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连接虚拟与现实:沈阳机床的工业变革

时间:10-15 00:00 阅读:533次 转载来源:先进制造业

先进制造业AMdaily

中国制造2025”互联网+”国家战略的实践者和推动者

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  物理世界中的每一台i5智能机床,在网络世界都有这样一个从内而外,长的一模一样的“孪生”虚拟机床。

  利用三维信息系统对智能机床进行全生命周期的管理,让虚拟与现实相连接,实现机器与机器、机器与人以及人与人之间的连接与协同,这将对未来制造业带来变革。

  在沈阳机床集团的i5智能机床装配车间,两排带有大尺寸触屏的数字终端机格外引人注目,在车间内忙碌的工人不时点击终端机的触屏。

  当生产线上的工人装配机床时,即可从身边的终端机获得三维技术指导,每个装配工艺的相关要求也能从终端机上直观地查看。工人装配的每一个零件,经过扫描,数据会直接进入终端并实时上传云端。从生产线开始,由沈阳机床完全自主研发的i5智能机床的数据被实时收集,从质量检测到每个工艺的实际操作时间,从产品整体技术参数到每个部件的参数和供应商,所有数据都会与网络虚拟空间中的“数字双胞胎”同步。

  这些数据将陪伴每台机床的“一生”,除了在生产线上产生的数据,未来,从仓储物流到生产运行再到售后服务,一台机床整个生命周期的数据都将自动实时采集,存入云端数据库,进行统一管理。一台机床,甚至是成千上万台机床的生产、使用过程,都可以通过网络,利用手机、电脑等终端实时查看、管理,以提高机床使用效率。

  这是在工业领域,全球第一次将产品的全生命周期管理推进到了智能制造领域。在沈阳机床集团董事长关锡友看来,这是面向未来工业的创新变革,也是i5智能机床创新基因的传承。

面向未来的工业蓝图

  机床常被称为“工业母机”,是制造业的基石,几乎所有的金属部件都需要利用机床进行精加工,小到与人们生活息息相关的眼镜镜架、手机外壳,大到高端制造业中的汽车、飞机等等,都不例外。以汽车为例,一辆汽车有上万个零件,其中超过90%都需要利用机床加工完成。飞机制造更是涉及千万个零件,其中80%都需要利用机床进行加工。

  整个制造业都无法离开机床,但是机床的使用效率却比人们想象中低,这无疑会拉低整个制造业的生产效率。“以前,国外的科学家对德国的设备利用率进行了调查,发现从整个社会来看,设备利用率很低,”关锡友说,“互联网、智能制造可以对此做出改变。”因此,从2002年开始,沈阳机床与国内外的学者一起,开始探索未来工业的蓝图,历经4年时间,到2006年研究课题结束时,关锡友心中已经明确了未来工业的发展目标——基于网络的协同制造。“那个时候,我们就知道,谁能打通数据墙,实现基于互联网的协同,谁就能赢得未来。”这与德国提出的工业4.0,中国提出的中国制造2025,美国提出的工业互联网的愿景不谋而合。

  彼时,正是互联网发展的黄金时代,搜索引擎、即时通讯工具、电子商务平台正如火如荼地演进。十几年过去了,人们的信息传递方式、工作方式、消费方式早已发生了翻天覆地的变化,但是在工业制造领域,互联网发展的脚步却依然缓慢。不是不愿意,而是太难了。

  在关锡友确信工业也将互联网化之后,他立刻就开始行动了,他首先从机床产品本身下手,“创造工业互联网,最核心的要素之一是机器装备必须拥有独立的操作系统,”关锡友说。十年前,工业机器设备本身并不具备操作系统,何谈工业互联网。2007年,沈阳机床开始组建团队研发智能机床。那一年,变革手机行业的第一代iPhone面世。

  此时的沈阳机床要研发操作系统,就像在功能手机时代开发手机操作系统。5年时间,超过10亿投资,从一个个代码开始,沈阳机床终于研制出了世界上第一个数控机床的智能系统i5,并由此诞生了i5智能机床。关锡友受iPhone的影响颇深,苹果公司对用户体验的极致追求,在i5智能机床上也体现了出来,连i5智能机床的外观都是由北京的艺术家设计,“一台机床不仅要好用,而且要考虑用户的体验,”关锡友这样认为。

  当世界上第一台智能数控机床诞生之后,接下来就需要通过网络协同管理信息系统,实现机器与机器、机器与人以及人与人之间的连接与协同。“网络协同在连接中传递的信息,便是真实的工业体系运转所产生的信息,”沈阳机床股份有限公司技术总监于春明解释道。

  “物理世界是三维的,我们希望,在互联网中传递信息的方式也是三维的,”关锡友说。所以,沈阳机床面向未来智能制造业的协同管理信息系统,是一家颇具艺术范的企业微展世(北京)数字科技有限公司搭建的。“微展世原来就开发了一系列工具,可以将物理的东西进行三维信息化,比如桌椅、房子等。但进入制造过程后,就会变得比较复杂,因为制造业的信息要随着零件的变化而改变。”关锡友说,“所以微展世给我们开发了一系列工具,使得全部生产过程的管理几乎全部以三维信息化的形式流转。”

用三维数据服务三维世界

  就像关锡友所言,在人们眼中,物理世界是三维的,但进入互联网虚拟世界之后,却往往变成了二维或抽象的数字、概念,“这太笨了,三维的物理世界为什么不能直接反映在虚拟空间中?”为了解决关锡友的这个问题,沈阳机床在虚拟空间中搭建了一个数字化的i5智能机床,就像是这款机床在虚拟空间中的“双胞胎”。“现在,我们在制造过程中已经实现了三维数字化,另外我们的数字化样机也已经做完了,从i5诞生起,它就有双胞胎兄弟。”关锡友说。“未来,我们要实现的就是基于网络的协同制造,用三维数据指导三维世界的制造过程。”

  而要实现这一切,首先也是最重要的,就是深入研究企业的生产行为,为沈阳机床量身定制真正适合实际生产需求的数据应用体系。为此,微展世组成了一个专门的团队,长期驻扎在沈阳机床,与一线工人、各个职能部门的工作人员深入交流,了解他们的工作习惯、经验、需求以及生产线上的每一个工艺。生产线上的装配质量最终会决定一台机床的精度,将所有的生产工艺进行三维信息化之后,一线工人就可以360度无死角地根据需要来查看数字化的标准装配工艺,以保证每一台机床的装配质量。

  每一台数字终端机,在指导工人规范操作的同时,还能够顺其自然地实时采集生产过程中的各种数据。相关的管理人员可以随时查看数据以及报表,实现了“生产透明化”。以这些实际生产数据为核心,未来可以进一步辐射到生产工艺管理、仓储物流管理、财务管理、人力资源管理、客户信息管理、产品辅助设计等在生产制造过程中所需要的所有信息。

  在传统制造业,虽然产品的研发、制造、市场以及服务都面向同一个产品,但却各自使各自专业领域的专有数据,这些数据无法进行实时同步,造成了信息流转不畅。而在新设计的数据体系中,数据都来自于第一线,还可根据不同的用户需求加工数据。“在我们的系统设计中,不同职能部门的工作人员,利用权限可以查看到他们最需要的信息,并且我们考虑到用户体验,把数据做到了真正友好,易于快速提取,让使用者愿意使用数据,使数据发挥真正的价值,”微展世副总经理韩金成说道。

  为了让人们直观地获取信息,微展世采用了很多人性化的交互设计,不仅将VR技术贯穿其中,而且采用了三维模型、图形等多种交互方式。在使用者的电脑、手机终端打开微信、网页或者App,看到的模型就是与实物一样的,包含各种信息的虚拟机床以及便于阅读的分析数据。

  现在,在沈阳机床厂的整个管理流程中,“我们和微展世的合作已经完成了机床装配和售后这两段的数据联接,从而基于数据的互动和协作给业务带来了高效的提升,这将在未来改善我们的产品和服务,”于春明说。

  对于沈阳机床正在进行的工业变革,关锡友是满意的,但在他看来,这还只是一个开始,“再过5年,会看到更大的变化,”关锡友说。如果说,现在利用三维信息系统进行i5智能机床的全生命周期管理,是对沈阳机床的互联网协同改造,那么在关锡友规划中的、由数据驱动的新工业体系或将对整个行业带来变革。

延伸阅读

微展世|数字2030畅想未来制造业新模式

  此前,在第二十届中国国际工业博览会上,作为专业化的三维数据创造和服务运营商微展世携数字2030计划参展,数字2030计划是微展世针对2030年制造业信息化应用场景提出的创新性理念。数字2030计划畅想了在未来制造业新模式,微展世分析并逐步实现了支撑这些模式所必须的知识及技术应用。向全行业阐释了新时代信息化场景的创新理念和共同实现制造业全新未来的美好愿景。

  此次展会不仅展出了数字2030未来制造新模式,还有在新模式下的企业的推广,生产,服务三个环节的技术应用。在产品推广环节,此次展出的H6技术是微展世基于Web GL技术,依托海量数据,开发出的跨平台三维互动展示解决方案。多角度展示产品细节,全方位烘托产品形象,在宣传推广的同时还有能力为用户提供大数据反馈,帮助企业顺利完成产品迭代,得到了行业内众多企业的一致好评。

  此外,在生产环节,展示了制造业信息化模型系统将信息化的数据管理技术引入企业管理的全过程,实现了制造、采购、财务、设计和销售全供应链数据的整合,即时响应不同需求。制造业全过程管理系统全面升级了传统企业资源计划和制造生产过程执行系统,专注以产品为中心。将产品全生命周期的数据在企业内外部共享,进行集成、便捷的管理。在服务环节,数字双胞胎技术利用网页实时渲染技术与物理引擎链接实时的数据通信实现了虚实结合的高保真和工业数据智能化。服务工程管理通过增强现实技术实现远程或现场针对实体产品对象通过虚拟的信息完成更复杂的服务过程。微展世通过一系列科技成果与全行业一起体验数字2030未来制造业新模式,推动新一代信息技术与制造业融合。

  20年来,中国工业发生了巨大变化,中国成为世界制造业生产和出口大国、制造业领域利用外资大国和境外投资大国,逐步融入国际产业分工体系,对全球经济增长作出了重要贡献。中国正在加快推进新型工业化,发展先进制造业道路上不断前行。微展世致力于在现代互联网环境中,为不同行业的客户开发出更友好、更真实和更易于数据共享的三维数据解决方案,推动制造、市场营销以及服务领域的变革。

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