【揭秘】中國首條工業(yè)4.0示范生產(chǎn)線長啥樣？

　　達(dá)沃斯論壇在2016年初就提出“掌控第四次工業(yè)革命”作為年度主題。第四次工業(yè)革命為“物理信息融合”，當(dāng)前，全球正處在物理世界與信息世界開始融合的初期階段。

　　對于第四次工業(yè)革命，整個工業(yè)界和信息產(chǎn)業(yè)界在2015年都有著充分的討論。特別是隨著電商和微信等超級別移動應(yīng)用入口在近兩年的崛起，一個能夠滿足用戶與消費者個性化需求、連接用戶端與生產(chǎn)制造端的新型智能制造鏈條正在形成中。

　　這樣的智能制造鏈條到底長什么樣？SAP與中科院沈陽自動化研究所（簡稱沈自所）花費了近一年的時間，聯(lián)合開發(fā)了首條工業(yè)4.0示范生產(chǎn)線，并在2015年底的世界互聯(lián)網(wǎng)大會上首次向外展示。

　　從電商與微信入口直連到后端的軟件定義生產(chǎn)線，從本地工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)到跨洋云服務(wù)和大數(shù)據(jù)處理，中國正走在新工業(yè)實踐的前沿。

　　1未來智能制造場景

　　以個性化定制汽車模型為示例，由沈自所與SAP中國研究院合作的工業(yè)4.0示范生產(chǎn)線比較完整的展示了未來智能制造的場景。

　　這條智能制造示范生產(chǎn)線已正式落戶于位于沈陽的中科院沈自所內(nèi)，是一個８米×８米的模擬生產(chǎn)車間，其中包括了諸多裝置——五臺機械臂、兩臺自動導(dǎo)引車、100臺WIA-FA工業(yè)無線設(shè)備等。

　　普通消費者可以通過基于SAP電子商務(wù)套件Hybris搭建的電商網(wǎng)站、手機用戶端界面或直接在微信公眾號下訂單，可根據(jù)自己的喜愛選擇不同的車型和車體顏色。

　　訂單生成后，相關(guān)信息即傳送到模擬車模制造企業(yè)的ERP系統(tǒng)中。ERP系統(tǒng)會根據(jù)當(dāng)前訂單的情況，相應(yīng)完成準(zhǔn)備生產(chǎn)物料、生產(chǎn)計劃和編制生產(chǎn)成本等工作。

　　當(dāng)ERP系統(tǒng)完成生產(chǎn)計劃后，會將相應(yīng)的工單傳送到工廠的MES生產(chǎn)制造執(zhí)行系統(tǒng)，通過MES下達(dá)給工廠生產(chǎn)線上。

　　MES自動選擇優(yōu)先級最高的工單，而工廠生產(chǎn)線接收到生產(chǎn)工單信息后，將發(fā)送一個產(chǎn)品托盤并裝備上RFID標(biāo)簽。所有與該產(chǎn)品相關(guān)的信息都記錄在這個唯一RFID標(biāo)簽里，每一道工序的生產(chǎn)工作站都與RFID標(biāo)簽進(jìn)行信息交互。

　　整個示范生產(chǎn)線一共有7個工序、涉及6個生產(chǎn)工作站，另外還有2個移動備用生產(chǎn)工作站。生產(chǎn)線在達(dá)到產(chǎn)能飽含的時候，能自動調(diào)用移動備用生產(chǎn)工作站進(jìn)入生產(chǎn)體系，而當(dāng)產(chǎn)能空閑的時候又將把備用生產(chǎn)工作站移出生產(chǎn)體系，以達(dá)到節(jié)能減排的效果。

　　消費者可以在網(wǎng)站、移動端和微信端遠(yuǎn)程觀看整個的生產(chǎn)過程，工廠的管理人員和工程師也可以在iPad上觀察整個生產(chǎn)線的工作狀態(tài)和訂單運行情況，相關(guān)數(shù)據(jù)也實時提供給上下游供應(yīng)鏈以保證生產(chǎn)物料供應(yīng)。

　　如果設(shè)備出現(xiàn)故障，維修人員用手機掃描每個生產(chǎn)設(shè)備的二維碼，直接彈出3D維修指導(dǎo)；通過智能眼鏡連接上Skype，能與遠(yuǎn)程的技術(shù)專家一起會診。

　　2三大關(guān)鍵性技術(shù)

　　這條工業(yè)4.0示范生產(chǎn)線都示范了哪些關(guān)鍵性技術(shù)？SAP中國研究院院長李瑞成表示，該示范生產(chǎn)線實現(xiàn)了工業(yè)4.0的基本理念，包括個性化訂單、柔性化生產(chǎn)、三大集成、工業(yè)云與大數(shù)據(jù)等等，尤其是生產(chǎn)線所集成的云服務(wù)其實位于新加坡，真正體現(xiàn)了全球一體化的智能制造。

　　沈自所工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)與系統(tǒng)研究室主任曾鵬表示，整條示范生產(chǎn)線中最大的特色為軟件定義生產(chǎn)，即所謂柔性化生產(chǎn)。

　　現(xiàn)在的離散制造業(yè)，出現(xiàn)越來越多的個性化的用戶需求。這種個性化配置的需求，對于后端的生產(chǎn)制造環(huán)節(jié)，帶來了極大的挑戰(zhàn)。傳統(tǒng)的剛性生產(chǎn)，生產(chǎn)線一旦安裝好了之后就難以變動。

　　此外，現(xiàn)在很多產(chǎn)品的生命周期越來越短，傳統(tǒng)剛性生產(chǎn)線的升級與改造耗時耗力，生產(chǎn)線更新的速度遠(yuǎn)落后于產(chǎn)品更新的速度。

　　為了解決這個問題，SAP與沈自所一起，首先對于傳統(tǒng)工廠的信息化系統(tǒng)進(jìn)行了信息和數(shù)據(jù)的縱向集成。

　　把從上往下的ERP資源管理系統(tǒng)、MES制造執(zhí)行系統(tǒng)、PLC生產(chǎn)控制系統(tǒng)（包括工業(yè)機器人等）以及HANA大數(shù)據(jù)處理平臺進(jìn)行了分層處理，每一層之間實現(xiàn)了更好的數(shù)據(jù)與信息交互，提高了整個工廠各個層面的信息傳遞效率。

　　其次，從產(chǎn)品下訂單、生產(chǎn)規(guī)劃再到物料準(zhǔn)備、生產(chǎn)線調(diào)整，把整個過程映射到虛擬的信息空間中，在虛擬信息空間里重構(gòu)了用戶端到生產(chǎn)端的制造全過程。

　　生產(chǎn)線上的PLC可編程設(shè)備、傳感器、控制器或工業(yè)機器人等被抽象成信息空間里的虛擬模型，虛擬模型與物理設(shè)備之間進(jìn)行信息交互與聯(lián)動。

　　這樣，原來需要人工配置的生產(chǎn)線調(diào)整就通過虛擬信息空間進(jìn)行快速系統(tǒng)重構(gòu)，然后自動化配置參數(shù)到物理設(shè)備中，大幅縮短了生產(chǎn)線的變化周期。

　　在虛擬信息空間與現(xiàn)實物理世界進(jìn)行信息交互的過程中，需要一個可進(jìn)行高速低延時、高可用、高并發(fā)、抗干擾的工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)。

　　沈自所牽頭研究制定的工業(yè)無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)規(guī)范WIA-FA是目前世界上唯一面向工廠高速自動控制應(yīng)用的IEC（國際電工組織）無線技術(shù)國際標(biāo)準(zhǔn)。沈自所基于WIF-FA實現(xiàn)了對示范生產(chǎn)線信息和數(shù)據(jù)的高速無線采集，保持10毫秒以內(nèi)延時，優(yōu)于國外公司同類產(chǎn)品。

　　第三，生產(chǎn)設(shè)備的數(shù)據(jù)被實時傳送到位于新加坡的SAP HANA云服務(wù)中心，通過當(dāng)?shù)氐拇髷?shù)據(jù)處理對設(shè)備進(jìn)行故障診斷和實時預(yù)測。

　　基于對生產(chǎn)線上的數(shù)據(jù)監(jiān)測以及在云服務(wù)平臺上建立各種算法，可預(yù)測設(shè)備的故障時間、故障位置以及故障類型，大幅減少生產(chǎn)線的停機時間，同時延長了設(shè)備的使用生命周期。

　　2016年1月底，SAP中國研究院與中科院沈自所在沈陽再次簽訂了合作協(xié)議，進(jìn)一步擴大智能制造示范生產(chǎn)線的范圍，把產(chǎn)品數(shù)字化協(xié)同設(shè)計、生產(chǎn)維護全流程等包括進(jìn)來，全面實踐工業(yè)4.0所提到企業(yè)內(nèi)部縱向、產(chǎn)業(yè)鏈間橫向以及產(chǎn)品生命全周期端到端的三大集成，并把相應(yīng)成果以解決方案的形式提供給制造企業(yè)。

　　現(xiàn)在，智能制造已經(jīng)不是未來，而是正在發(fā)生的未來。