离散自动化如何助力中国制造业升级
2019-09-16来源：智能制造网作者：智能制造网 标签：DCS控制系统
改革开放以来，我国的制造业获得了连续三十多年的高速发展，然而，近年来也面临着诸多挑战。就运营效率而言，主要表现在以下几个方面：
（1）低成本优势逐渐消失。过去的低成本优势，主要靠廉价的劳动力、原料和能源等关键资源以及对环境排放的低要求，我们的低成本并不是因为我们对资源使用的效率高。近年来，“人口老龄化”加速了劳动力短缺，再加上新一代年青人从事枯燥重复体力劳动的意愿大大降低，甚至因此产生自杀等极端事件，劳动力成本已经大幅度上升。同时，原料和土地价格上涨较快，环境排放标准不断提高。因此，我国制造业的低成本优势在逐渐丧失，一些工厂开始转移到越南等成本更低的粗放发展中国家，甚至回流至欧美率集约发达国家。
（2）质量要求大大提高。随着短缺经济的彻底结束，客户或消费者对低质量产品的容忍度下降到零，特别是涉及安全的产品，客户宁愿花高价购买信得过的品牌。排除产品设计质量不谈，就产品制造过程而言，手工环节越多，差错越多，一致性、精度越难于控制，有的车间甚至不能有人活动以保证环境洁净度要求。
（3）柔性化生产要求提高。单品种大批量生产，有利于获得成本优势，但无法满足当今客户日益个性化的需求。多品种小批量生产，可以满足个性化的需求，但不利于成本控制。如何既满足个性化需要，又获得大规模生产的成本优势？大规模定制（Mass-customization）的生产模式，基于标准模块，加上针对每个客户的个性化需求，是规模化生产企业满足个性化需求的主要方式。
（4）缩短交期并保持低库存。随着竞争的加剧，不断缩短的承诺交期成为制胜的重要因素。同时，制造业已经从过去落后的面向库存生产模式（Make-tostock）转变为面向订单生产模式（Maketoorder），以大幅度降低库存，甚至零库存运行（Just-in-time）。这些要求，再加上前述的满足客户定制化需求的柔性生产模式，迫使制造企业进行彻底的营流程再设计，并使用信息技术作为基本工具，打通从客户需求采集、售前支持、销售、设计、计划、财务、采购、生产管理、生产线切换控制、物流到售后服务的所谓“从客户需求采集到满足客户需求的‘端到端’业务流程。”
（5）欧美国家积极筹划制造业再升级的威胁。从全球来看，虽然中国制造业经过三十多年的高速发展，但总体还是比较粗放，欧美发达国家依然在国际制造业的发展方向，并代表了国际制造业的zui高水平。为了在新一轮工业革命中占先机，在德国工程院、弗劳恩霍夫协会、西门子公司等德国学术界和产业界的建议和推动下，“工业4.0”项目在2013年4月的汉诺威工业博览会上被正式推出。这一研究项目是2010年7月德国政府《高技术战略2020》确定的十大未来项目之一，旨在支持工业领域新一代革命性技术的研发与创新。2012年2月，美国国家科学和技术委员会发布《先进制造业国家战略计划》，计划描述了全球先进制造业的发展趋势及美国制造业面临的挑战，提出了实施美国先进制造业战略的五大目标，明确了参与每个目标实施的主要联邦政府机构。上述动态，实际上反映的是全球工业革命的时代演进步伐：从机械化、电气化，发展到信息化、智能化。可以说，在工业革命的几次大的浪潮中，我国都处于追赶状态，中国制造业要想在国际上立足，必须加快转型升级，奋起直追，只争朝夕。我国政府也很早就洞悉了这一变革趋势，2002年，提出了“以信息化带动工业化，以工业化促进信息化”的新型工业化道路的指导思想；经过5年的发展和完善，在2007年提出“发展现代产业体系，大力推进信息化与工业化融合”的新科学发展的观念，“两化融合”的概念就此形成。
当前，我国的现实情况是制造业的传统自动化水平与发达国家还有很大差距，而西方发达国家已经把制造业转型的焦点放在信息化和智能化上。我们如何追赶，值得研究。甚至在某些行业实现弯道超越，也不是没有可能，存在后发优势的可能性。我们在面对传统意义上的自动化需求时，按照“两化融合”方针的指引，有效融合传统自动化、信息化、智能化三个方面的发展要求，就有机会在选定的行业做到国际先。
改革开放三十多年来，我国制造业通过引进和自主创新的自动化技术的使用，在很大程度上提升了企业的生产效率和产品质量，并降低了资源消耗和污染排放。但是，制造业在采用自动化技术方面所面临的问题也是明显的，主要表现在以下几个方面：
（1）流程企业和离散制造业的自动化应用水平不平衡。总的来说，流程行业的自动化水平总体上要远高于离散制造业。原因主要有两点：一是由工艺特点决定。众所周知，制造业按生产控制工艺分为流程类和离散制造类。流程行业的特征是原料沿管道流动，经过一系列的反应装置，物料在反应装置中依靠能源和化学反应变成目标物质。流程行业发生爆炸和污染环境的风险较高，工厂启停代价高昂，一般24小时乘365天连续运转，典型企业如化工厂和火力发电厂。而离散制造行业，被加工对象是一件件的零件，zui后组装成产品，典型企业如电子产品生产。当然，流程行业的后处理阶段，往往又包含离散制造工艺，比如化肥厂的包装、码垛。流程行业和离散制造业在工艺上的这些本质差别，决定了流程行业很难像离散行业那样靠手工操作控制生产过程。二是由我国工业发展优先顺序选择的历史决定。如同一些大国走过的历史一样，必须优先解决各种基础原料和能源短缺的问题，重化工、火力发电等行业成为国家经济发展的先行产业。基于上述两个原因，我国的流程行业，工艺过程基本上都已实现自动化，而离散制造业，还存在大量的手工劳动，甚至在前几年，某些企业还以大量手工组装产品打败先进国家的竞争对手而自豪。对于基础自动化水平薄弱的行业或企业而言，直接谈信息化改造是不切实际的。需要在“两化融合”指导方针下，做好顶层设计，在提升基础自动化水平的阶段提前考虑信息化的要求，然后按企业自身条件，按“一次设计、分步实施”的步骤，稳扎稳打向前推进自动化和信息化改造。
（2）流程自动化与离散自动化技术及产品的自主化程度差别较大。市场需求的拉动，是自动化企业发展的主要动力。所以，在过去的几十年，特别是zui近的二十年，我国的自动化企业优先解决流程行业的基础自动化需求，并且经过国家持续的支持，我国在流程工业自动化系统的自主化方面，可以说已经取得了阶段性的胜利，DCS、仪表等关键产品大量替代进口，市场份额已经处在前列，比如在DCS方面见长的和利时、浙江中控、国电智深等企业，在仪表方面见长的川仪、京仪、天仪、上自仪等企业。但是，以PLC、动控制、伺服、CNC、机器人等关键产品为代表的离散自动化市场，目前仍大量依赖进口，甚至进口产品处于垄断地位。国内离散自动化市场的这种局面，对我国离散制造业的转型升级，形成了很大的制约。一方面，进口系统售价高、服务人工成本高、有时交流沟通成本也很高，而全厂自动化和信息化改造，往往需要大量的咨询服务。另一方面，业务流程再造涉及管理水平的同步提升，上马项目的风险很大，效果和投资收益难以预期。如果投资回收期超过5年，基本上客户会很少考虑上马自动化和信息化改造项目，一般希望2～4年收回投资。离散制造业搞转型升级，目前多数在自己摸索。
（3）技术和应用之间的鸿沟。对于自动化厂商来说，容易陷入一个误区，认为掌握的技术还不够多，产品还不够丰富，闭门造车发展新技术新产品。有时又自我感觉良好，认为自己无所不能，自我欣赏而不觉，热衷于推销技术而不愿深入了解客户的具体需求和应用。对于制造业客户方来说，面对一大堆眼花缭乱的自动化和信息化技术，面对自动化厂家的技术推销、概念推销，迷茫而无助。在自动化信息化技术和制造业具体应用之间，存在一条很宽很深的鸿沟，如何在二者之间架起一座桥梁，就商业价值和社会价值。
我们探讨离散自动化如何在制造业升级中有所作为？本质上就是探讨自动化如何为制造业客户创造价值。
从经济效果上来说，就是要帮助客户多赚取利润，也就是：要么帮助客户的产品多卖钱，要么帮助客户降低成本省钱。从具体途径来说，自动化和信息化改造对制造业客户的价值创造，要么是帮助其提高产品的性能和质量，要么是帮助其提升效率，甚至做到二者兼得，既提升了性能质量又提高了效率。自动化想要做出自己的价值贡献，没有捷径，唯有深入客户，找到客户的痛点和求，搭建技术和应用的桥梁，量体裁衣，为客户选择合适的技术，提供完整的解决方案，解决客户的现实问题，才能为客户创造价值。
制造业客户行业众多，从事离散自动化业务的企业本身在整个价值链上也处于各种各样的位置。应在研究客户、同行和自身的基础上，找准自身的在价值链上的定位，明确该定位应向客户提供的核心价值，对自动化企业而言至关重要。
从产品和服务的提供上看，离散自动化可能有以下几种业务模式：
（1）自动化通用部件产品研制和销售：从事控制器（PLC、运动控制器、PAC等）、伺服驱动器、伺服电机、减速器、机器手、变频器、步进电机、传感器、触摸屏、HMI软件等通用自动化基础部件级产品的研制和销售，走路线则遵循高性能高价格策略，走中低端路线则坚持够用、可靠、低价的策略。
（2）整机电控方案设计和成套：按机种设计和成套专用电控方案，如电梯、注塑机、绣花机、横机等行业的电控系统提供商。专用电控方案，在成本、易用性、整体性能适配方面，都要优于用通用自动化部件产品设计集成的系统，以此形成竞争力。方案一旦成熟，则可以规模化制造和销售。
（3）自动化整机研制和销售：综合机、光、电与自动化技术研制和销售自动化整机装备。整机装备作为标准产品规模化生产销售。
（4）生产线自动化系统设计和成套：按照客户生产线的具体布局，针对每一条线设计和成套自动化系统。每个订单按项目管理，项目成为公司的基本经营管理单位，每个项目的利润决定了公司的整体利润。
（5）自动化生产线研制和销售：针对客户的需求，不仅提供整线自动化系统，连同生产线的机械设备主体，都由自动化厂商设计、集成、调试，并zui终提供给客户。也是按照项目为基本经营单元来管理。
（6）全厂自动化信息化系统集成：这是范围zui深zui广的一种业务模式，从全厂自动化信息化集成的高度，统筹设计、集成各层的自动化和信息系统，完成全厂运营管理、产线自控、设备自控的深度融合与无缝集成，属于真正意义上的“两化融合”的要求。
纵观以上各种业务模式，很难泛泛而谈究竟哪种模式好，我们更应该思考哪种模式zui适合自己。找准定位，其实就是做自己擅长的事，并且专注去做好。专而精，精而强，强而大。唯有如此，我国的离散自动化企业才能突破目前不利的市场格局，在国外厂家占据垄断地位的竞争格局中争得一定的位置，同时也为解我国制造业发展难题、为促进我国国民经济可持续健康发展做出自己的独特贡献。
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