王爱民:制造系统重构配置的本质逻辑

智能制造随笔
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《孙子·虚实篇》:“夫兵形象水,水之形,避高而趋下;兵之形,避实而击虚。水因地而制流,兵因敌而制胜。故兵无常势,水无常形;能因敌变化而取胜者,谓之神。”(地面步兵的巅峰组织案例可以参考抗美援朝战争中我军纵横捭阖的穿插组织,海陆空信多维综合的巅峰作战案例也许可从今天开始的俄乌战争的事后复盘中得到启示)。这则孙子兵法道尽了制造系统重构配置的最高宗旨与原则。

可重构制造系统(RMS)是上世纪90年代提出来的概念,一经提出就得到了学术界和工业界的广泛关注。可重构指导系统是指能够通过对制造系统结构及其组成单元进行快速重组或更新,及时调整制造系统的功能和生产能力,以迅速响应市场变化及其他需求的一种制造系统。其核心技术是系统的可重构性,即利用对制造设备、功能模块或相关组件的重排、更替、剪裁、嵌套和革新等手段对系统进行重新组态、更新过程、变换功能或改变系统的输出(产品与产量)。

德国工业4.0提出之前,国外所开展的PACK ML工程,其中所运行的柔性乃至实时PLC思想,本质上来说属于控制上的动态(可)重构配置,也为德国工业4.0所倡导的智能制造本质”自动化+柔性”直接提供了作为基础性底层支撑的管理壳的直接站台背景。

没有什么是一蹴而就的,所有的事物或技术都是从量变走向质变,都是在螺旋式的上升,或以渐变性或以代际性的方式在持续发展。智能制造也只是突出了智能而已,制造系统的运行自有其内在的发展规律,并不会因为名字的变化而有丝毫的摇摆。

当天围绕智能制造所提的各种各样的概念,其实也是在延承和扩展可重构制造系统的内涵,也都是在践行”水无常势、兵无常形”的兵法策略。

(1)制造装备本身的硬件重构,就如同我们在各种制造单元里面的看到的各种快换工装或者零点定位系统。这是一种硬件或功能的重构。

(2)制造单元也从之前的类似刚性流水线向基于地轨机器人或者硬连接物流的形式向基于移动AGV柔性衔接的方向发展,通过软件控制的制造指令或者活动的调度配置(这也是一种APS)实现动态灵活的运行。这是一种控制层次的重构。

(3)制造生产线或系统也从之前的硬连接刚性流水线向离散型柔性线发展,并进一步的从物理制造单元向逻辑制造单元转变,这种思想方式必须要通过 APS。这是制造系统面向资源配置运行功能组织的重构。

(4)对于设备级的CPS或者数字孪生,其实是对于制造装备的运行赋予一种基于知识和机理的工艺级执行控制,并且以再现或者实施的方式,对于实际的装备优化运行参数进行干预与协调。这本质上来说是一种工艺执行性能层次的重构。

(5)还有很多…………………

但可以预见到,大规模定制或者批量为1的极端性制造系统运行是智能制造的巅峰,其本质也是对于制造系统各种类型与维度的重构配置的极限要求,当前见到的各种各样的新概念或者系新技术也都是在很大程度上为这个目标提供支持的。同样,按照这个趋势往下分析,也许有助于可以提前预见和捕捉到后续的技术趋势,最起码不会盲目的人云亦云和跟风瞎跑。

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思考使人快乐,看来捡读经典的兵法书籍和解析经典的战争案例大有必要。但,就本文而言,一己之见,仅供参考。

作者信息:王爱民,就职于北京理工大学数字化制造研究所,长期从事MES、APS等技术研究、系统开发与实施应用。

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       原文标题 : 王爱民:制造系统重构配置的本质逻辑

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