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我国锻造行业智能制造的发展研究

我国锻造行业发展现状

“十三五”期间,我国锻造企业的规模取得了长足的发展,国内领先的锻造企业年销售额从(3 ~5)亿元提高到10 亿元左右,规模扩大一倍以上;企业的管理水平也有较大的提高,部分领先企业开始着手智能制造的布局工作,在自动化生产和现场数据采集方面取得了一定进展;锻造设备在国产化方面有所成就,伺服压力机的应用逐步推广,对比国外的设备,国产设备性价比进一步提高;在锻件质量方面,伴随着自动化和信息化的推广,自动检测设备有较广的应用,大大提高了锻件质量水平;锻件的应用市场有所扩大,部分锻件替代了焊接、粉末冶金产品。
但是,锻造行业发展中存在的问题也不少。首先,技术方面没有大的突破,从被锻材料、模具材料来看,仍然延续使用既有的材料;其次,锻造成形工艺研究缺少新的方法;再者,在模具加工中,五轴加工中心的应用得到进一步扩展,其他加工手段虽有一些尝试,但没有能大规模推广的新工艺产生;最后,企业能耗管理水平依然较低。
其中,最应得到重视的是人才培养,人才培养依然困难重重,行业从业人员青黄不接,年轻人从事锻造行业的意愿降低。这种趋势不是国内锻造行业所特有,也普遍存在于日本、德国、美国等发达工业国家。
在中美贸易战和新冠疫情的双重压力下,我国进入经济发展新常态,政府提出了内外经济双循环的发展路径。国际贸易壁垒渐渐显现、国内劳动力成本持续上升,人口红利逐渐消失,经济同质化竞争加剧,制造企业(含锻造企业)面临着巨大的生存压力和严峻挑战。同时,随着互联网、云计算、大数据、物联网等新一代信息技术的发展,催生了新一轮产业变革。制造企业通过实施智能制造实现数字化、网络化、智能化,迎接挑战并加快转型升级,创造新的发展机遇。

锻造行业实施智能制造的作用和意义

锻造行业作为航空航天、高端装备、汽车等重点领域均涉及的基础制造行业,加快实施锻造行业的智能制造,对于国内制造业协同发展具有重大意义。从企业的角度来说,增加盈利是企业实施智能制造最为根本的意义。搞清楚智能制造究竟如何提升企业盈利能力,是促使企业从被动地提升智能制造水平向主动提升智能制造能力转变的关键。

提升企业盈利能力

中国锻造行业企业众多,但以中小微企业为主,他们的盈利能力有限,但降本增效的需求却最为迫切,而受制于经营者的理念、资金实力、人才以及装备水平等因素,单单是达到“制造自动化”就难度极大。然而,从制造自动化向智能制造发展,中间还要经过“两化(信息化与工业化)融合”阶段,最终目标是融合信息技术、网络技术、传感器技术、工业软件技术、人工智能技术等新技术、新方法的“智能制造”阶段。这对锻造行业企业而言,可谓任重道远。
我们先从提升企业盈利能力谈起,制造企业盈利的数学模型如图1 所示,该模型可简化为:企业盈利=产品价格-交易成本。在一个公平的完全竞争的市场环境下,产品的价格是由交易双方确定的。买方购买某一产品(服务)的原因,一是缘于其对该商品获取的欲望,二是基于自身的支付能力。卖方则是依据自身的成本以及市场的竞争态势,决定自身产品的市场价格。因此,产品价格是由市场上所有的供给方与采购方相互博弈而确定的。这是一种社会行为,同时也是不单纯依靠某一个企业的主观行动而大范围波动的客观现象。

在同一市场当中,采购的平均价格会在一个区间内上下波动(品牌、功能、服务等的溢价),总体价位在一定时间范围内是确定的。但是,不同供应商的成本却千差万别:有人是“成本1”,高于市场平均价格,这类参与者很快将被这个市场清除出去;有人是“成本2”,一定时期内可以得到相应的盈利;有人是“成本3”,在市场供需基本平衡的时候,他们乐于与“成本2”的企业共同维护市场价格,并获得比“成本2”的企业(一般为竞争者)更高的利润,而当市场竞争环境趋于恶化,他们就有动力也有能力,将市场价格降低到“成本2”以下,将“成本2”的企业也排除出这个市场。

所以,提升企业盈利能力,要么需要提高产品价格,要么努力降低成本。努力成为“成本3”的企业,是企业不懈奋斗的目标。在供需关系、市场竞争等外界因素限制下,产品价格不受企业控制,企业盈利依赖于生产成本的降低。
考察市场的实际情况,在完全竞争的市场环境下,原材料的价格是公开透明的,能源、运输等公共服务的价格也是公开透明的,那么企业成本的差异来自哪里呢?答案就是技术和管理。我们可以将技术开发、高效生产等环节视同企业内部交易,则成本差异的根本是企业内部交易成本的差异。优秀的企业通过先进生产技术的研发和科学管理方法,降低内部的交易成本,提高盈利能力。

提升行业综合竞争力

实际上,锻造行业实施智能制造的目的是提升整个行业在制造价值链中的地位,改变整个行业“傻大笨粗”形象,助力企业实现差异化竞争,而企业通过运营的数字化、网络化、智能化,增强数据采集、分析、运用能力,提升生产和管理水平,降低交易成本,增加产品竞争力。

大数据与智能制造

大数据的概念

搞智能制造,就离不开大数据。在智能制造的过程中会产生海量数据,这就是所谓的“业务数据化”过程。当系统对这些数据提炼、处理后,我们会发现,这些数据不仅数量庞大,最为关键的是呈现出了“多维度性”。
比如,我们要求员工填写工单,采用传统的手工表单方式,只能得到员工当日完成的产量情况。但是,当我们要求员工使用“点击软件”的方式来完成报工时,由于这种报工方式具有时序性,系统在记录员工产量的同时,记录了员工点击鼠标的时间,这个时间可以定义为员工完成工作的时间,于是,这个数据就具有了多维度特性。结合员工领料的动作,我们可以要求员工给来料扫码,这样既方便了物料的追溯,同时也可以把这个动作发出的时间作为员工开始工作的时间。因此,在信息化系统的支持下,仅仅通过员工扫码和点击报工两个动作,就可以记录员工的有效工作时间、产量,完成物料信息追溯,还可以检查是否有工序遗漏,计算设备的稼动率,等等。
在智能制造水平较高的企业,其数据采集水平更高,采集的数据更多,因此大数据的维度更多,可供挖掘的内容也更多。通过对这些数据的分析,可以实时监控企业的运行状况,发现企业运行中的问题,预测未来企业的资源分布情况,从而为经营者科学决策提供依据。更进一步,智能制造系统可以辅助经营决策,这就是所谓的“数据业务化”过程。

智能制造

智能制造的标准定义是没有的,上网搜索“智能制造”的含义,有各种各样的说法,不过说“智能化是制造自动化的发展方向”应该不会有人反对。
思考如何实现智能制造并且让智能制造创造价值这个问题,最终还是要回归到制造的本质上来,让生产制造的过程变得透明可视。单纯通过购买信息化软件和自动化设备,是无法实现智能制造的。实际上,智能制造的实现依赖于企业管理水平的提升,比如工作流程的制定、加工过程的精益化、生产现场的标箱化物流等,在管理提升的同时,也必须有软硬件的投入,包括ERP 软件、MES 软件、传感器、数据采集设备等。
前瞻产业研究院提出了智能制造的五大目标如下。
⑴产品智能化:产品可追溯、可识别、可定位、可管理。
⑵装备智能化:智能工厂,设备全面联网和通讯。
⑶生产智能化:个性化定制、极少量生产、服务型制造以及云制造。
⑷服务智能化:高效、准确、及时挖掘、识别并满足用户需求。
⑸管理智能化:企业内无信息孤岛,企业间实时互联,企业、人、设备、产品实时互联。
这五点要求,是锻造行业同仁可以参考借鉴的。当然,具体到每家企业,因为企业发展的阶段不同、产品结构的不同、市场的不同,其侧重点以及对每一个要求的具体内涵的理解是不一样的。
比如,对于“生产智能化”,锻造行业特别是模锻行业,一般会采用批量化生产的模式,这个时候“个性化定制、极少量生产”的实施就比较困难,我们提的“生产智能化”,更多的是指工艺的规范性、生产与质量数据(含模具与生产批次对应的管理等)的可追踪性,内涵会发生变化。

锻造行业智能制造的实施路径

锻造行业智能制造的若干观点

前面讨论了智能制造对锻造行业的意义,这里我还希望澄清一些观点。
⑴生产自动化的基础是工艺流程的精益化。
⑵信息化的基础是管理流程化及现场5S。
⑶数据采集有成本,需要在及时性、准确性、廉价性之间取平衡,不是采集数据越多越好,采集怎样的数据是根据企业的需求来规划的。采集的数据要“有用”,要“能用”,不能分析利用的数据都是“垃圾数据”。生产中大量的正常数据都是垃圾数据,而异常数据才是揭示问题的有效数据。
⑷要建立“全员数据采集”的思想。要想方设法让数据采集的工作融入到员工正常操作的过程中去,这样才能减轻员工的工作量,提升智能制造水平的工作才能得到他们支持;要想方设法让数据造假的人成本高企,这样才能促使员工不去数据造假。

锻造行业智能制造的实施路径

在锻造行业智能制造的实施路径方面,鉴于行业内企业普遍存在人才与理念的问题,我的建议是要由行业协会牵头组建咨询团队,首先通过对有提升智能制造水平愿望的企业进行评估,充分了解企业在这方面的需求和愿景,再帮助企业进行总体策划,并策划好分步实施的路径,如图2 所示。
不做诊断就搞信息化,这样的企业既认不清自身的基础,也不知道要达成怎样的目标。这样搞智能制造无异于盲人摸象,而且推进过程中往往没有管理提升的自觉,失败的例子很多。

单个信息化软件的价格虽然也很高,企业也许还能够承受,但整个智能制造的软件系统绝对是很大的投资,而且随着企业的发展,导入的软件系统会逐步完善。如果没有总体规划,各种软件各行其是,协同效应就会大打折扣,且为了进行数据交换,要开发各种数据接口,耗时耗力,系统容易处在不稳定状态。

所以“总体规划、分步实施”的方法,就能有效避免上述问题,比如图3 所示案例,规划中确定了使用ESB 数据池软件,作为今后整个系统的数据交换平台,先期使用MES作为生产执行管理平台,所有的排产和报工数据由其提供;ERP 作为财务管控平台,负责订单的接收和发布,进行各种结算。这样其他软件暂时可以不上,而ERP和MES 的物料编码规则必须先行确立,数据接口也可大幅度简化。

锻造企业智能制造能力成熟度评估

企业价值链能够在本质上反映出企业各种能力因素,因此,定量构建出企业价值链,按照企业的核心业务流程分解企业交易成本,可以定量分析企业价值链构成。
基于价值链的锻造企业智能制造能力成熟度评估方法是:
⑴建立待评估企业的人员组织架构、管理业务流程、年度交易成本。
⑵根据企业的人员、技术、资源、制造等能力要素,分类计算年度交易成本。

⑶根据企业类型、发展目标,制定不同的评价指标集合以及权重分配方法。

⑷基于智能制造能力成熟度模型,制定适合本企业的成熟度评价指标。
⑸由评估企业的愿景和长期发展规划,研究智能制造能力提升需求和解决方案。

结束语

从宏观上看,中美贸易战和新冠疫情的发展,实际上形成了对中国制造业的挤出效应,一些行业和龙头企业已着手或正在计划将供应链外移。而供应链外移,首当其冲的是那些海外具备产能的产品,从前败给中国企业要么是价格上没有优势,要么是质量上还有差距,但在现在的经济环境下,这些因素都不得不让位于经济上的“民粹”主义。
微观到各个企业,应对的方式当然是因企而异,没有一成不变的方案,但可以考虑的原则是“在哪里销售,在哪里生产;在哪里生产,在哪里采购”,据此进行企业战略布局。要看到在一定的领域中“逆全球化”会形成趋势,同时会产生“新全球化”趋势。“逆全球化”趋势中做好“国产高品质替代”这个课题,一方面市场足够大,另一方面也为“新全球化”做好准备。我个人理解,要让高科技产品低成本生产,研发和生产资源的全球配置就不可避免(手机行业和电脑行业的普及和扩张就是很好的例子),而低端制造的门槛都很低,我们所具有的成本优势,很容易被关税成本所抵消;唯有高端制造,才有可能用技术门槛、投资门槛、人才门槛、管理门槛和成本优势,将主动权抓在自己手里。今天,我们所讨论的智能制造课题,就是高端制造的有机组成部分,也是先进企业进行差异化竞争的有力武器,相信实施效果也能从企业盈利能力中体现出来。


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