基于工業(yè)4.0的制造業(yè)工廠流程構(gòu)想

郝敏，付聰

(天津工業(yè)大學(xué)管理學(xué)院，天津 300000)

?

基于工業(yè)4.0的制造業(yè)工廠流程構(gòu)想

郝敏，付聰

(天津工業(yè)大學(xué)管理學(xué)院，天津 300000)

摘要：隨著技術(shù)的進步，人活的生活水平逐步提高，個性化產(chǎn)品的需求不斷增加。從上世紀90年代末，大眾定制的思想就已經(jīng)在工業(yè)領(lǐng)域出現(xiàn)了，主要為了解決消費者對定制化產(chǎn)品的需求問題。基于德國在2013年提出的工業(yè)4.0的概念以及提出的信息物理系統(tǒng)(Cyber-Physical systems)進行豐富，將顧客看作信息反饋源，從而構(gòu)造了信息物理人系統(tǒng)(Cyber-Physical Human systems)。本文對將來的制造業(yè)工廠的工作流程就行了構(gòu)想，并對流程各部分進行了描述。結(jié)合工業(yè)4.0的主題，對政府、企業(yè)和工廠工人提出了相應(yīng)要求，以期可以應(yīng)對工業(yè)4.0帶來的挑戰(zhàn)。

關(guān)鍵詞：工業(yè)4.0；制造業(yè)；流程

1前言

在上世紀90年代就提出了大眾化定制的概念，其主要目的是為了解決大眾對個性化產(chǎn)品的需求。目前在我國的眾多行業(yè)基本已經(jīng)實現(xiàn)了不同程度的、以客戶為導(dǎo)向的服務(wù)。像京東、淘寶、天貓等網(wǎng)絡(luò)平臺就是顧客完全的自主選擇商品的服務(wù)模式，但是顧客是在現(xiàn)有商品的前提下進行選擇。要想完全實現(xiàn)顧客的產(chǎn)品定制的需求，必須對工廠的流程進行重新設(shè)計，以在工廠高效運行的前提下，滿足顧客的需求。

工廠的流程設(shè)計是決定工廠競爭力的重要決定條件之一，其設(shè)計的優(yōu)劣性不僅嚴重影響企業(yè)的生產(chǎn)能力、產(chǎn)品生產(chǎn)周期、設(shè)備利用率，甚至直接影響顧客的滿意度、企業(yè)的經(jīng)濟效益等。科學(xué)合理的工廠流程優(yōu)化不僅可以降低運行成本、縮短生產(chǎn)時間，還能保障企業(yè)產(chǎn)品的市場化、規(guī)?；瑴p少響應(yīng)時間，搶占競爭優(yōu)勢。

2基于工業(yè)4.0的應(yīng)用

工業(yè)4.0是由德國政府為了提高其工業(yè)的競爭力，爭取在新一輪工業(yè)革命中占領(lǐng)先機而提出的新戰(zhàn)略。工業(yè)4.0的主要思想是在工業(yè)的基礎(chǔ)上實現(xiàn)智能化，主要包括“智能工廠”與“智能生產(chǎn)”兩大主題。其目標是充分利用信息技術(shù)與網(wǎng)絡(luò)服務(wù)，建立高度靈活的個性化與數(shù)字化的產(chǎn)品與服務(wù)的生產(chǎn)模式，將制造業(yè)向智能化轉(zhuǎn)型。

德國提出的工業(yè)4.0的概念，就是整合信息物理系統(tǒng)(Cyber-Physical systems)來創(chuàng)造環(huán)境敏感、分散的工廠環(huán)境，結(jié)合追蹤技術(shù)，可以實現(xiàn)顧客在產(chǎn)品生產(chǎn)時改變需求。工廠內(nèi)部機器設(shè)備實現(xiàn)智能協(xié)調(diào)，工廠與顧客通過互聯(lián)網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)相互溝通，實現(xiàn)全方位智能化體系，從而可以充分滿足顧客對定制化產(chǎn)品的需求?；谛畔⑽锢硐到y(tǒng)(Cyber-Physical systems)，要利用追蹤技術(shù)，充分挖掘顧客的信息，構(gòu)成包涵顧客的反饋回路，即信息物理人系統(tǒng)(Cyber-Physical Human systems)。將顧客看作一個反饋源，可以直接影響工廠的操作流程與進度。

3工廠流程構(gòu)想

制造業(yè)工廠的流程構(gòu)想如圖3.1所示，從顧客發(fā)出訂單到工廠制作完成，劃分為4個階段：接單、準備、加工、包裝，其中準備、裝配、包裝分別由一個工作臺代替。因為不同性質(zhì)、不同規(guī)模的工廠雖然具體工作環(huán)節(jié)有所差異，但生產(chǎn)流程具有一致性，因此本文僅就工廠的一般流程進行設(shè)計。

在工業(yè)4.0的環(huán)境下，顧客直接向工廠下單，工廠接單后，會自動完成生產(chǎn)、送貨的服務(wù)，并且整個產(chǎn)銷流程智能化很高，極少有人參與。工廠會將要進行加工的在制品毛坯、半制品、原料、輔料等在進入工廠時就設(shè)有都帶有數(shù)字化的信息標識。此標識存儲著其在整個生產(chǎn)過程和存儲周期所需的各種必要的信息以及整個生產(chǎn)流程。通過互聯(lián)網(wǎng)，在制品毛坯可以尋找存放的倉庫和加工車間，甚至可以在加工的準備階段選定空閑的工作臺進行加工。下面將詳細描述顧客的產(chǎn)品定義和應(yīng)用程序、裝配線及藍牙設(shè)備。

圖3.1　工廠流程構(gòu)想圖

客戶自定義和應(yīng)用程序：在基于工業(yè)4.0環(huán)境的工廠里，產(chǎn)品的加工或制作流程是設(shè)定好的。顧客通過應(yīng)用程序，可以根據(jù)自己的期望來配置產(chǎn)品的顏色。一旦顧客完成了配置并將產(chǎn)品訂單發(fā)送到工廠后端服務(wù)器，相應(yīng)的工作人員會在其工人設(shè)備上收到請求。當(dāng)工人開始按照顯示他的工人裝置的指令開始工作時，客戶收到產(chǎn)品的推送通知，并可以檢測產(chǎn)品的制作流程。如果客戶在產(chǎn)品裝配期間改變產(chǎn)品定義，工人會通過推送通知，并獲得有關(guān)下一步的說明。

生產(chǎn)線：在工廠的硬件和產(chǎn)品設(shè)置之后，工廠里的工人的工作流程會詳細的描述。只要準備好去組裝一個需求的產(chǎn)品，工人可以從倉庫中選擇選一個可用的工作臺。因為每個工作臺配有BLE設(shè)備，工人可感到可用的工作臺。選定工作臺之后，工人得到完整的第一條指令：去在制品毛坯或其他輔助原料倉庫。當(dāng)工人進入倉庫光圈范圍時，下一個指令會顯示在平板電腦上，通常情況下，所需的材料量是顯示的。只要工人取得所有需要的材料，他可以手動將任務(wù)設(shè)置為狀態(tài)完成，或以防他忘記它，當(dāng)他離開調(diào)試工作站的光環(huán)時會自動被觸發(fā)。同理，會依次進行產(chǎn)品的裝配和包裝。在所有的任務(wù)期間，客戶是自動了解他的產(chǎn)品的狀態(tài)，在任何節(jié)點客戶可以根據(jù)自己的愿望來修改他的命令。這樣的情況發(fā)生時，該工人立即收到一個推送通知，客戶改變了產(chǎn)品的要求，并根據(jù)新的指令完成新的工作流程。

追蹤技術(shù)：觸發(fā)事件開始和結(jié)束的自動事件的非常重要的。自動化可以改善水平和垂直監(jiān)測，數(shù)據(jù)的可靠性，并提供對工廠效率的詳細洞察。但是會因為工人的疏忽影響其流程和監(jiān)控。此外，一個請求(產(chǎn)品訂單)的跟蹤和定位并顯示在工作臺上是具有挑戰(zhàn)性的，特別是在組裝的產(chǎn)品不是在一個順序中，而是中斷的時候。為了解決上述問題，工廠的各部分配有一個獨特的可識別性的藍牙裝置，可以在每個部分周圍創(chuàng)造光環(huán)。這樣的光環(huán)可以被感知，當(dāng)藍牙接收到的信號強度是大于或等于設(shè)定的閾值時，可以實現(xiàn)使用適當(dāng)?shù)母櫦夹g(shù)，自動協(xié)助工人、追蹤工作、定位每個工人的位置等。

4問題陳述

基于工業(yè)4.0“智能工廠”和“智能生產(chǎn)”的兩大主題，對工廠設(shè)備的精密度、工人的勞動素質(zhì)及管理水平提出了更高的要求。但是基于我國制造業(yè)自主創(chuàng)新能力不高、產(chǎn)品質(zhì)量水平較低、資源能源利用效率較低、產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)不太合理的現(xiàn)狀，距離工業(yè)4.0的要求尚遠，要求政府、企業(yè)和工廠工人都積極參與到工業(yè)4.0的挑戰(zhàn)中來。

對于政府而言，要從全局的角度把握走向工業(yè)4.0的方向與速度，以引導(dǎo)中國企業(yè)應(yīng)對工業(yè)4.0的挑戰(zhàn)。一要將工業(yè)4.0作為國家的戰(zhàn)略，在分析和掌握4.0特性和規(guī)律的基礎(chǔ)上，給工業(yè)企業(yè)和個人提供指引；二智能工廠和智能生產(chǎn)對國家工人素質(zhì)提出了更高的要求，政府要在政策上逐步實現(xiàn)人員從基層操作人員向中高層管理人員的轉(zhuǎn)變；三要啟動和實施工業(yè)智能制造研發(fā)和產(chǎn)業(yè)化專項工程，組建綜合研究小組和平臺，加強重大共性技術(shù)攻關(guān)，強化示范、推廣和應(yīng)用，推動中國制造業(yè)加快向智能化方向轉(zhuǎn)型。

對于企業(yè)而言，工業(yè)4.0不是一蹴而就的，需要企業(yè)的長期人員積累、資本積累和技術(shù)積累。一要大力推進技術(shù)改革和創(chuàng)新，加大與高校、科研機構(gòu)的技術(shù)合作，加快企業(yè)乃至行業(yè)的創(chuàng)新進程；二要全面的進行自我審視，積極進行生產(chǎn)流程的優(yōu)化工作，增加市場的占有率，積累更多社會資本和市場資源；三要加大工人的培訓(xùn)力度。生產(chǎn)設(shè)備逐步精密和智能化同時對工人的操作技能和勞動素質(zhì)提出了更高的要求，企業(yè)要通過培訓(xùn)活動，提高工人操作高精密裝備的技能。

對于工廠工人而言，工業(yè)4.0的智能工廠對其生存技能提出了很大的挑戰(zhàn)，更要時刻關(guān)注國家政策、法規(guī)的相關(guān)變化，提高自身技能。一要端正態(tài)度，智能工廠不等于無人化工廠，雖然智能化對從業(yè)工人的勞動素質(zhì)提出了更高的要求，但是也會相應(yīng)改善工作環(huán)境，提高生活質(zhì)量。因此，員工要端正對工業(yè)4.0的態(tài)度。二要樹立終生學(xué)習(xí)的態(tài)度。在“智能化工廠”和“智能化生產(chǎn)”環(huán)境下，工廠對工人素質(zhì)要求提升的同時，對工人數(shù)量的需求有所降低，勢必會造成某些工人的失業(yè)，只有樹立終身學(xué)習(xí)的態(tài)度才會抓住更多的工作機會。

5結(jié)束語

實現(xiàn)工業(yè)4.0的工廠內(nèi)的所有機器都可以通過毛坯的數(shù)字化信息標識來智能的進行生產(chǎn)，同樣毛坯也可以自行選擇空閑的工人或機器進行加工。除了必要的批量化生產(chǎn)之外，可以實現(xiàn)消費者自行設(shè)計自己的產(chǎn)品，并且進行監(jiān)控。但是不可否認，我國的工業(yè)發(fā)展不平衡，真正實現(xiàn)工業(yè)4.0，需要中國企業(yè)立足于自身的現(xiàn)實條件，積極應(yīng)對工業(yè)變革。

參考文獻：

[1]徐乃佩.基于精益生產(chǎn)的F公司工廠布局改善研究[D].華東理工大學(xué),2015.

[2]鄭俊慶,楊逸遠.基于SLP和AHP的工廠布局及評價研究[J].機械研究與應(yīng)用,2012(04):179-182.

[3]韓苗苗.TEN汽車零配件制造工廠精益布局研究[D].華東理工大學(xué),2015.

[4]戴大蒙.交互式虛擬環(huán)境下的工廠規(guī)劃與車間布局[J].中國機械工程,2011(10):1180-1184.

[5]張鈺,陳永當(dāng),王俊峰.SLP方法在工廠布局優(yōu)化中的應(yīng)用[J].電子世界,2014(07):100-101.

[6]Baheti,Radhakisan,and Helen Gill:“Cyber-physical systems,”The Impact of Control Technology,(2011):161-166.

中圖分類號:TP29

文獻標志碼：A

文章編號：1671-1602(2016)04-0008-02

作者簡介：郝敏(1990-)，女，漢，河北滄州人，天津工業(yè)大學(xué)管理學(xué)院管理科學(xué)與工程專業(yè)，研究生在讀，研究方向：質(zhì)量管理。