智能工廠智能制造是制造業(yè)企業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)必由之路

羅衛(wèi)豐

中圖分類號(hào)：F270 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)：A 文章編號(hào)：1674-1145（2016）04-000-02

摘要企業(yè)在生產(chǎn)技術(shù)轉(zhuǎn)型期間，會(huì)充分的應(yīng)用智能生產(chǎn)制造技術(shù)。文章針對(duì)傳統(tǒng)生產(chǎn)理念向智能生產(chǎn)理念轉(zhuǎn)型的方法進(jìn)行分析，論述智能制造的理論與技術(shù)應(yīng)用方法，幫助提升所生產(chǎn)設(shè)備的質(zhì)量，并為企業(yè)所開展的生產(chǎn)建設(shè)計(jì)劃節(jié)約成本投入。

關(guān)鍵詞智能工廠智能制造企業(yè)轉(zhuǎn)型轉(zhuǎn)型路徑

第四次工業(yè)革命是網(wǎng)絡(luò)技術(shù)與先進(jìn)制造技術(shù)的完美融合。無論是最先提出工業(yè) 4.0 的德國(guó)，還是致力發(fā)展工業(yè)因特網(wǎng)的美國(guó)，都把智慧生產(chǎn)與智慧工廠視為工業(yè) 4.0 時(shí)代的核心。

科學(xué)界曾在 20 世紀(jì)預(yù)言，智能機(jī)器人將在未來完全代替人類工作，高度數(shù)字化的無人化工廠會(huì)成為生產(chǎn)制造業(yè)的主流。然而，在以自動(dòng)化生產(chǎn)為主的工業(yè) 3.0 時(shí)代，再高度自動(dòng)化的生產(chǎn)設(shè)備也無法脫離工人的操作。隨著第四次工業(yè)革命的降臨，這個(gè)夢(mèng)想將不再是科幻電影中的美好愿望，而變成活生生的現(xiàn)實(shí)。西門子智能工廠的落成，東莞無人化工廠的投產(chǎn)，都標(biāo)志著工業(yè)4.0已經(jīng)到來，你不改變等于等死，你改變等于找死！工業(yè) 4.0 時(shí)代的工廠將變得高度智能化，甚至連產(chǎn)品零組件也會(huì)獲得智能。智能生產(chǎn)線會(huì)根據(jù)產(chǎn)品零組件中事先輸入的需求信息，自動(dòng)調(diào)節(jié)生產(chǎn)系統(tǒng)的配置，指揮各個(gè)機(jī)器設(shè)備制造出千變?nèi)f化的個(gè)性化訂制產(chǎn)品，這就是未來智慧生產(chǎn)與智慧工廠結(jié)合智能工廠的概況。

眾所周知，在德國(guó)，智慧生產(chǎn)被定義為數(shù)字化生產(chǎn)。工程師的繪圖技術(shù)在智能工廠中將變得不再那么重要。因?yàn)樵跀?shù)字化生產(chǎn)模式中，產(chǎn)品的設(shè)計(jì)研發(fā)、零組件制造、生產(chǎn)組裝，都是在同一個(gè)大數(shù)據(jù)平臺(tái)上完成。先研發(fā)，后生產(chǎn)的傳統(tǒng)制造節(jié)奏不會(huì)出現(xiàn)在智能工廠中，研發(fā)與生產(chǎn)幾乎是同步進(jìn)行的數(shù)字化生產(chǎn)，已經(jīng)不再需要紙本的設(shè)計(jì)圖。不用紙本設(shè)計(jì)圖的數(shù)字化生產(chǎn)模式，不僅節(jié)約大量紙張，也大幅壓縮產(chǎn)品的研制周期與上市時(shí)間。此外，這種智能生產(chǎn)模式讓工人的工作方式也產(chǎn)生很大的變化。在未來的智能工廠中，負(fù)責(zé)產(chǎn)品零組件裝配的工人無須再親自動(dòng)手，他的工作臺(tái)上會(huì)有若干不同類型的零件盒，每當(dāng)智能生產(chǎn)在線的自動(dòng)引導(dǎo)小車運(yùn)來某種待加工產(chǎn)品時(shí)，計(jì)算機(jī)就會(huì)從大數(shù)據(jù)平臺(tái)中擷取相關(guān)信息，生產(chǎn)線的智能傳感器會(huì)自動(dòng)掃描待加工產(chǎn)品的條形碼。然后，該待加工產(chǎn)品會(huì)經(jīng)過智能生產(chǎn)在線的數(shù)十個(gè)質(zhì)量監(jiān)測(cè)節(jié)點(diǎn)，被智慧機(jī)器人安裝上各種所需的零組件。工人的主要任務(wù)就是對(duì)產(chǎn)品加工流程進(jìn)行視覺檢測(cè)。經(jīng)過智能生產(chǎn)線的多次裝配與質(zhì)量檢測(cè)后，加工完畢的成品就會(huì)被傳送到進(jìn)行包裝的位置。

在工業(yè)3.0的自動(dòng)化工廠中，產(chǎn)品的包裝與裝箱仍然未能完全脫離人工。但是，在工業(yè) 4.0 的智慧工廠里，這些工作都會(huì)由智能機(jī)器人來完成，機(jī)器人把裝好的產(chǎn)品用升降梯與傳送帶發(fā)往企業(yè)的物流中心。依照傳統(tǒng)的生產(chǎn)流程，要完成這一系列任務(wù)需要數(shù)十名，甚至上百名工人；而智慧工廠的工人不需要手工完成上述工作，其主要任務(wù)就是對(duì)產(chǎn)品加工、包裝、分配流程進(jìn)行視覺檢測(cè)，監(jiān)督智慧生產(chǎn)線的運(yùn)作狀況，處理智能生產(chǎn)線的異常。一個(gè)人能達(dá)成過去上百人的生產(chǎn)效率，而且保持更好的產(chǎn)品質(zhì)量，將操作失誤降到最低，這就是智能生產(chǎn)模式與智能工廠的魅力。網(wǎng)絡(luò)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，讓全世界形成一股虛擬經(jīng)濟(jì)與實(shí)體經(jīng)濟(jì)跨界整合的潮流，這也對(duì)制造企業(yè)提出更高的要求：

首先，企業(yè)必須縮短產(chǎn)品上市的時(shí)間。網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，讓社會(huì)發(fā)展節(jié)奏不斷加快。在這種大環(huán)境下，更新速度成為各種企業(yè)克敵制勝的法寶。假如研發(fā)與生產(chǎn)周期還停留在原有水平的話，企業(yè)就會(huì)不敵產(chǎn)品更快上市的競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手。

其次，企業(yè)必須改變提高生產(chǎn)效率的方式。傳統(tǒng)工廠提高生產(chǎn)效率的辦法，主要是讓工人嚴(yán)格按照經(jīng)過反復(fù)研究的標(biāo)準(zhǔn)化操作規(guī)范來作業(yè)，并且不時(shí)地加班。這種高投入、高耗能的工作方式，已經(jīng)愈來愈難以提高工廠的生產(chǎn)效率。

最后，變幻莫測(cè)的個(gè)性化市場(chǎng)需求，促使生產(chǎn)制造流程必須具有更高的靈活性。立足于大量標(biāo)準(zhǔn)化生產(chǎn)的流水生產(chǎn)線，是第二次工業(yè)革命最重要的發(fā)明之一，這使得人類的工業(yè)制造水平大幅提升。盡管第三次工業(yè)革命催生自動(dòng)化生產(chǎn)線、數(shù)控工具機(jī)、彈性生產(chǎn)線，但大量標(biāo)準(zhǔn)化生產(chǎn)依然是制造業(yè)的主要生產(chǎn)模式。隨著個(gè)性化消費(fèi)日益成為市場(chǎng)主流，生產(chǎn)大量、多種類的個(gè)性化訂制產(chǎn)品將成為制造企業(yè)的主要任務(wù)。這就要求生產(chǎn)制造流程必須具有高靈活性，以適應(yīng)個(gè)性化生產(chǎn)的要求。

融合虛擬生產(chǎn)與現(xiàn)實(shí)生產(chǎn)的智能工廠，就是被市場(chǎng)需求新形勢(shì)催生而出的。以網(wǎng)絡(luò)化生產(chǎn)與數(shù)字化制造為特征的智能制造模式，正在成為決定企業(yè)發(fā)展成敗的關(guān)鍵。企業(yè)要贏得未來，要有超前意識(shí)和思維，緊跟發(fā)展趨勢(shì)，提前布局好發(fā)展方向；使企業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)成功實(shí)現(xiàn)。

智能工廠的運(yùn)作，無法脫離創(chuàng)新的軟件與強(qiáng)大的硬件，其中最重要的就是產(chǎn)品生命周期軟件。產(chǎn)品生命周期包含最初的方案設(shè)計(jì)、技術(shù)測(cè)試、生產(chǎn)規(guī)劃，以及流水在線的加工組裝、外形包裝、裝箱等環(huán)節(jié)。產(chǎn)品經(jīng)過物流配送到最終使用者手上時(shí)，才算完成一個(gè)周期。隨著工業(yè) 4.0 體系的進(jìn)一步完善，產(chǎn)品生命周期甚至?xí)永m(xù)到產(chǎn)品報(bào)廢回收的階段。

從根本上來說，工業(yè) 4.0 策略之所以會(huì)把智慧生產(chǎn)與智慧工廠視為核心發(fā)展內(nèi)容，是為了在生產(chǎn)者與最終使用者之間建立直接聯(lián)系。若想要實(shí)現(xiàn)這個(gè)目標(biāo)，制造業(yè)就需要在三個(gè)層面上努力轉(zhuǎn)型升級(jí)：

第一，建立靈活的生產(chǎn)信息管理網(wǎng)絡(luò)。所謂靈活的生產(chǎn)信息網(wǎng)絡(luò)，指的是融入先進(jìn)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的個(gè)性化生產(chǎn)體系。美國(guó)的工業(yè)因特網(wǎng)就是以此為重點(diǎn)研究對(duì)象。傳統(tǒng)的 C2B（Customer to Business，顧客對(duì)企業(yè)）商業(yè)模式是先下訂單再生產(chǎn)。物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展成熟時(shí)，消費(fèi)者與工廠的智慧生產(chǎn)線就可以透過同一個(gè)大數(shù)據(jù)平臺(tái)實(shí)現(xiàn)直接鏈接。例如，在工業(yè) 4.0 時(shí)代的智慧工廠里，消費(fèi)者可以對(duì)房子裝修、廚房定制等產(chǎn)品進(jìn)行客制化預(yù)訂。從提出需求開始，智能網(wǎng)絡(luò)能隨時(shí)把生產(chǎn)商的信息傳達(dá)給最終用戶，最終使用者也可以借助虛擬可視化等技術(shù)參觀智慧工廠的模擬生產(chǎn)，見證靈活高效率的智能生產(chǎn)流程。智慧工廠已經(jīng)能做到自主生產(chǎn)，省去工廠管理階層、研發(fā)部門、生產(chǎn)部門開會(huì)協(xié)調(diào)工作的環(huán)節(jié)。如此一來，消費(fèi)者就能更快、更便宜地獲得自己想要的個(gè)性化產(chǎn)品。

第二，工業(yè)大數(shù)據(jù)的運(yùn)用將為制造業(yè)帶來巨大的商機(jī)。工業(yè)大數(shù)據(jù)的價(jià)值主要體現(xiàn)在三個(gè)方面：首先，大數(shù)據(jù)技術(shù)能提高工廠的能源利用率；其次，大數(shù)據(jù)技術(shù)讓工業(yè)設(shè)備的維護(hù)效率提高，又能實(shí)現(xiàn)質(zhì)量的突破；最后，大數(shù)據(jù)可以優(yōu)化生產(chǎn)流程，并簡(jiǎn)化營(yíng)運(yùn)管理方式。例如，智能工廠可以在工業(yè)大數(shù)據(jù)的幫助下制造出智能汽車引擎。智能汽車引擎上安裝多種微型智慧傳感器，這些傳感器會(huì)自動(dòng)搜集汽車在行駛狀態(tài)下的各種數(shù)據(jù)。智能傳感器與智能工廠的工業(yè)大數(shù)據(jù)平臺(tái)保持聯(lián)網(wǎng)狀態(tài)，可以實(shí)時(shí)將搜集的數(shù)據(jù)傳輸?shù)酱髷?shù)據(jù)中心。大數(shù)據(jù)中心的智能軟件分析系統(tǒng)可以自動(dòng)對(duì)汽車運(yùn)行狀況進(jìn)行精確檢測(cè)，甚至預(yù)測(cè)汽車在未來可能發(fā)生的故障，從而增加汽車安全性與智能引擎使用的壽命。

第三，智能機(jī)器人與智能生產(chǎn)線將被制造企業(yè)廣泛應(yīng)用。西門子曾在 2014 年德國(guó)漢諾威工業(yè)博覽會(huì)上展出新研發(fā)的智慧生產(chǎn)線。在圍觀觀眾的贊嘆聲中，兩個(gè)智慧庫(kù)卡（Kuka）機(jī)器人進(jìn)行完美協(xié)作，熟練地裝配福斯第七代 Golf 汽車的車門。特斯拉的機(jī)器人工廠，海爾的定制化工廠，雙臂機(jī)器人應(yīng)用，等等，機(jī)器人與智能生產(chǎn)線已經(jīng)密不可分。兩者正向更柔性生產(chǎn)和接近人類動(dòng)作方向發(fā)展。

智能機(jī)器人最令人心醉的并不是精準(zhǔn)快捷的裝配技術(shù)，而是可以實(shí)現(xiàn) M2M 模式的機(jī)器對(duì)話。智能生產(chǎn)線將人、機(jī)器、信息融為一體，其中最主要的是機(jī)器與機(jī)器之間的溝通交流和信息傳遞。假如前一個(gè)智能機(jī)器人加快速度，后一個(gè)智能機(jī)器人就會(huì)自動(dòng)收到前者發(fā)送的信息。如此一來，兩個(gè)機(jī)器人即可靈活而有默契地改變工作內(nèi)容。前幾分鐘自動(dòng)安裝車門，后幾分鐘變成合作安裝方向盤，并且噴漆。這種立足于機(jī)器談話的智慧生產(chǎn)，是對(duì)工業(yè) 3.0 自動(dòng)化生產(chǎn)的跨越式升級(jí)。

由此可見，工業(yè) 4.0 時(shí)代的智能化生產(chǎn)模式，將為人類的生產(chǎn)與生活帶來前所未有的巨大變化。例如，生產(chǎn)在線的工人將會(huì)愈來愈少，可以相互溝通的智慧工業(yè)機(jī)器人愈來愈多。截至目前為止，全球制造業(yè)里的工人與機(jī)器人比例還遠(yuǎn)遠(yuǎn)未能達(dá)到無人化工廠的標(biāo)準(zhǔn)。日本工廠平均每一萬名工人占有 306 個(gè)機(jī)器人，這是全世界的最高紀(jì)錄，相較之下，韓國(guó)工廠只有 287 個(gè)，德國(guó)工廠 253 個(gè)，美國(guó)工廠 130 個(gè)，而中國(guó)工廠僅有 21 個(gè)。從這個(gè)角度來看，工業(yè) 3.0 時(shí)代的自動(dòng)化生產(chǎn)尚未完全讓制造業(yè)擺脫人海戰(zhàn)術(shù)。特別是擁有世界工廠之稱的我國(guó)，對(duì)工業(yè)機(jī)器人的需求十分迫切?？梢韵胂螅?dāng)機(jī)器人超過人類人數(shù)時(shí)，那時(shí)產(chǎn)品價(jià)格是最低。企業(yè)才會(huì)源源不斷地獲得社會(huì)價(jià)值。

在機(jī)器人發(fā)展史上，工業(yè) 4.0 時(shí)代對(duì)應(yīng)著機(jī)器人 2.0 時(shí)代。2.0 時(shí)代的機(jī)器人不再完全受制于按鈕操控的自動(dòng)化設(shè)備，而是可以與工人進(jìn)行人機(jī)合作，并且對(duì)環(huán)境與任務(wù)進(jìn)行靈巧的感知。隨著人口優(yōu)勢(shì)的逐漸消失，企業(yè)對(duì)智能機(jī)器人與智慧化無人工廠的需求將會(huì)愈來愈渴望。

當(dāng)前，企業(yè)要發(fā)展，只有轉(zhuǎn)型升級(jí)，要有超前思維，抓獲趨勢(shì)，提前布局，才能贏取未來，智能制造是企業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)必由之路！