理者,讓最基層的執(zhí)行端能夠通過無紙化、自動報表、關(guān)聯(lián)工具實現(xiàn)減負,并讓一線管理者能夠找到歸屬責(zé)任人,自身主動干預(yù)并拉動責(zé)任方,快速解決各類影響生產(chǎn)問題。
振華重工也面臨了同樣的問題。“把一個項目的數(shù)據(jù)從頭到尾貫通,需要投入大量人力物力,某些部門在一些環(huán)節(jié)中可能還會增加工作量,降低工作效率,但對于公司整體的效率提升是有很大幫助的,因此要做好溝通協(xié)調(diào)工作。”趙子健認為,大企業(yè)慣性思維強,存在路徑依賴,換一種新的生產(chǎn)方式就會產(chǎn)生沖擊。 所以數(shù)字化轉(zhuǎn)型一定是“一把手工程”,這樣才能合力建成。另一方面,數(shù)字化轉(zhuǎn)型也要貼近基層員工,隨著數(shù)字化轉(zhuǎn)型加深,數(shù)字化系統(tǒng)逐步優(yōu)化,原先各自分散的資源現(xiàn)在全流程串通起來,提高生產(chǎn)效率,員工也會越來越接受數(shù)字化。
“以前實際上是自上而下轉(zhuǎn)型,但做起來效果未必最好。現(xiàn)在我們是自上而下結(jié)合自下而上,綜合規(guī)劃數(shù)字化轉(zhuǎn)型。這兩年反復(fù)推進,員工對數(shù)字化轉(zhuǎn)型的心態(tài)也發(fā)生了變化,以前是不愿意,現(xiàn)在因為數(shù)字化能幫助他們切實解決問題,也開始擁抱轉(zhuǎn)型。”宋政表示,智能工廠的推進必須考慮一線使用者的心態(tài),要讓一線員工愿意用,幫助一線員工更好解決問題,系統(tǒng)才能發(fā)揮最大效能。有的企業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型偏離了原先的設(shè)想,往往是因為領(lǐng)導(dǎo)愿意用、基層員工不愿意用,忽視了基層員工的心態(tài)和數(shù)據(jù)的維護,數(shù)據(jù)維護需要基層員工跟蹤管理,沒有數(shù)據(jù)錄入的標準化、及時性、準確性及高效性,缺乏數(shù)據(jù)的趨勢分析、閉環(huán)管理,就會弱化數(shù)字化效果。
楊宇華認為,工廠數(shù)字化轉(zhuǎn)型要設(shè)立“跳一跳就能夠得著”的目標,“否則目標定得太高、不切實際,很多人就躺平了。”數(shù)字化轉(zhuǎn)型不是面子工程,要圍繞主責(zé)主業(yè)提質(zhì)增效,關(guān)鍵是提升效率和產(chǎn)生效益。原則上,不在落后的管理上搞信息化;不在落后的工藝流程上搞自動化,而是做好精益管理和精益工藝,減少浪費,持續(xù)改進,不斷提升制造水平;不在不具備數(shù)字化和網(wǎng)絡(luò)化基礎(chǔ)上直接搞智能化。目標和路徑要明確,在落實過程中就要打通橫向的部門墻和縱向的“溫度墻”,“高層很熱情,到中層就變溫了,基層就變冷了。”所以要將精益理念傳輸?shù)交鶎樱蔀楣疚幕囊徊糠帧9芾碇幸惨w現(xiàn)契約精神,項目落地后激勵要及時剛性兌現(xiàn),建立揭榜掛帥和評獎評優(yōu)等激勵策略,用制度保證員工數(shù)字化轉(zhuǎn)型一條心。
數(shù)字化轉(zhuǎn)型項目主導(dǎo)團隊的選擇也有講究。上汽乘用車制造運營中心制造運營管理總監(jiān)王歡認為,企業(yè)要想做好數(shù)字化,必須有一個相對專職的組織機構(gòu),理解企業(yè)當(dāng)下智能制造的成熟度和痛點,結(jié)合多維度因素規(guī)劃藍圖、分步實施。在擔(dān)任上汽乘用車制造工程部工業(yè)工程總監(jiān)之前,宋政做過車身規(guī)劃、工業(yè)工程,還當(dāng)過3年上汽乘用車臨港生產(chǎn)基地廠長,了解工廠運作和需求,避免了數(shù)字化轉(zhuǎn)型假需求。此外,宋政表示,市面上也有通用型數(shù)字化轉(zhuǎn)型工具和方法,“植入到自己的企業(yè)不是不可以,但是要做一些適應(yīng)性分析和調(diào)整,才能發(fā)揮工具和方法的最大效能,因為很多軟件是站在輔助領(lǐng)導(dǎo)層管理的角度,忽視了員工端如何對數(shù)據(jù)及時有效管理。”
光明乳業(yè)同樣表示,要根據(jù)自身發(fā)展模式和產(chǎn)業(yè)特點走自己的智能工廠建設(shè)道路。光明乳業(yè)智能制造工廠屬于傳統(tǒng)行業(yè)的流程性智能制造,由于行業(yè)和企業(yè)之間特點不同,難以找到可以借鑒的經(jīng)驗或現(xiàn)成的模式,即使有的供應(yīng)商在其他企業(yè)有成功經(jīng)驗,也很難照搬使用,只能依靠自身不斷試錯摸索。光明乳業(yè)初期試圖更多依賴供應(yīng)商,現(xiàn)在更多依靠自己的團隊,只有自己的團隊才真正了解公司的業(yè)務(wù)現(xiàn)狀,做出符合實際的方案。技術(shù)是通用的,發(fā)展模式是獨特的,首先要認清自己的模式特點,制定切合實際的規(guī)劃和方案。
眼下,上汽的數(shù)字化轉(zhuǎn)型還面臨另一難題,從企業(yè)自身的數(shù)字化邁向供應(yīng)鏈生態(tài)圈數(shù)字化過程中,數(shù)據(jù)透明化難度仍然較大。整車制造供應(yīng)鏈體系龐大復(fù)雜,涉及到上千家零部件供應(yīng)商,宋政介紹,上汽建立供應(yīng)鏈生態(tài)圈,賦能中小企業(yè)建設(shè)輕量化的數(shù)字化工廠,推動實現(xiàn)數(shù)據(jù)共享、高效排產(chǎn)、制造協(xié)同和質(zhì)量前置。但對于數(shù)據(jù)互用和統(tǒng)一,每個供應(yīng)商都有自己的想法,未來還要在云生態(tài)、數(shù)據(jù)平臺等各方面達成共識,互相認可工具和手段,實現(xiàn)效能最大化。
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