汤方晴 陈菲 王雷

宁波北仑是“中国压铸模具之乡”“中国压铸产业示范基地”，全区压铸模具产值占全国压铸模具总产值比重超过50%。北仑拥有模具企业近2000家，从业人员4万余人，已形成千亿级的压铸模具及相关产业集聚。中小微企业是模具行业的主体，北仑的模具企业中，除产值过亿企业15家、规上企业38家、注册资本100万元以上企业有360家，其余都是微型企业。面对越来越严峻的市场与疫情形势，北仑模具行业迫切需要通过数字化转型提高各项要素的使用效率，实现技术、产能、人才的协同，加快转型超越与集群发展。

数字化转型成效初显

模具行业的数字化转型是“工业强基工程”的组成部分，模具是多种装备与产品制造、配件与部件制造的基础，是事关大部分工业企业的效率、质量与效益。

2019年下半年，北仑开始部署模具行业数字化改造“百企提升”活动，在浙江省智能制造专家委员会的指导下，依托宁波创元科技有限公司（宁波创元）的“动态云脑”系统，首批选择了16家模具生产企业实施数字化改造试点，经过不断打磨优化，已经初步形成了以数字化改造模式为特点的模具行业数字化全面转型“北仑模式”，每家模具企業部署“动态云脑”系统基础模块的费用控制在30万元以内，“2周时间就可以完成1家企业”的数字化改造，实现模具企业从接单、生产到采购、外协等业务的实时优化，在试点示范中已取得了良好成效。

宁波臻至机械模具有限公司所制的模具已进入特斯拉（美国电动车及能源公司）的采购体系。2020年5月开始，臻至模具以宁波创元“动态云脑”系统为核心开展数字化改造，实时采集车间一线生产数据，对厂内所有生产资源进行监督管控，解决生产资源冲突、任务分配不合理等难题。6月中旬企业完成系统改造，虽然还在磨合阶段，但生产效率已经至少提升了10%。

宁波恒奇精密模具有限公司在薄壁注塑模具领域居国内领先地位。恒奇模具作为北仑首家全面数字化改造的模具企业，2017年3月开始导入宁波创元自主研发的Neural—MOS工业操作系统，当年6月系统上线后，在员工和设备数量基本不变的情况下，2017年下半年比上半年的产能从月均35副提升至70副、产能提升约100%、交期缩短20%、成本降低15%、返工率降低30%、管理人员减少40%。在Neural—MOS工业操作系统的基础上，2019年3月完成企业的加工任务数字化管理、加工过程数字化监控、进度实时追踪对比、零配件加工履历过程记录、品质统计分析、模具成本实时计算、智能试模辅助、售后人员调度等模块的数字化改造，对工厂内人、机、料实现高效科学的管理调度，进一步大幅提升生产效率，并促成了创元“动态云脑”的全面完善。

宁波君灵模具技术有限公司是为吉利、长城、奥迪、宝马、上汽等企业配套的大型精密压铸模具的制造企业。2019年10月由宁波创元依托Neural—MOS工业操作系统进行数字化改造，模具车间基本实现有序化、数字化、透明化生产，生产效率提高约30%，返工率减少约15%，管理人员减少约50%。

“三管齐下”探索企业数字化改造新模式

针对模具企业数字化改造的需求，宁波创元创新性地探索出“数字化生产管理经营云服务（动态云脑）”的模式，通过“Neural—MOS智能决策系统+各工岗微服务App+数字链指挥系统”的方式构建企业数字化体系（如图1所示）。

Neural—MOS智能决策系统可实时精准优化制造过程。模具作为典型的离散非标定制化生产产品，在需求、设计、生产、测试等环节上都存在高度不确定性的特点，加上每天均可能发生多次用户设计更改、返工返修与客户插单引发的重新排产，导致生产过程实时精确优化难度大。以往模具企业都会高薪聘请经验丰富的生产总调度来优化排产过程，但模具制造的任务不确定性和生产组织复杂性远远超过了管理人员人工排产脑力劳动的极限。

宁波创元依靠自主开发的神经元网络计算模型，以事件为驱动可实时响应企业订单变化和生产过程中的意外调整，依托实时获取的生产任务信息和采集的各类生产信息，通过智能动态排程算法能对生产过程和生产资源进行科学精准调配，并能够实时向动态排程、进度追踪、交期管理、设备管理、成本管理、绩效管理、品质管理等各类功能App发布指令，统管企业全局的运营工作，管理活动的响应速度和优化准确性均大大高于人工排程，亦远胜于过去的排产软件，大幅度提升了模具企业整体的管理水平。

Neural—MOS系统构建于云端，服务的是全局实时综合排产，集模具生产与经营于一体并提供云排产、云调度、云决策、云管理等对企业有核心价值的管理服务。Neural—MOS系统可支持加急、插单，并灵活调动资源全面保障所有订单按期交付。通过智能算法实时排产减少了设备的闲置率，使得生产效率可提升30%，通过计算机自动排程替代人工排产，使得生产管理人员减少50%，通过系统性、一体化应变的数字化管理，来优化生产秩序、保障产品的交货时间，使得模具交期缩短了20%。

各工岗应用微服务App实现了生产活动标准化规范化。模具是典型的定制化产品，零件繁多、架构复杂、设计需求与加工工序多变，每个产品都需要根据客户的实际需求进行定制化设计与制造。以往，大多数模具企业给各工岗下达生产任务后，各工岗主要根据生产习惯与经验来完成下达的岗位工作任务，经常出现质量难保证和生产进程难把控等问题。宁波创元与模具企业一起花费大量精力将生产经验与管理经验转变为数据结构与信息交互规范，根据模具制造各工岗的工作特点，开发了各类工业App，以标准化、规范化、蕴含工作经验知识的电子表单形式予以呈现，可满足各个工岗完成个性化任务需求，并能实现相关数据的采集、知识与经验的封装及运算处理。（如图3所示）。

基于电子表单形式的工业App是在不断纠错的积累中形成的数据表单，是优秀生产经验、优秀管理经验、信息交互规范与信息实时传达（支持拍照上传）的综合体，贴合工人习惯，便于固化生产经验数据，可实时追踪进度与结果。通过建立基于电子表单的App应用体系，制造过程数据可格式化、规范化沉淀，可减少50%的低级错误;通过数字化、实时化的信息传递，可提升75%的协作效率;生产经验得到沉淀、提升、传承，可降低30%的管理成本。

数据链指挥系统支持了工岗全面协同与任务主动推送。模具的接单、设计、采购、生产、装配等环节间的配合度与及时度很大程度上影响了模具的交期、品质与成本。实际生产中信息交互不实时、生产指令不同步等问题会极大影响企业的生产协作效率。宁波创元自主研发了智能实时动态生产指挥系统，并通过动态实时的生产与经营的数据链建设，实现了企业各类数据的实时采集与信息共享、生产指令的实时下达。

宁波创元以数学建模的方式将现实世界中的人、机、料、法、环抽象封装，来构建虚拟工厂，与现实工厂构成双向同步映射，构建了实时动态的生产与经营一体化数据链，如图4所示。真实工厂中的工人、机器、物料等生产资源通过数学抽象封装成计算机中对象，打造成模具车间（企业）可智能实时动态生产指挥的数据链，再依循工厂的责权利架构，建立中枢神经指挥系统，实现指令高效下达与信息高效精准交互，进而达到生产事件实时采集、生产信息实时交互、多部门协同生产的效果。

企业的订单、设计、生产、装配等人员或设备全部接入数据链，企业的各类信息与指令均可以通过数据链进行实时交互。通过构建动态生产指挥数据链，可以帮助企业大幅提升信息交互效率，提高应对异常问题以及突发事件的能力，实现生产资源的优化调度，最终实现企业生产效率跃升。相比于大部分被动式记录系统或者流程式计划系统，实时动态生产指挥数据链灵活性高、柔性强，在不确定性事件频繁发生的情况下，可以實现对人、机、料等进行科学及时的优化调度，在非标离散化制造领域具有明显优势。

数字化改造模式的三点启示

“北仑模式”为数字化改造模式带来三点启示：

企业数字化转型应因时因企制宜，可以“先数字化后自动化”。企业数字化的本质是“在数据+算法定义的世界中，以数据的自动流动化解复杂系统的不确定性，优化资源配置效率，构建企业新型竞争优势”。如果说设备的自动化替代的是体力劳动者，那么数据流动的自动化将替代脑力劳动者，数据流动的自动化才是工业4.0的本质。经过40多年的发展，北仑模具出村入园，基本完成了从“低小散”向规模化、集群化发展的转变，目前的核心任务是通过数字化转型实现规范化、科学化、精细化管理，使生产与经营的管理得到内涵式的提升。北仑的模具企业打破了过去“必须先自动化后数字化”的固定思维，把数字化转型的重点放到打通数据、用好数据上来，用实践证明了“先数字化后自动化”是正确有效的。

“低成本”的数字化改造是与工业中小企业的投资能力完全匹配的。首先，中小企业投资能力偏弱，骨干模具企业基本上处在注册资本百万元量级、年营业额千万元量级的水平，数字化改造过高的投资成本让他们难以承受;其次，在新冠肺炎疫情的冲击下，企业面临的形势更加严峻，投资能力进一步受损。宁波创元的数字化改造模式顺应了当前中小企业对数字化技改“投资少、效益好”的期盼。轻量化的技改模式下，工业企业不需要购买自动化设备，只需购置一定数量的硬件、平板电脑、工业网关等智能模块，就可以与模具云Neural—MOS智能生产与经营的管理系统、全部工岗的数据连接，平均每家企业实现整体数字化改造的成本仅为30万元，因而受到了企业的欢迎。

“短工期”技改有利于破解日常生产经营与数字化技改的矛盾。模具企业生产任务一般都比较饱满，不允许长时间全面停产来进行硬件改造与软件配置，否则会冲击企业的正常生产经营。宁波创元的数字化技改模式通过采用“智能模组与智能硬件模块积木式组装+应用微服务软件从平台上下载”的形式，较好地解决了技改与日常生产经营的矛盾。首先，通过开发“全员易学好用”的云化微服务产品，将ERP、MES等软件解构并灵活地进行云化处理，将模具生产工艺、生产机理等工业知识整合为工岗微服务App，部署便捷，企业全体员工学得快、用得好;其次，对各岗位的核心工作内容、生产过程、业务流程不作重大调整，采用的轻量化技改模式大大缩短了技改工期，“2周时间就可以完成1家企业”的数字化改造，让企业解除了因为技改要影响生产经营的担心。

（作者单位：浙江省智能制造专家委员会研究与咨询部）