從工業(yè)概念到工程實(shí)踐——探訪同濟(jì)大學(xué)國(guó)內(nèi)首個(gè)“工業(yè)4.0 ——智能工廠實(shí)驗(yàn)室”

本刊記者/Reporter 李靜/LI Jing

同濟(jì)大學(xué)中德工程學(xué)院副院長(zhǎng)陳明教授

“工業(yè)4.0”的概念對(duì)于業(yè)內(nèi)人士來說已經(jīng)不再陌生，這一概念最早于2011年4月在德國(guó)漢諾威工業(yè)博覽會(huì)上提出，最初的想法只是通過物聯(lián)網(wǎng)等媒介來提高德國(guó)制造業(yè)水平。2013年漢諾威工業(yè)博覽會(huì)上，由“產(chǎn)官學(xué)”組成的德國(guó)“工業(yè)4.0工作組”發(fā)表了題為《保障德國(guó)制造業(yè)的未來：關(guān)于實(shí)施“工業(yè)4.0”戰(zhàn)略的建議》的報(bào)告，稱物聯(lián)網(wǎng)和制造業(yè)服務(wù)化宣告著第四次工業(yè)革命到來。工業(yè)4.0包括將虛擬網(wǎng)絡(luò)-實(shí)體物理系統(tǒng)技術(shù)一體化應(yīng)用于制造業(yè)和物流行業(yè)，以及在工業(yè)生產(chǎn)過程中使用物聯(lián)網(wǎng)和服務(wù)技術(shù)。這將對(duì)價(jià)值創(chuàng)造、商業(yè)模式、下游服務(wù)和工作組織產(chǎn)生影響。

在我國(guó)，首個(gè)“工業(yè)4.0——智能工廠實(shí)驗(yàn)室”于2014年10月28日在同濟(jì)大學(xué)嘉定校區(qū)的中德學(xué)院落成。這一實(shí)驗(yàn)室的落成將“工業(yè)4.0”這一虛擬的概念變成了看得見的實(shí)物，為此我刊記者采訪了同濟(jì)大學(xué)中德工程學(xué)院副院長(zhǎng)陳明教授并參觀了該實(shí)驗(yàn)室。

成立背景

據(jù)陳教授介紹，“工業(yè)4.0”這一工業(yè)發(fā)展新概念一經(jīng)提出，立即在全球引發(fā)了極大關(guān)注，掀起了新一輪研究與實(shí)踐熱潮?，F(xiàn)在“工業(yè)4.0”已經(jīng)上升為德國(guó)的國(guó)家戰(zhàn)略，成為了德國(guó)面向2020年高科技戰(zhàn)略的十大目標(biāo)之一。我國(guó)對(duì)這一制造業(yè)的未來發(fā)展趨勢(shì)也高度關(guān)注。今年3月，國(guó)家主席習(xí)近平在對(duì)德國(guó)進(jìn)行國(guó)事訪問之際，曾在德國(guó)《法蘭克福匯報(bào)》上發(fā)表署名文章，表示德國(guó)推出了“工業(yè)4.0”戰(zhàn)略，使得“中德合作將會(huì)有更多契合點(diǎn)，獲得新動(dòng)力。中德關(guān)系也將在現(xiàn)有高水平基礎(chǔ)上，進(jìn)入一個(gè)精確磨合和深度對(duì)接的新階段。”李克強(qiáng)總理與默克爾總理在共同發(fā)表的《中德合作行動(dòng)綱要》中，宣布兩國(guó)將開展“工業(yè)4.0”合 作，該領(lǐng)域合作有望成為中德未來產(chǎn)業(yè)合作的新方向。

為了推動(dòng)工業(yè)4.0從概念走向工程實(shí)踐，同濟(jì)大學(xué)中德工程學(xué)院基于長(zhǎng)期與德國(guó)高校、企業(yè)成功合作經(jīng)驗(yàn)，攜手德國(guó)企業(yè)界合作伙伴PHOENIX CONTACT公司積極醞釀、規(guī)劃“工業(yè)4.0——智能工廠實(shí)驗(yàn)室”建設(shè)方案，并推進(jìn)方案實(shí)施，邊學(xué)邊做，在做的過程中逐步理解這一概念，最后歷經(jīng)1年時(shí)間共同建成了這一實(shí)驗(yàn)室。實(shí)驗(yàn)室將采用開放模式，服務(wù)于同濟(jì)大學(xué)教學(xué)與科研、大學(xué)生科技創(chuàng)新及校企合作，著力培養(yǎng)卓越工程師人才。

實(shí)驗(yàn)室概況

實(shí)驗(yàn)室不大，但“麻雀雖小，五臟俱全”。記者在實(shí)驗(yàn)室里看到機(jī)器人、數(shù)控車床、數(shù)控加工等中心加工設(shè)備、機(jī)器人滑行導(dǎo)軌、變頻傳送帶、小倉(cāng)庫(kù)、智能照相機(jī)、多臺(tái)服務(wù)器、控制軟件和服務(wù)軟件等一系列硬件設(shè)備和支撐軟件。系統(tǒng)通過先進(jìn)的控制策略與服務(wù)軟件，將這里的硬件設(shè)備進(jìn)行集成，實(shí)現(xiàn)了人、加工件與機(jī)器的智能通訊與協(xié)同工作。

陳教授介紹，“工業(yè)4.0”就是一種新的生產(chǎn)方式，是一個(gè)高度靈活的個(gè)性化和數(shù)字化的產(chǎn)品與服務(wù)的生產(chǎn)模式。它不是憑空創(chuàng)造出來的，而是繼承了以往柔性制造系統(tǒng)FMS，計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)CIMS、敏捷制造、精益生產(chǎn)等的部分理念，但在系統(tǒng)實(shí)踐上卻又是不同的。與以往生產(chǎn)方式相比，“工業(yè)4.0”以工業(yè)自動(dòng)化為基礎(chǔ)，增加了物聯(lián)網(wǎng)和服務(wù)網(wǎng)的概念，在實(shí)驗(yàn)室里人、機(jī)器和工件之間能夠互相交流。另外比較重要的一點(diǎn)是“服務(wù)”，,流水線可以直接根據(jù)用戶的個(gè)性化需求定制生產(chǎn)選項(xiàng)，使用戶直接參與到生產(chǎn)當(dāng)中。一條流水線上所生產(chǎn)的產(chǎn)品都可以各不相同，每個(gè)加工工件都攜帶了電子標(biāo)簽，內(nèi)置了所有用戶定制化的加工任務(wù)，可自行與機(jī)器人、機(jī)床等加工設(shè)備進(jìn)行通訊，完成既定的加工任務(wù)，并可智能檢測(cè)產(chǎn)品質(zhì)量。這種方式改變了原有大規(guī)模的批量生產(chǎn)、大規(guī)模有限定制，實(shí)現(xiàn)了大規(guī)模的個(gè)性化定制。

實(shí)驗(yàn)室一角

為了更形象具體地說明，陳教授舉了手機(jī)殼的生產(chǎn)線的例子，“目前的情況是生產(chǎn)線上的可選項(xiàng)都是由廠家定制的，雖然生產(chǎn)線可以支持混流生產(chǎn)，如一批生產(chǎn)三星，另外一批生產(chǎn)蘋果，但混流排序是根據(jù)當(dāng)天的生產(chǎn)工單要求而制定的，一旦確定除非停機(jī)很難實(shí)時(shí)更改。而在工業(yè)4.0概念下的生產(chǎn)線是更加靈活和柔性的，在產(chǎn)品生產(chǎn)過程中支持在線客戶化定制生產(chǎn)，生產(chǎn)工藝與混流排序等都可以根據(jù)客戶需求實(shí)時(shí)變化，是一個(gè)高度融合個(gè)性化生產(chǎn)與服務(wù)的產(chǎn)品制造新模式。

未來發(fā)展

我國(guó)是一個(gè)制造大國(guó)，目前國(guó)家非常重視“兩化融合”，“兩化融合”與“工業(yè)4.0”在某些方面目標(biāo)是一致的。因此“工業(yè)4.0”在我國(guó)迅速成為熱點(diǎn)，我國(guó)要從制造大國(guó)變成制造強(qiáng)國(guó)，這也是一個(gè)比較好的機(jī)會(huì)。

在談到下一步工作時(shí)，陳教授說，實(shí)驗(yàn)室還將引入智能立體倉(cāng)庫(kù)、AGV自動(dòng)導(dǎo)向車等硬件，實(shí)現(xiàn)“工業(yè)4.0”實(shí)驗(yàn)室的橫向集成。屆時(shí)力爭(zhēng)納入當(dāng)前工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域主要的生產(chǎn)元素與資源，建立起一個(gè)高度靈活的個(gè)性化和數(shù)字化的產(chǎn)品與服務(wù)的生產(chǎn)模式，力爭(zhēng)成為我國(guó)生產(chǎn)制造業(yè)構(gòu)建數(shù)字化智能工廠提供人才培養(yǎng)和應(yīng)用研究平臺(tái)。