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化使得機(jī)器人越來越多地出現(xiàn)在工廠里。然而這還不夠，互聯(lián)時代對工業(yè)制造提出了更高的要求，自動化工廠進(jìn)一步升級，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，在計算機(jī)虛擬環(huán)境中，對整個生產(chǎn)過程進(jìn)行仿真、評估和優(yōu)化，最終將實(shí)現(xiàn)自動化、智能化、互聯(lián)化的生產(chǎn)制造。

　　在德國人的概念中，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)略的展開方向之一就是智能工廠。在這場新的變革中，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智能工廠都有著各自的解讀，也因而帶來了不同層面的實(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，越來越多的關(guān)鍵工序已經(jīng)由機(jī)器人代替工人。近年來更是出現(xiàn)了“無人化”車間，弧焊、點(diǎn)焊、裝配、搬運(yùn)、 噴漆、檢測、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)器人來做一條傳送帶，上百臺不同類型的機(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，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，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。

　　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，危險性強(qiáng)，通常都會采用工業(yè)機(jī)器人代替。近年來，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，國內(nèi)汽車制造業(yè)在汽車生產(chǎn)中引入了AGV (又名移動機(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。

　　國外零部件工廠里的變化

　　在德國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獨(dú)特的射頻識別碼(RHD)，并能同沿途關(guān)卡自動對話，當(dāng)工件到達(dá)某個工位時，顯示屏上就會相應(yīng)提示員工所需處理的具體工作內(nèi)容，而每一個工位也可以根據(jù)員工的個性化設(shè)置進(jìn)行自動調(diào)節(jié)。

　　博世在全球超過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)的無紙化辦公到自動備料系統(tǒng)的實(shí)施都已經(jīng)——成為現(xiàn)實(shí)。在未來博世的工廠里，一臺平板電腦的視頻圖像上會給出所顯示部件的綜合信息和維修指令，工人可以直接通過觸摸屏處理這些信息。

　　而德國蒂森克虜伯集團(tuán)董事會主席海里希·赫辛根(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多個不同地點(diǎn)的IT網(wǎng)絡(luò)能夠通過高速和超寬帶寬的基礎(chǔ)設(shè)施聯(lián)系起來。還有一個重要的前提是生產(chǎn)設(shè)施的自動化。2014年11月，蒂森克虜伯發(fā)動機(jī)系統(tǒng)(常州)有限公司正式開業(yè)，這家發(fā)動機(jī)系統(tǒng)生產(chǎn)基地將為中國生產(chǎn)發(fā)動機(jī)缸蓋罩蓋模塊總成。

　　客戶通過電子訂單系統(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)又馬上會傳送到生產(chǎn)公司，生產(chǎn)時的相關(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)過程當(dāng)中就已經(jīng)被賦予一個電子編碼，包含了完備的產(chǎn)品信息。

　　在整個生產(chǎn)的過程當(dāng)中，客戶可以實(shí)時地知道所有鋼板的待產(chǎn)情況，同時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)在德國的一個工廠開始實(shí)施了。

　　整車廠的應(yīng)對

　　工業(yè)4.0不是一場突然而至的革命，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。一個廣被提及的事例是，寶馬蘭茨胡特工廠在汽車保險杠生產(chǎn)中啟用非接觸式手勢識別系統(tǒng)。這種系統(tǒng)被視為一種智能人機(jī)交互的范例。虛擬手勢識別系統(tǒng)由安裝在檢驗工作區(qū)域上方的2臺3D攝像機(jī)、紅外傳感器等部分組成，系統(tǒng)內(nèi)保存有保險杠部件的3D實(shí)體模型數(shù)據(jù)，并在檢驗區(qū)域建立起3D空間掃描坐標(biāo)系。當(dāng)工件進(jìn)人檢驗區(qū)后，檢驗人員只需幾個手勢，即可完成檢驗工作：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，檢驗員只需滑動手指，就可以指示系統(tǒng)該零件已經(jīng)通過檢驗。

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

　　這正印證了寶馬集團(tuán)新任董事長科魯格(Harald Kmger)的表述——“對寶馬而言，工業(yè)4.0并不是一味追求自動化，排斥人參與生產(chǎn)的全過程；與之相反，我們認(rèn)為未來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上，通過 “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。奧迪為這一場景轉(zhuǎn)化為現(xiàn)實(shí)設(shè)定了時間截點(diǎn)——2030年。

　　相比寶馬等德國車企，日系車企豐田也有自己成熟的制造體系，雖然日本沒有提出類似工業(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的過程中，數(shù)據(jù)安全是企業(yè)非常關(guān)注的—項內(nèi)容。英飛凌與德國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1T峰會上，德國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)品對生產(chǎn)的各個環(huán)節(jié)進(jìn)行身份認(rèn)證，以保障整個生產(chǎn)過程的數(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)勢推出了自己的智能制造解決方案：西門子認(rèn)為未來互聯(lián)網(wǎng)與傳統(tǒng)制造業(yè)的結(jié)合會在數(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PLM軟件商UGS。

　　UCS擁有在線設(shè)計軟件平臺NX，其中內(nèi)置 CAD、CAM等一系列設(shè)計軟件，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的軟件平臺接入自己的工業(yè)自動化生產(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，生產(chǎn)者與用戶、供應(yīng)商共同組成數(shù)字工廠，通過PLM、MES、TIA三位一體的軟件系統(tǒng)平臺，實(shí)時溝通，達(dá)成產(chǎn)品從研發(fā)設(shè)計到售后服務(wù)的全周期管理。

　　在數(shù)字模擬平臺上，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)的自動化制造過程中得到應(yīng)用。另外，為了配合自己的工業(yè)自動化產(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APP將西門子的5000多份各種手冊、操作指南，以及60000多個常見問題解答集成到網(wǎng)絡(luò)平臺，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，包括制程質(zhì)量管理、遠(yuǎn)端服務(wù)管理、預(yù)測維護(hù)。

　　有人認(rèn)為，在這個方案中，制程質(zhì)量管理已經(jīng)具備了工廠內(nèi)信息實(shí)時互聯(lián)等智慧工廠的基本要素，遠(yuǎn)端服務(wù)管理、預(yù)測維修都是基于物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)生的價值鏈延伸，也就是說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)。