工業(yè)4.0=智能工廠+智能制造

　　汽車工業(yè)是機(jī)器人應(yīng)用最廣泛的領(lǐng)域，汽車制造的高度自動(dòng)化使得機(jī)器人越來(lái)越多地出現(xiàn)在工廠里。然而這還不夠，互聯(lián)時(shí)代對(duì)工業(yè)制造提出了更高的要求，自動(dòng)化工廠進(jìn)一步升級(jí)，增添了互聯(lián)的概念：把工廠的機(jī)器以及人連接到網(wǎng)絡(luò)中去，機(jī)器與機(jī)器之間、人與機(jī)器之間實(shí)現(xiàn)對(duì)話。

　　依托信息物理系統(tǒng)(CPS)和信息通信技術(shù)的結(jié)合，工廠將引入大數(shù)據(jù)技術(shù)進(jìn)行分析優(yōu)化管理，在計(jì)算機(jī)虛擬環(huán)境中，對(duì)整個(gè)生產(chǎn)過(guò)程進(jìn)行仿真、評(píng)估和優(yōu)化，最終將實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化、智能化、互聯(lián)化的生產(chǎn)制造。

　　在德國(guó)人的概念中，能實(shí)現(xiàn)這種制造方式的工廠被稱為智能工廠。工業(yè)4.0戰(zhàn)略的展開(kāi)方向之一就是智能工廠。在這場(chǎng)新的變革中，汽車制造商、零部件供應(yīng)商、軟件提供商等站在各自需求角度對(duì)智能工廠都有著各自的解讀，也因而帶來(lái)了不同層面的實(shí)踐，以及不同形態(tài)的智能制造解決方案。

　　從制造邁向“智造”

　　廣泛應(yīng)用于汽車行業(yè)的自動(dòng)化、數(shù)字化、智能化車間，已經(jīng)成為汽車智能制造的重要載體。在這里，可以看到的工人越來(lái)越少，取而代之的是一只只效率和精準(zhǔn)度更高的智能化機(jī)器手，越來(lái)越多的關(guān)鍵工序已經(jīng)由機(jī)器人代替工人。近年來(lái)更是出現(xiàn)了“無(wú)人化”車間，弧焊、點(diǎn)焊、裝配、搬運(yùn)、 噴漆、檢測(cè)、碼垛、研磨拋光和激光加工等復(fù)雜作業(yè)全部交由工業(yè)機(jī)器人來(lái)做一條傳送帶，上百臺(tái)不同類型的機(jī)器人 分工明確、林立兩邊，只需短短的1分鐘，一輛完整的汽車就在機(jī)器人的“手 忙腳亂”中“誕生”了。

　　在我國(guó)，工業(yè)機(jī)器人最初主要用于汽車及工程機(jī)械的噴涂及焊接。隨著汽車需求的不斷增長(zhǎng)，工業(yè)機(jī)器人已經(jīng)廣泛參與到汽車生產(chǎn)的四大工藝以及汽車關(guān)鍵零部件的生產(chǎn)。在汽車車身生產(chǎn)中，有大量壓鑄、焊接、檢測(cè)等應(yīng)用，這些目前均由工業(yè)機(jī)器人參與完成，特別是焊接線上的焊接機(jī)器人在汽車制造業(yè)中發(fā)揮著不可替代的作用。焊接機(jī)器人是在工業(yè)機(jī)器人基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的先進(jìn)焊接設(shè)備，是從事焊接（包括切割與噴涂）的工業(yè)機(jī)器人，主要用于工業(yè)自動(dòng)化領(lǐng)域，其廣泛應(yīng)用于汽車及其零部件制造、摩托車、工程機(jī)械等行業(yè)，在汽車生產(chǎn)的沖壓、焊裝、涂裝、總裝四大生產(chǎn)工藝過(guò)程都有廣泛應(yīng)用，其中應(yīng)用最多的以弧焊、點(diǎn)焊為主。與人工相比，使用機(jī)器人焊接具有質(zhì)量穩(wěn)定、效率大增、更加安全等三大優(yōu)勢(shì)。

　　在汽車內(nèi)飾件生產(chǎn)中，則需要表皮弱化機(jī)器人、發(fā)泡機(jī)器人、最后的產(chǎn)品切割機(jī)器人。汽車車身的噴涂由于工作 量大，危險(xiǎn)性強(qiáng)，通常都會(huì)采用工業(yè)機(jī)器人代替。近年來(lái)，適應(yīng)現(xiàn)代汽車制造技術(shù)柔性化、靈捷化、智能化、信息化的發(fā)展趨勢(shì)，國(guó)內(nèi)汽車制造業(yè)在汽車生產(chǎn)中引入了AGV (又名移動(dòng)機(jī)器人）技術(shù)，使汽車裝配的生產(chǎn)組織、信息管理和物流技術(shù)等方面實(shí)現(xiàn)了質(zhì)的飛躍。

　　國(guó)外零部件工廠里的變化

　　在德國(guó)博世洪堡工廠的一條液壓產(chǎn)品生產(chǎn)線上，所有零件都配備一個(gè)獨(dú)特的射頻識(shí)別碼(RHD)，并能同沿途關(guān)卡自動(dòng)對(duì)話，當(dāng)工件到達(dá)某個(gè)工位時(shí)，顯示屏上就會(huì)相應(yīng)提示員工所需處理的具體工作內(nèi)容，而每一個(gè)工位也可以根據(jù)員工的個(gè)性化設(shè)置進(jìn)行自動(dòng)調(diào)節(jié)。

　　博世在全球超過(guò)250家工廠里應(yīng)用工業(yè)4.0的理念和技術(shù)，其位于中國(guó)蘇州的工廠也是其工業(yè)4.0試點(diǎn)基地之一，在那里，從基礎(chǔ)的無(wú)紙化辦公到自動(dòng)備料系統(tǒng)的實(shí)施都已經(jīng)——成為現(xiàn)實(shí)。在未來(lái)博世的工廠里，一臺(tái)平板電腦的視頻圖像上會(huì)給出所顯示部件的綜合信息和維修指令，工人可以直接通過(guò)觸摸屏處理這些信息。

　　而德國(guó)蒂森克虜伯集團(tuán)董事會(huì)主席海里?！ず招粮?HeinrichHiesitiger)認(rèn)為，工業(yè)4.0概念的推行是要做很多前期準(zhǔn)備工作的。比如必須要做好IT基礎(chǔ)設(shè)施的準(zhǔn)備，網(wǎng)速要有保障，而且這些新的基礎(chǔ)設(shè)施還要能整合到現(xiàn)有生產(chǎn)設(shè)施當(dāng)中，才能保證以高效的方法來(lái)傳遞和輸送大量信息和數(shù)據(jù)。

　　現(xiàn)在，蒂森克虜伯集團(tuán)希望將2300多個(gè)不同地點(diǎn)的IT網(wǎng)絡(luò)能夠通過(guò)高速和超寬帶寬的基礎(chǔ)設(shè)施聯(lián)系起來(lái)。還有一個(gè)重要的前提是生產(chǎn)設(shè)施的自動(dòng)化。2014年11月，蒂森克虜伯發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)(常州)有限公司正式開(kāi)業(yè)，這家發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)生產(chǎn)基地將為中國(guó)生產(chǎn)發(fā)動(dòng)機(jī)缸蓋罩蓋模塊總成。

　　客戶通過(guò)電子訂單系統(tǒng)把需要的鋼板信息發(fā)送到蒂森克虜伯，這些信息和數(shù)據(jù)又馬上會(huì)傳送到生產(chǎn)公司，生產(chǎn)時(shí)的相關(guān)信息和數(shù)據(jù)又被錄入到sap系統(tǒng)當(dāng)中。這樣，一塊鋼板在生產(chǎn)過(guò)程當(dāng)中就已經(jīng)被賦予一個(gè)電子編碼，包含了完備的產(chǎn)品信息。

　　在整個(gè)生產(chǎn)的過(guò)程當(dāng)中，客戶可以實(shí)時(shí)地知道所有鋼板的待產(chǎn)情況，同時(shí)也可以更改一些序列，或者是一些生產(chǎn)的要求。只要在鋼板付諸生產(chǎn)之前的8小時(shí)告訴蒂森克虜伯，就可以馬上做出更改。目前這一流程已經(jīng)在德國(guó)的一個(gè)工廠開(kāi)始實(shí)施了。

　　整車廠的應(yīng)對(duì)

　　工業(yè)4.0不是一場(chǎng)突然而至的革命，也不是可以一蹴而就的革新。寶馬集團(tuán)工業(yè)4.0生產(chǎn)專家克里斯蒂安·潘純 (Christian Patron)博士認(rèn)為，“在寶馬集團(tuán)，不斷改進(jìn)生產(chǎn)系統(tǒng)是日常工作，工業(yè)4.0是符合寶馬邏輯的下一步，而絕不是革命性改變”。

　　寶馬工廠在自動(dòng)化、智能化上的一些嘗試，有的已經(jīng)被列為工業(yè)4.0的生產(chǎn)方式。一個(gè)廣被提及的事例是，寶馬蘭茨胡特工廠在汽車保險(xiǎn)杠生產(chǎn)中啟用非接觸式手勢(shì)識(shí)別系統(tǒng)。這種系統(tǒng)被視為一種智能人機(jī)交互的范例。虛擬手勢(shì)識(shí)別系統(tǒng)由安裝在檢驗(yàn)工作區(qū)域上方的2臺(tái)3D攝像機(jī)、紅外傳感器等部分組成，系統(tǒng)內(nèi)保存有保險(xiǎn)杠部件的3D實(shí)體模型數(shù)據(jù)，并在檢驗(yàn)區(qū)域建立起3D空間掃描坐標(biāo)系。當(dāng)工件進(jìn)人檢驗(yàn)區(qū)后，檢驗(yàn)人員只需幾個(gè)手勢(shì)，即可完成檢驗(yàn)工作：比如指點(diǎn)偏差所在的部位后，設(shè)備即可精確記錄下該偏差產(chǎn)生的位置以及偏差數(shù)據(jù)；而如果零件合格，檢驗(yàn)員只需滑動(dòng)手指，就可以指示系統(tǒng)該零件已經(jīng)通過(guò)檢驗(yàn)。

　　在這套創(chuàng)新系統(tǒng)的支持下，不但能夠加速檢測(cè)過(guò)程。檢驗(yàn)精度和零件偏差的定位精度也大幅提升。同時(shí)因無(wú)需配備護(hù)目鏡、麥克風(fēng)等裝備，提升了檢驗(yàn)員工作的舒適度及工作效率，而且，系統(tǒng)操作簡(jiǎn)單易學(xué)，大受檢驗(yàn)人員的認(rèn)可和歡迎。

　　這正印證了寶馬集團(tuán)新任董事長(zhǎng)科魯格(Harald Kmger)的表述——“對(duì)寶馬而言，工業(yè)4.0并不是一味追求自動(dòng)化，排斥人參與生產(chǎn)的全過(guò)程；與之相反，我們認(rèn)為未來(lái)的智能科技將著眼于更高層次的人機(jī)交互領(lǐng)域，讓科技裝備為工作人員提供更好的支持”。

　　奧迪在公司年度股東大會(huì)上，通過(guò) “Encounter” 雜志詮釋“智能工廠”的愿景。在他們的規(guī)劃中，有朝一日，汽車工廠將擁有與當(dāng)下截然不同的智能系統(tǒng)、創(chuàng)新技術(shù)，以及高效組織構(gòu)架。在他們的規(guī)劃中，裝配線已不復(fù)存在，井然有序的流水作業(yè)也不再適用。平板運(yùn)輸機(jī)器人——所謂的“自動(dòng)運(yùn)輸系統(tǒng)”（Driverless Transport Systems) “搬運(yùn)”著各種尚未制造完成的汽車，在這座工廠中你會(huì)看到奧迪的所有車型，但卻已經(jīng)找不到兩輛完全相同的汽車。奧迪為這一場(chǎng)景轉(zhuǎn)化為現(xiàn)實(shí)設(shè)定了時(shí)間截點(diǎn)——2030年。

　　相比寶馬等德國(guó)車企，日系車企豐田也有自己成熟的制造體系，雖然日本沒(méi)有提出類似工業(yè)4.0的概念，但豐田基于1960年代創(chuàng)造的精益生產(chǎn)的基礎(chǔ)所做的擴(kuò)展。在某種程度上，與21世紀(jì)出爐的工業(yè)4.0理念有很多相融合之處。

雙重角色

　　在推進(jìn)工業(yè)4.0的過(guò)程中，數(shù)據(jù)安全是企業(yè)非常關(guān)注的—項(xiàng)內(nèi)容。英飛凌與德國(guó)電信就共同推出一款用于保護(hù)網(wǎng)絡(luò)化生產(chǎn)的安全解決方案。

　　在去年德國(guó)1T峰會(huì)上，德國(guó)總理默克爾觀看的工業(yè)4.0智能生產(chǎn)演示中，英飛凌的安全產(chǎn)品對(duì)生產(chǎn)的各個(gè)環(huán)節(jié)進(jìn)行身份認(rèn)證，以保障整個(gè)生產(chǎn)過(guò)程的數(shù)據(jù)和信息安全除了在自己的工廠里實(shí)踐工業(yè)4.0，還為別的企業(yè)提供解決方案。在工業(yè)4.0的推進(jìn)中，英飛凌實(shí)際扮演了雙重角色。

　　同樣扮演雙重角色的還有博世、西門子等巨頭企業(yè)，它們也基于各自的優(yōu)勢(shì)推出了自己的智能制造解決方案：西門子認(rèn)為未來(lái)互聯(lián)網(wǎng)與傳統(tǒng)制造業(yè)的結(jié)合會(huì)在數(shù)字工廠落地，因此它推出了自己的數(shù)字工廠解決方案(Digital FactorySoluticm)。為此，西門子在2006年以32億美元收購(gòu)PLM軟件商UGS。

　　UCS擁有在線設(shè)計(jì)軟件平臺(tái)NX，其中內(nèi)置 CAD、CAM等一系列設(shè)計(jì)軟件，還包括數(shù)字化生產(chǎn)流程規(guī)劃軟件以及市面上領(lǐng)先的解決方案。西門子將UGS的軟件平臺(tái)接入自己的工業(yè)自動(dòng)化生產(chǎn)系統(tǒng)之上，形成了一套制造業(yè)解決方案。整合之后，西門子數(shù)字工廠藍(lán)圖初具規(guī)模，基于數(shù)據(jù)分享的合作平臺(tái)，生產(chǎn)者與用戶、供應(yīng)商共同組成數(shù)字工廠，通過(guò)PLM、MES、TIA三位一體的軟件系統(tǒng)平臺(tái)，實(shí)時(shí)溝通，達(dá)成產(chǎn)品從研發(fā)設(shè)計(jì)到售后服務(wù)的全周期管理。

　　在數(shù)字模擬平臺(tái)上，虛擬產(chǎn)品與現(xiàn)實(shí)中在工廠走流程的產(chǎn)品一一對(duì)應(yīng)。工廠內(nèi)的具體執(zhí)行系統(tǒng)，可以根據(jù)數(shù)字模擬平臺(tái)的要求進(jìn)行一定程度的重構(gòu)。目前西門子的數(shù)字工廠解決方案，已經(jīng)在一些高端汽車業(yè)的自動(dòng)化制造過(guò)程中得到應(yīng)用。另外，為了配合自己的工業(yè)自動(dòng)化產(chǎn)品，西門子還推出了一款“西門子工業(yè)支持中心” 的APP。這個(gè)APP將西門子的5000多份各種手冊(cè)、操作指南，以及60000多個(gè)常見(jiàn)問(wèn)題解答集成到網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)，給客戶提供了極大便利。

　　博世也一直在研究工業(yè)4.0的解決方案，近來(lái)推出了“慧連制造”解決方案。該方案核心為制造物流軟件平臺(tái)，包括制程質(zhì)量管理、遠(yuǎn)端服務(wù)管理、預(yù)測(cè)維護(hù)。

　　有人認(rèn)為，在這個(gè)方案中，制程質(zhì)量管理已經(jīng)具備了工廠內(nèi)信息實(shí)時(shí)互聯(lián)等智慧工廠的基本要素，遠(yuǎn)端服務(wù)管理、預(yù)測(cè)維修都是基于物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)生的價(jià)值鏈延伸，也就是說(shuō)博世的慧連制造已經(jīng)具備了工業(yè)4.0的關(guān)鍵基礎(chǔ)。