廣東工業大學機械學院副院長 劉強
一、行業背景與需求分析
1.行業背景
中空玻璃是采用高強度高氣密性復合粘結劑，將兩片、三片玻璃，與內含干燥劑的鋁合金框架粘結，制成的高效能隔音隔熱玻璃。
目前中國規模以上中空玻璃加工企業500余家，正從規模擴張向品質提升、功能擴充轉型；2014年全國中空玻璃總產量1.2億平方米，產值高達150億元，保持了10%的增長。
2.面臨的問題和解決措施
目前中空玻璃行業面臨的問題主要有：
●產品規格多；
●自動化水平低；
●現場管理亂；
●用工成本高。
要解決這些問題，可以采用機器換人的策略，大力推進自動化生產、智能化管控。
3.生產設備和軟件基本情況
中空玻璃自動化生產設備分為專機設備和整線市場，基本情況如下：
●專機設備國內市場成熟，配套設備完備，涵蓋磨邊機（高力威）、切割機（保泰羅）、鋼化（北玻）、中空（韓江）四大工藝；
●整線市場一直由國外壟斷（LiSEC）。
同時，中空玻璃在工業軟件上存在短板：缺少專業的定制設計平臺（CDP）、缺少專用的制造執行系統（MES）。專業軟件技術門檻與專業門檻并行存在，具體表現在：
●定制化設計與智能化管控雙重技術要求依據產能、場地進行定制，追求成本、質量、效率等多優化目標，執行過程依賴四大優化問題耦合；
●工藝細節與設備性能的雙重專業要求，4大工藝，70余臺專業設備，動作方式進行規劃與協調，小的工藝細節調整導致設計方案的大變動；若干可能的異常與故障需要預測與處理。
中空玻璃對工業軟件和專業軟件的研發，要求技術人員在研發過程中需要深度了解加工工藝、熟悉整線執行過程，掌握定制設計方法、具備算法研發能力。
二、中空玻璃智能生產線
全自動中空玻璃加工生產線（GOLIVE Automatic Insulating Glass Production Line， GAIGPL）簡稱：高派系統。
1.GAIGPL-高派系統的特點
GAIGPL-高派系統具有高效率、高品質、高智能、全自動等特點，具體表現在：
●基礎的玻璃加工工藝與流程；
●先進的全生命周期管理思想；
●單元化的定制設計理論；
●智能化的整線管控技術。
2.GAIGPL-高派系統的工藝
GAIGPL-高派系統有四大工藝，包括開料、磨邊、鋼化、熱壓。
3.GAIGPL-高派系統的制造單元
GAIGPL-高派系統有四個制造單元，具體如下：
●開料單元：原片倉+切割系統；
●磨邊單元：磨邊+清洗；
●鋼化單元：鋼化倉+排片臺+鋼化爐；
●熱壓單元：配對倉+熱壓線。
4.GAIGPL-高派管控系統構成
GAIGPL-高派管控系統構成如下圖（圖 1）。
圖1 GAIGPL-高派管控系統構成
5.GAIGPL-制造執行系統
GAIGPL-制造執行系統包括定制設計平臺、基礎功能、配套系統、執行內核四個部分組成，具體如下（圖2）：
圖2 GAIGPL-制造執行系統
三、智能車間快速定制設計平臺
1.智能車間定制設計需求
智能車間根據不同的企業特點有著不同的個性化設計需求，主要體現在場地、產能、成本控制和遺留裝備四個方面（圖3）：
圖3 智能車間定制設計需求
2.智能工廠設計平臺：
設計平臺的定制主要從以下三個維度進行：第一，整線快速定制設計平臺；第二，軟件與硬件仿真集成；第三，行迭代優化。
（1）整線定制設計平臺架構方式
整線定制設計平臺架構方式如下圖（圖4）：
圖4 整線定制設計平臺架構方式
（2）軟件與硬件仿真集成
軟件與硬件仿真集成形成明確的虛擬設計方案后，裝備研發、控制系統研發、MES系統研發并行開展（圖5）。
圖5 裝備、模型、監控三視圖同步技術
裝備、模型、監控三視圖聯動技術的應用模式如下：
●形成定制設計平臺，支持車間快速化定制
●形成集成測試平臺，支持整線分布式集成
●形成遠程監控平臺，支撐工廠透明化監控
●形成模擬運行平臺，支持系統智能化管控
（3）設計與執行迭代優化
設計與執行迭代優化是一個閉環的流程，如下圖所示（圖6）：
圖6 設計與執行迭代優化閉環圖
四、線上智能行為分析
智能是指設備依據既定規則、算法與信息輸入進行自主選擇、決策與行為。設備是沒有智能的，管控系統與執行系統賦予其智能。智能的最終體現就是設備的動作，因此，自動化、數字化、信息化是智能化的基礎。
1.智能行為分類
線上智能及其使用五類智能行為，分別為響應式智能、指令式智能、自主型智能、自適應智能、自學習智能。
（1）響應式智能
主要特點是作業主體被觸發（傳感器），進行簡易而重復性操作，需預置運動規則。
（2）指令式智能
按照上層系統指令，機械式地執行操作；嵌套使用第一類智能；對操作對象具有一定適應性（操作柔性）。
（3）自主型智能
若干設備構成一個能自主作業的小環境；能檢測自身負荷、作業對象情況；具有自主決策功能，以作業目標優化為導向，以智能優化算法做支撐，自動規劃動作與運動方式。
（4）自適應智能
依托對制造過程中的優化問題的精準描述與智能求解；依托對產品個性化分布與工業環境變化的充分預測與評估。
●全局優化：從系統級考慮多重優化目標（質量、成本、能耗、工期等）來組織生產；
●閉環制造：能感知工業環境與產品特征的變化，主動調整整線工藝路徑與單機工況；
●性能調控：具備自我評估與調校功能，力求執行過程穩定，計劃與投放合理。
（5）學習型智能
在第四類智能基礎上，進行智能的傳播與學習。
●智能裝備互聯互通，制造系統可獲得強有力的分析、學習、記憶與智能傳播功能。
●自主規劃工藝路徑；動態學習工藝參數與資源調配規則；主動預測與分析市場需求；主動解決設計、制造與生產過程的難題與故障。
●智能規劃、智能診斷方法頻繁使用。
2.什么樣的智能最好
關于什么是最好的智能，主要有以下兩個判定規則：
●越簡單的智能越容易實現，運行越穩定
●恰當的時候，恰當的地方，應用恰當的智能
五、智能制造系統實施建議
北航的劉強教授在智能制造系統實施方面，有個比較經典的觀點，他強調不要在落后的工藝基礎上搞自動化，不要在落后的管理基礎上搞信息化，不要在不具備網絡化數字化基礎上智能化。關于智能制造系統實施的建議，應從以下幾個方面考慮：
1.奉行的標準
制造系統的選型要奉行兩個標準：
●實用主義，即適用就行，不要嫌棄半自動化；
●至簡主義，即簡單裝備，簡單運動、簡單地實現。
2.來源與去處
考慮好智能的來源與去處，包括以下幾個方面：
●重視對工業過程、制造裝備、工藝細節的把握；
●重視對自動執行過程的提煉、抽象與精簡；
●準確把握車間智能的需求；
●重視制造單元的智能化；
●重視智能算法（智能的本源）。
3.潛在效益
全面考慮好智能制造的潛在效益，具體如下：
●成本（人力、原料、能耗）；
●質量（加工質量、產品質量）；
●效率（生產平衡性，人機稼動率，產能釋放比）；
●交期（計劃達成率，交期預測的準確性）；
●企業聲譽（實力與能力的象征）；
●潛在價值（數據，經驗的可復制性）。
4.可借用的資源
智能制造可借用社會公共資源：
●引進技術（工藝改善、車間改善、設備升級）；
●用好平臺（定制設計平臺）；
●做好人才儲備（多途徑儲備人才隊伍）；
●開展產學合作。
六、關于智能制造的幾點思考
1.智能制造的價值體現
如果把制造企業價值鏈條比作一副微笑曲線，前端的產品設計、研發、專利、技術、原材料采購等和后端的市場營銷、產品銷售、物流運輸、O2O服務等處于較高的價值水平。制造、加工、組裝等處于較低的水平，中國制造企業目前處于附加價值最低的中端（圖7）。
在中國，隨著一系列智能制造工程的深度實施，微笑曲線有可能將被拉平，自動化、智能化的制造、加工、組裝等環節將擁有成本、質量與交期優勢，并向設計與品牌營造兩端延伸；因其不可替代性，將擁有更多的市場發言權。
圖7 制造企業價值鏈條微笑曲線
2.人口紅利消失了怎么辦？
“勞動力優勢”是典型的智力浪費，中華民族擁有天然的高智商，智力優勢才是最大的優勢，中國仍然可發揮人口優勢。“大眾創業、萬眾創新”是智力優勢釋放的途徑之一，亟需引導與有序化。
目前中國正面臨人口老齡化、用工荒、空心化、員流動性大等問題；大量裝備涌現（珠江西岸裝備制造業帶），開始取代人工，裝備紅利取代人口紅利；同時大量的專業化裝備研發隊伍、大量的專業化技術服務隊伍不斷涌現，智力紅利支撐裝備紅利。
制造業依托行業化的智能車間定制設計平臺，改善專機裝備市場的競爭型生態，推動裝備行業供給側向合作型生態改革。
本文根據廣東工業大學機械學院副院長劉強在2017深圳智能工廠高峰論壇上的發言整理而成，未經本人確認。
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本文標題：中空玻璃智能車間快速定制設計的方法與平臺
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