智能工廠在工業4.0時代的真麵貌

汽車工業(ye) 是機器人應用廣泛的領域，汽車製造的高度自動化使得機器人越來越多地出現在工廠裏。然而這還不夠，互聯時代對工業(ye) 製造提出了更高的要求，自動化工廠進一步升級，增添了互聯的概念：把工廠的機器以及人連接到網絡中去，機器與(yu) 機器之間、人與(yu) 機器之間實現對話。

 

依托信息物理係統(CPS)和信息通信技術的結合，工廠將引入大數據技術進行分析優(you) 化管理，在計算機虛擬環境中，對整個(ge) 生產(chan) 過程進行仿真、評估和優(you) 化，最終將實現自動化、智能化、互聯化的生產(chan) 製造。

 

在德國人的概念中，能實現這種製造方式的工廠被稱為(wei) 智能工廠。工業(ye) 4.0戰略的展開方向之一就是智能工廠。在這場新的變革中，汽車製造商、零部件供應商、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麵的實踐，以及不同形態的智能製造解決(jue) 方案。

 

從製造邁向“智造”

廣泛應用於汽車行業的自動化、數字化、智能化車間，已經成為汽車智能製造的重要載體。在這裏，可以看到的工人越來越少，取而代之的是一隻隻效率和精準度更高的智能化機器手，越來越多的關鍵工序已經由機器人代替工人。近年來更是出現了“無人化”車間，弧焊、點焊、裝配、搬運、 噴漆、檢測、碼垛、研磨拋光和激光加工等複雜作業全部交由工業機器人來做一條傳送帶，上百台不同類型的機器人 分工明確、林立兩邊，隻需短短的1分鍾，一輛完整的汽車就在機器人的“手 忙腳亂”中“誕生”了。
 
在我國，工業機器人最初主要用於汽車及工程機械的噴塗及焊接。隨著汽車需求的不斷增長，工業機器人已經廣泛參與到汽車生產的四大工藝以及汽車關鍵零部件的生產。在汽車車身生產中，有大量壓鑄、焊接、檢測等應用，這些目前均由工業機器人參與完成，特別是焊接線上的焊接機器人在汽車製造業中發揮著不可替代的作用。焊接機器人是在工業機器人基礎上發展起來的先進焊接設備，是從事焊接（包括切割與噴塗）的工業機器人，主要用於工業自動化領域，其廣泛應用於汽車及其零部件製造、摩托車、工程機械等行業，在汽車生產的衝壓、焊裝、塗裝、總裝四大生產工藝過程都有廣泛應用，其中應用最多的以弧焊、點焊為主。與人工相比，使用機器人焊接具有質量穩定、效率大增、更加安全等三大優勢。
 
在汽車內飾件生產中，則需要表皮弱化機器人、發泡機器人、最後的產品切割機器人。汽車車身的噴塗由於工作 量大，危險性強，通常都會采用工業機器人代替。近年來，適應現代汽車製造技術柔性化、靈捷化、智能化、信息化的發展趨勢，國內汽車製造業在汽車生產中引入了AGV (又名移動機器人）技術，使汽車裝配的生產組織、信息管理和物流技術等方麵實現了質的飛躍。

 

國外零部件工廠裏的變化

 

在德國博世洪堡工廠的一條液壓產(chan) 品生產(chan) 線上，所有零件都配備一個(ge) 獨特的射頻識別碼(RHD)，並能同沿途關(guan) 卡自動對話，當工件到達某個(ge) 工位時，顯示屏上就會(hui) 相應提示員工所需處理的具體(ti) 工作內(nei) 容，而每一個(ge) 工位也可以根據員工的個(ge) 性化設置進行自動調節。

 

博世在全球超過250家工廠裏應用工業(ye) 4.0的理念和技術，其位於(yu) 中國蘇州的工廠也是其工業(ye) 4.0試點基地之一，在那裏，從(cong) 基礎的無紙化辦公到自動備料係統的實施都已經——成為(wei) 現實。在未來博世的工廠裏，一台平板電腦的視頻圖像上會(hui) 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董事會(hui) 主席海裏希·赫辛根(HeinrichHiesitiger)認為(wei) ，工業(ye) 4.0概念的推行是要做很多前期準備工作的。比如必須要做好IT基礎設施的準備，網速要有保障，而且這些新的基礎設施還要能整合到現有生產(chan) 設施當中，才能保證以高效的方法來傳(chuan) 遞和輸送大量信息和數據。

 

現在，蒂森克虜伯集團希望將2300多個(ge) 不同地點的IT網絡能夠通過高速和超寬帶寬的基礎設施聯係起來。還有一個(ge) 重要的前提是生產(chan) 設施的自動化。2014年11月，蒂森克虜伯發動機係統(常州)有限公司正式開業(ye) ，這家發動機係統生產(chan) 基地將為(wei) 中國生產(chan) 發動機缸蓋罩蓋模塊總成。

 

客戶通過電子訂單係統把需要的鋼板信息發送到蒂森克虜伯，這些信息和數據又馬上會(hui) 傳(chuan) 送到生產(chan) 公司，生產(chan) 時的相關(guan) 信息和數據又被錄入到sap係統當中。這樣，一塊鋼板在生產(chan) 過程當中就已經被賦予一個(ge) 電子編碼，包含了完備的產(chan) 品信息。

 在整個(ge) 生產(chan) 的過程當中，客戶可以實時地知道所有鋼板的待產(chan) 情況，同時也可以更改一些序列，或者是一些生產(chan) 的要求。隻要在鋼板付諸生產(chan) 之前的8小時告訴蒂森克虜伯，就可以馬上做出更改。目前這一流程已經在德國的一個(ge) 工廠開始實施了。

 

整車廠的應對

工業(ye) 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。寶馬集團工業(ye) 4.0生產(chan) 專(zhuan) 家克裏斯蒂安·潘純 (Christian Patron)博士認為(wei) ，“在寶馬集團，不斷改進生產(chan) 係統是日常工作，工業(ye) 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、智能化上的一些嚐試，有的已經被列為(wei) 工業(ye) 4.0的生產(chan) 方式。一個(ge) 廣被提及的事例是，寶馬蘭(lan) 茨胡特工廠在汽車保險杠生產(chan) 中啟用非接觸式手勢識別係統。這種係統被視為(wei) 一種智能人機交互的範例。虛擬手勢識別係統由安裝在檢驗工作區域上方的2台3D攝像機、紅外傳(chuan) 感器等部分組成，係統內(nei) 保存有保險杠部件的3D實體(ti) 模型數據，並在檢驗區域建立起3D空間掃描坐標係。當工件進人檢驗區後，檢驗人員隻需幾個(ge) 手勢，即可完成檢驗工作：比如指點偏差所在的部位後，設備即可精確記錄下該偏差產(chan) 生的位置以及偏差數據；而如果零件合格，檢驗員隻需滑動手指，就可以指示係統該零件已經通過檢驗。

 

在這套創新係統的支持下，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。同時因無需配備護目鏡、麥克風等裝備，提升了檢驗員工作的舒適度及工作效率，而且，係統操作簡單易學，大受檢驗人員的認可和歡迎。

 

這正印證了寶馬集團新任董事長科魯格(Harald Kmger)的表述——“對寶馬而言，工業(ye) 4.0並不是一味追求自動化，排斥人參與(yu) 生產(chan) 的全過程；與(yu) 之相反，我們(men) 認為(wei) 未來的智能科技將著眼於(yu) 更高層次的人機交互領域，讓科技裝備為(wei) 工作人員提供更好的支持”。

 

5月22日，奧迪在公司年度股東(dong) 大會(hui) 上，通過 “Encounter” 雜誌詮釋“智能工廠”的願景。在他們(men) 的規劃中，有朝一日，汽車工廠將擁有與(yu) 當下截然不同的智能係統、創新技術，以及高效組織構架。在他們(men) 的規劃中，裝配線已不複存在，井然有序的流水作業(ye) 也不再適用。平板運輸機器人——所謂的“自動運輸係統”（Driverless Transport Systems) “搬運”著各種尚未製造完成的汽車，在這座工廠中你會(hui) 看到奧迪的所有車型，但卻已經找不到兩(liang) 輛完全相同的汽車。奧迪為(wei) 這一場景轉化為(wei) 現實設定了時間截點——2030年。

 

相比寶馬等德國車企，日係車企豐(feng) 田也有自己成熟的製造體(ti) 係，雖然日本沒有提出類似工業(ye) 4.0的概念，但豐(feng) 田基於(yu) 1960年代創造的精益生產(chan) 的基礎所做的擴展。在某種程度上，與(yu) 21世紀出爐的工業(ye) 4.0理念有很多相融合之處。

雙重角色

 

在推進工業(ye) 4.0的過程中，數據安全是企業(ye) 非常關(guan) 注的—項內(nei) 容。英飛淩與(yu) 德國電信就共同推出一款用於(yu) 保護網絡化生產(chan) 的安全解決(jue) 方案。

 

在去年德國1T峰會(hui) 上，德國總理默克爾觀看的工業(ye) 4.0智能生產(chan) 演示中，英飛淩的安全產(chan) 品對生產(chan) 的各個(ge) 環節進行身份認證，以保障整個(ge) 生產(chan) 過程的數據和信息安全除了在自己的工廠裏實踐工業(ye) 4.0，還為(wei) 別的企業(ye) 提供解決(jue) 方案。在工業(ye) 4.0的推進中，英飛淩實際扮演了雙重角色。

 

同樣扮演雙重角色的還有博世、西門子等巨頭企業(ye) ，它們(men) 也基於(yu) 各自的優(you) 勢推出了自己的智能製造解決(jue) 方案：西門子認為(wei) 未來互聯網與(yu) 傳(chuan) 統製造業(ye) 的結合會(hui) 在數字工廠落地，因此它推出了自己的數字工廠解決(jue) 方案(Digital FactorySoluticm)。為(wei) 此，西門子在2006年以32億(yi) 美元收購PLM軟件商UGS。

 

UCS擁有在線設計軟件平台NX，其中內(nei) 置 CAD、CAM等一係列設計軟件，還包括數字化生產(chan) 流程規劃軟件以及市麵上先進的解決(jue) 方案。西門子將UGS的軟件平台接入自己的工業(ye) 自動化生產(chan) 係統之上，形成了一套製造業(ye) 解決(jue) 方案。整合之後，西門子數字工廠藍圖初具規模，基於(yu) 數據分享的合作平台，生產(chan) 者與(yu) 用戶、供應商共同組成數字工廠，通過PLM、MES、TIA三位一體(ti) 的軟件係統平台，實時溝通，達成產(chan) 品從(cong) 研發設計到售後服務的全周期管理。

 

在數字模擬平台上，虛擬產(chan) 品與(yu) 現實中在工廠走流程的產(chan) 品一一對應。工廠內(nei) 的具體(ti) 執行係統，可以根據數字模擬平台的要求進行一定程度的重構。目前西門子的數字工廠解決(jue) 方案，已經在一些高端汽車業(ye) 的自動化製造過程中得到應用。另外，為(wei) 了配合自己的工業(ye) 自動化產(chan) 品，西門子還推出了一款“西門子工業(ye) 支持中心” 的APP。這個(ge) APP將西門子的5000多份各種手冊(ce) 、操作指南，以及60000多個(ge) 常見問題解答集成到網絡平台，給客戶提供了極大便利。

 

博世也一直在研究工業(ye) 4.0的解決(jue) 方案，近來推出了“慧連製造”解決(jue) 方案。該方案核心為(wei) 製造物流軟件平台，包括製程質量管理、遠端服務管理、預測維護。

 

有人認為(wei) ，在這個(ge) 方案中，製程質量管理已經具備了工廠內(nei) 信息實時互聯等智慧工廠的基本要素，遠端服務管理、預測維修都是基於(yu) 物聯網產(chan) 生的價(jia) 值鏈延伸，也就是說博世的慧連製造已經具備了工業(ye) 4.0的關(guan) 鍵基礎。

本文來自搜狐汽車