以亞琛數(shù)字能力中心為例淺析學(xué)習(xí)工廠4.0的教學(xué)方法

Consuelo Leona Niemeyer, Nicolina Prass

(ITA 學(xué)院有限公司,德國 亞琛 52074)

在目前數(shù)字化迅速發(fā)展的背景下，工業(yè)界正經(jīng)歷著一場重要變革?！肮I(yè)4.0”這一話題也日益影響到越來越多的中小型企業(yè)。 他們必須對(duì)此作出反應(yīng)，以確保企業(yè)未來的經(jīng)濟(jì)效益和競爭力。然而，數(shù)字化轉(zhuǎn)型提出的諸多要求使企業(yè)面臨許多挑戰(zhàn)。這些挑戰(zhàn)不僅要求企業(yè)要實(shí)施不同的軟件解決方案，還要應(yīng)用多種數(shù)字技術(shù)。隨著職業(yè)世界的變化，企業(yè)對(duì)員工也不斷提出更高的要求，因?yàn)閱T工具備相應(yīng)的能力是企業(yè)獲得成功的關(guān)鍵所在。 因此，企業(yè)若要確保在這場變革中取得勝利，提高員工操作數(shù)字化流程的能力至關(guān)重要。從這一角度而言，采用學(xué)習(xí)工廠 4.0(如亞琛數(shù)字能力中心DCC)的培訓(xùn)或教學(xué)方法，可以指引企業(yè)在通向工業(yè) 4.0的道路上邁出重要的第一步。

本文以亞琛數(shù)字能力中心DCC為例，闡述學(xué)習(xí)工廠 4.0 的教學(xué)理念與方法。包括概述工業(yè)4.0和學(xué)習(xí)工廠的內(nèi)涵，并解析在DCC學(xué)習(xí)工廠的學(xué)習(xí)環(huán)境與教學(xué)方法。

1 工業(yè) 4.0背景

近些年來，“工業(yè)4.0”已成為第四次工業(yè)革命的代名詞。 一種全新的構(gòu)建和控制產(chǎn)品生命周期的整條價(jià)值鏈的方式應(yīng)運(yùn)而生。所有與產(chǎn)品生命周期相關(guān)的環(huán)節(jié)：從創(chuàng)意到產(chǎn)品的形成，再到向消費(fèi)者的銷售和最后的回收，都可與工業(yè) 4.0 建立聯(lián)系。 企業(yè)也能夠基于此來解決諸如下列漸多出現(xiàn)的問題：客戶不斷增長的個(gè)性化需求、產(chǎn)品需求浮動(dòng)性越來越大、對(duì)產(chǎn)品類型多樣化的需求(例如對(duì)定制產(chǎn)品的需求)、產(chǎn)品生產(chǎn)要更具靈活性及產(chǎn)品周期要更加縮短等。工業(yè)4.0須通過產(chǎn)品、系統(tǒng)和人的互聯(lián)來實(shí)現(xiàn)。 在此，一個(gè)十分重要的前提是能夠?qū)崟r(shí)獲取所有參與方的重要信息，并在以優(yōu)化價(jià)值鏈為導(dǎo)向下進(jìn)一步處理這些信息。通過這樣的互聯(lián)得以形成眾多跨企業(yè)的價(jià)值鏈網(wǎng)絡(luò)。 這些網(wǎng)絡(luò)具有自我組織和實(shí)時(shí)反應(yīng)動(dòng)態(tài)的特點(diǎn)。此外，對(duì)這樣的價(jià)值鏈網(wǎng)絡(luò)可以在不同層面(如可獲取性、資源和成本等)進(jìn)行優(yōu)化。[1]

在工業(yè)4.0的背景下，制造型企業(yè)通過向客戶提供含附加服務(wù)方案的智能機(jī)器設(shè)備，正越來越發(fā)展成為服務(wù)的提供者。因此，這也為這些企業(yè)創(chuàng)新和優(yōu)化商業(yè)模式創(chuàng)造了機(jī)會(huì)。[2]不言而喻，工業(yè)4.0也給中小型企業(yè)帶來諸多挑戰(zhàn)。 一方面，在傳統(tǒng)的競爭市場之外，辨識(shí)這些以新的商業(yè)模式出現(xiàn)的競爭對(duì)手變得越來越重要；另一方面，獲取并持續(xù)發(fā)展科技和提高數(shù)字化能力至關(guān)重要。[3]

為了能夠持續(xù)性地(進(jìn)一步)提高這些能力，聚焦工業(yè)4.0的學(xué)習(xí)工廠在此不失為一種有效的方法。以下將進(jìn)一步闡述學(xué)習(xí)工廠的定義、教學(xué)理念、目標(biāo)及不同模式。

2 學(xué)習(xí)工廠的定義、教學(xué)理念、目標(biāo)與模式

2.1 學(xué)習(xí)工廠的定義和教學(xué)理念

學(xué)習(xí)工廠展示了一種特殊的學(xué)習(xí)環(huán)境，在此可進(jìn)行基于問題的學(xué)習(xí)(problembasiertes Lernen)和體驗(yàn)式學(xué)習(xí)(experimentelles Lernen)，而這兩種類型的學(xué)習(xí)正是學(xué)習(xí)工廠教學(xué)理念的重要組成部分。為此，學(xué)習(xí)工廠盡可能真實(shí)地展示工業(yè)生產(chǎn)中的相關(guān)技術(shù)和工藝流程。由于學(xué)員在學(xué)習(xí)工廠可以對(duì)生產(chǎn)流程進(jìn)行直接干預(yù)，因此，他們也就可以用互動(dòng)的方式對(duì)工藝流程不斷進(jìn)行優(yōu)化。[4]

理論培訓(xùn)和實(shí)踐使學(xué)員能夠更好地了解各個(gè)工藝流程及其功能，并對(duì)其識(shí)別優(yōu)化。這一學(xué)習(xí)過程可以在多個(gè)獨(dú)立站點(diǎn)，以及沿著學(xué)習(xí)工廠所展示的整條價(jià)值鏈進(jìn)行。學(xué)習(xí)工廠的教學(xué)理念是盡可能真實(shí)地呈現(xiàn)價(jià)值鏈(1)在此價(jià)值鏈?zhǔn)侵敢豁?xiàng)實(shí)物產(chǎn)品的生產(chǎn)或者一項(xiàng)服務(wù)的提供。下的各個(gè)環(huán)節(jié)。[5]在展示價(jià)值鏈的各個(gè)流程階段時(shí)，一方面，學(xué)習(xí)工廠極力追求高度的真實(shí)性，使學(xué)員能夠清楚地跟蹤該流程階段，增進(jìn)他們對(duì)此的理解;[6]另一方面，教學(xué)要讓學(xué)員能夠認(rèn)識(shí)到當(dāng)前流程的優(yōu)缺點(diǎn)，并找到優(yōu)化流程的可能性。這樣，各個(gè)流程也就可以相對(duì)簡單并迅速地得到調(diào)整和優(yōu)化。[7]

不同的教學(xué)方法對(duì)塑造學(xué)習(xí)工廠的學(xué)習(xí)環(huán)境產(chǎn)生不盡相同的影響。然而，無論哪一種教學(xué)方法，都應(yīng)使學(xué)員能夠在自主行動(dòng)、經(jīng)驗(yàn)積累和如何對(duì)現(xiàn)有流程進(jìn)行干預(yù)方面獲取相關(guān)的知識(shí)和能力。[8]能力的形成通常須經(jīng)過四個(gè)階段：觀察當(dāng)前的流程(現(xiàn)狀分析)、構(gòu)建理論知識(shí)、運(yùn)用理論知識(shí)并對(duì)其在實(shí)際中進(jìn)行應(yīng)用、對(duì)發(fā)生的變化以及取得的效果進(jìn)行評(píng)價(jià)。[9]

根據(jù)以上學(xué)習(xí)工廠的定義和對(duì)其教學(xué)理念的概述，可以相對(duì)容易地推導(dǎo)出學(xué)習(xí)工廠的教學(xué)目標(biāo)。

2.2 學(xué)習(xí)工廠的教學(xué)目標(biāo)

學(xué)習(xí)工廠的教學(xué)目標(biāo)是通過適當(dāng)?shù)呐嘤?xùn)內(nèi)容和教學(xué)方法來培養(yǎng)學(xué)員的額外能力，使他們?cè)谝丫邆淠芰Φ幕A(chǔ)上得到更具持續(xù)性的發(fā)展。總體而言，學(xué)員要學(xué)習(xí)如何主動(dòng)處理未知的、復(fù)雜的任務(wù)和情形，以及如何制定合適的解決方案。教學(xué)重點(diǎn)始終是培養(yǎng)學(xué)員自主行動(dòng)的能力和對(duì)專業(yè)知識(shí)的應(yīng)用。

進(jìn)一步而言，通過在學(xué)習(xí)工廠的培訓(xùn)，進(jìn)一步提高學(xué)員更好地理解和評(píng)價(jià)實(shí)踐中各個(gè)工藝流程的能力，能夠發(fā)現(xiàn)問題，并找出解決問題的方法。 只有掌握了尋找解決問題的不同方法，才能夠制定出其解決方案。在學(xué)習(xí)工廠環(huán)境中的實(shí)踐學(xué)習(xí)和行動(dòng)有助于培養(yǎng)學(xué)員的自主行動(dòng)能力和在實(shí)踐中獨(dú)立應(yīng)用知識(shí)的能力。學(xué)習(xí)工廠的教學(xué)能夠取得成功的關(guān)鍵在于：一方面，學(xué)員可以把學(xué)到的知識(shí)和能力轉(zhuǎn)化到真實(shí)的生產(chǎn)過程中；另一方面，學(xué)員可以把自己的知識(shí)傳授給其他員工，從而實(shí)現(xiàn)企業(yè)內(nèi)部的知識(shí)轉(zhuǎn)移。

學(xué)習(xí)工廠的教學(xué)目標(biāo)除以上描述的普遍特征外，還要根據(jù)不同的影響因素，做出進(jìn)一步定義，如主題、應(yīng)用領(lǐng)域、目標(biāo)群體等。因此，在分析不同的學(xué)習(xí)工廠模式時(shí)，各個(gè)模式的教學(xué)目標(biāo)是構(gòu)成該模式特征的關(guān)鍵要素。

2.3 學(xué)習(xí)工廠的多種模式

為了加深對(duì)學(xué)習(xí)工廠模式多樣性的理解，研究構(gòu)成學(xué)習(xí)工廠的各項(xiàng)關(guān)鍵要素是十分必要的。這些關(guān)鍵要素可以分為運(yùn)作模式、教學(xué)目的/目標(biāo)、結(jié)構(gòu)、產(chǎn)品、教學(xué)方法和流程這六個(gè)方面。[6]

通過總結(jié)上述各項(xiàng)關(guān)鍵要素的特征，可對(duì)該學(xué)習(xí)工廠的模式進(jìn)行詳細(xì)描述，鮮明地體現(xiàn)出學(xué)習(xí)工廠可能擁有的多樣化模式。也就是說，只要各項(xiàng)關(guān)鍵要素中的某個(gè)特征發(fā)生了變化，學(xué)習(xí)工廠的定位就不一樣，從而使其(運(yùn)作/效果)模式也有所改變。亞琛數(shù)字能力中心DCC的學(xué)習(xí)工廠模式是一個(gè)很好的示例。通過圖1的描述，可以對(duì)六項(xiàng)關(guān)鍵要素的相關(guān)特征做出進(jìn)一步的介紹。

圖1 亞琛數(shù)字能力中心DCC的關(guān)鍵元素 (根據(jù)Abel)

為了對(duì)學(xué)習(xí)工廠的模式進(jìn)行描述，建議使用創(chuàng)意工具(Kreativit?tstools)。例如，茨維基(Frity Zwicky)的“形態(tài)分析表法”(morphologischer Kasten)。該方法的基本原則是把一個(gè)系統(tǒng)劃分為不同的要素和特征。在其幫助下，可以清晰地、結(jié)構(gòu)化地表述各項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)，并能識(shí)別潛在的不同模式。

Abele等人已經(jīng)把形態(tài)分析表法用于對(duì)學(xué)習(xí)工廠的研究。 在此，除了以上提到的六個(gè)要素外，他們還引入了第七項(xiàng)要素用來定義和描述相關(guān)的數(shù)量特征。接下來，對(duì)在形態(tài)分析表中提到的特征會(huì)再次通過不同的單項(xiàng)元素進(jìn)行明確定義和細(xì)化，從而形成由關(guān)鍵元素、特征和單項(xiàng)元素構(gòu)成的三個(gè)相互關(guān)聯(lián)的層面，并基于此對(duì)學(xué)習(xí)工廠的模式做更清晰的描述。

亞琛數(shù)字能力中心DCC便以這樣的模式作為其發(fā)展的基礎(chǔ)。具體而言，DCC依據(jù)Abele等人提出的形態(tài)分析表，在其上做了適合DCC的調(diào)整：

圖2模式的確定為亞琛數(shù)字能力中心DCC的后續(xù)發(fā)展奠定了基石。文章在第4部分將簡要介紹DCC的創(chuàng)立與結(jié)構(gòu)，詳細(xì)描述其作為學(xué)習(xí)工廠為學(xué)員創(chuàng)造的學(xué)習(xí)環(huán)境，并闡明其教學(xué)目標(biāo)、目標(biāo)群體及教學(xué)方法。

圖2 亞琛數(shù)字能力中心DCC的形態(tài)分析表

3 以亞琛數(shù)字能力中心DCC為例的學(xué)習(xí)工廠 4.0

3.1 創(chuàng)立與結(jié)構(gòu)

亞琛數(shù)字能力中心DCC由 ITA 學(xué)院有限公司和麥肯錫公司于 2017 年合作創(chuàng)立。自成立以來，一個(gè)由多家領(lǐng)先的企業(yè)，以及初創(chuàng)科技企業(yè)組成的網(wǎng)絡(luò)，一直支持著該中心的構(gòu)建和進(jìn)一步發(fā)展。

數(shù)字能力中心DCC為制造業(yè)進(jìn)行數(shù)字化轉(zhuǎn)型建立了一個(gè)學(xué)習(xí)型、示范型和科研型的工廠。[9]這意味著，該中心可以讓學(xué)員沿著一個(gè)非常真實(shí)的生產(chǎn)鏈獲取數(shù)字化轉(zhuǎn)型的交互體驗(yàn)。在流程鏈的每個(gè)環(huán)節(jié)都開發(fā)并實(shí)施了最先進(jìn)的數(shù)字化解決方案。 此外，通過讓學(xué)員直接參與數(shù)字能力中心學(xué)習(xí)環(huán)境中的制造流程、獲取生產(chǎn)參數(shù)、以及通過數(shù)字化轉(zhuǎn)型對(duì)流程進(jìn)行優(yōu)化的機(jī)會(huì)或可能性，使基于問題的學(xué)習(xí)(problembasiertes Lernen)和行動(dòng)導(dǎo)向型的學(xué)習(xí)(handlungsorientiertes Lernen)成為可能。

數(shù)字能力中心DCC提供多種多樣的服務(wù)，包括在學(xué)習(xí)工廠shopfloor的基礎(chǔ)上舉辦不同形式的工作坊和研討會(huì)，展開工業(yè)4.0潛力分析以及工業(yè)生產(chǎn)中的研發(fā)項(xiàng)目等。數(shù)字能力中心DCC希望能夠通過這些教學(xué)和服務(wù)為生產(chǎn)企業(yè)及其經(jīng)理人、專業(yè)人士與員工提供幫助，支持他們進(jìn)行數(shù)字化轉(zhuǎn)型。 在此，這些服務(wù)面向所有行業(yè)、地區(qū)和不同規(guī)模的企業(yè)[9]。

3.2 亞琛數(shù)字能力中心DCC的學(xué)習(xí)環(huán)境

3.2.1 紡織產(chǎn)業(yè)鏈與工業(yè) 4.0的結(jié)合 在數(shù)字能力中心DCC的示范工廠里，數(shù)字化與紡織業(yè)相互交融，形成了一個(gè)智能紡織腕帶的整個(gè)生產(chǎn)鏈。流程環(huán)節(jié)包括從接入訂單到產(chǎn)品開發(fā)、產(chǎn)品制造直至到與之相關(guān)的產(chǎn)品服務(wù)。腕帶的生產(chǎn)過程分為五個(gè)部分：紡織準(zhǔn)備(整經(jīng))、織物/條帶生產(chǎn)、精加工(熱固定和印花)、成型(切割和縫紉)和質(zhì)量控制。生產(chǎn)/倉庫物流以及產(chǎn)品包裝/貨物發(fā)貨被納入到生產(chǎn)性服務(wù)的環(huán)節(jié)中。

DCC在各個(gè)流程環(huán)節(jié)都設(shè)置了不同的數(shù)字化解決方案，用以展示工業(yè) 4.0 在生產(chǎn)中的潛力。 以下將闡述該中心在產(chǎn)品生產(chǎn)和生產(chǎn)性服務(wù)領(lǐng)域?qū)?shù)字技術(shù)的一些應(yīng)用。

3.2.2數(shù)字技術(shù)的應(yīng)用 在數(shù)字能力中心DCC的示范工廠，除了在生產(chǎn)過程中應(yīng)用數(shù)字技術(shù)外，產(chǎn)出的產(chǎn)品 ( 紡織腕帶 ) 本身也是工業(yè) 4.0 的一部分。 成品腕帶內(nèi)含一個(gè)RFID芯片，用于人機(jī)通信(Mensch-Maschine-Kommunikation)。通過這一應(yīng)用，可以操作諸多功能。例如，通過存儲(chǔ)在 RFID 芯片上的數(shù)據(jù)，員工就可以登錄機(jī)器設(shè)備，隨后，員工的身份識(shí)別、對(duì)工作臺(tái)的個(gè)性化調(diào)整等都自動(dòng)進(jìn)行。 也就是說，員工登錄到機(jī)器設(shè)備或工作站后，助理系統(tǒng)就會(huì)根據(jù)該員工的信息自動(dòng)調(diào)節(jié)工作臺(tái)，使之適合其高度，并發(fā)布針對(duì)個(gè)人的工作指示。此外，分配給該員工的工作任務(wù)和使用權(quán)限也都可以從芯片讀出并預(yù)備好供其使用。

圖3 應(yīng)用 RFID 技術(shù)的智能腕帶，用于個(gè)性化的工作站登錄

在智能腕帶的生產(chǎn)過程中，使用了很多數(shù)字化解決方案，例如：狀態(tài)監(jiān)控、數(shù)字助理系統(tǒng)、機(jī)器學(xué)習(xí)(人工智能)、采集流程用時(shí)、增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)(agumented reality)、績效管理等。

圖4 亞琛數(shù)字能力中心DCC對(duì)數(shù)字技術(shù)的應(yīng)用

生產(chǎn)中的狀態(tài)監(jiān)控旨在為各個(gè)流程提供全面信息，從而可以使次品量最多可減少 80%，機(jī)器故障率最多可降低 50%。 借助在機(jī)器設(shè)備上的內(nèi)部和外部傳感器，生成實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)可以直接從智能手機(jī)或平板電腦上讀取。一旦實(shí)際值偏離目標(biāo)值，員工就會(huì)收到警報(bào)或信號(hào)。這樣，人們便能對(duì)緊急的問題更快地做出反應(yīng)。

很多情形下，可以通過機(jī)器設(shè)備的可編程邏輯控制器 (PLC) 生成基于實(shí)時(shí)的數(shù)據(jù)。如果無法直接訪問 PLC 的數(shù)據(jù)，則可以將外部傳感器連接到機(jī)器設(shè)備上，以記錄所需的數(shù)據(jù)。 數(shù)字能力中心DCC的整個(gè)過程就展示了這樣一個(gè)實(shí)例。所有機(jī)器設(shè)備(來自 PLC 和外部傳感器)生成的數(shù)據(jù)都被統(tǒng)一收集在一個(gè)中間件(Middleware)里，接下來使用一個(gè)物聯(lián)網(wǎng) (IoT) 平臺(tái)，用以呈現(xiàn)在生產(chǎn)中產(chǎn)生的所有生產(chǎn)數(shù)據(jù)和機(jī)器設(shè)備數(shù)據(jù)，以及機(jī)器間的連接情況。

在紡織準(zhǔn)備的過程中，大量的紡線要繞在經(jīng)軸上。線軸從沙架上被抽出來，平行排列并很精準(zhǔn)地卷繞在經(jīng)軸上。狀態(tài)監(jiān)控收集繞線過程中所有必要的數(shù)據(jù)，以確保質(zhì)量。在此使用不同的傳感器，用于生成有關(guān)紗線彈性、表面結(jié)構(gòu)(例如是否有結(jié)頭)、振動(dòng)、磨損、濕度、溫度和光強(qiáng)度的數(shù)據(jù)。收集的數(shù)據(jù)是制定流程優(yōu)化決策的基礎(chǔ)，并能夠在發(fā)生問題時(shí)更快地進(jìn)行干預(yù)。

在DDC的示范工廠里，除了對(duì)各個(gè)流程環(huán)節(jié)進(jìn)行狀態(tài)監(jiān)控以外，還采用不同形式的數(shù)字助理系統(tǒng)。其優(yōu)勢(shì)主要體現(xiàn)在可以減少生產(chǎn)準(zhǔn)備時(shí)間(至75%)和對(duì)員工的培訓(xùn)時(shí)間(至50%)。通過使用這樣的系統(tǒng)，經(jīng)驗(yàn)不足的員工在操作機(jī)器設(shè)備和執(zhí)行生產(chǎn)流程中可以獲得必要的支持。在學(xué)習(xí)工廠，用于操作織帶機(jī)的數(shù)字助理系統(tǒng)可向員工提供調(diào)試和設(shè)置織機(jī)參數(shù)的工作指南。員工登錄到機(jī)器設(shè)備上后，便可獲取適合自身崗位能力水平的工作指南。若在生產(chǎn)過程中遇到問題，例如紗線斷裂，員工可以根據(jù)指南的一步步引導(dǎo)或通過現(xiàn)實(shí)(augmented reality)助理獨(dú)立解決。如果員工無法獨(dú)立解決，則可以檢索到高一級(jí)能力水平的員工的聯(lián)系方式，從而取得真人幫助。

在加工階段(對(duì)織帶的熱固定、涂層和印花)，DCC展示人工智能的多種形式。通過機(jī)器學(xué)習(xí)，機(jī)器設(shè)備能夠在熱固定和涂層過程中自動(dòng)調(diào)節(jié)自身設(shè)置，并優(yōu)化工藝參數(shù)，在保證質(zhì)量的前提下調(diào)節(jié)能耗。在隨后的數(shù)字化印花過程中，按照客戶需求對(duì)腕帶進(jìn)行個(gè)性化的定制生產(chǎn)。腕帶的外觀(如顏色、外觀設(shè)計(jì)、圖片、文字、大小等)通過應(yīng)用程序設(shè)定，并將印花任務(wù)交給數(shù)字打印機(jī)。為了能夠把每一個(gè)生產(chǎn)出的腕帶與相應(yīng)的訂單對(duì)號(hào)入座，訂單數(shù)據(jù)都存儲(chǔ)在 QR 碼中，該 QR 碼也印在腕帶上。由此，借助相機(jī)便可對(duì)印花質(zhì)量進(jìn)行檢驗(yàn)。通過人工智能的應(yīng)用，可以檢測到重疊、空隙、扭曲和花色變形等外觀缺陷的問題。根據(jù)質(zhì)量檢驗(yàn)結(jié)果，每一個(gè)腕帶在剪切后被決定是否進(jìn)入后續(xù)的加工流程。成功通過印花檢驗(yàn)的腕帶則由自動(dòng)導(dǎo)航車(AGV) 轉(zhuǎn)運(yùn)到縫紉站點(diǎn)。AGV 上配備了各種傳感器和攝像系統(tǒng)，因此可以及早檢測到障礙物，并自主調(diào)整行駛路線。

腕帶縫紉應(yīng)用了多種數(shù)字技術(shù)。在員工登錄時(shí)，助理系統(tǒng)對(duì)工作臺(tái)可進(jìn)行個(gè)性化調(diào)整，例如高度、能力水平、語言等，以便更好地適應(yīng)員工的個(gè)人需要。一方面，可以提高工藝質(zhì)量；另一方面，使工作臺(tái)更符合人體工程學(xué)的要求，提高工作安全性。此外，在該站點(diǎn)，針對(duì)每一個(gè)縫紉環(huán)節(jié)都會(huì)測量流程用時(shí)。使用數(shù)字化解決方案能夠使生產(chǎn)率提高 25%，同時(shí)可將流程用時(shí)的偏差降低 80%。掃描了 QR 碼后，員工便開始工作，同時(shí)開始測量縫紉流程的用時(shí)。 員工通過視頻得到逐步指導(dǎo)，從而完成任務(wù)。完成了一個(gè)工作環(huán)節(jié)后，工作站會(huì)自動(dòng)識(shí)別，并自動(dòng)播放后續(xù)的工作指南，員工不需要手動(dòng)確認(rèn)。此外，在此使用的傳感器與視覺信號(hào)聯(lián)網(wǎng)，會(huì)直接顯示執(zhí)行不正確的操作或者錯(cuò)誤的組件選擇。 這樣，員工就可以直接在操作過程中更正，從而減少報(bào)廢產(chǎn)品率，確保產(chǎn)品的質(zhì)量。

圖5 亞琛數(shù)字能力中心DCC配備數(shù)字助理系統(tǒng)的自適應(yīng)縫紉站

在生產(chǎn)性服務(wù)領(lǐng)域，上文已介紹了在不同工藝流程的各個(gè)站點(diǎn)間，借助自動(dòng)導(dǎo)航車實(shí)現(xiàn)工廠里的內(nèi)部生產(chǎn)物流。在物流領(lǐng)域，DCC在其示范物料倉庫里還應(yīng)用了另外一種數(shù)字技術(shù)，即Google眼鏡，目的是借助增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)來提高流程質(zhì)量。 在此可以實(shí)現(xiàn)高達(dá) 25% 的生產(chǎn)率增長。應(yīng)用該技術(shù)的優(yōu)勢(shì)具體如下：物流員工在Google 眼鏡上看到數(shù)字化的任務(wù)單，他們可裝貨架或操作物料車。 同時(shí)，這也提高了工作的安全性和工作效率，因?yàn)槭謩?dòng)檢驗(yàn)和確認(rèn)任務(wù)單的環(huán)節(jié)就省掉了。為了進(jìn)一步優(yōu)化流程，DCC在物料倉庫里的箱子上都配備了RFID標(biāo)簽。物流員工帶著一個(gè)集成 RFID 讀卡器的腕帶，當(dāng)箱子從貨架上被取出時(shí)，該卡會(huì)自動(dòng)識(shí)別這個(gè)箱子。 如果員工拿錯(cuò)了箱子，聲學(xué)反饋會(huì)提醒員工，使其有機(jī)會(huì)立即更正。這樣，物流中出現(xiàn)的錯(cuò)誤率可降低至 60%。

在學(xué)習(xí)工廠中，還展示了如何生成和存儲(chǔ)這些在整個(gè)數(shù)字化生產(chǎn)中，沿著生產(chǎn)鏈所產(chǎn)生的數(shù)據(jù)。這些數(shù)據(jù)接下來可以在績效管理系統(tǒng)中以清晰的結(jié)構(gòu)供人使用。例如，績效管理系統(tǒng)提供有關(guān)工藝流程、機(jī)器設(shè)備和員工生產(chǎn)率的信息。一方面，圖形處理的方式讓人能夠更快地了解所有工藝流程。另一方面，這也使流程分析和流程優(yōu)化成為可能。

圖6 借助數(shù)字化績效管理創(chuàng)建結(jié)構(gòu)清晰的生產(chǎn)情況總覽圖

隨著擁有“最先進(jìn)技術(shù)”的示范和學(xué)習(xí)工廠4.0的建立，DCC得以為工業(yè)企業(yè)的數(shù)字化轉(zhuǎn)型提供有力支持。在整個(gè)生產(chǎn)鏈中對(duì)數(shù)字技術(shù)的大量應(yīng)用和采用數(shù)字化解決方案為不同的目標(biāo)群體開辟了新的視角。以下將介紹哪些是DCC的目標(biāo)群體、DCC 的教學(xué)目標(biāo)，以及采用什么樣的教學(xué)方法來實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)。

3.3 亞琛數(shù)字能力中心DCC的教學(xué)目標(biāo)、目標(biāo)群體和的教學(xué)方法

數(shù)字化的未來發(fā)展將對(duì)職場和生產(chǎn)過程產(chǎn)生重大影響。自動(dòng)化的不斷推進(jìn)讓很多員工感覺在工作中越來越受到威脅。[10]為此，DCC的教學(xué)目標(biāo)是使企業(yè)及其員工為迎接新的職業(yè)世界做好準(zhǔn)備、協(xié)助企業(yè)發(fā)展新的職業(yè)群體、發(fā)起并陪伴企業(yè)的數(shù)字化轉(zhuǎn)型過程。

雖然DCC的學(xué)習(xí)工廠展示的是紡織生產(chǎn)，但其目標(biāo)群體并不局限于紡織行業(yè)的企業(yè)。學(xué)習(xí)工廠提出的數(shù)字化解決方案和示例在經(jīng)過調(diào)整后同樣可以轉(zhuǎn)移到其他行業(yè)運(yùn)用。為了向企業(yè)持續(xù)性地闡明數(shù)字化轉(zhuǎn)型的內(nèi)容，并幫助他們實(shí)施數(shù)字化方案，DCC的服務(wù)面向不同地區(qū)、不同行業(yè)、不同規(guī)模的企業(yè)。在此背景下，數(shù)字能力中心DCC首先在學(xué)習(xí)工廠 4.0 開發(fā)了一系列常規(guī)和個(gè)性化的工作坊、研討會(huì)及培訓(xùn)項(xiàng)目。在此類課程上，學(xué)員主要學(xué)習(xí)如何應(yīng)對(duì)職業(yè)世界發(fā)生的變化、了解數(shù)字化解決方案的潛力，以及數(shù)字化轉(zhuǎn)型和向工業(yè) 4.0 的發(fā)展會(huì)帶來哪些改變。在此基礎(chǔ)上，DCC接下來通過4.0潛力分析和開發(fā)項(xiàng)目為企業(yè)的數(shù)字化轉(zhuǎn)型提供個(gè)性化支持。在工作坊進(jìn)行潛力分析和開發(fā)項(xiàng)目的過程中，企業(yè)會(huì)提出各種各樣的問題。例如，數(shù)字化轉(zhuǎn)型如何取得成功？哪些數(shù)字化技術(shù)的應(yīng)用適合自己的企業(yè)，并且是否具有可持續(xù)性？將會(huì)面臨哪些挑戰(zhàn)？數(shù)字化戰(zhàn)略的內(nèi)涵是什么？如何成功實(shí)施數(shù)字化戰(zhàn)略？

為了幫助企業(yè)找到這些問題的解決方案，DCC在教學(xué)中著重使企業(yè)順沿六個(gè)關(guān)鍵階段/要素來解決問題。這六個(gè)關(guān)鍵階段或要素是信息、分析與診斷、設(shè)計(jì)、實(shí)施、評(píng)估和擴(kuò)展。

圖7 亞琛數(shù)字化能力中心DCC用于數(shù)字化轉(zhuǎn)型的教學(xué)方法

首先，對(duì)關(guān)鍵要素“信息”的教學(xué)主要基于在學(xué)習(xí)工廠 4.0 設(shè)立的實(shí)踐工作坊。 通過對(duì)生產(chǎn)過程做簡單、靈活的調(diào)整，使其從精益狀態(tài)(傳統(tǒng)的、非數(shù)字化)轉(zhuǎn)型為未來狀態(tài)(數(shù)字化)，從而讓學(xué)員生動(dòng)地了解數(shù)字化轉(zhuǎn)型的含義。此外，學(xué)員與數(shù)字能力中心DCC的培訓(xùn)導(dǎo)師一起做實(shí)踐練習(xí)，以此培養(yǎng)學(xué)員的數(shù)字化能力，并讓他們了解技術(shù)參數(shù)、先決條件和經(jīng)濟(jì)效益等方面的情況。

其次，就其他一些關(guān)鍵元素的教學(xué)體現(xiàn)于4.0潛力分析和開發(fā)項(xiàng)目中。4.0潛力分析(企業(yè)與DCC合作)的目標(biāo)是制定一項(xiàng)含目標(biāo)和路線圖的數(shù)字化轉(zhuǎn)型戰(zhàn)略。 這一任務(wù)涉及的是“設(shè)計(jì)階段”的教學(xué)。另外，企業(yè)數(shù)字化的維度也在當(dāng)中需要得到更進(jìn)一步的界定：是否應(yīng)將整個(gè)生產(chǎn)過程，還是某一生產(chǎn)領(lǐng)域/生產(chǎn)線，或者只是對(duì)一臺(tái)機(jī)器設(shè)備作為原型進(jìn)行數(shù)字化轉(zhuǎn)型？對(duì)工業(yè) 4.0 應(yīng)當(dāng)在購買新機(jī)器設(shè)備時(shí)做以考慮，還是通過改造公司現(xiàn)有的機(jī)器設(shè)備來引入工業(yè)4.0？

接下來涉及“實(shí)施階段”的教學(xué)，其中的任務(wù)包括如何選擇合適的技術(shù)和系統(tǒng)，以及開發(fā)原型等。在這一階段，要把數(shù)字技術(shù)和傳感器引入到生產(chǎn)中。完成此階段后，就可以啟動(dòng)一個(gè)審查流程，并繼續(xù)后面的階段，即在生產(chǎn)中的測試或評(píng)估階段，以及優(yōu)化引入的數(shù)字解決方案。 在這些階段都得到了成功后，還可以對(duì)數(shù)字化解決方案進(jìn)行擴(kuò)展，例如把一臺(tái)機(jī)器設(shè)備原型擴(kuò)展到整個(gè)生產(chǎn)線或者整個(gè)生產(chǎn)過程，亦或擴(kuò)展到企業(yè)的其他生產(chǎn)點(diǎn)。

借助這樣多階段的教學(xué)方法，數(shù)字能力中心DCC得以為企業(yè)在他們向工業(yè) 4.0轉(zhuǎn)型的過程中提供最佳支持。從在學(xué)習(xí)工廠較為容易進(jìn)行的知識(shí)傳授和能力培養(yǎng)入手，通過潛力分析和試點(diǎn)項(xiàng)目把數(shù)字化轉(zhuǎn)型積極引入企業(yè)。這種教學(xué)支持始終以和企業(yè)積極合作為背景。

4 結(jié) 語

迄今為止，亞琛數(shù)字能力中心(截至2019年年中)共接待了3 245名訪客，進(jìn)行了14個(gè)開發(fā)項(xiàng)目，受到了廣泛好評(píng)。工業(yè)界對(duì)數(shù)字化轉(zhuǎn)型這一主題的興趣日益濃厚。 然而，很多企業(yè)，特別是中小型企業(yè)，仍還處于這一進(jìn)程的初始階段。 他們十分需要像DCC這樣的合作伙伴，為他們?cè)谀芰ε囵B(yǎng)和實(shí)施試點(diǎn)項(xiàng)目方面給予伴隨性的支持。 自 2017 年成立以來，DCC已不斷證明了“學(xué)習(xí)工廠 4.0”教學(xué)理念的成功性。數(shù)字化能力的持續(xù)性培養(yǎng)和企業(yè)的積極支持是數(shù)字化轉(zhuǎn)型成功的關(guān)鍵。