文 | IT時(shí)報(bào) 郝俊慧
編輯 | 潘少穎 孫妍
制造業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型是新型工業(yè)化建設(shè)和建設(shè)現(xiàn)代化產(chǎn)業(yè)體系的關(guān)鍵舉措。不久前，2024上海數(shù)智融合“智慧工匠”選樹(shù)、“領(lǐng)軍先鋒”評(píng)選活動(dòng)首次開(kāi)設(shè)的制造業(yè)智能化解決方案創(chuàng)新競(jìng)賽落幕，圍繞5G、人工智能、大數(shù)據(jù)、云計(jì)算、工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)等新技術(shù)在制造業(yè)中的應(yīng)用，挖掘了一批具有行業(yè)代表性、可復(fù)制、可推廣的科技創(chuàng)新和綠色創(chuàng)新的智能制造典型案例。
這些智能制造的“上海方案”，從基礎(chǔ)制造能力提升、關(guān)鍵生產(chǎn)環(huán)節(jié)優(yōu)化、核心要素資源保障和智能檢測(cè)裝備創(chuàng)新等多個(gè)方面，展示了上海在加快推進(jìn)新型工業(yè)化、加快培育新質(zhì)生產(chǎn)力方面做出的深度探索和成果。
作為中國(guó)高端制造業(yè)重鎮(zhèn)，上海擁有全國(guó)最大的汽車工廠、最大的飛機(jī)總裝基地、最精細(xì)的集成電路裝備生產(chǎn)線，截至目前，上海市共有177家智能工廠，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)效率平均提升50%以上，運(yùn)營(yíng)成本平均降低30%以上，帶動(dòng)單位增加值能耗累計(jì)下降13.8%。
上海市經(jīng)濟(jì)和信息化委員會(huì)副主任湯文侃表示，要發(fā)揮上海豐富場(chǎng)景的優(yōu)勢(shì)，用好用足智能工廠標(biāo)桿建設(shè)專項(xiàng)政策，推動(dòng)重點(diǎn)產(chǎn)業(yè)智能制造全場(chǎng)景建設(shè)落地，探索智能制造“上海方案”。
智能制藥“吃螃蟹” 生產(chǎn)不僅透明且要合規(guī)
生物制藥行業(yè)近年來(lái)發(fā)展迅猛，創(chuàng)新藥品種覆蓋越來(lái)越多的病癥。與國(guó)外制藥巨頭相比，中國(guó)的藥物創(chuàng)新趨近同步，但在制藥生產(chǎn)環(huán)節(jié)，差距依然很大。
國(guó)產(chǎn)創(chuàng)新型生物制藥企業(yè)普遍面臨一個(gè)“沖突性命題”：制藥研發(fā)投資巨大，而在生產(chǎn)上必須符合強(qiáng)制性合規(guī)要求，因此在設(shè)計(jì)工廠時(shí)往往會(huì)面臨重大挑戰(zhàn)，即如何在保障藥品批次生產(chǎn)質(zhì)量均一穩(wěn)定的同時(shí)，兼顧高效精益的生產(chǎn)，并確保產(chǎn)品切換過(guò)程中不帶來(lái)額外的污染風(fēng)險(xiǎn)。
如何解決？
“工廠智能制造包含兩大業(yè)務(wù)板塊：生產(chǎn)和質(zhì)量。”君實(shí)制藥的生物制藥智能制造工廠被譽(yù)為生物醫(yī)藥行業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型“第一個(gè)吃螃蟹”的探索者，據(jù)君實(shí)生物上海臨港生產(chǎn)基地智能自控部高級(jí)總監(jiān)張宏介紹，工廠總體架構(gòu)依據(jù)ISA95模型，數(shù)據(jù)流通過(guò)系統(tǒng)集成貫穿整個(gè)生產(chǎn)過(guò)程并實(shí)現(xiàn)全流程可追溯，通過(guò)產(chǎn)線數(shù)字化、車間數(shù)字化、工廠數(shù)字化，將原本生物制藥“摸黑生產(chǎn)”轉(zhuǎn)變?yōu)椤巴该魃a(chǎn)”。
2023年10月，由上海君實(shí)生物醫(yī)藥科技股份有限公司（以下簡(jiǎn)稱“君實(shí)生物”）自主研發(fā)的抗腫瘤藥物特瑞普利單抗被美國(guó)食品藥品監(jiān)督管理局批準(zhǔn)上市，成為首個(gè)成功“出海”美國(guó)市場(chǎng)的國(guó)產(chǎn)抗PD-1創(chuàng)新藥，每年為公司增加經(jīng)濟(jì)效益近2000萬(wàn)元。
對(duì)于生物制藥這個(gè)行業(yè)來(lái)講，藥物的創(chuàng)新驅(qū)動(dòng)是第一生產(chǎn)力，企業(yè)搶的是時(shí)間，通過(guò)這套數(shù)字化系統(tǒng)，君實(shí)制藥首創(chuàng)了WMS系統(tǒng)在制藥行業(yè)的物料全流程正反向追溯，包括精準(zhǔn)配送、多冷庫(kù)管理以及首創(chuàng)API在制藥行業(yè)的應(yīng)用，采用工藝最優(yōu)排程算法，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)供銷一體化創(chuàng)新。
通過(guò)柔性制造，君實(shí)的智能工廠實(shí)現(xiàn)了柔性制造，在同一條生產(chǎn)線里面，既可以快速切換產(chǎn)品，也不帶來(lái)其他的風(fēng)險(xiǎn)，包括交叉污染、物料混用、投料錯(cuò)誤、配方使用錯(cuò)誤等，滿足了藥品生產(chǎn)強(qiáng)制合規(guī)的關(guān)鍵要求。
做好虛擬仿真 機(jī)器人既能繡花也能打樁
隨著工業(yè)4.0的推進(jìn)，智能制造已成為推動(dòng)制造業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)的關(guān)鍵驅(qū)動(dòng)力，工業(yè)機(jī)器人是“黑燈工廠”不可或缺的伙伴。
在傳統(tǒng)的機(jī)器人軌跡算法中，同一臺(tái)機(jī)器人在同一軌跡上的性能通常是固定的，無(wú)法根據(jù)負(fù)載的變化進(jìn)行實(shí)時(shí)調(diào)整。然而，在實(shí)際應(yīng)用中，機(jī)器人的負(fù)載會(huì)隨任務(wù)的不同而變化，這導(dǎo)致了在小負(fù)載情況下，機(jī)器人的關(guān)鍵零部件壽命和發(fā)熱風(fēng)險(xiǎn)較低，可以以更快的速度驅(qū)動(dòng)；而在大負(fù)載情況下，則需要減緩速度以保證安全和壽命。
“工業(yè)機(jī)器人就是要為多樣化的客戶現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用提供全面支持，面對(duì)現(xiàn)場(chǎng)可能遇到的應(yīng)用場(chǎng)景問(wèn)題，需要快速響應(yīng)，迭代優(yōu)化出解決方案，確保方案的合理性及魯棒性，但往往這些開(kāi)發(fā)都是史無(wú)前例或是全新的應(yīng)用需求，因此對(duì)機(jī)器人系統(tǒng)的快速開(kāi)發(fā)提出了非常高的要求?！北荣惉F(xiàn)場(chǎng)，ABB工程有限公司研發(fā)機(jī)械經(jīng)理陳亮介紹，ABB打造的基于虛擬仿真技術(shù)的機(jī)器人系統(tǒng)，可以通過(guò)計(jì)算機(jī)模型建立和模擬，對(duì)機(jī)器人運(yùn)動(dòng)行為和結(jié)構(gòu)可靠性進(jìn)行仿真，使得機(jī)器人系統(tǒng)能夠在虛擬環(huán)境中進(jìn)行調(diào)試，而無(wú)須構(gòu)建實(shí)際物理系統(tǒng)。
然而，真正“孿生”的虛擬仿真技術(shù)要求高水平的技術(shù)實(shí)力和專業(yè)技能，要實(shí)現(xiàn)虛擬環(huán)境測(cè)試與實(shí)際測(cè)試結(jié)果的高度一致，需要對(duì)機(jī)器人和各種工廠場(chǎng)景有深刻的洞察，設(shè)計(jì)者擁有豐富的工程應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)、大量的數(shù)據(jù)支持和復(fù)雜算法設(shè)計(jì)，因此一套成熟可靠的虛擬仿真技術(shù)通常需要高性能的硬件設(shè)備和專業(yè)的軟件工具投入，要用大量的時(shí)間建立和優(yōu)化仿真模型，最后通過(guò)測(cè)試結(jié)果修正各種參數(shù)和算法，才能實(shí)現(xiàn)仿真和測(cè)試結(jié)果的高度一致，提升機(jī)器人系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)效率。
如今，經(jīng)過(guò)反復(fù)調(diào)試和測(cè)試之后的ABB虛擬仿真平臺(tái)，可以快速幫助客戶找到滿足多方面要求的機(jī)器人運(yùn)行路徑和姿態(tài)，比如避障要求、節(jié)拍要求、機(jī)器人運(yùn)行可靠性要求等，從而幫助客戶確定合理的產(chǎn)線布局，規(guī)避機(jī)器人不正確使用而導(dǎo)致的壽命縮短和發(fā)熱風(fēng)險(xiǎn)。
無(wú)論是繡花還是打樁，通過(guò)提前虛擬仿真和調(diào)試，機(jī)器人都能勝任有加。
AGV背著夾具“隨地走” 汽車也能“私人訂制”
自亨利·福特的T型車和流水線生產(chǎn)方式出現(xiàn)以來(lái)，汽車工廠作為最早的規(guī)?；I(yè)生產(chǎn)代表，走過(guò)了百余年的歷程。如今，隨著技術(shù)的不斷進(jìn)步和消費(fèi)者需求的日益多樣化，傳統(tǒng)整車廠的產(chǎn)品迭代速度正在加速，形成多品種小批量的生產(chǎn)模式。
柔性生產(chǎn)，是讓用戶擁有一部“私人訂制”汽車的關(guān)鍵。
“隨著新車型不斷上市，傳統(tǒng)焊裝車間必然面臨6—8種甚至10種以上不同白車身車型混線生產(chǎn)情況，但傳統(tǒng)柔性制造系統(tǒng)僅支持6種以下車型混線生產(chǎn)能力。因此，需要部署兩條并行主線的生產(chǎn)布局方式，配置并行的兩套柔性制造系統(tǒng)，不僅投資巨大，占地面積也非常大?！鄙掀蟊娖囉邢薰疽?guī)劃部門智能制造—機(jī)器視覺(jué)&人工智能專家孫海濤介紹，上汽大眾開(kāi)發(fā)的基于AGV（自動(dòng)牽引車）的超柔性車身總拼制造系統(tǒng)，已經(jīng)在上海大眾儀征工廠批量生產(chǎn)線使用，在全球汽車行業(yè)焊裝車間總拼制造系統(tǒng)中首次構(gòu)建了重載AGV的可重構(gòu)切換理念，其目的是可實(shí)現(xiàn)無(wú)限種車型混線，匹配未來(lái)制造業(yè)多品種小批量甚至私人訂制的生產(chǎn)模式需求。
簡(jiǎn)單理解，柔性生產(chǎn)通過(guò)使用重載AGV替代了傳統(tǒng)的轉(zhuǎn)臺(tái)結(jié)構(gòu)，使得AGV能夠更靈活地在地面及工位內(nèi)外切換夾具，最高可用負(fù)載4噸的AGV來(lái)運(yùn)送高達(dá)數(shù)噸的夾具，使生產(chǎn)線具備同平臺(tái)多車型或跨平臺(tái)車型共線生產(chǎn)的能力，滿足任意混流生產(chǎn)或批量生產(chǎn)的生產(chǎn)方式，以及較容易完成產(chǎn)能提升的需求。
據(jù)孫海濤介紹，2023年開(kāi)發(fā)的第二代超柔性車身總拼制造系統(tǒng)相較于第一代，占地面積壓縮了35%，投資成本下降10%，柔性化水平達(dá)到了無(wú)限種車型混線生產(chǎn)的能力。
目前該系統(tǒng)中AGV與工位PLC之間的無(wú)線通信方式為Wi-Fi 5.0，數(shù)據(jù)低時(shí)延為128ms，下一代升級(jí)版本的系統(tǒng)中AGV與工位PLC之間的無(wú)線通信方式將采用5G-A技術(shù)，數(shù)據(jù)低時(shí)延可壓縮到4ms。