1908年,底特律Piquette工厂内,世界上第一辆以大量通用零部件进行大规模流水线装配作业的汽车——福特T型车诞生,凭借260美元的亲民售价和便捷的操控方式,T型车在随后的十多年时间里创造了单一车型产量的世界最高纪录,不仅让美国成为“车轮上的国家”,还让更多人看到了工业改变世界的强大力量。

工业时代促进了生产的规模化和效率的成倍提高,在福特独创的工厂里,T型车从零开始到装配完毕用时93分钟,而在此之前,汽车底盘生产时间需要足足14小时。此后,以自动化、半自动化的工业流水线开始出现,被称为刚性生产线。再后来,微型计算机的出现开始集中控制整个工厂和工艺流程,生产过程自动化进入到新阶段。

经历一个多世纪的发展,人类从蒸汽机为主的工业1.0时代,电气化为主的工业2.0时代,信息化为主的工业3.0时代一路走来,迎来了智能化为主的工业4.0时代。伴随人口红利逐渐消失,伴随大量高端制造领域人才缺口,世界各国开始走向以智能制造为主导的全新工业时代。在国内,不仅是阿里巴巴的“犀牛工厂”、小米投资6亿元、年产百万台高端智能手机的“黑灯工厂”、格力“黑灯工厂”等纷纷登场,各省、地区的人才争夺战也愈演愈烈,对高端智能制造业同样渴求,在这背后,凸显出我国在高端制造关键技术领域的缺口与空白。

为填补这一缺口,6位自动化行业资深专家,凭借多年科研积累和产业融合经验,找到了“黑灯工厂”的关键底层技术突破口——柔性智造线技术,并成为首家跻身全球磁悬浮柔性智造线的中国企业,而这家来自上海名为果栗科技的企业,正吹响中国工业4.0时代的序曲。

柔性智造线开启工业进化之路

工业时代前期,规模化、大批量生产产品往往需要刚性生产线支撑,刚性生产线满足了社会对大量工业品的需求,并极大促进了社会物质资料的制造和补充。而当世界迈入消费结构升级的新阶段,买方市场和消费者个性化、定制化、时效性要求的增多,这种刚性生产线已无法再满足人们的需要。

亨利·福特曾有一句名言:“顾客可以将车漆成任何他想要的颜色,只要它是黑色的。”在1915到1925年间,福特为了提高生产效率,只使用价格低廉干燥迅速的日本黑涂料,而在那个时代,任何人想要一辆颜色不是黑色的个性化T型车,都需要再额外雇人或自己亲自动手才能实现。

这在今天看来似乎不可思议,因为如今市面上任何汽车都不止一种颜色,而柔性智造线正是为了满足人们个性化的需求而出现,它是一个自动化的生产制造系统,在最少人的干预下,能够生产任何范围的产品族,从而满足“多样化、小规模、周期可控”的生产要求,由于和刚性生产截然不同,因此以柔性命名。

“工业4.0时代下,市场差异化的需求,对生产线的要求越来越高。在工业化时代,定制经济存在着很大瓶颈,那就是没法上规模。工业化流程讲究的是效率和批量化,而一旦要满足个性化需要,就要靠柔性智造。”关注制造业模式转型的研究员张乾(化名)表示,从刚性生产线向柔性智造技术发展是时代的必然,他同时以供给端角度进一步指出:

“从供给端来说,柔性智造同样很有市场,因为如果为了满足每一个产品,尤其是小众需求,就去做一种模具,做一条生产线的话,投入成本是很高的,一旦需求量达不到一定程度的话,从商业上来讲很不划算。因此,在满足一定产能的前提下,企业会希望尽可能实现生产的柔性化,让多种产品能在同一套生产体系、同一条生产线上进行,这样可以分散和降低投资风险和制造成本,福特和丰田等企业就是这样做的,通过柔性生产线提供不同配置的汽车产品满足不同人的消费需要,而这正是柔性智造的价值所在。”

实际上,早期自动化产线普遍采用皮带式、链条式、齿轮和步进梁结构的传输线体,存在着生产节拍不可调整或者难调整、产线节拍受最慢工艺设备节拍限制、机械驱动部件维修维护频繁等瓶颈性问题。特别随着“精益生产”和消费产品市场迭代周期越来越短的现实压力,制造企业迫切需要引入一种既能提高生产节拍满足快速捕捉市场窗口,又能快速调整产品类型和生产节拍的柔性生产方式,这种产业升级的痛点问题,在磁悬浮驱动柔性线技术出现之后得到了有效解决,果栗科技CTO周金明以自主研发的iTS智能磁悬浮驱动传输系统为例:

“iTS采用磁悬浮驱动的原理,取代传统皮带传输,可以在同一时刻任意位置实现动子同步、异步独立控制,互不干扰,适合同一产线生产多种产品,实现柔性智造,同时易维护占地小安装简单,具有速度快,精度高,高负载,无限拼接等特性。这样带来的好处是,解决了传统输送线更换难度大,后期产品升级成本高的痛点,通过动子自由控制、工位控制等方式,以直线或曲线轨道实现高效自动化生产。”

在硬核技术加持下,iTS智能柔性运输系统颠覆了传统机械自动化产线生产传输模式,将磁悬浮控制技术运用于工业制造柔性产线上,使柔性智造成为现实,并突破了在自动化柔性线领域一直被欧美国家垄断的尴尬境地,也是从中国制造走向中国智造,实现工业转型发展的必然基础。

“柔性智造线”提升中国先进制造业的核心竞争力

早在上世纪60年代,欧美发达国家便率先提出柔性化生产的设想,随着柔性化智造理念的深化,其内涵和形式也在慢慢扩充。从精益生产(Lean Production)、并行工程(Concurrent Engineering)到敏捷制造(Agile Manufacturing)都被列入柔性化生产范畴,这其中,丰田推行、美国总结的精益生产最为出名,丰田汽车以此为核心在汽车生产过程中实现了降低消耗、提升效率、杜绝浪费、削减库存的核心目标。

如今,以柔性线为基础的自动化生产线在欧美国家占有率逐年提升,每年都有20%以上的速度增长,但在国内,相关领域受制于人,没有自主核心技术的突破,造成工业转型升级困难,国际竞争力下降的尴尬局面,因此,工业4.0时代不断呼唤柔性智造的普及。

从行业角度观察,不论制造业中最高端的汽车零部件装配制造、半导体制造、3C消费电子加工组装还是最常见的智能物流仓库分拣、包装印刷、食品加工等领域,柔性智造都能带来降本增效、提升产品多样化等重要价值,张乾(化名)以新能源领域为例:

“以新能源领域如今最为重要的电池电芯制造为例,柔性环形线的投入使用改变了以往三条线体才可以完成的产量,实现了在现有的生产空间里节约三分之二的生产空间,甚至更高,多工艺的产线上可实现同步或异步控制每一个运动中的载体(动子),重复定位精度可选,负载可控可选,产品数据均可实现实时数据互通,是一种巨大的效率进步。”

从市场角度观察,以磁悬浮驱动柔性线为主的柔性智造也满足了消费市场的期待,更个性、更环保、更面向垂直领域的特性使其开始主导“绿色制造”工业潮流。由于绿色制造所要求的低能耗、低损耗以及个性化生产正是柔性智造的强项,因此其不但成为工业4.0时代的基础,也为人类面向绿色未来提供保障。

事实上,在过去几年全球工业受到的疫情冲击中,通过果栗科技智能磁悬浮柔性制造线,不少企业实现了阵痛中革新的突破。如今,一些工厂已能够在一条产线上实现异步操作、同步操作、跟随操作等复杂业务模式。据周金明介绍,果栗科技智能磁悬浮驱动传输技术支持生产线全域数字过程信息高速传输,完美匹配工厂信息化管理系统,使得制造商在订单响应、制程品控和产品交付方面获得快人数步的竞争优势,这对疫情之后快速响应工业制造需求,满足人们消费需求增长具有明显的重要意义。

张乾(化名)认为,海外企业和国内企业面临的痛点是相似的,而谁能率先解决以下两个难题,谁就能占领智能制造的制高点,他表示,柔性智造面临两个方面的难点,一是软硬结合的问题,产线靠软件系统识别与调度,要把新产品的要求变成程序指令,这时,柔性程序要直接应用到产线上,就要对原有生产方式进行调整;二是数字化储备的问题,根据客户需求快速调整产品时,就需要生产者具有快速协调、快速交付的能力,这背后要实现数据的横向打通与自动化生产、智能化分析。显然,果栗科技找到了属于自己的答案。

事实上,从欧美工业4.0的快速转型和持续影响全球经济发展能够看出,无论对于任何企业,能够快速完成产线切换,或者快速调整战略的企业,拥有先进的自动化、数字化、智能化水平,都将具备新一轮企业竞争核心能力。而如今全球柔性智造市场规模达到上千亿元,行业中参与竞争的四位玩家包括德国的Beckhoff、美国的Rockwell和已经被ABB收购的瑞士B&R贝加莱,果栗科技是首家拥有磁悬浮柔性智造线核心自主知识产权的中国企业,在这背后,是其团队对柔性智造的深入理解。

助力“中国智造”站在制高点

“在19世纪的工业革命期间,人们曾见证世界上的不同国家之间产生巨大的鸿沟。当时,人类掌握了新的能源,掌握了蒸汽机、石油、电力、无线电,这赋予人们新的技术和工业力量,使得人们能够更便捷、更丰富、更有效率地从事生产。但这种新的力量并非为所有国家平等地共享,事实上,只有极少数国家,比如英国、法国、德国,然后是日本和美国,它们引领了工业革命的浪潮,并凭借新的力量征服和主导了未工业化的国家。”

《人类简史》一书中,作者尤瓦尔·赫拉利提到了工业革命引发的不平等。事实上,进入工业4.0时代后,类似的事件正在重演。曾经的工业强国依然在积极部署制造业发展战略:美国提出《先进制造业国家战略计划》,德国提出《工业4.0战略》,英国提出《英国工业2050战略》,法国提出《新工业法国》,中国制造业企业同时面临着内部挑战和外部环境变化的双重压力。

针对于此,2015年5月,国务院正式印发《中国制造2025》,部署全面推进实施制造强国战略。并明确提出:2025年数字经济核心产业增加值占GDP比重提升至10%。这意味着,数字经济的转型升级将是我国经济转型的核心驱动力,未来十年也是数字经济发展的重要窗口期,在这一重要历史窗口期内,促进我国工业转型升级的核心推动力之一,便是柔性智造。

2019年9月,工业和信息化部出台的《关于促进制造业产品和服务质量提升的实施意见》指出,鼓励企业技术创新,开展个性化定制、柔性生产,丰富产品种类,满足差异化消费需求。2019年11月,国家发改委等15部门联合印发《关于推动先进制造业和现代服务业深度融合发展的实施意见》,其中要求推广柔性化定制。通过体验互动、在线设计等方式,增强定制设计能力,加强零件标准化、配件精细化、部件模块化管理,实现以用户为中心的定制和按需灵活生产。

在当前复杂环境中,制造业面临着诸多挑战,从企业内部看,包括低成本的小批量制造、更短的产品生命周期要求、更短的交付时间要求、更低的单件制造成本、高级技工经验的工人流失、产品追溯和品质要求等都是目前亟待解决的具体问题。从外部环境看,消费者具有更大的主导权,大数据、云计算、移动、社交化、3D打印、机器人等技术发展将颠覆旧有的制造模式,跨界融合、制造业服务化的趋势也日益显著。

面对这些挑战,果栗科技打造的柔性智造系统实现了从生产规划到工艺编程再到生产报告的信息流自动化,将单个独立的加工工序集成到一个灵活的程式中,并使制造阶段和物料流完全自动化,为生产加工过程“穿针引线”,也成为越来越多企业转型升级的“核心引擎”。从长远来看,果栗科技自主研发的“智能柔性直驱环形线”磁悬浮技术解决方案,将更进一步推动中国企业走向工业4.0,并强化企业的综合竞争力。

吴晓波曾提出中国制造业正在走向“新四化”,即制造智能化、组织柔性化、平台赋能化、产品国货化。事实上,消费需求的变化正在倒逼生产商和服务商改变传统模式,逐渐走向以消费者为导向的创新型道路,柔性、快速反应的供应链正在成为企业竞争力之一。工业4.0的核心优势是生产过程的智慧化,以及终端产品的个人化,这两点结合起来就可以形成难以替代的客户粘性,最终为率先采用工业4.0解决方案的企业构筑落后者难以企及的市场领先优势。

在全球制造业开始向工业4.0演化的当下,要实现工业4.0的两个核心目标,必须要解决自动化产线工艺设备之间生产节拍协调和工艺设备灵活调整配置的难题,传统自动化产线中采用的皮带式、链条式、齿轮和步进梁结构的传输线体不能方便地调整生产节拍,更难以根据工艺设备性能的提升提高传输速度,而且传统传输技术普遍的结构庞大、占地面积大,在当今厂房成本和人力成本飞涨的时代,总设备拥有成本(TCO-Total Cost of Ownership)不断攀升,使得客户对创新的磁悬浮驱动传输技术从普遍观望到争相采用,当先导性客户在实际应用中验证了磁悬浮驱动传输技术带来的柔性配置、高效节拍的强大优势后,便开始在量产线中大量应用磁悬浮驱动传输技术来驱动庞大的产业链运转。

正是凭借深厚的电磁驱动技术积累,果栗科技准确判断了中国制造2025和全球工业4.0制造的关键所在,及时在国内市场推出了iTS磁悬浮驱动传输系统,为国内及海外客户提供高性能柔性线传输解决方案。可以预见的是,随着参与者、产品、生产过程三要素进一步走向“智慧化”,协同互联并形成新的价值网络,柔性智造的重要性将被越来越多先进企业感知,中国工业4.0的先行者们必将率先实现突破并站在行业制高点。