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Viewing from the updated research achievements in the world about intelligent e-wears since the 21th century, the essay explains three key technical breakthroughs, which are design in layers, application of sensors and embedding into fibers. Meanwhile the essay presents their application areas and foresees that intellectualization of wears will be of definite trends in the future.
电子及网络技术对人类生活的影响深远,无论出行、居家、办公、社交,乃至救援等紧急事务的处理,人类都已经无法摆脱对电子及网络技术的依赖。研究和开发具有智能化效用的服装合并技术,将各种功用的电子产品植入服装,使之“随身携带”,成为服装的发展趋势之一。
1 智能化电子服装研发的基础
服装与电子技术的合并技术,早在21世纪初就被许多国际顶尖的电子技术实验室尝试开发过。2000年9月,美国MIT媒体技术实验室(以下简称MIT),开发了一种可以接入互联网系统的服装。这标志着服装设计开始脱离长达几千年的纯纺织品时代,而进入一个全新的电子纺织时代。
MIT很快又开发出一种可以戴在手腕上的计算机系统,将显示器安装在腕上,腕下是键盘,袖片合缝处嵌条,内置连接线缆,与放置在肩头的处理器相连,虽然整个设计就像是一台微型计算机背在身上,无法摆脱笨重繁杂的设计局限,但毕竟实现了输入输出文本和处理日常事务的基本功能,使携带计算机系统成为可能。
要超越以往所有机器设备的定义与价值,把计算机看成不只是放置在桌子上供人使用的一般性机器,而是一种能够帮助人类在日常生活中随时随地进行交流的活动性系统,这是MIT对计算机技术的最新定义。在前期研究的基础上,MIT开始致力于线缆以及模块的微型化技术,并把模块分散放置,在一定程度上减少了沉重感,增加了服装本身的舒适性,然而,线缆的繁杂连接,以及部分大块量模块如电池、线路板无法最小化的技术局限,仍然严重影响着服装外形的流畅感,也在根本上没有解决洗涤、晾晒、折叠、保养的严重不便。电子服装还无法实现真正的生活化。
无线上网技术的实现,给近乎走进死胡同的智能化服装的研发带来了福音。发源于MIT的Charmed实验室,以研究成本低、体积小的无线网络技术著称,它以项链、耳环、头盔、腰带以及太阳镜等各种服装饰品为研究对象,利用微型模块技术和无线技术的双重优势,将智能化服装的研究推向了一个新领域。它将极度微型化的计算机模块放置在饰品中,使每一个饰品成为一个单独的计算机系统,并使网络接收与音视频系统相关联,也可以分别放置在 2 个或多个饰品中,使之共同协作,实现无线上网。
2 智能化电子服装的技术性突破
2.1 分区设计理念 ―― 智能化的成形
Charmed的成功没有超越硬质材料的局限,却在微型模块和无线技术上给了Starlab技术人员新的创造平台,他们结合比利时设计师Van Beirendonck在2004年秋冬时装展上以线为设计元素,按照人体结构将服装表面有机分区的设计理念,在解决安装计算机模块与保证服装的流畅外形、柔软性和舒适性的矛盾中找到了突破口,推出了世界上第一例成功的实验作品 ―― 智能化男衬衫。
Charmed的技术人员将衬衣的前后片巧妙地分割成几片和几层,将计算机系统分散其中,片与片、层与层之间根据设计外观的需要任意连接组合,或用嵌入式拉锁相连,或以一种嵌入了微型电子模块的滚条相连,滚条用一种防水、防皱、不易磨损、柔韧感极强的特殊材料制成,计算机微型模块嵌入其中既可以做到完全不可见、不可触摸,也可以避免水洗、翻折、晾晒等带来的磨损,在很大程度上即实现了智能化服装的轻便、耐磨与运动的舒适,又保证了服装外观的简洁、流畅甚至合体。
由Starlab实验室首创的这件实验作品,其裁剪方式、领、袖、前襟等局部设计与传统的男衬衣没有任何区别,外形经典且活动自如,标志着智能化服装研发的巨大成功,真正可以日常穿用的智能化服装问世。
2.2 感应器的介入 ―― 智能化程度的提高
在分区设计的基础上,Starlab实验室进一步尝试将感应器应用到服装中,将带有位置感应器的计算机芯片安装在服装的领部,把麦克风安装在领角,使穿着者通过声音自如地控制所有的信息收发,成功实现了GPS定位与电话、上网等功能的自由切换。
接着,Starlab实验室又尝试将这样的计算机芯片安装在小孩、宠物或者车门钥匙等重要物品上,并将它与主人身上的感应器对接,成功实现了服装的实时追踪功能,服装智能化的应用空间从日常事务的信息化处理、娱乐休闲,一下子扩大到了特殊职业、人群在特殊场合的多种用途。
感应器技术的不断进步,大大提高了服装智能化的程度。Starlab实验室对感应器的开发不仅拓展到了对环境中空气污染、味道、光、噪音、温度等的探测,更拓展到了对人及动物生理条件的探测。Starlab实验室发明了一种可放入内衣中的微型“动态感应器”,当穿着者处于卧姿时,内衣就会自动将穿着者的手机来电铃声转化为留言;在穿着者坐起时自动播放;当穿着者斜倚微睡时,就自动播放轻音乐以舒缓心情;而当穿着者剧烈运动时,就播放节奏感较强的动感音乐以活跃神经。
Charmed实验室则发明了一种“味觉感应器”,可以随时检测到生活环境中的有害物质,然后触发面料组织自动吸收,减少挥发性有害物质对人的侵害。伦敦味觉设计实验室则利用电子鼻技术又发明了“心理味觉器”,里面含有可以影响人的大脑以控制心情的特殊的香味分子,当感知到人的体温、心率、兴奋度发生变化时,就会自动发出信号,释放出一种特殊的香味来调整,这在某种程度上可以预防和治疗轻度抑郁。Charmed 实验室甚至还发明了一种叫做“激素伴侣”的东西,可以感知对方的外激素特征,帮助穿用者找到和自己最和谐的对象来交友或者择偶。
2.3 电子植入技术 ―― 材料的突破
Starlab实验室在感应器试验成功的同时,一直在寻找一种能将计算机系统直接织入面料和纤维的技术,试图让计算机系统和服装真正融为一体。Starlab实验室技术人员发现了一种可传导信号的合成纤维 ―― Kevlar®,强度可与钢丝相比、柔软质轻又具有传导性,可以单独使用,也可以和织物纤维混合使用。将这种传导纤维纺成的线做绣线,通过一定的路线设计,使之连接服装分区中的感应器和必要的硬件设施,在服装表面进行刺绣,不同的刺绣路径,创造出不同的闭合电路,使电子刺绣成为整个无线网络系统的基础,这一技术的突破,既降低了成本,也大大减轻了服装的配置,是服装智能化的又一次飞跃。
与此同时,美国IFM服装公司发明了一种特殊的“墨水”,可以被各种纺织面料、皮革及珠宝材料吸收,吸收后的“墨水”很快胶化成一定的形状,附着在吸入它的材料中,形成一个特殊的区域,区域表面平整、透明,不但没有明显的鼓起,且没有线缝痕迹,可以作为显示器很好地显示图像及动画,实现了服装与电子技术真正的浑然一体。它解决了智能化服装中视频系统无法隐蔽设计的难题,显示器的位置、大小、形状可以自由安排、任意调整,成为纺织材料电子化的又一次飞跃性的突破。这种结合化学及材料科学进行电子植入的新技术,再次拓展了智能化服装的发展前景,并提供了更加广阔的研发空间。
3 智能化电子服装的可应用空间
3.1 日常生活的便利与情感满足
服装的智能化首先将给人类日常生活与工作带来极大的方便,它可以将各种电子产品集于一身,使人通过服装与周围环境最大限度地连接,人们几乎可以随时随地进行娱乐、聊天、购物、冲浪、商务处理、决策行动等。人类生活的形式将越来越简化,而享受的内容越来越丰富。
不仅如此,智能化服装还可以创造情感功能来抚慰人的心灵。当人忧伤、沮丧时,它可以通过生理感应器感知,或触发音乐系统来舒缓心情,或启动语言功能实施心理救助。
3.2 健康维护及医疗救治
智能化服装在人类健康领域贡献巨大。智能化白大褂的应用,可以帮助医生随时观测到家中或医院病人的情况,搜寻到病人的病历和诊断报告,并与其他地方的医生进行会诊,尽早做出诊断方案并给予治疗。
对于普通患者或健康人群,智能化服装可以帮助他们随时检测自身的身体功能,并把数据传输给医生,与医生及时联络对话,得到有效的治疗方案;对于特殊病人,智能化服装的用途则更大。比如,偏瘫患者常因部分身体缺乏知觉而造成着装不当带来的血液不畅而加重病情,如在内衣、关节等压迫较强的部位放置血流感应器,可以尽早感知到血流的减弱,提醒患者及时调整着装。在血糖病人的衬衣中放置血糖水平感应器,可以随时感知病人血糖的高低,并触发衣服的面料组织通过电子脉冲释放药物,使皮肤很快吸收以调节血糖水平。
3.3 军事领域
保护性和可交流性是野战士兵时刻都需要的 2 个重要功能,将士兵的军服设计成可根据环境色彩而变色的智能化服装,比现有的迷彩服设计更进一步,无论在什么环境中都能起到很好的隐蔽作用,适于现代战争环境作战使用。利用士兵着装中的味觉感应器探测一定距离内的毒气及有毒性化学物质,及时撤离和采取规避措施,或者触发织物内防毒设施的启动,可以有效减少伤亡。利用位置探测仪探测敌人的位置、军力以及装备情况,并把这些信息及时传播到指挥部,可以让指挥部及时作出战术分析和调整。
美国防御技术研究事务部DARPA已经研制出一种带有微型相机的头盔,在士兵的眼睛视野之内的景物可以被自动搜寻并传输信息给指挥部,指挥中心第一时间掌握战地情况,做出迅速反应及正确的决策。作为美国军队研究基地的乔治亚理工学院,则研制出了可以在战斗中随时探测到士兵身体及战地状况的衬衫。带有GPS系统的衬衫可以给士兵提供路径指南,并通过声音系统连接到作战伙伴,以实现远程协作作战。受伤的士兵还可以通过声音系统联系医生和后勤指挥部,请求救援,也可以由后勤医生通过士兵衣服上的生命信号探测仪接收到战地士兵的信息,并通过定位系统准确定位,给予及时救治。
参考文献
[1] Cathy N. Davidson,David Theo Goldberg.The Future of Learning Institutes in a Digital Age[M].Boston,USA.:The MIT Press,2009:67.
[2] Bradley Quinn.Techno Fashion[M].Oxford,UK:Berg Publishers,Oxford International Publishers Ltd.,2007:104-106.
[3] Walter De Brouwer.From Science Fiction to Scent Fact[M].2000,Boston,USA:Charmed Technology Press,2000:87.
智能设备应对“用工荒”成企业之星
本次在青岛国际会展中心举行的中国北方第一大缝制设备展会即中国(青岛)国际缝制设备展览会上,智能环保的缝纫设备成为各大企业争相追捧的对象。“以前缝制一件衣服的钉扣子流水生产线,需要由四个工人共同完成,现在使用‘智能’钉扣机器后,由一个人负责控制电脑程序,缝纫机自动就能完成全部的钉扣流水线的工作,基本实现了无人操作。”青岛荣信泰服装设备有限公司的王荣合经理告诉记者,为了应对劳动力成本上涨及“用工荒”的压力,青岛很多服装企业都启用 了“智能”无人缝纫设备,这种设备不仅节省劳动力成本,而且省电,低碳,机器采用全封闭设计,无机油泄漏,环保又能保障劳工健康。
电脑化制衣吊挂系统、衣服自动裁剪系统等智能缝纫设备在展会现场受到广泛青睐。“今年年初,因为‘用工荒’问题,我的服装加工厂差点因停工倒闭,今天到会场就是准备购买几台‘无人’缝纫机,以应对随时可能出现的用工荒。”岛城一家服装厂的宋经理称。
众多企业在看到各种智能设备时,无不表现出惊喜之情。此种智能设备不仅能实现服装行业信息化,降低生产成本和缩短交货周期,而且更换模块操作简便,易于维修。仅需一人进行技术操作,大部分操作基本由电脑自行运作完成所有流水线的操作,既节省了时间,又减少了劳动力消耗。
目前我国缝纫机发展的现状
对服装生产过程实现智能化控制在一些发达国家已经是很普遍的现象。在对国内服装行业的一次摸底调查中发现:智能化缝纫机在很多国内企业看来并不是陌生的词语,但是开始采用智能化系统操作的只有极少数的大型服装企业,对于大多数规模有限的中小服企而言,近期内实现智能化操控并不 现实。
山东省胶州市九龙镇村民匡华春从事纺机加工,他介绍说:“国内目前使用的缝制加工用高速缝纫机,速度可达5000转/分钟,机针可以凭借高达4米/秒的速度穿透面料。但在这样高速的缝制过程中,机针和缝料之间无疑会产生剧烈的摩擦,这会导致机针针温过高,严重的会将化纤织物烧成熔洞或造成化纤缝线熔融;如果针孔过线的阻力增大,那么面线成环的条件也会恶化,引起跳针或断线。由此可见,针对不同的服装款式、不同的面料和不同的缝纫部位,如何做到科学合理地选择机针是十分重要的。”
记者在中国缝制机械协会了解到,多功能缝纫机可以缝制曲线、锁边、缝扣眼等,基本可以满足家用的所有需求。而一款智能化绣花机可以与U盘相连,将其中的图片直接绣出。据飞跃爱家多功能缝纫机华北区总经理魏强介绍,目前缝纫机的消费人群中年轻人的比例直线上升,它越来越成为家居时尚体验的工具。消费者已经开始将多功能缝纫机定位成一件“家居玩具”而非为了节省而使用的“生产工具”了。
网络化智能化缝纫机的优势
一是将传统的分散生产模式改变为集约型的生产模式。传统的生产模式指的是家庭式的生产模式。这种生产模式以家族或家庭、一个小区或自然村为单位,因而分工不明确,各自进行生产或加工的过程,不能达到资源的合理配置,容易造成资源浪费。网络化智能化的缝纫模式不仅能够充分利用网络平台,而且能够充分利用和配置缝纫机资源,以达到这样的目的:厂家(或委托网络运营商)做好需要生产的花样,然后从网络上查找缝纫机资源,或者缝纫厂家通过网络,查找到自己要生产或加工的商机,接着厂家便可以计算出产品的生产时间,以免误了下道工序的产品生产,这样能够合理配置各种缝纫机资源,从而提高生产效益。
二是自动化、智能化程度高。传统的缝纫机是一立体机器,一般硬件部分有机械部分、控制部分、电源部分, 现在大部分花样机是以单片机或单板机作为控制。网络化智能化缝纫机生产模式改变了单机的生产模式,把各种针车挂在网络上,随时可以生产需要生产的花样。而且操作简单,只需往针车发送花样即可生产。如果用户需要,可以实现远程分发花样。
三是提高了产品质量。北京东兴汇邦商贸有限公司匡淑梅经理表示:“在分散型的针车加工生产模式中,一般是自己进行打版生产,即便有打版师傅,也是局限于自己的行业生产,不会进行业务研究。网络化智能化缝纫模式有专门的打版师,这打版师负责网络上多用户的打版业务,打版方式多元化,有利于打版技术的日益精湛,而且是用专业的打版软件,不用针车自带的打版器。”
四是合理利用针车,实现针车多元化的生产模式。一个工厂可能有多种针车,不同的针车打版花样格式不同,不同厂家的针车其需求的花样格式也不同,但现在比较流行的针车,其控制电路大同小异,网络化智能化缝纫模式可以转换花样,可以在不同型号的针车上生产同型号的花样。
节能环保引导智能化缝纫机的发展新趋势
随着人类工业文明的不断发展,我们所面临的生存环境也在不断恶化,因此,低碳环保引起了全世界的共同关注。如在德国科隆举办的德国IMB2009――科隆国际服装生产技术和纺织品加工博览,就是以“生态”和“可持续发展”作为主题。在缝制设备行业内,要求产品具有节能、省资源、低噪音和低震动的特点,同时还要符合人类环境改造学并拥有友好的用户界面,也就成为了大势所趋。
从服装行业自身的发展现状来看,目前原材料价格持续上涨、用电成本不断提高等因素造成企业利润缩水,因此服装企业不得不主动去面对并解决如何节能的问题。所以,在采访中,很多服装企业也都表示希望市场上能多一些节能环保型的缝纫设备。
传感器是将各种物理化学等非电信号按照一定的规律转化成为便于处理和输出的其它物理量信号(如电压或电阻信号)的器件或装置,它在功能性服装研究中起着重要作用。针对服装的特殊需求,采用相应的传感器对功能服装的各项指标进行测试,实现对着装人体内外环境的各种信号变化进行测试、采集和显示。功能性服装是指服装具有一定的功能性,如保健功能、美化人体功能、保护人体功能等,在满足其特有的功能外,更着重考虑人体着装舒适性。传感器在功能性服装中的应用主要体现在对服装舒适性指标的测定和信号的采集,为服装提供实时的测量、监控,实现对着装人体的动态测量与监护。传感器技术、电子技术和纺织技术的发展,以此三大技术的相汇融合,为打造高科技服装奠定了坚实的基础。
1.1传感器在研究舒适服装中的应用
传感器在服装舒适性研究中的应用主要体现在对服装舒适性指标的测试上。服装舒适性是指在一定的环境下,人体着装后能够满足其生理和心理的需要,使人处于满意或愉快的状态,能够利于人体运动和日常生活工作的服装性能。它是物理、心理、生理等多种相互作用的综合结果。一般情况下,通过对服装压力、温湿度等指标的测量,可以评论服装选材、结构合理与否的人体舒适程度。但由于服装是穿着在人体上的,人体曲面的复杂性及人体运动时的生理、物理变化的复杂性,给其测量带来不同程度的困难。利用传感器建立服装舒适性指标测试系统,可以满足精确测量着装人体静止或运动时的服装压力、温湿度变化等各项设定的指标,较直观地实时在现决定服装舒适性的综合指标,从而对服装的舒适性做出评断。测试系统工作原理框图如图 1。
工作原理为:利用传感器测量服装的压力、温度、湿度等各项舒适性指标,将测量出的物理信号转化成电信号,通过数据采集器,A/D转换放大后输入到计算机。由计算机对数据进行分析处理,计算、显示,通过图中路径 1(实线)输出打印分析结果,供设计人员改进调整服装设计与制作。通过传感器对各指标的测试一改传统对服装舒适性的主观评判,为舒适化服装的舒适性指标测试提供了可靠的数据基础。
1.2传感器在研究智能化服装中的应用
所谓智能化服装就是将微电子技术融入服装,在服装中建立一套信号采集及控制的闭环系统,即利用传感器采集人体内外环境信号,经过信号处理,由计算机或控制器发出控制信号,从而完成一定作用的特殊装备,使服装具有根据人体生理、物理等需要而自动调节的功能。如图 1 路径 2(虚线)是智能化服装的工作原理。其中,传感器作为采集人体自身与外界环境信号的部件,成为智能化服装的核心。由于信号的种类繁多,要想最大程度地采集到多种信号,让微处理器做出综合判断,发出最合理的控制信号,往往需要多个多种传感器来对信号进行采集,形成多传感信号融合(Multisensor Information Fusion)这是近几年随着传感器技术的发展而发展的一门新技术。以不同的传感器来获得同一对象的不同测量目标数据,利用计算方法取得综合信息。在智能化服装中设置多种传感器来实现比人类有感官获得的视觉、听觉、触觉、味觉、嗅觉等多种信息更灵敏的信号采集系统,将多信息融合,让预先设置的程序做出判断,得到最佳的综合结果,帮助人们做出判断。在织物中植入传感器芯片,则可以将织物变得“聪明”起来。用这种智能织物做成的服装,可以感知周围的环境变化,以调节自身适应环境。
例如,针对老年人的生理特性及心理特性设计的老年智能化内衣。老年智能内衣带有多个传感器以及信号发射装置,利用传感器来测定老年人的生理指标:体温、血压、心率等的变化,利用湿度传感器监测大小便失禁老人所用尿布内湿度变化,当湿度超标超出一定的范围时,会自动开启音响系统等。其原理见图 2。智能型老年服装在设计时,更多地考虑根据老人的心律等生理指标的变化,对老人的行为作出判断,特别是对于一些突发事件和行为:心肌梗塞、摔倒等的发生和预测,并做出相应的反映,从而能够将危险降到最低。
1.3传感器在生态保健化功能服装中的应用
生态、保健化功能服装具有防护人体,不含有对人体内外产生危害的有毒物质。传感器在这类功能服装方面的应用主要体现在检测上。目前,国际纺织品贸易中,对服装的安全性、环保性更加注重,他们对此类生态保健化功能服装提出了严格的监控内容。但由于监控指标,如化学元素、重金属等物质在整个服装中的含量非常微小,从而给其监测评定带来困难。传统的检测方式程序极为复杂,以及测试误差的引入成为贸易中的障碍。利用专用传感器,可以实现统一标定、统一检测,测试误差小,且测试方便快捷。对一些指标的测试可提供可靠的数据基础,减少主观评断误差。如利用生物传感器,能对物体上的微量有毒物质、细菌等能迅速做出反应。将这种传感器应用于服装检测,便可迅速测出服装材料所含对人体有害的物质的含量,从而断定其是否超出环保要求或具有防菌等功能。这种测试方法同原有化学检测相比,具有高速高效、高精度的优点。
2针对服装特性的传感器的研发
服装是穿着在人体上的,因此安装在服装上的传感器应充分考虑服装穿着舒适性。在研发服装专用传感器时应具有以下特点。
(1)形状轻薄,体积小。这样的传感器安置在服装中不会破坏服装的结构,也不会因重量影响而降低服装舒 适性。
(2)传感器的精度可以针对服装所要具体检测的项目,可高可低,对一些检测项目避免精度低而测量不准确,同样也避免一些项目采用过高精度传感器而造成成本增高。
(3)传感器的温度性能要求可具体分为两部分,一是检测人体内部生理等信号的传感器。此类传感器往往安装在与人体贴身结合的内衣上。由于人体温度恒定,因此传感器的温度性能要求接近人体体温恒定即可;其次是用于检测着装人体外部环境的传感器。着装人体外部环境的温度变化范围广,因此,此类传感器的设计要根据外部环境的温度来确定其温度性能,要求严格。
(4)服装用传感器应具有一定的防静电、防电磁干扰的性能。由于人体与服装之间的摩擦会产生静电,抗静电有利于保证传感器的使用寿命以及测量精度。防静电也可以保证传感器测量信号的稳定、准确,确保测量信号不被其他信号干扰而引入测量误差。
3结语
将传感器技术与纺织技术、服装工艺技术、生物化学技术以及无线通讯技术相结合而联合开发的新型传感器,将成为服装专用传感器的主流,为新一代高科技数字化智能服装奠定基础。
参考文献
面临挑战:内外趋缓 传统模式亟待升级
“十三五”期间,中国服装行业面临的各种挑战不容小觑。
首先是世界经济复苏缓慢,国际市场竞争愈加激烈。新兴经济体国家人口规模和经济发展将带动服装市场增长,但也面临着经济波动等不确定性因素。我国资源和环境约束不断强化,生产要素成本不断上升,部分制造能力将会进一步转向成本更低的国家和地区,中国服装业在全球服装贸易新格局中的竞争压力持续加大。同时,国内市场需求增长放缓,消费升级挑战传统生产方式。中国经济增速换挡,进入改革攻坚、结构调整的新常态,消费观念日益成熟理性,消费结构升级步伐加快,消费者更注重衣着的性价比和个性化选择。消费时尚化、个性化、多元化的新趋势,一方面为服装行业转型升级和增长动力的转换提供了机遇与空间,同时也使得行业传统生产方式的转型任务显得紧迫而艰巨。
此外,新一轮产业变革不断深化,产业发展方式面临调整。以先进生产方式变革为核心的新一轮产业革命,将带来工业组织结构、产业竞争范式和产业竞争格局的重大调整。发达国家具比较优势的知识和技术在制造业中的重要性更加突出,不仅可以控制产业制高点,而且可以提高传统产业生产效率,强化新兴技术产业化能力,形成高端服务业领先优势,进而形成发达国家的竞争优势,直接挑战后发国家的初始优势,这给中国服装业发展方式提出了新的要求。
另一方面,价值创造机制不断变革,产业升级路径面临挑战。进入互联网时代,传统的产业组织正向具有生态系统特征的新型产业组织――价值生态系统转变,关键点是价值创造的核心环节正在由制造环节向消费者的使用过程转变。新环境下的市场竞争从价值链间的竞争上升为价值生态系统的竞争,以往量化的物质消费价值在向审美体验的文化价值拓展,这对传统发展观念及产业升级路径提出了挑战。
发展机遇:资源配置新时机 产业格局新空间
面临挑战的同时,中国服装行业也手握巨大的发展机遇。
首先是全球资源配置面临新时机。全球服装业正处于结构调整和产业整合的变革期,这为中国服装行业跨国配置技术资源、创新资源、制造资源、管理资源和营销资源创造了条件。由于中国服装产业技术和制造体系日益完善以及中国品牌在本土的出色表现,不仅一些后发国家欢迎中国投资,一些发达国家也欢迎中国企业参与再工业化建设,这为中国服装行业加快走出去和提升跨国配置资源能力,构筑以我为主的跨国现代产业链和价值生态系统提供了有利时机。在此形势下,国家战略也力促行业新发展。党的十提出“到2020年实现国内生产总值和城乡居民人均收入比2010年翻一番”的目标,社会分配结构调整、收入不断增长、城镇化率提高、城乡差距缩小将为国内服装消费需求扩大提供有力支撑。“一带一路”、“京津冀协同发展”、“长江经济带”三大战略实施,大大拓展服装行业区域发展空间,为实现跨产业、跨文化、跨区域整合带来巨大的新动力。同时,“十三五”期间我国工业化水平的不断提升,也将为服装行业转型升级提供有利的条件,我国服装业改革开放以来积累的产业势能,必然在新的发展时期得到有效释放。
此外,国际产业格局调整创造新空间。发达国家长期“去工业化”导致其“再工业化”面临产业结构缺失等困难,“再工业化”将会经历一个较为漫长的过程,这为我国制造业追赶、并行、超越留出一定的时间和空间。我国服装行业已具备产业升级的现实基础和有利环境,只要找准发展方向,明确重点任务,抓住关键环节,牢牢把握本轮全球工业变革的时机,就能在这次国际产业格局调整中获得更大的创新空间。同时,新一轮技术革命带来新机遇。以数字化、信息化、智能化先进制造技术为突破口,以价值生态系统为产业组织形态的产业变革,让中国服装产业与发达国家同步进入以互联网+、大数据、云计算为标志的云经济时代。国家关于“互联网+”、大数据推动产业创新发展的战略,为我国服装产业更大范围、更高效能、更多手段地整合产业创新资源,扩大产业价值增长空间创造了有利条件。
重点任务:全方位多方面 提升综合实力
在挑战与机遇面前,中国服装行业要从结构调整、科技、文化、品牌、人才和国际合作等多方面提升自身综合实力。
首先进一步调整产业结构,优化产业生态。合理调整产业区域布局,增强产业集群活力,提高产业转移质量,推动东中西部以及京津冀和长江经济带产业协同发展。着力建设科学、优质、高效的产业链体系,梳理产业链各环节,协调上下游关系,建设数字化、网络化配套协作体系,实现产业链协同联动发展。促进不同生产规模、不同经营方式的企业形成依存共生的企业群落,推进产业由“大而全”向“大而强”和“小而精”的生态结合体转变。引导产业组织方式变革,加快研究新形势下产业组织发展的新模式、新架构,建立价值创造机制,完善集成创新体系,加快产业由劳动密集型向知识密集型、由生产导向型向消费导向型的转变。
加强服装基础科学研究,推进三维人体测量、服装3D可视化及模拟技术的精准性和实用化,加快服装基础数据库及有关数字化服务平台建设,进一步完善标准体系、质量保障及监管体系,完善产学研用相结合、跨界融合、协同发展、开放合作的科技创新体系。以智能制造为主攻方向,以生产过程智能化为重点领域,着力提升服装生产装备自动化水平,不断加强各管理系统的集成应用,全面加速服装行业工业化与信息化的深度融合和综合应用,推动服装制造水平的整体提升。
为产业注入中华文化内涵,强化产业文化建设,以塑造产业文化软实力为目标,建立现代服装产业文化体系。明晰产业“产品-品牌-文化”不断深化的发展路径,确立行业文化发展战略,形成一批思维方式和行为方式富有鲜明中华文化特色且代表先进生产力的企业。促进产业间的国际文化交流,在多元文化中进行产业文化创新,增强中国服装产业在国际上的文化认同感,提高产业和企业的国际形象。
加强品牌创新,明晰品牌定位,提升品牌内涵,锤炼品牌价值主张,丰富品牌价值构成,提高行业文化转型的自主能力。聚焦市场需求和市场细分,进一步强化差异化定位;完善品牌创新体系,运用信息技术手段,认真研究互联网时代消费需求新变化;全面整合核心资源,提升企业运营能力,积极探索跨界合作方式,进行商业模式创新;抓好产品质量,提升设计水平,加强产品创新和文化创意,推动产品从功能化向时尚化的转变;重视消费体验,主动引导消费升级;创新终端零售形态和业态,健全服务体系,完善盈利模式,打造品质优良并极具行业创新能力和国际化运作能力的品牌群体。
努力建设一支互联网时代富有创新精神、优秀工业精神的人才队伍,培养专业化程度高的多层次人才和高素质的专业基础人才,以及跨学科、跨行业的复合型人才。建立良好的用人机制,完善人才选拔、评价、激励和保障体系,为人才提供良好的工作平台和发展空间。加大东中西部地区人才交流力度,支持人才合理流动和国际间交流。搭建服装行业人才服务战略联盟,加强产业人才需求预测,完善各类人才信息库,构建产业人才评价制度和信息平台。
此外,在全球化进程加快和国际竞争格局调整的背景下,巩固中国服装业现有国际产业分工地位的同时,要从根本上转变低成本、低附加值的粗放发展方式,重新确立中国服装业在国际产业分工中的新定位,全面提升中国服装业的全球竞争力。引导有实力的企业走出去,创新加工贸易模式,进行全球整合资源,提高价值链高端掌控能力,构建全球营销网络,发展拥有知名品牌和竞争力的国际化大中型企业。
服装智造:由大变强 打造竞争新优势
“十三五”期间,中国服装行业要紧抓全球新一轮制造业变革和我国实施《中国制造2025》发展战略的机遇,以促进服装制造创新发展为主题,以提质增效为中心,以信息化与工业化深度融合为主线,以智能制造和质量品牌提升为方向,瞄准国际服装制造先进水平,积极推动服装制造向服务化转型,打造中国服装制造竞争新优势,加速完成中国服装由大变强的战略任务。
智能制造是全自动制造的延伸,自动化制造是实现智能制造的基础,智能制造发展受外部技术环境制约。服装智能制造工程以衬衣、西服、西裤、牛仔裤和针织T恤为试点,以建设服装生产智慧工厂为终极目标,以推进服装产品生产过程智能化为重点,加快服装缝制前、缝制中和缝制后全流程装备的智能化开发和产业化应用,推进服装制造流程自动化改造,分三个阶段,逐步实现自动化制造、部分智能自动化制造和智能化制造。到2020年,中国服装行业力求实现服装自动化制造和部分智能自动化制造,初步进入世界服装制造强国之列。
在这五年间,服装行业要提升基础装备水平,推进装备智能化。开展人工转机械、单机转单元、机械转自动、自动转智能,推广应用智能平/包缝机、智能特种机、自动缝制单元、模板自动缝制系统等高效直驱式数控缝制设备;注重实效,重视缝制设备的微创新、小改造;协调组织缝制设备企业和服装企业结对研发,突破衣片抓取及传送技术难题,集成创新一批数控智能装备,实现部分机器人参与缝制工艺流程的应用,推进缝制装备智能化。并在此基础上,推广应用CAT/CAD/CAM集成系统、吊挂及其它单件衣片自动输送系统、自动缝制单元、模板自动缝制系统、机械手或机器人参与衣片抓取传递和操作系统、以RFID技术为核心的柔性整烫系统、以RFID技术为核心的自动立体仓储物流配送系统及其WMS管理系统等;进行生产流程再造,加强系统连接和组合;鼓励有条件的企业运用感知传感器、感知物联网、各种服务网、人工智能等新技术,推动智能装备与人和产品的互联,为建设自动化、智能化制造车间打好基础。
此外,要积极利用互联网平台,以消费者为中心,加快推进B2B、B2C、C2C、ABC、O2O等电子商务的创新与应用;鼓励发展大规模个性化定制和批量定制,促进由基于产品的传统制造模式向基于消费者个性需求的服务型制造模式转变;加强服装设计与工程知识库、服装用人体数据库等行业基础数据库建设,推动研发设计、生产制造、检验检测、技术标准、工程服务、数据管理等云应用信息化公共服务平台建设和开放共享;鼓励大型骨干企业建设云服务平台,服务周边地区和中小型企业,实现产品设计、制造、销售、管理等生产经营各环节的资源集聚与对接,整合制造资源,提供制造服务,开展网络联盟协同制造,促进产业集群形成价值生态系统群落。
加强企业ERP、CRM、SCM、MIS、PDM等信息化管理系统的二次开发和集成应用,实现各管理系统的无缝连接,提高系统功能与企业业务流程再造的适应度,强化管理决策支持功能;通过大数据挖掘,快速获取、处理、分析有关产品数据、运营数据、产业链数据和其他外部数据,对产品需求预测、产品设计、柔性加工、供应链优化、市场变化应对、战略调整等提供全程的数据支持,推动企业运营从业务驱动到数据驱动的转变,逐步推进智能经营管理决策。
关键词:常州;纺织服装;转型升级
中图分类号:F426.86 文献标志码:A 文章编号:1673-291X(2016)24-0044-02
一、常州纺织服装产业发展现状
常州位居长三角经济圈中心位置,拥有广阔的外延发展空间。常州市武进区是著名的纺织生产基地,新北区是新兴产业聚集地,拥有竞争力较强的纺织、化工、制造、动漫等新老产业,整个城市具有传统产业和创意思维产业相结合的氛围和思考方式。目前常州有众多知名的纺织品牌,如主要生产牛仔面料的黑牡丹集团,外贸和内销均具有较强竞争力的东华集团,在马杭和湖塘等地还分布着众多的中小纺织服装企业。大量的纺织服装企业为常州立足于苏南经济圈奠定了坚实的基础,但是,常州纺织服装产业在当期和未来依然肩负着进一步发展和转型升级的重担,在经济全球化的当下,常州纺织服装产业如何转型升级以应对复杂的局势,是不得不思考和直面的问题。
二、常州纺织服装产业发展的主要问题
(一)市场环境不断恶化,竞争加剧
欧债危机愈演愈烈,美国次贷危机后全世界经济复苏缓慢,失业率一直居高不下,国际购买了一直在下降,世界企业在华采购也日趋谨慎。国际市场的纺织服装企业门槛越来越高,标准法规日益严格,经济较发达的长三角地区劳动力等综合成本不断上升,轻纺企业的劳动力成本优势减弱,国外大量订单向东南亚国家转移,国内部分轻纺产品订单向中西部欠发达地区的新兴纺织工业区转移。在这种形势下,轻纺产业链整体转移的趋势已不可逆转。
(二)企业综合成本日益增加
近几年,世界经济复苏缓慢,国际市场长期低迷,加之人民币升值、国内原材料和劳动力成本上涨等因素,使我国传统出口产品竞争力削弱,加之当前国际贸易保护主义抬头,我国连续十七年成为全球遭受贸易摩擦最多的国家,外贸出口形势严峻。随着中国实施西部大开发、中部崛起战略的实施,中西部经济的快速发展提供了更多的就业机会,用工需求在增加,给当地民工提供了更多的就业选择机会,吸引相当数量的农民工在家乡实现就业。这就使得东部沿海地区的用工优势逐渐被削减和弱化,“用工难”“用工荒”问题越发明显。
(三)多元化市场格局尚未形成
常州纺织服装行业中相当一部分企业偏重投资于见效快的中下游产业,造成了大量的低技术重复建设和中下游产品扩张相对较快的状况,而上游原料供应则相对短缺,使得纺织服装产业供应链严重失衡,大量企业处在价值链低端,缺乏技术创新能力和品牌塑造能力,在新材料、新设备的研发方面和发达国家存在较大差距,主要依赖价格竞争,目前,常州纺织服装企业不但面临国际企业的竞争,而且还要应对国内企业的激烈竞争。常州纺织服装企业过于依赖发达国家市场,贸易风险较大。在全球经济放缓的背景下,进一步导致了国际市场需求疲软,常州多渠道、多口岸、全方位、多元化的出口服装战略没有形成。
(四)品牌建设工作滞后
目前常州市纺织服装拥有省级名牌产品2个,市级名牌产品6个,全国驰名商标2件,市著名商标9件。作为服装大市,这些品牌的数量和层次还显得远远不够,服装业核准的注册商标已有330件,但只有50件在小规模使用,商标闲置率高达75%,纺织服装业正面临着企业想创牌却无“牌”可创和有商标资产却闲置浪费的双重尴尬。
三、常州纺织服装业转型升级的对策
(一)转变观念,积极实施转型升级战略
随着我国改革开放的深入,大多数企业都面临着技术变革的巨大挑战,也面临着市场全面开放的激烈竞争,如何快速积累企业技术能力形成技术变革以应对全球及一体化。这是对我国大多数企业的严格考验,特别是占企业总数大比重的中小企业,更是严峻挑战,如何快速提升企业的技术创新能力,形成企业自主创新的核心竞争力,显得尤为重要。所以,企业应当尽早认识到实施转型升级的必要性和迫切性,转变观念,及时把经营重点逐步向附加值更高的研发与营销环节转移,积极实施转型升级战略。
(二)注重技术开发与培育,实现从制造到研发的升级
技术是转型升级的基础,企业应该采用适合自己的途径来实现企业技术能力的累积。首先,对于已具备相当技术实力的企业,应继续加大研发投入的力度,促进企业的持续升级和自主创新。其次,如果企业本身缺乏技术能力,在初期就要进口国外已有的先进技术,模仿生产国外企业的产品,实施产品跟随替代战略。在这个过程中不能单纯引进成套设备,更要引进相关的产品设计和生产技术,如果企业缺乏对设备分解模仿的能力,就无法实现对引进技术的消化吸收。因此,企业要加大在技术吸收方面的投入,在消化吸收的基础上增强再创新的能力。再次,企业可以采取合作研发、战略联盟的方式加快新产品研发,实现企业升级。
(三)培育品牌制造企业
常州纺织服装企业应借助本土的文化特色,推出具有地方特色的本土品牌,带动相应产品和配套企业的转型升级,借助本土优势,催生天生的OBM企业,通过精细化加工生产高附加值的产品。企业实施品牌战略,重视工业设计和市场营销,同时进一步提升产品质量,以便形成坚固的品牌根基,企业加大品牌建设的软硬件投入,通过创建优势品牌,充分发挥品牌优势开拓市场,加快优势品牌产品走出国门、参与国际市场竞争的步伐。
(四)以智能化为主攻方向,实现“智造”与“质造”
《中国制造2025》提出了工业化与信息化深度融合的主攻方向是智能制造,这表明了智能制造也是纺织业进行转型升级的必然路径。纺织业的智能制造主要包括装备智能化、运营智能化和产品智能化等方面。智能化装备主要有3D编织、数字化印染、光机电一体缝纫系统等数字自动化设备,这不仅能解决用工荒、用工难的窘境,而且能大大降低生产成本;智能化运营主要是智能化的生产与管理,建立云工厂与电子商务模式,实现将信息化技术运用于智能纺织品服装的开发中;智能化生产指纺织企业建立数字化生产线,全程监控从纺丝至成衣加工制作的整个流程。智能化生产线的投入,不仅将提升常州纺织业的整体生产水平,也将大大缓解纺织业招工难、用工荒的尴尬局面。
(五)建设官产学结合的技术创新体系
目前,常州纺织服装制造装备技术水平较落后,产品同质化现象严重,价格战非常激烈,企业利润率不断降低。当务之急必须加大研发投入,引进优秀人才,尽快提升行业装备水平,采用更加先进的制造技术和工艺,进一步提升产品的技术含量和档次,增加产品差异化程度,避免低水平重复性价格竞争,形成企业的核心竞争力。政府应大力扶持大学、科研院所等公共研究机构的发展,在公共研发机构建立初期,政府有必要发挥引导、组织作用,在政策、场地、资金、服务等方面对机构给予一定的支持,使其快速成长起来;在这些机构已经步入正常运作轨道后,政府可以将一些国家级、省级科技攻关项目通过委托研发的方式,对公共研发机构给予方向上的引导和资金上支持。科研机构不应是孤立的研究个体,而应充当向企业界转移技术的桥梁,科研机构可以利用自身的研发和信息优势,主导成立行业技术研发联盟。在联盟中,科研机构通过搜集分析全球最新技术和产业发展趋势,向业界发出研发要约,并负责开发技术、技术转移、人员训练等;加盟企业可以根据自身情况参与不同阶段的研发活动,从而获得相应份额的成果权益。
参考文献:
[1] 李翼,熊晓云.纺织服装产业技术路线图[M].北京:中国纺织出版社,2010:165-231.
[2] 黄金平.纺织工业人调整[M].上海:上海教育出版社,2007:422-487.
CHIC2015秋季展的参展企业中就不乏其中翘楚,这些企业通过加大设计投入、吸纳海外设计力量,并且借助智能化技术手段等方式,令传统代工企业打造自主品牌、谋求转型发展渐成气候。
嘉兴市佩卡路饰设计有限公司的主要海外市场是意大利,目前正在为80个欧美日中高端品牌做配套设计服务。而随着出口形势的日益变化,近几年,佩卡禄瓜蚬内中高端女装品牌拓展,开展针织服装配套设计和生产服务。
此前专注于意大利市场的背景让佩卡陆哟サ搅耸澜缫涣鞯纳杓谱试础<涡耸信蹇路饰设计有限公司董事长朱文川告诉记者,“佩卡碌乃有设计均来自于具有30年经验的意大利设计团队,中国设计师则负责意大利设计在中国市场的对接和落地。”
此次参展CHIC2015秋季展,佩卡陆带来2016春夏的意大利风情针织服装设计系列以及2016秋冬意大利风情针织服装设计趋势。朱文川希望更多国内女装品牌能够了解时尚的针织服装设计,了解佩卡碌恼体配套针织服装设计和服务能力。
“对贴牌加工企业来说,做品牌企业,走设计化道路,是唯一可持续发展的路线。”朱文川坦言,“在新的市场环境下,我们应该将服务更靠近市场终端,更突出自己的设计和产品创新优势。特别是在劳动力成本相对低廉的地区,更应该突出设计和新产品开发的核心优势,并且积极涉入国内服装市场,整合现有供应链资源,完成从制造到智造的软着陆。”
上海宜华实业有限公司的产品远销欧洲、日本,内销产品则集中在国内一二线城市的商场专柜。上海宜华实业有限公司副总经理陆玲丽表示,宜华此次参展的目标客户是国内外知名的女装品牌商、优秀原料开发商及中小零售商。
智能制造、物联网普及等良好局面,这一切都离不开顺德区经济和科技促进局的扎实工作和各方面努力。在国家装备工业两化深度融合暨智能制造试点成果展示会期间,本刊记者对顺德区经济和科技促进局进行了简单采访。
记者:2011年底,工业和信息化部授予顺德区“装备工业两化深度融合暨智能制造试点”,杨学山副部长希望顺德在成为试点后,不仅要在两化深度融合、工业转型升级工作中走在全国领先地位,还要为其他地区创造经验。通过一年多的实践,顺德在这些方面工作都有了哪些大的发展?
顺德:在国家政策驱动和工信部的指导下,顺德不断深化改革,创新发展思路,积极探索和推动信息化与工业化深度融合,实施智能制造,推进物联网等新一代信息技术应用,促进工业产品、基础设施、关键装备、流程管理的智能化和制造资源与能力协同共享,探索出具有顺德特色、有效推动产业链向高端跃升、促进工业结构向高级演进的发展路径并已取得了初步成效。
本着构建智能制造政策体系,完善“智能公共服务”的建设思路,一年来,顺德区从财政扶持、政策实施、平台建设等方面积极构建装备工业两化深度融合暨智能制造的政策体系。主要工作包括:加大财政扶持力度,在2012年顺德区两化融合专项资金中,重点扶持装备智能制造的项目,并评选出4个重大项目、8个一般项目入围支持项目名单,扶持智能制造项目的财政资金总额近600万元;落实《顺德区促进机械装备制造业发展实施方案》,推动区内装备企业的研发与新产品推广;组织评选顺德区百家企业智能制造工程第二批试点示范企业,共评出威得利机械、海川智能机械、利迅达机器人等25家示范企业;组织顺德区两化融合创新中心开展顺德区“智能制造”公共技术服务平台项目;组建顺德区智能制造专家辅导团,对10家智能制造示范企业开展专题咨询调研,开展“智能制造路径”巡回专题评估和辅导。
记者:在各种新闻报道中,都频频提到两化深度融合加快了顺德智能制造的试点进程,在这方面,顺德是如何做到的?
顺德:装备制造业是为国民经济各产业和社会发展各方面提供工作母机和技术装备的先导产业,产业关联度高,产品门类广泛,发展空间宽阔,技术含量高,是国民经济不可或缺的优势产业。目前国内装备制造业普遍存在技术应用层次低、企业自主创新能力不强的问题。顺德区作为装备工业两化深度融合暨智能制造试点,找准了智能制造这一突破口。
智能制造装备是具有感知、分析、推理、决策、控制功能的制造装备,它是先进制造技术、信息技术和智能技术的集成和深度融合。智能装备是装备行业内的高端产品,对提高国民经济技术实力具有重要的作用。
顺德区获得装备工业两化深度融合暨智能制造试点一年以来,以装备制造产业为重点行业,以研制智能产品、建设智能企业和构建政策体系为重点,以重点骨干企业、园区、产业基地和产业集群为实施载体,以重点项目为抓手,大力推进装备工业两化深度融合暨智能制造试点工作。
记者:在智能制造的试点进程中,顺德是如何在各个方面具体开展的?
顺德:推进数字化和网络化,发展“智能装备”是智能制造的试点进程的必行之路。以精密机械、陶瓷机械、木工机械、注塑机械、橡胶机械、玻璃机械、交通机械等行业为重点,顺德培育了一批智能装备生产企业,推动智能装备产业向高速化、精密化、数控化、成套化、大型化、绿色化、服务化方向发展。重点支持科达机电、伊之密、广东锻压机床厂、震德、威德力、乐善、新马、亿海、康盈等机械装备制造企业推进成套大型金属内腔挤压成型技术及装备、实时控制压铸机、大型高端高速精密压力机、新型节能高效高精密大型两模板注塑成型设备等装备产品的研制与产业化。支持企业应用工业电子、嵌入式软件等技术提高装备产品的单机智能化程度,支持企业应用物联网等技术提高装备产品的网络智能化程度。支持重点骨干企业为客户提供装备产品运行监测、远程故障诊断、在线技术支持等增值服务,推动顺德装备制造业向服务型制造转型。
5月5日15时19分,一架在后机身涂有象征天空蓝色和大地绿色的大型客机,潇洒稳健地降落在第四跑道上。这是一个历史性的时刻――它标志着中华民族百年的“大飞机梦”终于取得了历史性突破。而C919的下线以及首飞,不仅仅是一个产品的成功研制,更是一种新模式新体系――智能制造的实践检验。
2015年5月,国务院印发《中国制造2025》规划,部署全面推进实施制造强国战略。规划提出, 以加快新一代信息技术与制造业深度融合为主线,以推进智能制造为主攻方向。
智能制造是一系列热点技术的总称,它是基于物联网、大数据、云计算等新一代信息技术,贯穿于研发、设计、生产、管理、服务等制造活动的各个环节,具有信息深度自感知、智慧优化自决策、精准控制自执行等功能的先进制造过程、系统与模式的总称。
智能制造具有以智能工S为载体、以关键制造环节智能化为核心、以端到端数据流为基础、以全面深度互联为支撑四大特征,其目标是缩短研发周期、降低运营成本、提高生产效率、提升产品质量、降低资源能耗。
C9型客机成功首飞意味着中国实现了民机技术集群式突破,形成了我国大型客机发展的核心能力,其中就包括工业大数据技术。
中国商用飞机有限责任公司信息化中心主任王文捷介绍,大飞机一次飞行产生的数据量达到10个TB的量级,也就是说至少20台500G大硬盘的电脑才能装得下。而中国商飞公司,不仅要成功研制自主知识产权大飞机,还要成功运营大飞机制造商,从适航试飞到供应链管理,分分秒秒、日新月异的大数据堪称天量。
专家表示,设计图纸将成为过去,飞机完全是在数字世界里设计的,3D几何数据模型以数字模型的形式呈现飞机。数字化样机将含有制造所需的全部信息,不仅含有产品几何体,而且还含有制造产品所需的信息,比如材料、技术要求、包含的标准件、授权的文件等。在装配阶段,数字化装配技术将实现飞机装配建模、装配序列建模、装配路径规划和装配过程分析。
为此,中国商飞已经新合并成立信息化与管理创新部,并专门下设数据处,用数据驱动创新。如今,中国商飞建立起以零件号、版次、物料组等为基础的编码标准,给大大小小每一种零件都配上“身份档案”和“电子履历”,引入11万种以上的物料主数据。王文捷表示,即使在像马航MH370这样的事件中,任何零件都可追溯还原为一架完整的飞机,甚至倒查出某零件的前世今生。目前,C919研制已形成全程管控中心,可实现三维可视化分析。
“对于民用飞机来说,不仅仅是实现技术上的成功,把飞机飞上天,还要让这架飞机在航线上取得商业成功。中国商飞在飞机的研制过程中,伴随产品的演化衍生出各类试飞数据、试演数据、在航线运营过程中关机监控的数据,所有的数据贯穿始终。”王文捷说。
“我国智能制造未来发展潜力巨大,2020年我国智能制造产值有望超过3万亿元,年均复合增长率约20%。”国家信息中心副主任马忠玉在大数据智能应用推动制造业变革与升级研讨会上强调,智能制造是中国制造业转型升级的战略支点。
随着产业互联网和智能制造时代的到来,工业大数据技术将成为制造业转型升级的重要引擎,是驱动研发设计智能化、生产过程智能化、 管理经营智能化、市场营销智能化、服务运维智能化、新业态新模式智能化的关键要素。
工业大数据的演变
自工业从社会生产中独立成为一个门类以来,工业生产的数据采集、使用范围就逐步加大。从泰勒拿着秒表计算工人用铁锹送煤到锅炉的时间开始,是对制造管理数据的采集和使用;福特汽车的流水化生产,是对汽车生产过程的工业数据的采集和工厂内使用;丰田的精益生产模式,将数据的采集和使用扩大到工厂和上下游供应链;核电站发电过程中全程自动化将生产过程数据的自动化水平提高到更高程度。
任何数据的采集和使用都是有成本的,工业数据也不例外。但随着信息技术的发展,一批智能化、高精度、长续航、高性价比、微型传感器面世,以物联网为代表的新一代网络技术在移动数据通信的支持下,能做到任何时间、任何地点采集、传送数据。以云计算为代表的新型数据处理基础架构,大幅降低工业数据处理的技术门槛和成本支出。以工业领域的SCADA系统为例,传统模式下每个电网、化工企业都需要建立一套SCADA系统,成本在千万以上,如果采用云架构模式,成本可以降低7成以上。
社会需求的演进是工业变革的重要动力。当经济发展进入新常态,商品极大丰富甚至出现过剩,以个性化、多元化为代表的消费文化,使得工业企业的产出物,要最大限度匹配个性需求和多元需求。
以服装定制为例,通过制订一套数据采集手段,通过线上或线下采集用户身形数据,然后将数据传回总部,结合生产原材料数据,对需求和工艺进行分解,实现柔性生产,达到定制化要求的服装,而且效率和质量都可以得到保证。随着生产线的扩容线性提升和工艺的不断改进,定制化生产的成本将得以显著摊薄,可以满足大批量个性化定制的社会生产需求。
无论是德国工业4.0,还是美国的工业互联网,其核心都离不开工业大数据。德国“工业 4.0 ”战略的实施重点在于信息互联技术与传统工业制造结合, 其中大数据分析作为关键技术将得到较大范围应用。一是“智能工厂”,重点研究智能化生产系统及过程,以及网络化分布式生产设施的实现;二是“智能生产”,主要涉及整个企业的生产物流管理、人机互动以及 3D 技术在工业生产过程中的应用等;三是“智能物流”,主要通过互联网、物联网、物流网,整合物流资源,充分发挥现有供应方的效率,需求方则能够快速获得服务匹配。
美国拥有强大的互联网、云计算及大数据处理能力,基于此,提出工业互联网战略,将单个设备、单条生产线、单个工厂的数据联网,通过大数据处理后,在诊断、预测、后服务等方面挖掘工业服务的价值。2014 年,美国白宫总统行政办公室《 2014 年全球大数据白皮书》,指出美国大型企业在投资数据科技方面存在以下几个关键驱动因素:分析运营和交易的能力;洞察客户线上消费的行为,以向市场提供新的高度复杂的产品;对组织中的机器和设备进行更加深入的感知。
中国相对于德国、美国而言,在工业自动化和数字化方面都处于发展期。《中国制造2025》明确提出通过工业化和信息化融合发展的方式,制定一系列的重点工程和推进计划。为推动智能制造的发展,国务院又于2015年8月了《促进大数据发展行动纲要》,强调要发展工业大数据,推动大数据在工业研发设计、生产制造、经营管理、市场营销、售后服务等产品全生命周期、产业链全流程各环节的应用,分析感知用户需求,提升产品附加价值,打造智能工厂。建立面向不同行业、不同环节的工业大数据资源聚合和分析应用平台。抓住互联网跨界融合机遇,促进大数据、物联网、云计算和三维(3D)打印技术、个性化定制等在制造业全产业链集成运用,推动制造模式变革和工业转型升级。
工业大数据来源及特点
在工业生产中,无时无刻不产生数据。那么什么是工业大数据?中国电子技术标准化研究院的《工业大数据白皮书(2017版)》指出,工业大数据是指在工业领域中,围绕典型智能制造模式,从客户需求到销售、订单、计划、研发、设计、工艺、制造、采购、供应、库存、发货和交付、售后服务、运维、报废或回收再制造等整个产品全生命周期各个环节所产生的各类数据及相关技术和应用的总称。其以产品数据为核心,极大延展了传统工业数据范围,同时还包括工业大数据相关技术和应用。
工业大数据主要来源于机器设备数据、工业信息化数据(包括传统工业设计和制造类软件、企业资源计划ERP、产品生命周期管理PLM、供应链管理SCM、客户关系管理CRM和环境管理系统EMS等)和产业链跨界数据(包括气象、地理、环境、宏观经济)。
今天做工业大数据分析,不仅要看自己数据还要看别人的数据,比如优化供应链的时候还需要市场销售的数据、供应商的数据等。风电优化分析除了利用风机的数据,也需要结合气象的数据。很多外部数据原来工业界从来没有尝试过管理这些数据,这是大数据分析的时候传统工业管理数据的机制遇到的一些挑战。
“制造业大数据是一座金矿!”北京大学工学院工业工程与管理系主任侍乐媛表示,制造业拥有的大数据远超其他行业,但到现在为止距开采出来还差得很h,很多数据天天“流淌”都没有办法收集起来。究其原因,制造业大数据具有复杂性,是动态复杂的拆分合并数据。从全球应用现状看,制造业基本上是纵向数据的采集和利用,缺乏横向数据的链接和利用。实际上,制造业需要经纬纵横的数据采集能力。
工业大数据除了具有一般大数据的特征,比如容量大、类型多、存取速度快、应用价值高,业界认为还具有实时性、准确性、闭环性、集成性、透明性、预测性等特征。
清华大学数据科学研究院工业大数据研究中心总工程师、昆仑数据公司CTO王晨表示,工业大数据主要面临两方面的变化,第一是人才的变化,以前用大数据是互联网公司的复合型极客,这些人有很强的数学功底、编程能力、数据管理技术、分布式计算技术,同时掌握领域的业务知识,是具备四大方面的全面型的人才。在产业互联网领域里的人更多的是熟悉领域业务知识,而计算机能力真的很有限。第二是数据种类的变化,以前互联网领域是大量的文本数据、社交数据、多媒体数据等,而产业互联网领域是大量的传感器产生的实时数据、企业内部的业务过程数据,大量的非结构化工程数据、仿真数据、设计的CAD数据,这些数据跟传统互联网的数据都不太一样。
工业大数据如何变革制造业
“大数据驱动智能制造加快发展,加快互联网与制造业快速融合,是传统制造业变革与升级的重要内容。”马忠玉表示,大数据智能应用发展对生产、生活都产生重大影响,以数据挖掘分析为核心的应用和服务,为经济社会发展带来了深刻变革。
工业大数据技术是指工业大数据中所蕴含的价值得以挖掘和展现的一系列技术和方法,包括数据采集、预处理、存储、分析挖掘、可视化和智能控制等。工业大数据是智能制造的关键技术,主要作用是打通物理世界和信息世界,推动生产型制造向服务型制造转型。其在智能制造中有着广泛的应用前景,在智能制造中有着广泛的应用前景,在产品市场需求获取、产品研发、制造、运行、服务直至报废回收的产品全生命周期过程中,工业大数据在智能化设计、智能化生产、网络协同制造、智能化服务、个性化定制等场景都发挥出巨大的作用。
创新研发设计模式实现个性化定制
实现定制化设计。企业通过互联网平台能够收集用户的个性化产品需求,也能获取到产品的交互和交易数据;挖掘和分析这些客户动态数据,能够帮助客户参与到产品的需求分析和产品设计等创新活动中,实现定制化设计,再依托柔性化的生产流程,就能为用户生产出量身定做的产品。例如,海尔集团沈阳冰箱工厂利用云将用户需求和生产过程无缝对接,用户个性化需求可直接发送到生产线上,实现定制化生产。用户还可通过生产线上的上万个传感器随时查到自己冰箱的生产进程。目前,一条生产线可支持500多个型号的柔性化大规模定制,生产时间可以缩短到10秒一台。
私人定制工厂青岛红领也探索出了C2M、M2B等服装定制模式,通过精准的量体裁衣,在其他成衣服装规模关店的市场下,能保持每年150%的收入和利润增长,每件衣服的成本仅比成衣高10%。小米手机也属于这一类。
利用大数据进行虚拟仿真。传统生产企业在测试、验证环节需要生产出实物来评测其性能等指标,成本随测试次数增加而不断提升。利用虚拟仿真技术,可以实现对原有研发设计环节过程的模拟、分析、评估、验证和优化,从而减少工程更改量,优化生产工艺,降低成本和能耗。长安福特采用虚拟仿真技术改良汽车设计环节,设计师带着3D眼镜能够看见最新设计的福特轿车,甚至还能够模拟坐进车内,感受内装是否符合心意。如果有任何不好的地方,设计师能够马上通过软件修改,减少了开发产品的次数,能够在短时间内完成更多的设计工作,更快地反映市场的需求。
促进研发资源集成共享和创新协同。企业通过建设和完善研发设计知识库,促进数字化图纸、标准零部件库等设计数据在企业内部以及供应链上下游企业间的资源共享和创新协同,提升企业跨区域研发资源统筹管理和产业链协同设计能力。提升企业管理利用全球研发资源能力,优化重组研发流程,提高研发效率。例如,C9型客机成功首飞意味着中国实现了民机技术集群式突破,形成了以中国商飞公司为平台,包括设计研发、总装制造、客户服务、适航取证、供应商管理、市场营销等在内的我国民用飞机研制核心能力,形成了以上海为龙头,陕西、四川、江西、辽宁、江苏等22个省市、200多家企业、近20万人参与的民用飞机产业链。
在C919飞机的智能制造项目建设过程中,形成了一套主制造商―供应商模式下的协同制造技术、管理方法。C919飞机的研发成员企业包括了设计与主制造商、10家机体结构、24家机载设备、16家材料供应商和54家标准件等供应商,另有200多家企业参与了项目的研制过程。通过协同设计、敏捷生产与智能管理等先进技术手段,将飞机从设计到制造过程中涉及的设计商、制造商、供应商、集成商等成员有机紧密联合。
其中,在协同设计方面,中国商飞通过构建多供应商协同设计环境,并实施基于模型的定义、工艺设计等应用技术,建立起民用飞机联合协同研制的新模式,建设协同研制平台,实现了设计与制造过程的一体化。同时,在智能管理方面,全面实施了PLM、ERP、MES、BI等信息化平台,实现了各系统之间的信息互通和集成,支撑了制造现场层、车间控制层、业务操作层、业务管理层、企业决策层的一体化智能管理。
培育研发新模式。基于设计资源的社会化共享和参与,企业能够立足自身研发需求开展众创、众包等研发新模式,提升企业利用社会化创新和资金资源能力。在帝樽空调和天樽空调的研发过程中,海尔集团前期通过互联网平台与数十万用户实时互动,提取用户对产品的共性需求。然后利用HOPE(开放创新平台)平台对接全球100多万个领域专家和上千家全球一流的研发资源。
建立先进生产体系实现智能化生产
提升车间管理水平。现代化工业制造生产线安装有数以千计的小型传感器,来探测温度、压力、热能、振动和噪声等,利用这些数据可以实现很多形式的分析,包括设备诊断、用电量分析、能耗分析、质量事故分析等。在生产过程中使用这些大数据,就能分析整个生产流程,一旦某个流程偏离了标准工艺,就会发出报警信号,快速地发现错误或者瓶颈所在。
优化生产流程。将生产制造各个环节的数据整合集聚,并对工业产品的生产过程建立虚拟模型,仿真并优化生产流程。当所有流程和绩效数据都能在系统中重建时,对各环节制造数据的集成分析有助于制造商改进其生产流程。例如,在能耗分析方面,在设备生产过程中利用传感器集中监控所有的生产流程,能够发现能耗的异常或峰值情形,由此便可在生产过程中优化能源的消耗,对所有流程进行分析,此举将会大大降低能耗。
德国安贝格电子工厂基于西门子PLM软件在虚拟环境中仿真产品的研发和生产,并在真实世界的工厂中进行实际操作,即实现了产品跨行业的多样化,也提升了生产效率和质量。研发环节,安贝格拥有一个虚拟的工厂,研发设计部门把虚拟的研发产品同步给生产部门来生产,两部门有着统一平台,并时刻保持着协调的一致性。真实工厂生产时的数据参数、生产环境等都会通过虚拟工厂来反映出来,而人则通过虚拟工厂对现实中的真实工厂进行把控。生产环节,当一个元件进入烘箱时,机器会判断该用什么温度以及温度持续的时间长短,并可以判断下一个进入烘箱的元件是哪一种,并适时调节生产参数。安贝格工厂的每一条生产线每天并不是一成不变地只生产一种产品,生产系统会实时同步研发部门的最新指示,自动跳转到不同产品或者器件的生产模式。在这样的生产模式下,该工厂每年可生产约1000个品种共计1200万件工业控制产品。按照每年生产230天计算,平均每秒就能生产出一件产品,其中百万件缺陷仅为15,缺陷率仅为德国工人的1/25。
优化经营管理体系实现精益化管理
优化工业供应链。RFID等电子标识技术、物联网技术以及移动互联网技术能帮助工业企业获得完整的产品供应链的大数据,利用这些数据进行分析,将带来仓储、配送、销售效率的大幅提升和成本的大幅下降。跟踪产品库存和销售价格,而且准确地预测全球不同区域的需求,从而运用数据分析得到更好的决策来优化供应链。
推动经营管理全流程的衔接和优化。整合企业生产数据、财务数据、管理数据、采购数据、销售数据和消费者行为数据等资源,通过数据挖掘分析,能够帮助企业找到生产要素的最佳投入比例,实现研产供销、经营管理、生产控制、业务与财务全流程的无缝衔接和业务协同,促进业务流程、决策流程、运营流程的整合、重组和优化,推动企业管理从金字塔静态管理组织向扁平化动态管理组织转变,利用云端数据集成驱动提升企业管理决策的科学性和运营一体化能力。
例如,三一公司通过在线跟踪销售出去的挖掘机的开工、负荷情况,就能了解全国各地基建情况,进而对于宏观经济判断、市场销售布局、金融服务提供调整依据。
促进商业模式创新实现服务型制造
大数据将帮助工业企业不断创新产品和服务,发展新的商业模式。通过嵌在产品中的传感器,企业能够实时监测产品的运行状态,通过商务平台,企业能够获得产品的销售数据和客户数据,通过对这些数据的分析和预测,企业能够开展故障预警、远程监控、远程运维、质量诊断等在线增值服务,提供个性化、在线化、便捷化的增值服务,扩展产品价值空间,使得以产品为核心的经营模式向“制造+服务”的模式转变。
比如,GE不销售发动机,而是将发动机租赁给航空公司使用,按照运行时间收取费用,这样GE通过引入大数据技术监测发动机运行状态,通过科学诊断和维护提升发动机使用寿命,获得的经济回报高于发动机销售。
保利协鑫是中国首家突破年产万吨级以上多晶硅产能和产量、全球最大的光伏切片企业。在光伏切片的生产过程中,有数千个生产参数会影响到切片良品率。
保利协鑫仅切片厂就有1000多台智能装备,加上DCS以及复杂的ERP系统,每天产生大量的数据,但是数据存在于“孤岛”之上,并没有实现互联互通;虽然从采购、生产、销售、物流等业务全方位实现了信息化,企业在生产过程中重视对数据分析与利用,但都是依靠以往的经验进行人工分析,很难把握这些数据的关联性,缺乏可靠的技术支持,也很难得出科学的结果。
(讯)近日,从汕头市经信部门了解到,汕头市将以1000家企业实施“互联网+”行动计划为切入点,以信息化在企业管理、产品生产、市场经营的深度应用为重点,大力推进企业的两化融合,不断提升企业生产经营管理水平,适应国内外市场的快速变化。
“互联网+”是互联网发展新形态、新业态,“互联网+”充分发挥互联网在生产要素配置中的优化和集成作用,将互联网的创新成果深度融合于经济社会各领域之中,提升实体经济的创新力和生产力,形成更广泛的以互联网为基础设施和实现工具的经济发展新形态。在以工业“互联网+”行动计划为重点,在1000家企业中开展信息化与工业化深度融合,拓展工业转型升级新路径中,汕头市将抓紧开展工业“互联网+”行动计划的编制,组织对“互联网+”的研究,实施互联网与该市工业传统产业、园区建设、生产业的融合,抓住新一轮科技革命和产业变革契机以及我国发展进入新常态的阶段特征,依托新兴互联网技术与互联网思维,充分发挥互联网对产业转型升级的引领、融合、创新驱动作用,加速产业价值链体系重构,运用互联网的优势,加快促进传统产业转型升级和提质增效。
此外,该市将运用“互联网+”实施工业转型升级。顺应“互联网+”的发展趋势,以信息化与工业化深度融合为主线,以制造业数字化、网络化、智能化为核心,以该市的化工塑料、机械装备、印刷包装、电子信息、医药制造、纺织服装、工艺玩具、食品制造、文具制造、家用电器等传统优势产业领域为载体,从产品数字化与智能化、设计过程数字化、制造过程数字化与智能化、生产管理过程信息化、制造装备数字化与智能化、定制式柔性制造等六个方面加快该市优势制造业转型升级、提升增效。同时,该市还将培育发展壮大“互联网+”新兴业态。利用信息通信技术以及互联网平台,把互联网与传统行业结合起来,创造新的发展业态,加快发展以云计算、物联网、大数据为代表的新一代信息技术产业;加快推进互联网信息技术在工业设计、产品研发、工程承包、远程故障诊断、第三方维修维护、协同制造、再制造等多元化、服务化的应用,培育发展壮大应用互联网信息技术的原材料仓储、物流、电子商务等生产业,拓展工业生产经营的新途径。
记者从《汕头市工业转型升级攻坚战三年行动计划实施意见(2015-2017年)》中了解到,通过以工业“互联网+”行动计划为重点,在1000家企业中开展信息化与工业化深度融合,我市计划到2017年,我市优势传统产业应用互联网信息化技术率达到90%;扩大“两化”融合贯标试点规模,国家和省“两化”融合贯标试点企业达20家,其中通过国家和省认定的企业12家。(来源:中国经济导报;文/罗勉)