工業(yè)4.0工廠：模塊化、數(shù)字化、自動化和智能化

面向工業(yè)4.0的智能工廠

智能工廠是構(gòu)成工業(yè)4.0的核心元素。在智能工廠內(nèi)不僅要求單體設備是智能的，而且要求工廠內(nèi)的所有設施、設備與資源（機器、物流器具、原材料、產(chǎn)品等）實現(xiàn)互通互聯(lián)，以滿足智能生產(chǎn)和智能物流的要求。通過互聯(lián)網(wǎng)等通信網(wǎng)絡，使工廠內(nèi)外的萬物互聯(lián)，形成全新的業(yè)務模式。

從某種意義上說，工業(yè)4.0是用CPS系統(tǒng)對生產(chǎn)設備進行智能升級，使其可以智能地根據(jù)實時信息進行分析、判斷、自我調(diào)整、自動驅(qū)動生產(chǎn)，構(gòu)成一個具有自律分散型系統(tǒng)（ADS）的智能工廠，最終實現(xiàn)制造業(yè)的大規(guī)模、低成本定制化生產(chǎn)。

在建設智能工廠時，要重點關注模塊化、數(shù)字化、自動化和智能化四大技術課題。模塊化是實現(xiàn)智能工廠規(guī)?；a(chǎn)和客戶需求個性化定制的前提條件，這需要主要零部件供應商向模塊供應商轉(zhuǎn)型，全程參與產(chǎn)品設計、供應模式選擇以及單元化物流的規(guī)劃。

數(shù)字化，縱向看是實現(xiàn)工廠內(nèi)各個層面，乃至每臺設備數(shù)字化建模與互聯(lián)互通；橫向看，是打造從客戶需求，到產(chǎn)品設計、供應商集成、制造以及物流服務的全流程供應鏈集成體系。

智能化，制造企業(yè)應搭建一個虛實融合系統(tǒng)，根據(jù)客戶個性化定制需求，實現(xiàn)虛擬的設計、制造與裝配，再通過智能工廠完成生產(chǎn)制造過程，有效解決定制產(chǎn)品周期長、效率低、成本高的問題。在智能工廠里企業(yè)可與客戶實現(xiàn)零距離對話，客戶也可通過多種方式參與到產(chǎn)品“智造”全過程中來。

面向工業(yè)4.0的智能生產(chǎn)

工業(yè)4.0時代，隨著信息技術向制造業(yè)全面滲入，可實現(xiàn)對生產(chǎn)要素的高靈活配置和大規(guī)模定制化生產(chǎn)，由此打破傳統(tǒng)的生產(chǎn)流程、生產(chǎn)模式及管理方式。

未來是智能聯(lián)網(wǎng)式生產(chǎn)的時代，不僅是單一工廠、而是企業(yè)多個工廠之間將通過聯(lián)網(wǎng)構(gòu)建起虛擬制造體系，為企業(yè)生產(chǎn)提供全面智能支持。而標準化、模塊化和數(shù)字化的產(chǎn)品設計，是實現(xiàn)智能生產(chǎn)的前提。

德國汽車工業(yè)已率先引入低成本客戶化定制的概念，產(chǎn)品設計實現(xiàn)了標準化與模塊化，生產(chǎn)制造實現(xiàn)了全面信息化與深度自動化，基本達到了智能生產(chǎn)、智能裝配、智能物流以及智能供應鏈管理。

以寶馬3系為例，從325i到335i多個車型的發(fā)動機共用同一產(chǎn)線，絕大部分硬件是通用的，只是通過選配不同的電控和軟件產(chǎn)品來實現(xiàn)發(fā)動機產(chǎn)品多樣化，這種低成本、定制化生產(chǎn)的核心基礎即是標準化。為此，寶馬能在不改變生產(chǎn)節(jié)拍的前提下，實現(xiàn)每臺下線車型都能滿足大規(guī)模定制的市場需求，即每一臺寶馬汽車都是根據(jù)客戶化定制生產(chǎn)出來的。

工業(yè)4.0時代的制造企業(yè)不再自上而下地推動生產(chǎn)，而是從客戶需求開始，實現(xiàn)訂單、客戶化設計，采購、物流、生產(chǎn)計劃到生產(chǎn)的全流程拉式生產(chǎn)，并通過虛實融合實現(xiàn)各環(huán)節(jié)的互通互聯(lián)。這種高效靈活的拉動生產(chǎn)方式也代表著制造業(yè)未來的發(fā)展方向。

面向工業(yè)4.0的智能物流

工業(yè)4.0時代，客戶需求高度個性化，產(chǎn)品創(chuàng)新周期繼續(xù)縮短，生產(chǎn)節(jié)拍不斷加快，這些不僅是智能生產(chǎn)面臨的重要課題，也是對支撐生產(chǎn)的物流系統(tǒng)提出的巨大挑戰(zhàn)。

智能物流是工業(yè)4.0核心組成部分。在工業(yè)4.0智能工廠框架內(nèi)，智能物流是聯(lián)接供應、制造和客戶的重要環(huán)節(jié)，也是構(gòu)建未來智能工廠的基石。智能單元化物流技術、自動物流裝備以及智能物流信息系統(tǒng)是打造智能物流的核心元素。

作為歐洲權(quán)威的物流規(guī)劃和應用研究機構(gòu)、工業(yè)4.0物流技術研發(fā)和應用研究的前沿陣地，德國物流研究院（Fraunhofer IML）自主研發(fā)了in Bin智能周轉(zhuǎn)箱技術。通過在周轉(zhuǎn)箱上加裝感知與智能控制單元，實現(xiàn)了物流單元的智能化。

智能箱既能自主管理箱內(nèi)的庫存，又能向上級系統(tǒng)及時報告智能箱的狀態(tài)，實現(xiàn)自動要貨和補貨的功能?；谥悄芟涞妮斔拖到y(tǒng)可采用分散控制技術，智能箱不再是被動單元，而是給輸送系統(tǒng)發(fā)號施令的“主人”。在智能箱的指揮下，輸送系統(tǒng)可以自動地將箱子送達目的地。

另一方面，可通過智能箱與智能物流設備（如穿梭車）集成，實現(xiàn)面向工業(yè)4.0的智能、高效、靈活的物流系統(tǒng)。2003年，德國物流研究院率先研制出全球首臺輕型高速穿梭車Multi Shuttle，開啟了高柔性自動化物流系統(tǒng)的新紀元。在Multi Shuttle基礎上，德國物流研究院于2011年研發(fā)出可在貨架和地面行走的兩棲穿梭車“魔浮”Multi Shuttle Move，打通了物流與生產(chǎn)環(huán)節(jié)的傳統(tǒng)壁壘。

2014年又推出可自行攀爬的蜘蛛車Rack Racer，打破了穿梭車技術的最后一個瓶頸——提升機對流量的限制。與傳統(tǒng)穿梭小車不同的是，Multi Shuttle Move每臺小車都能獨立“思考”。即在行走過程中，需要與哪些設備聯(lián)網(wǎng)通信，遇到障礙物如何處理……都可以智能地獨立解決。