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卷板機制造技術(shù)的新發(fā)展 |
| 發(fā)布時間：2022/8/21 |
卷板機制造技術(shù)的新發(fā)展
新一代信息技術(shù)的運用不僅使大型的、跨國性公司的運營得到優(yōu)化，而且也大大提升了中小卷板機企業(yè)的綜合競爭力，這使得智能制造的理念對社會生產(chǎn)力和整個社會經(jīng)濟發(fā)展的重要意義得到人們的普遍公認(rèn)。
1．新的制造模式不斷產(chǎn)生和發(fā)展
市場需求的快速變化，社會生產(chǎn)力發(fā)展水平、社會需求的變化和全球性的經(jīng)濟競爭，使得制造環(huán)境已經(jīng)或正在發(fā)生著重大的變化，催生了許多新型制造模式，如家用電器、汽車行業(yè)的客戶化定制模式，電力：航空裝備行業(yè)的異地協(xié)同研發(fā)和云制造模式，食品、藥材、建材、鋼鐵、服裝等行業(yè)的電子商務(wù)模式，以及眾包設(shè)計、網(wǎng)絡(luò)協(xié)同制造、服務(wù)型制造等薪型制造模式，指導(dǎo)制造卷板機企業(yè)面對以個性化服務(wù)為基礎(chǔ)的不斷變化的市場，并在合理利用資源、可持續(xù)發(fā)展的前提下求得生存與發(fā)展。
2．從面向過程的管理走向卷板機企業(yè)策略管理
隨著科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展以及全球統(tǒng)一市場的形成，卷板機企業(yè)迫切需要有效的管理工具來適應(yīng)極度膨脹的信息和成倍增長的數(shù)據(jù)，以優(yōu)化自己的經(jīng)營，從而在激烈的市場競爭中達(dá)到“提供最好的產(chǎn)品與服務(wù)、獲得最大利潤"的目標(biāo)。正是在對這一目標(biāo)的不斷追求中，現(xiàn)代管理方法從面向生產(chǎn)、銷售、人事、財務(wù)、后勤等各個過程的管理發(fā)展到卷板機企業(yè)整個供應(yīng)鏈、價值鏈的整合，從追求卷板機企業(yè)內(nèi)部生產(chǎn)的協(xié)調(diào)順暢到支持卷板機企業(yè)間聯(lián)盟的管理組織以及客戶關(guān)系管理(CRM)，從MRP到ERP，再發(fā)展到電子商務(wù)時代的供應(yīng)鏈管理，管理思想水平取得飛速發(fā)展，管理系統(tǒng)工具，特別是ERP的功能也隨之不斷拓展。
ERP結(jié)合Internet技術(shù)，可以幫助卷板機企業(yè)運用Internet進(jìn)行高效的市場運作，獲取并分析客戶、供應(yīng)商、雇員以及合作伙伴的相關(guān)信息，使卷板機企業(yè)做出更好的商業(yè)決策。同時，運用Internet還可以使卷板機企業(yè)的商業(yè)流程自動化，使制造、采購供應(yīng)鏈系統(tǒng)更為暢通，保證卷板機企業(yè)在最短的時間內(nèi)將正確的產(chǎn)品和服務(wù)傳遞給客戶，從而提高卷板機企業(yè)的競爭力。
ERP中拓展了客戶關(guān)系管理功能。CRM強調(diào)以客戶為中心，強調(diào)對客戶的快速反應(yīng)，給予客戶一對一、交互式的個性化服務(wù)。它所要求的不僅僅是銷售過程的自動化，還要求商業(yè)結(jié)構(gòu)能夠充分利用關(guān)鍵客戶和卷板機企業(yè)數(shù)據(jù)來優(yōu)化商業(yè)決策過程。同時，它還賦予客戶與卷板機企業(yè)進(jìn)行交流的能力。CRM與財物、人力資源、工程、制造和供應(yīng)鏈應(yīng)用系統(tǒng)完全集成為一體，將成為卷板機企業(yè)級的CRM解決方案，實現(xiàn)與客戶的高度集成。
供應(yīng)鏈?zhǔn)窃贛RP一Ⅱ和ERP技術(shù)基礎(chǔ)上發(fā)展起來的又一種現(xiàn)代管理方法與技術(shù)。它強調(diào)隨著發(fā)展和變化，在把握真實需求的基礎(chǔ)上，對供應(yīng)鏈的信息流、物流、資金流、價值流、工作流等各個流程的集成和優(yōu)化。比較活躍的領(lǐng)域包括：①供應(yīng)鏈建模技術(shù)；②供應(yīng)鏈運行的參考模型；③供應(yīng)鏈管理的實施、方法；④電子商務(wù)下的供應(yīng)鏈管理；⑤基于模塊化、可重構(gòu)、代理、分布式對象等技術(shù)的供應(yīng)鏈管理；⑥支持動態(tài)聯(lián)盟的虛擬供應(yīng)鏈等。這些研究成果已逐步應(yīng)用到實際產(chǎn)品中。
從MRP到供應(yīng)鏈管理的沿革可以看出，現(xiàn)代管理技術(shù)已經(jīng)從物料的計劃發(fā)展到整個公司經(jīng)濟戰(zhàn)略與事物的綜合管理方法，成為卷板機企業(yè)最大限度發(fā)揮現(xiàn)有設(shè)備、資源、人力的作用，最大限度地產(chǎn)生經(jīng)濟效益的一種有力的支撐基礎(chǔ)。
3．面向全生命周期的產(chǎn)品并行虛擬開發(fā)技術(shù)日趨成熟
據(jù)國外資料統(tǒng)計分析，從19世紀(jì)70年代到20世紀(jì)90年代的100多年里，加工過程的效率提高了2000％，生產(chǎn)管理的效率提高了80--120％，而產(chǎn)品開發(fā)的效率僅提高20％，產(chǎn)品設(shè)計是產(chǎn)品整個生命周期的重要一環(huán)，近80％的成本是在這一階段確定的。尤其是當(dāng)前市場競爭環(huán)境下，體現(xiàn)競爭能力的一個關(guān)鍵就是不斷地快速開發(fā)新產(chǎn)品。因而，產(chǎn)品開發(fā)方法與技術(shù)的研究一直是一個非?；钴S的領(lǐng)域，并取得了很大的進(jìn)展。著眼于優(yōu)化產(chǎn)品的整個生命周期，生產(chǎn)具有綜合競爭力的產(chǎn)品，面向全生命周期的產(chǎn)品并行化、虛擬化、敏捷化的產(chǎn)品開發(fā)技術(shù)日趨成熟。
1)產(chǎn)品開發(fā)方式由串行向并行發(fā)展，開發(fā)的組織管理模式從嚴(yán)格分工向自主管理的項目團(tuán)隊方式轉(zhuǎn)變式力圖使開發(fā)者一開始就考慮到產(chǎn)品全生命周期中的所有要素，包括質(zhì)量、成本、進(jìn)度與用戶要求。并行工程充分利用集成環(huán)境和各種協(xié)同工具，從全局優(yōu)化的角度使產(chǎn)品生命周期內(nèi)各環(huán)節(jié)的設(shè)計任務(wù)盡可能并行，側(cè)重產(chǎn)品全生命周期的研究。
如圖48所示，在并行設(shè)計過程中，產(chǎn)品開發(fā)過程各個階段的工作交叉進(jìn)行，以便可以及早發(fā)現(xiàn)與其相關(guān)過程不匹配的地方，及時評估、決策，以達(dá)到縮短產(chǎn)品開發(fā)周期、提高質(zhì)量、降低成本的目的。并行設(shè)計將產(chǎn)品開發(fā)周期分解成許多階段，每個階段都有自己的時間段，組成設(shè)計的整個過程。時間段之間重復(fù)的部分表示同時進(jìn)行。一般情況下，相鄰的兩個階段可以相互重疊，需要時也可以出現(xiàn)兩個以上階段相互重疊。在這些相互重疊的設(shè)計階段之間進(jìn)行并行設(shè)計，顯然首先要求信息集成和相互間的通信能力，此外還要求以團(tuán)隊的方式工作。
圖48并行開發(fā)模式
(1)支持并行開發(fā)團(tuán)隊的協(xié)同工具更加完備。
支持產(chǎn)品開發(fā)團(tuán)隊的協(xié)同工具主要包括以下兩方面：一是集成化的產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理(PDM)系統(tǒng)，以方便團(tuán)隊成員對產(chǎn)品信息進(jìn)行訪問；二是足夠的通信手段和協(xié)同工具，以保證設(shè)計成員之間進(jìn)行信息交流，并實現(xiàn)設(shè)計約束的管理、設(shè)計沖突的協(xié)調(diào)和設(shè)計方案的評價等。
產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)融合了面向?qū)ο蠹夹g(shù)、分布式數(shù)據(jù)庫技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)與c/s結(jié)構(gòu)，可對產(chǎn)品生命周期所有相關(guān)數(shù)據(jù)和過程進(jìn)行管理與控制，實現(xiàn)分布環(huán)境中數(shù)據(jù)的共享與操作。許多PDM工具都將支持產(chǎn)品全生命周期操作作為自己追求的目標(biāo)，提供API用以與其他工具集成。而基于Web技術(shù)的系統(tǒng)成為其發(fā)展的主流方向。
在通信與協(xié)同工具方面，有關(guān)產(chǎn)品開發(fā)團(tuán)隊工作環(huán)境的研究包括通用的平臺(如計算機支持的協(xié)同工作環(huán)境，也稱為“群件”)以及專門的協(xié)同設(shè)計系統(tǒng)。計算機支持的協(xié)同工作(CSCW)領(lǐng)域已取得了很大的進(jìn)展，并已有商業(yè)化的產(chǎn)品，如蓮花公司的Lotus系列、微軟公司的Microsoft NetMeeting等。
專門的協(xié)同設(shè)計系統(tǒng)在連接不同CAD系統(tǒng)、進(jìn)行協(xié)同設(shè)計信息訪問的基礎(chǔ)上，可以進(jìn)行實時的二維、三維協(xié)同建模，使團(tuán)隊成員對圖形、屬性等信息進(jìn)行查看、檢驗，并相互交換不同的設(shè)計思想，方便團(tuán)隊最終達(dá)成一致的設(shè)計方案。
(2)面向產(chǎn)品全生命周期的并行開發(fā)工具逐漸成熟。
面向產(chǎn)品全生命周期的并行開發(fā)方式。已超越了設(shè)計與銷售、制造等系統(tǒng)之間簡單的信息共享，而形成一種同時考慮產(chǎn)品生命周期各階段目標(biāo)和約束的系統(tǒng)性方法，這就是面向制造(M)、面向質(zhì)量(Q)、面向環(huán)境(E)等多方面的設(shè)計方法，綜合稱為Design For X(DFX)的設(shè)計模式。DFX的方法包括經(jīng)驗法、定量評估法、基于特征的方法以及人工智能的方法。當(dāng)前研究的關(guān)鍵技術(shù)包括計算機輔助概念設(shè)計、集成產(chǎn)品信息模型、產(chǎn)品可制造性模型及其評價方法、并行設(shè)計過程分析等。DFX系列產(chǎn)品主要包括面向制造和裝配的設(shè)計(DFMA)工具、面向維護(hù)(Service)的設(shè)計(DFS)工具、面向環(huán)境的設(shè)計(DFE)工具。DFMA工具可在設(shè)計的早期分析產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的優(yōu)化程度、裝配難易程度以及整體的可制造性評價。DFE則用于對產(chǎn)品循環(huán)利用的經(jīng)濟性，以及產(chǎn)品設(shè)計對環(huán)境的影響進(jìn)行分析，并對拆裝順序進(jìn)行優(yōu)化。DFS可對產(chǎn)品維護(hù)的難易程度進(jìn)行分析。所有這些工具的分析結(jié)果都將作為概念設(shè)計的約束，而且這些工具還可以為改良設(shè)計提供建議。
2)產(chǎn)品開發(fā)系統(tǒng)功能更加強大，并向集成化、虛擬化發(fā)展
隨著C刪CAE/CAM系統(tǒng)功能的不斷增強以及仿真、可視化技術(shù)的發(fā)展，產(chǎn)品開發(fā)過程中的仿真技術(shù)應(yīng)用范圍不斷擴展，從面向單個零部件的應(yīng)用發(fā)展到整個產(chǎn)品乃至設(shè)計、制造、加工的過程的仿真，虛擬產(chǎn)品開發(fā)(Virtual Product Development，VPD)、虛擬原型(Virtual Prototyping)與虛擬制造技術(shù)(Virtual Manufacturing)研究與開發(fā)受到廣泛關(guān)注。
如圖49所示，虛擬產(chǎn)品開發(fā)能夠在虛擬狀態(tài)下構(gòu)思、設(shè)計、制造、測試和分析產(chǎn)品，以解決那些反映在時間、成本、質(zhì)量諸方面存在的重大壓力問題。
VPD是實際產(chǎn)品開發(fā)過程在計算機上的本質(zhì)實現(xiàn)，即采用計算機仿真與虛擬現(xiàn)實技術(shù)，在計算機上群組協(xié)同工作，通過三維模型與動畫，實現(xiàn)產(chǎn)品的設(shè)計開發(fā)的本質(zhì)過程，是一種通過計算機虛擬模型來模擬和預(yù)測產(chǎn)品功能、性能以及可加工性等各方面可能存在的問題，提高產(chǎn)品的預(yù)測和決策水平，使得產(chǎn)品開發(fā)走出主要依賴于經(jīng)驗的狹小天地，發(fā)展到全方位預(yù)測的新階段，從根本上解決TQCS(時間，質(zhì)量，成本，服務(wù))的難題。
目前，VDP的開發(fā)研究熱點包括：①基于META建模的VPD建模理論、方法、框架的研究；②支持VPD全過程的產(chǎn)品數(shù)字模型的數(shù)據(jù)組織與管理技術(shù)；③面向設(shè)計、裝配、生產(chǎn)的產(chǎn)品數(shù)字模型的映射技術(shù)；④基于PDM的虛擬產(chǎn)品創(chuàng)新設(shè)計系統(tǒng)、產(chǎn)品樣機數(shù)字化技術(shù)；⑤逆向設(shè)計中的產(chǎn)品反求技術(shù)；⑥工業(yè)設(shè)計美學(xué)原則及設(shè)計手法在產(chǎn)品設(shè)計中的運用技術(shù)以及美學(xué)評價技術(shù)；⑦產(chǎn)品機構(gòu)的運動學(xué)、動力學(xué)分析與仿真；⑧產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的分析與仿真。
4．制造技術(shù)繼續(xù)向柔性化、集成化和智能化方向發(fā)展
柔性制造、集成制造、智能制造是智能制造技術(shù)發(fā)展的三個階段。近年來，超精密加工、束流加工、快速原型(Rapid Prototyping，RP)等底層加工技術(shù)發(fā)展迅速，這些技術(shù)具有高柔性、容易集成和智能化等特點。
高效柔性化和高精化分別反映了制造業(yè)在競爭激烈且具有不確定性市場環(huán)境下的兩個最主要的要求，即數(shù)控卷板機產(chǎn)品生產(chǎn)變換的靈捷性和產(chǎn)品質(zhì)量持續(xù)的提高。當(dāng)前制造技術(shù)柔性化的發(fā)展將沿著以下四個方向推進(jìn)：①加速數(shù)控機床向高速化和高精化發(fā)展和應(yīng)用的步伐；②加強發(fā)展多功能復(fù)合加工的數(shù)控機床來提高單件和中小批量生產(chǎn)的加工精度和高效柔性化；③對于中、大批量生產(chǎn)提出發(fā)展快速重組制造系統(tǒng)(Rapidly Reconfigurable
Manufacturing SysteIn，RRMS)和可重構(gòu)機床(Reconfigurable Machine Tool，RMT)將是一個合理的解決方案；④發(fā)展網(wǎng)絡(luò)化制造單元，以適應(yīng)數(shù)字化卷板機企業(yè)的構(gòu)建。
集成制造強櫥信息流和物質(zhì)流的集成。集成制造是實現(xiàn)智能制造的重要丈撐和基礎(chǔ)。全生命周期下，面向產(chǎn)品形成過程的制造信息集成除了傳統(tǒng)的CAD/CAPP/CAM/PDM集成外，目前基于Web的CAx/PDM/ERP等應(yīng)用系統(tǒng)的信息集成已經(jīng)成為發(fā)展方向。其中，需要解決的關(guān)鍵問題包括：①接口的開發(fā)。接口的開發(fā)是與系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和工作方式密切相關(guān)的，且必須考慮整個功能和各個分系統(tǒng)的作用。②標(biāo)準(zhǔn)化工作。卷板機企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)化包括有關(guān)數(shù)據(jù)和文檔的標(biāo)準(zhǔn)化、零部件名稱的標(biāo)準(zhǔn)化、編號系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)化和卷板機企業(yè)業(yè)務(wù)流程的標(biāo)準(zhǔn)化等工作。③面向?qū)ο蟮膽?yīng)用與關(guān)系數(shù)據(jù)的匹配問題。需要在關(guān)系數(shù)據(jù)庫上開發(fā)出面向?qū)ο蟮膽?yīng)用程序接口。④支持分布式數(shù)據(jù)管理。需要解決異構(gòu)軟硬件環(huán)境、異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)協(xié)議下的遠(yuǎn)程通信問題，要求提供模型數(shù)據(jù)字典的管理與維護(hù)及面向數(shù)據(jù)存取與操作的規(guī)則處理機制等。
制造智能化能夠促進(jìn)集成化制造水平的提高。其發(fā)展表現(xiàn)為：①提高智能。智能化復(fù)雜系統(tǒng)的行為和結(jié)構(gòu)是分層次的，每個層次都有自己的新物質(zhì)和狀態(tài)描述，必須建立每個層次能上下相容的結(jié)構(gòu)與周邊友好的界面。②研究和模仿人類智能。研究生物界的進(jìn)化機制、生命系統(tǒng)自組織能力、免疫能力和遺傳能力的精確結(jié)構(gòu)。③協(xié)調(diào)人機關(guān)系。建立一種新型的人機一體化關(guān)系，從而產(chǎn)生高效、高性能的生產(chǎn)系統(tǒng)。
最近發(fā)展迅速的虛擬軸機床、虛擬制造等技術(shù)標(biāo)志著底層加工技術(shù)向柔性化、智能化和集成化方向更進(jìn)一步。虛擬制造技術(shù)本質(zhì)上是一個集成的、綜合的可運行制造環(huán)境，用來提高各個層次的決策和控制，它為“虛擬產(chǎn)品開發(fā)"提供了有效的制造過程仿真。采用“虛擬產(chǎn)品”模型對產(chǎn)品的加工過程仿真可以評價“制造”出的產(chǎn)品與“設(shè)計”產(chǎn)品之間的差別，并可根據(jù)毛坯切削的過程和結(jié)果來評價設(shè)計產(chǎn)品的可制造性問題，并校驗數(shù)控代碼指揮的數(shù)控機床可能產(chǎn)生的刀具與工件、刀具與夾具、刀具與加工工作臺之間的碰撞與干涉等問題。另外，智能制造單元、生物制造系統(tǒng)(BMS)、多功能集成工廠(Multi— Functions Integrated Factory，MFIF)等新技術(shù)、新概念層出不窮，極大地促進(jìn)了加工技術(shù)的智能化和集成化。
5．2017年Gartner發(fā)布的新興科技技術(shù)成熟度
Gartner發(fā)布了如圖50所示的2017年新興科技技術(shù)成熟度曲線，其中包含的各類新興科技技術(shù)揭示出未來5-10年可以幫助各卷板機企業(yè)在數(shù)字經(jīng)濟時代中生存并繁榮發(fā)展的三大顯著趨勢。這三大趨勢為無處不在的人工智能(AI)、透明沉浸式體驗(transparently immersive experiences)和數(shù)字平臺(digital platforms)。它們將提供無可比擬的智能、創(chuàng)造全新體驗并提供各種平臺，幫助各卷板機廠家機構(gòu)與全新業(yè)務(wù)生態(tài)系統(tǒng)(new business ecosystems)相關(guān)聯(lián)。
1)無處不在的人工智能
人工智能將在未來十年內(nèi)成為最具顛覆性的科技，因為它具有前所未有的計算能力、接近無限的數(shù)據(jù)量并在深度神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)中取得了空前進(jìn)步；而這些也將使擁有人工智能科技的卷板機企業(yè)機構(gòu)可以熟練駕馭數(shù)據(jù)，以適應(yīng)新環(huán)境，解決新問題。
該領(lǐng)域中主要的科技技術(shù)包括：深度學(xué)習(xí)(deep learning)、深度強化學(xué)習(xí)(deep reinforce learning)、通用人工智能(artificial general intelligence)、自動駕駛汽車(autonomous vehicles)、認(rèn)知計算(cognitive computing)、商用無人機(commercial UAVs(Unmanned Aerial vehicles)/Drones)、會話式用戶界面(conversational user interfaces)、卷板機企業(yè)知識分類與知識本體管理(enterprise taxonomy and ontology management)、機器學(xué)習(xí)(machine learning)、智能微塵(smart dust)、智能機器人(smart robots)和智能工作空間(smart workspace)。
2)透明沉浸式體驗
科技將更加以人為本，在個人、公司和物件之間建立起公開透明的關(guān)系。隨著科技將在工作場所和家中以及與卷板機企業(yè)和人類的互動過程中變得更具適應(yīng)性、情境化和易變性，這種關(guān)系將變得日益密切和復(fù)雜。需要考慮的關(guān)鍵技術(shù)包括：4D打印(4D printing)、增強現(xiàn)實(augmented reality)、腦機界面(computer—brain interface)、聯(lián)網(wǎng)家庭(connected home)、人體機能增進(jìn)(human augmentation)、納米管電子(nanotube electronics)、虛擬現(xiàn)實(virtual reality)和立體顯示(volumetric displays)。
3)數(shù)字平臺
新興科技要求革新能夠提供大量必要數(shù)據(jù)、先進(jìn)計算能力及廣泛賦能生態(tài)系統(tǒng)的各種基礎(chǔ)架構(gòu)。分段化的技術(shù)基礎(chǔ)架構(gòu)向生態(tài)系統(tǒng)賦能平臺的轉(zhuǎn)變正在為人類和技術(shù)之間搭建橋梁的全新業(yè)務(wù)模式奠定基礎(chǔ)。
卷板機企業(yè)須追蹤的關(guān)鍵平臺科技包括：5G、數(shù)字孿生(digital twin)、邊緣計算(edge computing)、區(qū)塊鏈(block chain)、物聯(lián)網(wǎng)平臺(iot platform)、神經(jīng)形態(tài)硬件(neuromorphic hardware)、量子計算(quantum computing)、無服務(wù)器化的平臺服務(wù)(serverless PaaS)以及軟件定義安全(software-defined security)。
可以看到，透明沉浸式體驗中以人為本的賦能科技，如智能工作空間、聯(lián)網(wǎng)家庭、增強現(xiàn)實、虛擬現(xiàn)實和日益增長的腦機界面正在發(fā)展成為拉動技術(shù)成熟度曲線上其他趨勢的尖端科技；無處不在的人工智能科技正在技術(shù)成熟度曲線上快速移動，深度學(xué)習(xí)、自主學(xué)習(xí)和認(rèn)知計算等科技剛越過曲線頂峰，這表明它們是創(chuàng)造透明沉浸式體驗的賦能科技；數(shù)字平臺正在迅速地沿著技術(shù)成熟度曲線移動，這表明提供可驅(qū)動未來的基礎(chǔ)平臺可能催生新的IT現(xiàn)實；量子計算(iE在技術(shù)萌芽期爬升)和區(qū)塊鏈(已通過曲線頂峰)等科技預(yù)計在未來的五到十年產(chǎn)生最具革新性且最引人注目的影響。
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