疫情之下,看清我国印刷系统的集成化智能之路

   新型冠状病毒成了2020飞出来的一只黑天鹅,给所有国人带来了前所未有的冲击。疫情之下,倒逼着社会运作和人民生活方式加速向数字化、网络化、智能化方式改变。我们可以清晰地看到,“线上购物”加速替代“线下购物”、“线上办公”加速替代“线下办公”、“智慧城市”加速替代“传统城市”和“线上获客”加速替代“线下获客”等。那么,这次疫情会对印刷工业带来什么样的变化呢?

本文将试着从当前疫情下印刷系统表现出的形态出发,结合集成化智能制造相关理论,探讨分析我国印刷系统实施集成化智能制造优化的若干基础问题,为疫情过后,更加有效地实施印刷系统集成化智能制造的转型升级奠定基础。

 

      极端运行环境下的印刷企业

“水位降低,河床的问题就暴露出来了!”,此次疫情可以视为是对印刷制造系统和管理系统的一次“集成化智能制造水平”的体检。在国家各种疫情管控措施综合作用下,现有印刷系统暴露出各种弱点。从制造角度来看,暴露出的各种问题大致可以分为3类:“库存告急”“员工短缺”和“网上办公不适”。而这些问题将倒逼企业加速向集成化智能制造改变。首先,我们来分析一下这个问题产生的原因,这将有助于我们看清问题,进而解决问题。

“库存告急”体现出的现象是库存和生产不同步。导致此问题的原因可能有:远程办公不能及时获得库存情况;车间人员短缺,车间物料消耗情况没有及时反馈;紧急业务印刷系统响应缓慢;上游供应链复工情况不清楚;物流配送资源不充足等。

“员工短缺”体现出的现象是员工不能悉数复工。产生原因可能有:印包制造现场是人员密集型生产;设备运行依赖人工现场控制;人员的生产经验影响生产质量;车间物资转送、信息采集传送挤占了人员使用。

“网上办公不适”表现为初次网上办公准备不充分。产生此现象的原因有:相关办公软件要在家庭电脑里安装;需要拷贝办公电脑里的办公数据;原办公管理系统不适用远程办公; “线上获客”能力不足;公司敏感数据获取难等。

然而,我们从问题产生的根源进行分析,则会看到产生这3类问题的本质原因。

“库存告急”问题的本质原因有:仓储系统没有与生产车间进行信息集成,车间物料消耗情况不能即时反馈;仓储系统没有与上游供应链进行信息集成,供应链上的物料供应信息不能即时反馈;订单数字化、智能化处理能力不强,使得新业务的物料需求计划感知不及时。

“员工短缺”问题的本质原因有:生产设备的数字化、集成化、智能化水平低,需要大量人员现场操作;精益生产模式下的标准化生产体系未构建,使得工人操作还以经验为主导,对操作工能力要求高;基于机器人、自动传送带等的物流智能传送体系未构建;基于物联网的车间信息感知体系未建立,信息的采集传递依赖于人。

造成“网上办公不适”的本质原因则有:员工不具有数字化办公思维;未搭建基于云计算的生产控制与管理的云系统,不能实现远程访问相关数据并使用无需安装的云软件服务(SaaS);数据分析处理软件不够智能化,使得数据处理、决策过程费时费力;印刷制造系统和管理系统没有与线上销售平台集成,使得“线上获客”能力薄弱。

面对问题,用“发展”来解决问题,将会给未来照亮可持续的发展之路。在集成化智能制造视域下,“库存告急”“员工短缺”和“网上办公不适”可以分别转型升级为“智能仓储”“智能车间”和“云制造”,从根本上解决问题,并实现可持续发展。

“智能仓储”采用自动控制技术、智能机器人堆码垛技术、智能信息管理技术等实现仓储与供应链、生产系统的集成,以及仓储无人化管理。其具有快速感知车间物料消耗、快速感知物料供应情况、及时准确的库存真实数据、合理保持和控制企业最低库存等特点。

“智能车间”则通过网络及软件管理系统把数控自动化设备(含生产设备、检测设备、运输设备、机器人等设备)实现互联互通,达到感知状态(客户需求、生产状况、原材料、人员、设备、生产工艺、环境安全等信息),实时数据分析,从而实现自动决策和精确执行命令的自组织生产的精益管理境界的车间。

“云制造”是在云计算、物联网、虚拟化和服务导向型技术等支持下的一种先进制造模式。云计算涵盖了整个产品生命周期中的设计、模拟、制造、测试和维护,因此通常被看作是一个平行的、网络化的、智能化的制造系统(“制造云”),而这个系统可以更加智能地管理生产资源和能力。

可以看出,这些现代制造系统技术将会从根本上解决传统制造系统中的诸多问题。随着技术的发展,当今已出现了多样的现代制造系统技术,其概念、名词和特征也非常丰富。这些将有助于我们不断细化和丰富现代制造系统技术,但对于实践者来说,则需要抓住这些技术的核心特征,由此将有助于我们清晰化制造系统转型升级实践的主线。

集成化智能制造视域下的未来系统

在诸如精益、虚拟以及拥有快速反应系统等当今现代制造系统技术的众多特征中,有两个突出的特征必定会延续到下一代制造业中,即“集成化制造”和“智能化制造”。因此,我们在对印刷系统进行转型升级时,应牢牢抓住“集成化制造”和“智能化制造”这两大特征,将传统的印刷系统升级为“集成化智能印刷系统”。

1.集成化制造

“集成化制造”的特征是指集成化智能印刷系统的内部和外部均呈现出前所未有的系统“大集成”特征。在各自的印刷系统内部,首先,设计、生产、销售、服务、管理等过程实现动态智能集成,即制造系统内部的纵向集成,实现组织内的信息与知识共享,人们可以更加有效地使用公司内部资源(包括但不仅限于信息、数据、资金和人力资源)。其次,印刷系统与(外协/联盟)印刷系统之间基于工业智联网与智能云平台,实现集成、共享、协作和优化,即制造系统间的横向集成。

印刷系统与外部环境也将呈现出“大集成”特征。印刷制造业与金融业、上下游产业、客户的深度融合形成服务型制造价值链。价值链上,客户需求拉动了价值生产与服务。同时,客户的反馈能够轻松及时地获得,价值链延伸到产品的客户服务上。这种印刷系统与外部的集成,将促使其与智能城市、智能农业、智能医疗等交融集成,共同形成智能生态大系统——智能社会。

2.智能化制造

“智能化制造”特征是集成化智能制造应该具备“新一代人工智能”特征。其要求印刷系统可以通过传感器完成感知获得信息,通过决策运算模块计算出结果,进而控制执行部件完成。并且,还要求系统具有知识的自我学习能力,最终实现在几乎没有人为干预的情况下,在正确的时间和地点自动做出正确的决策。

3.集成化智能印刷系统

在集成化智能印刷系统(如图1所示)内,将呈现出“人-物理-信息”三元深度融合的印刷系统。系统中,具有先进制造技术的物理系统代替了更多的体力劳动;具有新一代人工智能特征的信息系统与物理系统深度融合,并代替人完成大量脑力劳动,包括部分创造性脑力劳动。

 

 

因此,在实施印刷系统优化升级时,应该抓住“集成化”和“智能化”这两个特征。在使用所谓先进制造技术进行判定时,就要看其是否促进系统朝着“集成化”和“智能化”方向发展。随着系统内设备与技术的升级改造,系统的数字化、网络化和智能化能力在不断增强,系统的集成智能化水平也将朝着数字化、集成化和智能化水平进行阶跃 

 

 

系统优化的基础问题

具体实施印刷系统的集成化智能制造优化时,虽然各类企业的实际情况及应用的具体使能技术是各种各样的,但是优化前需要注意的基础性问题是一致的:系统优化的技术路线选择;生产管理模式优化;高集成化系统的基础;系统各要素间信息交换的数据格式;网络安全;人的能力需求。梳理清楚这些基础问题,将为后续的集成化智能印刷系统的持续优化奠定坚实的基础。

系统优化是为实现企业适应今后企业环境的经营战略。因此,选择系统优化的技术路线时,首先要确定企业未来的经营战略,针对企业实际情况出发,选择合适的技术路线。对于一个旧系统的优化改造,一个“点带线、线带面”的技术路线更符合改造实际,且问题导向的改造计划更具有实效性。

集成化智能印刷系统在进行系统优化实施时,管理、生产组织模式这一宏观层次十分重要,直接影响系统的效能。生产模式、管理是现代先进生产系统中首要的决定性因素。生产系统的优化问题,是管理(也是控制)在微观层次上的体现,所有技术都是支撑目标生产管理模式的实现。当前,印刷系统面对微利、大规模小印量,精益制造模式可能是更好的选择。

物联网为制造系统实现高水平的集成提供了一个独一无二且必要的基础,其能够将制造系统的所有元素连接在一起。基于物联网技术,可提高数据的采集效率,并极大地提升数据的质量,实现高质量的系统信息集成。高集成化的环境对于集成化智能印刷系统至关重要,因为其为数字孪生(Digital twin)提供了坚实的基础。数字孪生实时地对生产系统的物理世界进行数字映射,并在数字映射的软件系统中实现虚拟预制造,且能通过软件系统控制生产系统的物理设备。显然,数字孪生实现了信息系统和物理系统的深度融合,为新一代人工智能提供高质量的大数据,也促进了无人化的智能车间成为可能。因此,没有高质量的集成化水平,就没有高质量的智能化。

统一标准化的接口数据格式,是系统各要素间信息高效交换共享的基础。CIP4组织开发的JDF数据格式已是目前事实的印刷工业接口数据标准。JDF是一种通用的、基于XML语言的、用于印刷工业的、覆盖印刷作业全面生命周期的数据交换格式。XJDF旨在面向工业4.0,结合了XML及相关工具的发展而发布的新的简化标准,是JDF标准的迭代版本,专注要素接口间的信息交换。目前,CIP4让JDF 1.6和XJDF(JDF 2.0)两个版本的标准并存,但面向未来,在进行印刷系统集成时,应尽可能采用XJDF作为要素间统一的信息交换格式。

随着网络技术的进步,尤其是移动网络系统的发展,个人隐私和公司安全仍然是一个重要课题,因为这不但关乎信息保护,更重要的是关乎先进印刷系统的安全。在准备实施“集成化智能制造”计划时,保障网络安全仍然是各企业的首要任务。

从图1可以看出,集成化智能印刷系统中,人同样是重要的组成要素。离开人,只关注先进的印刷包装设备、物联网、机器人,以及那些先进的AI等信息化技术,那一切都等于零。但在大部分体力劳动和大部分创作性脑力劳动被物理设备和信息系统替代后,对先进印刷系统中的人的要求就会越来越高。系统中将需要“高技能、高责任心的人”来完成设备不能完成的高技能,需要“富有创新能力与激情的‘创意精英’”来完成更具创造性的工作。

疫情之下,从系统暴露出的问题出发,积极筹划,将危机化为发展的机遇,相信经历这次病毒的洗礼,必然会有一部分企业迈上新的台阶。

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