完整的工業(yè)4．0智能化體系將來會怎樣？

工業(yè)4.0寓意是以信息物理系統(tǒng)（Cyber Physical System）為基礎(chǔ)，以生產(chǎn)高度數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化、機(jī)器自組織為標(biāo)志的第四次工業(yè)革命。這個概念起源于2012年的德國漢諾威工業(yè)博覽會（Hannover Messe），工業(yè)4．0被定義為制造業(yè)的信息智能化，包括更高層次的互聯(lián)性、更智能的設(shè)備和機(jī)器與設(shè)備之間的通信。在工業(yè)4．0時代，機(jī)器設(shè)備具有強(qiáng)大數(shù)據(jù)處理能力，它們提供的信息、統(tǒng)計數(shù)據(jù)和動態(tài)分析通過互聯(lián)共享能夠使生產(chǎn)變得更智能、更精益、更節(jié)能。

完整的工業(yè)4．0智能化體系

工業(yè)4．0的目標(biāo)是智能制造，其精髓是智慧工廠，其基石是精益生產(chǎn)和信息互聯(lián)。而這一切都需要硬件，軟件，大數(shù)據(jù)和管理系統(tǒng)的支撐。相對于傳統(tǒng)工業(yè)用6個M（Material，Machine，Methods，Measurement，Maintenance，Modeling）來表示其特征，智能制造的生產(chǎn)方式可以用6個C來定義：Connection，Cloud，Cyber，Content，Community，Customization。未來工業(yè)的智能化體系結(jié)構(gòu)可以直觀的用一個金字塔來表示。

完整的工業(yè)4．0智能化體系

將來會怎樣？

工業(yè)4．0最終將導(dǎo)致制造業(yè)和工業(yè)的一個與以往任何時刻都不同的顯著變革。從長遠(yuǎn)來看，“連接”是未來工業(yè)最醒目的主題詞，所以生產(chǎn)者，生產(chǎn)要素（設(shè)備，工廠，物料），供應(yīng)商和客戶工都將在連接的范圍之內(nèi)。工業(yè)4．0將無處不在的傳感器，各種嵌入式終端系統(tǒng)，智能控制系統(tǒng)，通信設(shè)備和交通工具，通過信息物理系統(tǒng)編織成一個智能網(wǎng)絡(luò)，使得設(shè)備與設(shè)備之間，設(shè)備與產(chǎn)品之間，人與設(shè)備之間，人與產(chǎn)品之間，人與人之間通過該智能網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)虛擬與現(xiàn)實，數(shù)字世界和物理世界的持續(xù)的互聯(lián)互通，信息交流，行為交互。

工業(yè)4．0智慧工廠

對于未來工廠而言，在智能控制基礎(chǔ)上的智慧工廠的各種智能生產(chǎn)設(shè)備和產(chǎn)線將能根據(jù)具體情景進(jìn)行自動調(diào)節(jié)并作出更多的自主決策。今后，隨著智能工廠在世界各地的出現(xiàn)，工廠之間的地理邊界和數(shù)據(jù)隔離可能成為過去。對各個行業(yè)來說，工業(yè)4．0是一個絕佳的機(jī)會，它們可以利用這個機(jī)會逐步實現(xiàn)傳統(tǒng)工廠到智能工廠的轉(zhuǎn)變。新技術(shù)也將導(dǎo)致更多靈活的、可持續(xù)的和環(huán)保的生產(chǎn)線的出現(xiàn)。

未來工業(yè)方向

1、高度集成化：在企業(yè)內(nèi)部實現(xiàn)把所有生產(chǎn)、運(yùn)營環(huán)節(jié)信息的無縫連接，即實現(xiàn)企業(yè)內(nèi)部信息流，資金流和物流的產(chǎn)品全生命周期縱向集成；在企業(yè)之間通過價值鏈及信息網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)研，產(chǎn)，供，銷無滯銜接的橫向集成；在企業(yè)與客戶之間通過各種先進(jìn)的互聯(lián)和社交工具實現(xiàn)共享價值鏈的端到端集成。

2、數(shù)據(jù)就是核心：未來工業(yè)對于各種產(chǎn)品數(shù)據(jù)，運(yùn)營數(shù)據(jù)，價值鏈數(shù)據(jù)和外部各種客戶數(shù)據(jù)的大數(shù)據(jù)積累，模型建立以及實施數(shù)據(jù)的精準(zhǔn)分析將是工業(yè)4.0的生產(chǎn)體系區(qū)別于傳統(tǒng)工業(yè)生產(chǎn)體系的本職特征。

3、層出不窮的創(chuàng)新：圍繞信息技術(shù)將分別實現(xiàn)新的智能技術(shù)，工業(yè)技術(shù)的融合與發(fā)展；智能產(chǎn)品和裝備的涌現(xiàn)；以及智能生產(chǎn)模式，產(chǎn)業(yè)生態(tài)和組織機(jī)構(gòu)的創(chuàng)新。

4、生產(chǎn)方式大轉(zhuǎn)型：實現(xiàn)從生產(chǎn)型制造向服務(wù)性制造轉(zhuǎn)型；從生產(chǎn)要素驅(qū)動向創(chuàng)新驅(qū)動轉(zhuǎn)型。

通向未來之路

對于現(xiàn)存的傳統(tǒng)工業(yè)所面臨的問題，以及如何向未來挺進(jìn)，可簡單用以下圖來闡述。在企業(yè)邁向未來的升華之路上，將用智慧、經(jīng)驗、產(chǎn)品和技術(shù)竭誠為您提供最簡捷的解決方案和最完美的服務(wù)。

相關(guān)：最接近工業(yè)4．0的自動化工廠

工業(yè)4．0概念在中國被炒得火熱。相比之下，它的創(chuàng)造者德國人卻并不熱衷于提這個概念。制造企業(yè)更愿意從自身發(fā)展需求出發(fā)進(jìn)行技術(shù)升級和改造，下面要分享的是我們08年為瑞士做過的一個全自動無人工廠項目。

當(dāng)時還沒有工業(yè)4．0這個提法，但該系統(tǒng)當(dāng)時已經(jīng)大大超前，現(xiàn)在看來在技術(shù)上是最接近工業(yè)4．0理想的解決方案了。

1、工業(yè)4．0應(yīng)用技術(shù)

柔性生產(chǎn)

該生產(chǎn)系統(tǒng)所要實現(xiàn)的目標(biāo)是使生產(chǎn)實現(xiàn)最大的柔性化。

自動化和信息化是實現(xiàn)柔性定制個性化生產(chǎn)的手段。

從視頻中可以看到，AGV小車將毛坯推入代加工區(qū)域，而這些毛坯木料的尺寸大小都是不同的，按照頂點順序進(jìn)行排列，符合JIO理念。

而JIO（Just In Order）是繼JIT（Just In Time）準(zhǔn)時制生產(chǎn)的基礎(chǔ)上提出的，要求供應(yīng)商不僅應(yīng)按時將零部件送抵生產(chǎn)現(xiàn)場，還要求不同規(guī)格零部件的順序按照要求排列，以便滿足混線生產(chǎn)的要求。

這樣不同型號的產(chǎn)品在裝配時，不會因為零件順序錯落而發(fā)生裝配錯誤的問題。

豐田的JIT只適合單一產(chǎn)品的大批量生產(chǎn)，而JIO則是混線生產(chǎn)，柔性制造模式所必需的供應(yīng)鏈運(yùn)作機(jī)制，是生產(chǎn)模式的變革。

目前國內(nèi)的自動化項目都號稱4．0，但絕大部分無法實現(xiàn)柔性制造。

所以在筆者看來，中國企業(yè)談4．0只是按照自動化集成去理解，并沒有真正領(lǐng)會生產(chǎn)模式變革的意義。

數(shù)據(jù)追蹤

在產(chǎn)品的整個生命周期中會產(chǎn)生很多數(shù)據(jù)，即所謂的大數(shù)據(jù)。

制造商需要能夠利用這些數(shù)據(jù)對產(chǎn)品進(jìn)行跟蹤，以了解產(chǎn)品的狀態(tài)。

比如某個客戶購買的某產(chǎn)品中的某個零件出了問題拿到售后服務(wù)部門去維修，這時生產(chǎn)廠應(yīng)該能夠知道這個零件的供應(yīng)商是誰，哪個生產(chǎn)環(huán)節(jié)中的哪個人應(yīng)該對此負(fù)責(zé)，并計算出損失。

相關(guān)的技術(shù)和軟件產(chǎn)品（PLM／PDM，ERP， CRM， SCM等）早在幾乎20年前就已經(jīng)非常成熟，相對欠缺的是生產(chǎn)環(huán)節(jié)的大數(shù)據(jù)處理。

盡管也有相對成熟的解決方案，如MES（制造執(zhí)行系統(tǒng)），SCADA（現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)），APS（先進(jìn)生產(chǎn)計劃系統(tǒng)）等，但是由于缺乏強(qiáng)大的車間級管理系統(tǒng)去協(xié)調(diào)各生產(chǎn)設(shè)備，生產(chǎn)車間的自動化和信息化層始終存在著難以打破的屏障，原因很多此處不展開討論。

而視頻中的生產(chǎn)系統(tǒng)則采用相對簡單和獨(dú)立的軟件系統(tǒng)，在設(shè)備層實現(xiàn)了對生產(chǎn)數(shù)據(jù)的集成和管理。

首先機(jī)器人通過專用的檢測設(shè)備對入庫毛坯進(jìn)行全檢，再掃描條形碼，根據(jù)讀取的產(chǎn)品信息自動調(diào)用加工程序（NC代碼由產(chǎn)品設(shè)計數(shù)模自動生成），并自動調(diào)整支撐夾具的位置，以適合零件的尺寸。

加工完畢后，由于條碼在加工過程中被破壞掉，所以再次貼敷條碼，并更新產(chǎn)品生產(chǎn)數(shù)據(jù)，記錄設(shè)備運(yùn)行數(shù)據(jù)，將這些數(shù)據(jù)通過現(xiàn)場總線傳入上位機(jī)的生產(chǎn)管理／監(jiān)控系統(tǒng)。

由于每個零件上都有條碼，每個條碼對于正確的程序，所以不論來料按何種順序排列，加工過程是不會出現(xiàn)問題的。

也就是說生產(chǎn)管理調(diào)度軟件和生產(chǎn)設(shè)備之間是相互獨(dú)立運(yùn)行的，就算生產(chǎn)調(diào)度出了問題，也不會造成生產(chǎn)程序調(diào)用錯誤。

而即便產(chǎn)品信息和加工數(shù)據(jù)在對應(yīng)上出現(xiàn)問題，機(jī)器人的入庫檢測信息也會與程序信息進(jìn)行比對，不會出現(xiàn)加工廢品（即可能用較大尺寸的毛坯加工出小尺寸產(chǎn)品，而不會出現(xiàn)小尺寸毛坯調(diào)用大尺寸產(chǎn)品加工程序的問題）。

所以說，當(dāng)我們評價工業(yè)4.0或工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)，物聯(lián)網(wǎng)方案先進(jìn)性的時候，不應(yīng)只看技術(shù)實現(xiàn)的手段，不要去較真條形碼，二維碼，RFID哪個技術(shù)更先進(jìn)，而更應(yīng)該關(guān)注這些生產(chǎn)數(shù)據(jù)所支持的智能生產(chǎn)的運(yùn)作機(jī)制。

工序集中

整套生產(chǎn)系統(tǒng)集中了每一個產(chǎn)品從入庫到出庫的全部工序，與以往生產(chǎn)單元的概念有所突破，除了機(jī)械加工和上下料以外，該系統(tǒng)集成了自動檢測，工裝夾具調(diào)整（柔性工裝），生產(chǎn)訂單管理等功能。

機(jī)加工序之后基本上直接進(jìn)噴漆車間后就可以出廠了。

在生產(chǎn)戰(zhàn)略規(guī)劃上，該企業(yè)并沒有搞垂直整合，而是把附加值最高的定制化加工留給了自己，利潤薄，污染環(huán)境的上下游工序統(tǒng)統(tǒng)外購或外協(xié)。

優(yōu)化設(shè)計

從產(chǎn)品開發(fā)邏輯上講，產(chǎn)品設(shè)計決定了生產(chǎn)工藝，而生產(chǎn)工藝決定生產(chǎn)設(shè)備。

當(dāng)我們談?wù)摴I(yè)4．0或智能制造的時候，通常只關(guān)注到設(shè)備或軟件，而往往忽視了方法（工藝），更不會去在意設(shè)計（概念）。

產(chǎn)品設(shè)計從一開始不但決定了產(chǎn)品本身的價值，也決定了大部分的生產(chǎn)成本。

以該瑞士制造商為例，由于產(chǎn)品為定制化設(shè)計，所以在安裝時需要服務(wù)人員在客戶現(xiàn)場進(jìn)行安裝，而由于瑞士的人工成本極高，所以在設(shè)計時就必須充分考慮到組裝的便捷性，即DFA（Design For Assembly）。

說得更通俗些，這種木門的最終安裝實際上和組裝宜家家具是一樣的，但是安裝的復(fù)雜程度和精度要求要更高，安裝時也需要更專業(yè)的工具。

然而如果按照中國木匠打家具的方法，實地測量尺寸再鋸斷合適長度的木料，再釘釘子等等，那么瑞士的這套木門成本會極高。

所以就要求在設(shè)計之初就要求便于快速組裝，而且具有一定的通用性，小型功能零件盡量采用標(biāo)準(zhǔn)件，只是在門板樣式和規(guī)格上體現(xiàn)個性化差異。

這種產(chǎn)品設(shè)計既要保證便于個性化定制生產(chǎn)，也要合理降低制造成本，便于安裝維護(hù)。

所以說，一套體系化的產(chǎn)品設(shè)計理念和產(chǎn)品開發(fā)平臺才是成功實現(xiàn)工業(yè)4．0轉(zhuǎn)型最基本的前提。

2、產(chǎn)業(yè)變革的趨勢

沒有夕陽產(chǎn)業(yè)只有夕陽觀念

在中國人眼里，木門生產(chǎn)絕對是落后的傳統(tǒng)制造業(yè)，沒有利潤，沒有科技含量，沒有發(fā)展前途。

但是這個工業(yè)4．0項目卻落地在全世界工業(yè)技術(shù)水平最高，人工成本最貴的瑞士。

可見先進(jìn)的智能化制造系統(tǒng)是完全可以彌補(bǔ)人力成本的劣勢，而傳統(tǒng)制造業(yè)向發(fā)達(dá)工業(yè)國回流也確實正在發(fā)生。

中國的制造企業(yè)必須有所作為才能避免在這次工業(yè)革命中被淘汰。

柔性智能生產(chǎn)系統(tǒng)增大利潤空間

制造成本是相對概念，當(dāng)產(chǎn)品價值足夠高時，那么制造成本就可以忽略不計了。

視頻里的瑞士公司通過投資智能制造設(shè)備，首先在戰(zhàn)略上實現(xiàn)了定制化生產(chǎn)，使得產(chǎn)品本身的價值大幅提高，而全自動制造系統(tǒng)免去了人工成本，并且整個設(shè)備占地非常小卻可以實現(xiàn)以往一個工廠的全部工序，使得土地成本構(gòu)成的比重大幅下降。

通常我們認(rèn)為中國的土地和人力成本很低，因此制造業(yè)優(yōu)勢明顯。但是一旦發(fā)達(dá)的工業(yè)國紛紛采用柔性智能無人／少人生產(chǎn)系統(tǒng)來實現(xiàn)工業(yè)4．0革命，那么未來制造業(yè)的利潤－成本構(gòu)成將發(fā)生極大的變化：

土地，人力，能源等資源相關(guān)的因素在生產(chǎn)成本中所構(gòu)成的比利將大為降低，智能設(shè)備的技術(shù)折舊以及雇用高端技術(shù)和咨詢?nèi)藛T的將成為未來主要的成本。

所以，如果不增加在知識和技術(shù)上的投入，中國制造業(yè)將面臨毀滅性的打擊。

企業(yè)看工業(yè)4．0往往只看到了相關(guān)技術(shù)的先進(jìn)，看到了不足，但是缺乏合理的方法論去實現(xiàn)轉(zhuǎn)型升級。

中國企業(yè)要轉(zhuǎn)型升級，首先要看懂制造業(yè)的發(fā)展趨勢，在整理出合適自己的新的運(yùn)營模式，再根據(jù)這個模式有所取舍地規(guī)劃企業(yè)轉(zhuǎn)型升級的途徑和戰(zhàn)略。

只要中國的制造企業(yè)多一些理性，少一些浮躁，以中國人的聰明才智總可以找到合適自己的轉(zhuǎn)型升級之路。