工業(yè)4.0原來是這么玩的

工業(yè)4.0原來是這么玩的

你相信嗎？在不久的將來，我們吃的藥是根據(jù)每個(gè)人的基因來配方的；我們的早餐可以根據(jù)個(gè)人的口味和營(yíng)養(yǎng)需求來調(diào)配生產(chǎn)；工廠生產(chǎn)線可以按照工人希望的時(shí)間開工，無需擔(dān)心下午3點(diǎn)沒法去接孩子；生產(chǎn)車間里是機(jī)器告訴機(jī)器下一步做什么，而非中心控制臺(tái)的技術(shù)員在操作。

德國(guó)人工智能研究所首席執(zhí)行官兼科學(xué)總監(jiān)沃夫?qū)?. 瓦爾斯特（Wolfgang Wahlster）教授告訴記者，這些現(xiàn)在的愿景都將通過“工業(yè)4.0”的技術(shù)和生產(chǎn)方式在不久的將來成為實(shí)現(xiàn)。

自從2013年漢諾威工業(yè)展上，德國(guó)向世人第一次演示了智能工廠（Smart Factory）的模擬生產(chǎn)過程之后，德國(guó)工業(yè)4.0就成為了產(chǎn)業(yè)界和經(jīng)濟(jì)界的熱門話題。而且，一場(chǎng)機(jī)器與機(jī)器對(duì)話的工業(yè)革命，正在德國(guó)各地悄悄興起。那么到底什么是工業(yè)4.0？為什么這個(gè)聽上去非常抽象的名詞，關(guān)聯(lián)到的卻是一場(chǎng)改變?nèi)祟惿a(chǎn)方式的革命？

到底什么是德國(guó)工業(yè)4.0？

瓦爾斯特說：“德國(guó)工業(yè)4.0是德國(guó)政府推行的“新一代智能工廠計(jì)劃”，以物聯(lián)網(wǎng)（Cyber-Physical System）為基礎(chǔ)。這意味著網(wǎng)絡(luò)進(jìn)入工廠大生產(chǎn)，是一個(gè)嶄新的工業(yè)制造邏輯和方式。過去是以中心控制指揮系統(tǒng)，每一分鐘對(duì)機(jī)器發(fā)出指令。現(xiàn)在我們有了完全不同的生產(chǎn)結(jié)構(gòu)，按照商品所附帶的信息，由這些信息告訴機(jī)器需要什么樣的生產(chǎn)過程，以制造出符合客戶要求的產(chǎn)品。所以，工業(yè)4.0是第四次工業(yè)革命，因?yàn)檫@是向符合個(gè)體化需求的大生產(chǎn)方式轉(zhuǎn)變?！?/p>

瓦爾斯特是最早提出工業(yè)4.0概念的人士之一。他在德國(guó)中部小城凱澤斯勞滕（Kaiserslauten）的智能工廠里，向遠(yuǎn)道而來打探虛實(shí)的本報(bào)記者解釋：“所謂物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)，就是通過網(wǎng)絡(luò)、實(shí)體物件之間的相互連接，而且應(yīng)用相同的語言，進(jìn)行溝通并相互理解。運(yùn)用到工業(yè)生產(chǎn)中，最重要的是產(chǎn)品和機(jī)器之間的信息互聯(lián)和溝通，由產(chǎn)品上的信息告訴機(jī)器設(shè)備去做什么?！?/p>

目前德國(guó)和國(guó)際制造業(yè)主要和普遍采用的是“嵌入式系統(tǒng)”，這是一種將機(jī)械或電氣部件完全嵌入到受控器件內(nèi)部，為特定應(yīng)用設(shè)計(jì)的專用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。德國(guó)“嵌入式系統(tǒng)”在全球的市場(chǎng)巨大，每年獲得的市場(chǎng)效益高達(dá)200億歐元，到2020年翻番。而工業(yè)4.0正是在嵌入式系統(tǒng)技術(shù)基礎(chǔ)上的革新，并逐步過渡到智能生產(chǎn)。

記者同時(shí)了解到，所謂的德國(guó)工業(yè)4.0，事實(shí)上是德國(guó)政府2012年發(fā)布的10項(xiàng)未來高科技戰(zhàn)略計(jì)劃中的一個(gè)內(nèi)容，是一項(xiàng)由政府投資2億歐元，針對(duì)如何保證德國(guó)制造業(yè)傲立世界頂尖地位的“產(chǎn)業(yè)革命”計(jì)劃，即在10～15年的時(shí)間里，通過“物聯(lián)網(wǎng)”系統(tǒng)完成大生產(chǎn)，最大程度地實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)全自動(dòng)化、個(gè)性化、彈性化、自我優(yōu)化和提高生產(chǎn)資源效率，降低生產(chǎn)成本的全新生產(chǎn)方式，以實(shí)現(xiàn)革命性、大幅度提高生產(chǎn)力的最終目標(biāo)。根據(jù)德國(guó)國(guó)家科學(xué)與工程院的研究，估計(jì)企業(yè)的生產(chǎn)效率可以通過“工業(yè)4.0”提高30%。其次，實(shí)現(xiàn)資源的最佳利用，以保護(hù)環(huán)境，因?yàn)槟茉春驮牧系氖褂迷礁咝В瑢?duì)環(huán)境的污染就越少。

德國(guó)工業(yè)4.0計(jì)劃，目前正由德國(guó)人工智能研究所的智能工廠與眾多和信息技術(shù)、機(jī)器人技術(shù)、激光感應(yīng)技術(shù)相關(guān)企業(yè)合作，進(jìn)行技術(shù)試驗(yàn)。其中部分研究成果已開始在德國(guó)的大企業(yè)，如博世、西門子、巴斯夫的個(gè)別產(chǎn)品生產(chǎn)流水線上進(jìn)行嘗試性實(shí)施。

智能工廠究竟有多智能？

坐落在大概只有足球迷才知道的德國(guó)中部小鎮(zhèn)凱澤斯勞滕，神秘的智能工廠給記者的第一印象是非?！翱ㄍā?。不超過200平方米的“廠房”里擺放了兩排小型機(jī)器。其中罩在玻璃中的，正是那臺(tái)曾在漢諾威工業(yè)展上“初露神姿”的智能名片盒的流水線。

德國(guó)人工智能研究所研究部副總監(jiān)、在智能工廠做研究工作已經(jīng)4年的多米尼克 . 高瑞奇（Dominic Gorecky）博士向記者完整展示了用智能技術(shù)制作個(gè)人名片盒的整個(gè)生產(chǎn)過程。

第一步通過無線電射頻技術(shù)（RFID）從電腦采集和儲(chǔ)存?zhèn)€人信息及產(chǎn)品信息，建立一個(gè)“產(chǎn)品個(gè)體身份”，這些信息將在生產(chǎn)流水線的各個(gè)環(huán)節(jié)被射頻感應(yīng)器閱讀獲得，然后向制造設(shè)備發(fā)出滿足該產(chǎn)品的信息指令；第二步將有了“個(gè)人身份”的名片盒的底盤部分放入生產(chǎn)流水線；第三步，在具有“身份”的底盤進(jìn)入裝配程序之后，被掃描到的射頻碼會(huì)告知流水線上的機(jī)器人先在底盤放一個(gè)夾子，然后套上客戶指定顏色的封蓋；第四步在名片盒的封蓋上建立一個(gè)包含了名片上個(gè)人信息的二維碼，也就是將名片信息數(shù)碼化，用智能手機(jī)掃描二維碼，這些信息就可以被該手機(jī)獲得并通過互聯(lián)網(wǎng)進(jìn)行實(shí)時(shí)傳播；最后對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行質(zhì)量檢測(cè)，保證該產(chǎn)品是根據(jù)具體客戶而生產(chǎn)，產(chǎn)品完全符合該客戶的個(gè)人要求。

多米尼克向記者解釋，智能生產(chǎn)除了由機(jī)器對(duì)機(jī)器進(jìn)行對(duì)話發(fā)指令之外，還有一個(gè)非常重要的部分就是靈活性和模塊化。在智能流水線上，安裝著不同性能的組件模塊，每一個(gè)組件都符合具體客戶在電子和機(jī)械兩個(gè)方面的需求標(biāo)準(zhǔn)，并可根據(jù)實(shí)際需要添加或拆卸，以便隨時(shí)按照客戶的具體要求來對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行調(diào)整。

記者在現(xiàn)場(chǎng)看到，在這個(gè)名片盒的生產(chǎn)過程中，除了人工將零配件裝入流水線之外，所有程序都是通過設(shè)備與設(shè)備之間的數(shù)據(jù)閱讀，由機(jī)器人自動(dòng)完成。整個(gè)生產(chǎn)過程，涉及的技術(shù)包括二維碼、射頻碼、機(jī)器人軟件程序及數(shù)據(jù)分析等。

在德國(guó)聯(lián)邦貿(mào)易與投資署出版的一本關(guān)于德國(guó)工業(yè)4.0的宣傳冊(cè)上，記者進(jìn)一步了解到，“物聯(lián)網(wǎng)”在工業(yè)生產(chǎn)上的運(yùn)用催生了智能工廠。而智能工廠的信息傳遞途徑是通過建立于云計(jì)算基礎(chǔ)上的具有安全保障的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)進(jìn)行的。智能工廠代表了一場(chǎng)產(chǎn)業(yè)革命，不僅是創(chuàng)新意義上的，也是在節(jié)約生產(chǎn)時(shí)間、成本等方面卓有成效、最大程度提高生產(chǎn)力的革命，由此給市場(chǎng)創(chuàng)造出更新更大的機(jī)會(huì)。

德國(guó)國(guó)家科學(xué)和工程院院長(zhǎng)、工業(yè)4.0工作集團(tuán)主席卡格曼（Henning Kagermann）在柏林接受《第一財(cái)經(jīng)日?qǐng)?bào)》記者采訪時(shí)介紹：“目前那些為制造業(yè)生產(chǎn)設(shè)備的企業(yè)和技術(shù)，比如通快集團(tuán)（Trumpf）的激光技術(shù)、西門子生產(chǎn)的機(jī)械設(shè)備等，那些使用這些設(shè)備、以工業(yè)4.0模式生產(chǎn)產(chǎn)品的企業(yè)和公司，還有那些為自動(dòng)化生產(chǎn)企業(yè)提供感應(yīng)技術(shù)和機(jī)器人及信息通信技術(shù)的企業(yè)，如德國(guó)電信等，都從不同方面和角度，參與到推進(jìn)工業(yè)4.0的進(jìn)程中。以西門子和博世為例，這些企業(yè)的產(chǎn)業(yè)系統(tǒng)基礎(chǔ)好，也有很高端的產(chǎn)品。比如博世建設(shè)智能系統(tǒng)的能力和技術(shù)都很強(qiáng)，他們擅長(zhǎng)將所有的知識(shí)融合起來，創(chuàng)造最合適的生產(chǎn)環(huán)境?！?/p>

為了更加直觀和具體地了解實(shí)際生產(chǎn)中工業(yè)4.0的推廣運(yùn)用情況，記者經(jīng)過5個(gè)小時(shí)、3次換乘的曲折火車旅程，從凱澤斯勞滕來到了更鮮為人知的阿爾卑斯山腳小鎮(zhèn)布萊夏赫（Blaichach）。給當(dāng)?shù)靥峁?000多個(gè)就業(yè)崗位的博世伊門斯塔特工廠（Bosch Immenstadt Plant）

依山而建。作為德國(guó)大型龍頭企業(yè)之一的博世，是實(shí)踐德國(guó)工業(yè)4.0的先驅(qū)，其洪堡工廠柴油發(fā)動(dòng)機(jī)噴油器裝配流水線有效應(yīng)用工業(yè)4.0技術(shù)原則，通過安裝射頻碼，實(shí)現(xiàn)機(jī)器與機(jī)器的對(duì)話，更大程度實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化，早在今年夏季就已見諸報(bào)端。此次本報(bào)記者探訪的伊門斯塔特工廠，主要以生產(chǎn)汽車剎車系統(tǒng)和汽車燃油供給系統(tǒng)零配件為主，其生產(chǎn)流水線也正在向更加智能化的方向進(jìn)發(fā)。

看博世如何實(shí)踐4.0

專門負(fù)責(zé)4.0推進(jìn)工作的阿德 . 寇萊克（Arnd Kolleck）博士告訴本報(bào)記者，伊門斯塔特工廠實(shí)施工業(yè)4.0計(jì)劃包括5個(gè)內(nèi)容：智能化原材料輸送、國(guó)際生產(chǎn)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)、流水線操作狀況監(jiān)控和支持系統(tǒng)、遠(yuǎn)程技術(shù)支持和高效設(shè)備管理系統(tǒng)。

記者首先被帶到了整潔敞亮的汽車剎車系統(tǒng)生產(chǎn)車間。作為全球第一大汽車技術(shù)供應(yīng)商之一，博世的汽車剎車系統(tǒng)（ABS&ESP）在市場(chǎng)上有相當(dāng)?shù)膶?shí)力。

“現(xiàn)在你們看到的原材料輸送系統(tǒng)是高自動(dòng)化的。包括登記注冊(cè)、下訂單、確認(rèn)和追蹤等程序都通過射頻技術(shù)（RFID）的運(yùn)用達(dá)到高度自動(dòng)化。生產(chǎn)程序的精簡(jiǎn)進(jìn)一步有效提高了生產(chǎn)力?！笨苋R克介紹說。

記者看到，現(xiàn)場(chǎng)每一個(gè)裝有原材料的盒子上都貼有射頻碼，也就是這盒零部件的“身份證”。射頻碼會(huì)自動(dòng)連接到貨車車牌號(hào)和一個(gè)獨(dú)一無二的產(chǎn)品號(hào)。在之后的上線生產(chǎn)中，這些含有信息的射頻“身份證”，通過射頻識(shí)別，在整個(gè)生產(chǎn)流程中提供生產(chǎn)步驟信息。裝有零部件的盒子從貨車上卸載后，就被輸送到生產(chǎn)區(qū)域。盒中的零部件用完后，又在特定環(huán)節(jié)通過盒子上的射頻碼識(shí)別進(jìn)入網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，然后自動(dòng)向供應(yīng)商提出新的訂貨要求。這種高自動(dòng)化原材料輸送系統(tǒng)，可以增加可視化，從而減少庫存，降低消耗，提高效率。

在之后的環(huán)節(jié)中，記者對(duì)國(guó)際生產(chǎn)網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)（International Production Network，IPN）最感興趣，

認(rèn)為最能體現(xiàn)大數(shù)據(jù)和互聯(lián)網(wǎng)在工業(yè)生產(chǎn)中的運(yùn)用。記者看到整個(gè)車間中有3條生產(chǎn)線在緊張工作中?？苋R克告訴記者，這是通過同一網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)進(jìn)行管理的生產(chǎn)線，目前在全球8個(gè)國(guó)家設(shè)立了20條生產(chǎn)線，中國(guó)蘇州的博世工廠也有一條。這個(gè)國(guó)際生產(chǎn)管理系統(tǒng)通過大量的數(shù)據(jù)收集和分析，實(shí)時(shí)保證所有生產(chǎn)線持續(xù)不斷地標(biāo)準(zhǔn)化生產(chǎn)。

每天，全球20條生產(chǎn)線的生產(chǎn)情況都通過網(wǎng)絡(luò)上傳到系統(tǒng)，生產(chǎn)線總管發(fā)布分析系統(tǒng)上的信息給操作和技術(shù)人員，比如存在什么問題，哪條生產(chǎn)線的速度減慢了，哪里出現(xiàn)了故障。然后根據(jù)了解到的這些信息，來計(jì)劃安排每天的工作，布置任務(wù)，解決各個(gè)環(huán)節(jié)上可能出現(xiàn)的問題，并保證生產(chǎn)線上產(chǎn)品的質(zhì)量。按照寇萊克的說法，生產(chǎn)線每一秒的速度變化，都關(guān)乎幾百萬歐元的利潤(rùn)。

再來看一下生產(chǎn)流水線上的故障情況如何處理。首先，流水線的具體表現(xiàn)及有關(guān)數(shù)據(jù)的分析都通過生產(chǎn)系統(tǒng)自動(dòng)跟蹤，如果出現(xiàn)故障或問題，流水線操作員便會(huì)接到系統(tǒng)信息，使用iPad或者其他連接系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)的設(shè)備，在系統(tǒng)上進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化的糾錯(cuò)。利用這種技術(shù)進(jìn)行操作，一般都不會(huì)影響到整條線的正常工作。

但如果現(xiàn)場(chǎng)操作員不能解決問題的話，進(jìn)一步的解決方法還可以動(dòng)用視頻等現(xiàn)代傳播和通信手段，比如智能手機(jī)，通過互聯(lián)網(wǎng)由更高級(jí)的專員技術(shù)人士來進(jìn)行遠(yuǎn)程指導(dǎo)，這可以充分利用散布在全球的博世專家資源。

最后還要提到的是設(shè)備維修和管理的智能化。以博世伊門斯塔特工廠另一重要產(chǎn)品汽車供油系統(tǒng)零配件為例。因生產(chǎn)此零配件的材料是高強(qiáng)度塑料，生產(chǎn)過程中需要極端高溫，因此對(duì)生產(chǎn)設(shè)備的損傷非常嚴(yán)重，需要經(jīng)常維護(hù)和更換。博世為了最大程度地延長(zhǎng)設(shè)備壽命，最有效地使用該設(shè)備，減少不必要的投資，給每一個(gè)設(shè)備安裝上射頻碼，利用生產(chǎn)執(zhí)行系統(tǒng)（Manufacturing Execution System），將每一個(gè)相關(guān)機(jī)械設(shè)備的數(shù)據(jù)信息進(jìn)行儲(chǔ)存和顯示。這些信息包括了該設(shè)備的運(yùn)作情況、壽命、維護(hù)保養(yǎng)時(shí)間表等，這樣就可以根據(jù)需要，一邊保養(yǎng)，一邊更換，一邊生產(chǎn)，有秩序有節(jié)奏地迅速完成設(shè)備的維護(hù)和更換，由此最大程度地提高效益，降低投入。

競(jìng)爭(zhēng)力、商業(yè)價(jià)值及中國(guó)

任何一次工業(yè)革命，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)力跨越的目的毫無疑問都是為了更大程度地解放勞動(dòng)力，獲取更廣闊的市場(chǎng)。工業(yè)4.0也不例外，在國(guó)際市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)異乎尋常激烈的今天，以制造業(yè)為支柱，出口依賴性很強(qiáng)的德國(guó)經(jīng)濟(jì)，顯然是希望借助生產(chǎn)方式的改變和新市場(chǎng)的開拓來實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)的飛躍。

工業(yè)4.0的“物聯(lián)網(wǎng)”技術(shù)，通過軟件系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)信息系統(tǒng)方面的基礎(chǔ)設(shè)施來實(shí)現(xiàn)，不僅僅是改善和提高生產(chǎn)力，從而力爭(zhēng)保持制造業(yè)老大哥的地位不變，也必定會(huì)帶來新的商業(yè)模式和新的蓬勃商機(jī)。

“德國(guó)是一個(gè)機(jī)器和技術(shù)出口國(guó)，推廣與工業(yè)4.0相關(guān)的各種技術(shù)，出口工業(yè)用軟件已經(jīng)在德國(guó)機(jī)械出口中起到了越來越舉足輕重的作用?！蓖郀査固馗嬖V《第一財(cái)經(jīng)日?qǐng)?bào)》記者。

承擔(dān)著推廣和宣傳德國(guó)、促進(jìn)外貿(mào)、吸引外資任務(wù)的德國(guó)聯(lián)邦貿(mào)易與投資署，在讓世界了解工業(yè)4.0方面已經(jīng)開展了不少工作。他們以“德國(guó)，智能解決方案，更智能商業(yè)”為題的活動(dòng)在世界各地展開。該署服務(wù)主管阿辛姆 . 哈特西（Achim Hartig）在柏林接受本報(bào)記者采訪時(shí)說：“工業(yè)4.0的核心挑戰(zhàn)是行業(yè)間的高度合作和融合?！?/p>

當(dāng)記者提到中國(guó)對(duì)智能工業(yè)發(fā)展興趣濃厚，工業(yè)4.0目前是不是已經(jīng)在中德投資貿(mào)易方面成為重要內(nèi)容時(shí)，哈特西表示，“這只是時(shí)間問題。工業(yè)4.0首先要在德國(guó)國(guó)內(nèi)得到實(shí)踐和發(fā)展，使制造業(yè)和信息網(wǎng)絡(luò)通信業(yè)得以更好地融合。與此同時(shí)，德中之間在學(xué)術(shù)課題研究等方面的合作一直非常頻繁。一旦德中兩國(guó)在工業(yè)和信息技術(shù)方面的合作進(jìn)一步深化，那么其力量將會(huì)非常強(qiáng)大?！?/p>

（王蕾）