體驗(yàn)德國工業(yè)4.0

沈忠浩

從概念邁向應(yīng)用，從曲高和寡到廣受追捧，誕生于德國的工業(yè)4.0已進(jìn)入第七個(gè)發(fā)展年頭。根據(jù)德國信息技術(shù)、電信和新媒體協(xié)會(huì)的數(shù)據(jù)，工業(yè)4.0相關(guān)產(chǎn)值增長迅速，2018年預(yù)計(jì)達(dá)70億歐元。相關(guān)產(chǎn)業(yè)中，機(jī)器設(shè)備制造業(yè)是領(lǐng)頭羊，2017年產(chǎn)值預(yù)計(jì)增長23%，達(dá)15億歐元。

與產(chǎn)值的快速增長同步，企業(yè)開發(fā)的工業(yè)4.0的應(yīng)用數(shù)量也在快速增加。

作為一項(xiàng)“未來工程”，工業(yè)4.0代表著第四次工業(yè)革命的德國路線，其核心是將生產(chǎn)制造與最先進(jìn)的信息通信技術(shù)結(jié)合起來，源動(dòng)力來自經(jīng)濟(jì)社會(huì)數(shù)字化的快速發(fā)展。

前三次工業(yè)革命均以一項(xiàng)決定性的技術(shù)發(fā)明為標(biāo)志，比如蒸汽機(jī)、電力等。新一輪工業(yè)革命則非單一技術(shù)引領(lǐng)，而是不同技術(shù)和要素的融合，是各種“加法”和“排列組合”，技術(shù)基礎(chǔ)包括自動(dòng)化、物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、云計(jì)算、人工智能等。

德國聯(lián)邦教研部長萬卡說，工業(yè)4.0在德國已不再停留在實(shí)驗(yàn)室，而是真正走進(jìn)工業(yè)生產(chǎn)，從概念走向?qū)嵺`。

獨(dú)一無二的個(gè)性標(biāo)識

2016年和2017年，漢諾威大學(xué)連續(xù)兩年在漢諾威工博會(huì)上展示了一條智能化的圓珠筆生產(chǎn)線，借以讓參觀者親身體驗(yàn)工業(yè)4.0環(huán)境，突出表現(xiàn)個(gè)性化定制。

在不足100平方米的模擬車間里，依次設(shè)計(jì)了6個(gè)工位，搬運(yùn)物料的機(jī)器人沿軌道在車間內(nèi)有序穿梭……在工作人員的引導(dǎo)下，記者來到一號工位開始體驗(yàn)。一號工位僅有一臺(tái)觸摸屏，記者手寫輸入個(gè)人信息后，可以自主選擇圓珠筆的個(gè)性化配置，包括筆芯顏色、筆帽顏色、筆桿手握處凹凸程度、筆頭形狀，此外還可以輸入一行字符，作為雕刻在筆桿上的個(gè)性化圖案。

完成信息輸入后點(diǎn)擊“確認(rèn)”，屏幕上顯示出一個(gè)訂單編號，該編號用于跟蹤記者訂制這支圓珠筆的全流程生產(chǎn)。

離開一號工位，運(yùn)送物料的機(jī)器人自動(dòng)行駛到記者面前，呈上一個(gè)空的工具盒，工具盒的凹槽恰好對應(yīng)一支圓珠筆的各個(gè)部件，右下角還有一個(gè)顯示屏，黑色的電子墨水顯示著記者的姓名和訂單編號。

拿著工具盒，記者來到二號工位。在工作人員的指揮下，將工具盒放在指定的傳感器上，工位的觸摸顯示屏上隨即顯示出訂單信息，確認(rèn)信息無誤后，工位上的一臺(tái)大型機(jī)器開始運(yùn)轉(zhuǎn)。短短幾分鐘，伴隨著刺耳的切割打磨聲，一根實(shí)心的銀色金屬棍被制成筆桿，筆桿手握處凹凸程度與記者下單時(shí)的設(shè)置完全一致。

將余熱尚存的筆桿放入工具盒指定凹槽，記者隨即來到三號工位。只見工位上擺放著兩排塑料工具盒，分別裝滿了筆芯、筆帽、筆頭等零件，顏色規(guī)格各不同。此外，每個(gè)盒子上方均裝有一盞指示燈。

經(jīng)過身份和訂單信息確認(rèn)后，由于記者配置了藍(lán)色筆芯、紅色筆帽和凸形筆頭，盛有相應(yīng)規(guī)格零件的工具盒上方指示燈先后亮起。記者從盒中取走相應(yīng)零件后，指示燈自動(dòng)熄滅，而一旦誤取了其他盒中的零件，相應(yīng)盒子上方的指示燈會(huì)呈紅色報(bào)警狀。

將各零件裝入工具盒后，記者走到四號工位，這是一個(gè)激光雕刻工位。經(jīng)過信息確認(rèn)，將筆桿放入雕刻機(jī)，短短幾十秒，記者最初輸入的一行字符就被清晰地刻在了金屬筆桿上，也讓這支筆擁有了世界上獨(dú)一無二的“個(gè)性標(biāo)識”。

五號工位是裝配工位，一塊觸摸顯示屏上，三維動(dòng)畫依次播放著人工裝配圓珠筆的各個(gè)步驟。記者根據(jù)指示的分解動(dòng)作，將工具盒的各零件按序組裝，一支個(gè)性化的圓珠筆就此誕生。

正當(dāng)記者以為大功告成時(shí)，工作人員提示記者將裝配的圓珠筆拿到六號工位進(jìn)行質(zhì)量檢測。整個(gè)檢測由一個(gè)微型機(jī)械手臂操作完成，無須人工參與。檢測過關(guān)，從機(jī)械手中取下圓珠筆，整個(gè)生產(chǎn)流程才算完成。

一支個(gè)性化圓珠筆誕生記，是有關(guān)整個(gè)德國工業(yè)4.0的“微小說”。

拓展工業(yè)4.0生態(tài)系統(tǒng)

由一條智能生產(chǎn)線拓展到一個(gè)智慧工廠，德國一些大企業(yè)已經(jīng)拿出了解決方案。例如，位于德國洪堡的博世工廠能夠在一條生產(chǎn)線上利用2000個(gè)不同的零件生產(chǎn)出200種不同的液壓模塊。同時(shí)，利用無線射頻識別（RFID）技術(shù)，洪堡博世工廠的內(nèi)部物流效率提高10%，生產(chǎn)積壓減少近三分之一。

分析稱，因?yàn)楦鞣N要素的融合，工業(yè)4.0的外延極廣，不局限于一條生產(chǎn)線、一座車間或一家企業(yè)。按照德國工業(yè)4.0促進(jìn)機(jī)構(gòu)“工業(yè)4.0平臺(tái)”的說法，工業(yè)4.0會(huì)持續(xù)改變德國工業(yè)未來生產(chǎn)及加工的方法，孕育出涵蓋產(chǎn)品整個(gè)生命周期的智能價(jià)值鏈，靈活的個(gè)性化生產(chǎn)將成為新標(biāo)準(zhǔn)，資源消耗降低，生產(chǎn)的經(jīng)濟(jì)效益顯著提升。

值得一提的是，工業(yè)4.0不僅關(guān)乎制造，也關(guān)乎服務(wù)。業(yè)界認(rèn)為，制造與服務(wù)的融合是新一輪工業(yè)革命的突出特征。在第四次工業(yè)革命中，服務(wù)扮演著比前三次工業(yè)革命更重要的角色。其中，前瞻性維修是工業(yè)4.0環(huán)境下的一種全新的維修服務(wù)理念，相關(guān)應(yīng)用已經(jīng)鋪開。

“前瞻性維修”的基本原理是通過物聯(lián)網(wǎng)，實(shí)時(shí)監(jiān)測、收集、分析、處理目標(biāo)設(shè)備狀態(tài)，提前作出故障判斷并給出維修建議，避免設(shè)備意外停工，提高設(shè)備運(yùn)作可靠性，降低維修成本。

“一列火車的空調(diào)在旅途中突發(fā)故障，乘客雖仍能抵達(dá)目的地，但乘坐體驗(yàn)將大打折扣，而新一輪工業(yè)革命帶來的‘前瞻性維修能夠提前預(yù)判和解決故障……”歐洲最大的軟件公司德國思愛普公司負(fù)責(zé)生產(chǎn)和創(chuàng)新的董事會(huì)成員貝恩德·洛伊克特曾介紹這樣一個(gè)前瞻性維修的應(yīng)用。

為此，思愛普為意大利鐵路公司超過2000臺(tái)機(jī)車和列車車廂安裝了600萬至700萬個(gè)傳感器，這些傳感器不間斷地收集、傳輸列車各部分的數(shù)據(jù)，不僅包括機(jī)車動(dòng)力數(shù)據(jù)，還有空調(diào)等設(shè)備數(shù)據(jù)。例如，在空調(diào)可能出現(xiàn)故障前一周至二周，系統(tǒng)就會(huì)作出提示并提供解決方案，工作人員能夠做到未雨綢繆?！安粌H能更好地服務(wù)乘客，還能節(jié)約維修成本8%至10%。”

實(shí)力較強(qiáng)的大企業(yè)在開發(fā)工業(yè)4.0應(yīng)用的同時(shí)，不斷拓展自身的生態(tài)系統(tǒng)，培育更加自主、全面提供完整解決方案的能力，以求在工業(yè)4.0帶來的產(chǎn)業(yè)鏈重塑中搶占更多先機(jī)。

庫卡公司自主開發(fā)的KUKA Connect工業(yè)云平臺(tái)，用戶可在任何時(shí)間、任何地點(diǎn)查看和分析工業(yè)機(jī)器人的運(yùn)行狀態(tài)。KUKA Connect同時(shí)提供第三方合作伙伴的工業(yè)APP，創(chuàng)造圍繞KUKA機(jī)器人的工業(yè)生態(tài)。

庫卡公司監(jiān)事會(huì)主席顧炎民把“智慧工廠”描述為對庫卡工業(yè)機(jī)器人、云端系統(tǒng)和制造業(yè)物流等業(yè)務(wù)的整合，稱它是“一個(gè)完整的工業(yè)4.0解決方案（摘自2017年第17期《環(huán)球》）endprint