智能生產(chǎn)制造，工業(yè)4.0的精髓在哪里？

1、引言

智能生產(chǎn)需要實(shí)現(xiàn)兩種不同性質(zhì)的自動(dòng)化，一種是生產(chǎn)裝備的自動(dòng)化，另一種是數(shù)據(jù)流動(dòng)的自動(dòng)化。

生產(chǎn)裝備的自動(dòng)化對(duì)制造企業(yè)而言是非常容易理解的，它是通過自動(dòng)化的機(jī)床、機(jī)器人等各類自動(dòng)化設(shè)備實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)設(shè)備的過程自動(dòng)化，但數(shù)據(jù)流動(dòng)的自動(dòng)化又該如何理解?在智能工廠中，數(shù)據(jù)是如何自動(dòng)化流動(dòng)的?需要經(jīng)過“幾關(guān)”?

2、數(shù)據(jù)自動(dòng)流動(dòng)是工業(yè)4.0的精髓

在德國(guó)工業(yè)4.0戰(zhàn)略中，有縱向集成、端對(duì)端集成、橫向集成3項(xiàng)集成，這是工業(yè)4.0中非常重要的概念，是實(shí)現(xiàn)企業(yè)內(nèi)、企業(yè)間價(jià)值流集成的關(guān)鍵。

縱向集成主要是將各種不同層面的IT系統(tǒng)集成在一起，例如，執(zhí)行器與傳感器、控制、生產(chǎn)管理、制造和執(zhí)行及企業(yè)計(jì)劃等不同層面(摘自德國(guó)工業(yè)4.0戰(zhàn)略計(jì)劃實(shí)施建議)。從信息化角度來看，就是在企業(yè)內(nèi)實(shí)現(xiàn)研發(fā)、計(jì)劃、工藝、生產(chǎn)、服務(wù)等各環(huán)節(jié)間的數(shù)據(jù)自動(dòng)流動(dòng)，如圖1所示。

圖1縱向集成和網(wǎng)絡(luò)化制造系統(tǒng)

端對(duì)端集成則是通過產(chǎn)品全價(jià)值鏈和為客戶需求而協(xié)作的不同公司，使現(xiàn)實(shí)世界與數(shù)字世界完成整合。端對(duì)端集成更加突出了以產(chǎn)品的研發(fā)、生產(chǎn)、銷售、服務(wù)等為主線，實(shí)現(xiàn)企業(yè)間的數(shù)據(jù)自動(dòng)流動(dòng)，如圖2所示。

圖2端對(duì)端集成

作為3項(xiàng)集成中的最高層次，橫向集成是指將各種使用不同制造階段和商業(yè)計(jì)劃的IT系統(tǒng)集成在一起，這其中既包括一個(gè)公司內(nèi)部的材料、能源和信息的配置，也包括不同公司間的配置(價(jià)值網(wǎng)絡(luò))，即以產(chǎn)品供應(yīng)鏈為主線，通過數(shù)據(jù)在企業(yè)之間的自動(dòng)流動(dòng)，實(shí)現(xiàn)一種社會(huì)化協(xié)同生產(chǎn)，如圖3所示。

圖3橫向集成

由圖3可知，在企業(yè)內(nèi)部的市場(chǎng)、銷售、管理、計(jì)劃、生產(chǎn)、工程各環(huán)節(jié)以及外部的設(shè)計(jì)人員、客戶、供應(yīng)商、分包商等眾多角色之間實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)的自動(dòng)有序流動(dòng)。

通過德國(guó)工業(yè)4.0對(duì)3項(xiàng)集成的定義可以看出，工業(yè)4.0愿景中，在企業(yè)內(nèi)部、企業(yè)之間、社會(huì)化的智能制造及服務(wù)中，數(shù)據(jù)自動(dòng)有序的流動(dòng)是實(shí)現(xiàn)智能制造的重要技術(shù)。

3、企業(yè)內(nèi)部的數(shù)據(jù)自動(dòng)流動(dòng)是打造智能工廠的基礎(chǔ)

未來的企業(yè)是價(jià)值驅(qū)動(dòng)的企業(yè)，是數(shù)據(jù)自動(dòng)流動(dòng)的企業(yè)，而數(shù)據(jù)自由有序的流動(dòng)是智能工廠的前提與基礎(chǔ)。

機(jī)器聯(lián)機(jī)器暢通數(shù)據(jù)流

現(xiàn)在的電腦、手機(jī)等終端都接入了網(wǎng)絡(luò)。試想一下，如果這些智能終端不能聯(lián)網(wǎng)工作而只能單機(jī)工作，單是影響工作效率不說，幾天下來，我們就可能要崩潰了：沒有網(wǎng)絡(luò)，怎么工作?同樣，一臺(tái)機(jī)器即便自身的智能化程度非常高，能發(fā)揮的作用畢竟是有限的。

通過專業(yè)的設(shè)備物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)，將網(wǎng)口、串口等不同的接口形式，不同的數(shù)字，數(shù)控銑床、數(shù)控車床、加工中心、機(jī)器人等不同的數(shù)字化機(jī)器進(jìn)行聯(lián)網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)機(jī)器的互聯(lián)互通，可徹底改變以前機(jī)器信息化孤島的局面，從而可以發(fā)揮機(jī)器集群控制的優(yōu)勢(shì)，形成機(jī)器群體的數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化，實(shí)現(xiàn)集約化、網(wǎng)絡(luò)化、柔性化的生產(chǎn)模式。

聯(lián)網(wǎng)實(shí)現(xiàn)了機(jī)器與機(jī)器的通信，而機(jī)器遠(yuǎn)程采集則實(shí)現(xiàn)了機(jī)器與人的交互。通過通信協(xié)議、傳感器和網(wǎng)絡(luò)等技術(shù)，對(duì)數(shù)控機(jī)床、熱處理設(shè)備(如熔煉、壓鑄、熱處理、涂裝等設(shè)備)、機(jī)器人、自動(dòng)化生產(chǎn)線等各類數(shù)字化機(jī)器進(jìn)行數(shù)據(jù)的遠(yuǎn)程自動(dòng)采集，可監(jiān)控每臺(tái)機(jī)器的實(shí)時(shí)狀態(tài)和異常情況，對(duì)故障停機(jī)、關(guān)鍵工藝參數(shù)超差等重要事件，可通過計(jì)算機(jī)系統(tǒng)或手機(jī)短信等形式及時(shí)送達(dá)相關(guān)人員，實(shí)現(xiàn)機(jī)器狀態(tài)透明化、實(shí)時(shí)化的管理。通過機(jī)器的遠(yuǎn)程診斷與主動(dòng)式預(yù)測(cè)性維護(hù)，智能系統(tǒng)就像醫(yī)生一樣，在機(jī)器還沒出現(xiàn)故障之前就得到及時(shí)預(yù)警、保養(yǎng)、維修，為機(jī)器的健康、經(jīng)濟(jì)、高效運(yùn)行提供了保障。

機(jī)器互聯(lián)互通使得以前的“啞機(jī)器”能與外界交流，變得“耳聰目明”了，這也是智能化中“聯(lián)接促進(jìn)智能”的一個(gè)典型應(yīng)用。機(jī)器的數(shù)字化和網(wǎng)絡(luò)化，加速了賽博物理系統(tǒng)(CPS)的形成?！皺C(jī)器+CPS”讓機(jī)器具有了群體協(xié)作能力及智能化的認(rèn)知能力。

人、機(jī)、物間數(shù)據(jù)自動(dòng)流動(dòng)，自組織的智能制造

通過互聯(lián)網(wǎng)+制造模式，實(shí)現(xiàn)人、機(jī)、物相互聯(lián)接和自組織的制造。在這方面，有些先進(jìn)企業(yè)已經(jīng)進(jìn)行了很多有益的探索，并取得了良好的應(yīng)用效果。

博世是德國(guó)智能制造的一個(gè)樣板企業(yè)。在洪堡的物流中心，設(shè)備與工件之間已經(jīng)借由互聯(lián)網(wǎng)和傳感器建立起了實(shí)時(shí)聯(lián)系：每個(gè)工件或者裝工件的塑料盒里都有記錄產(chǎn)品信息的無線射頻識(shí)別電子標(biāo)簽(RFID)，每經(jīng)過一個(gè)生產(chǎn)環(huán)節(jié)，讀卡器會(huì)自動(dòng)讀出相關(guān)信息，反饋到控制中心由工作人員進(jìn)行相應(yīng)處理，絕大部分生產(chǎn)活動(dòng)都可以實(shí)現(xiàn)自組織。比如，工件在什么位置，在什么機(jī)床上加工，加工的時(shí)間長(zhǎng)短，物料庫存情況以及是否需要補(bǔ)料等。這些信息直接與生產(chǎn)管理軟件無縫集成在一起，生產(chǎn)過程中的所有數(shù)據(jù)均可在網(wǎng)絡(luò)上實(shí)現(xiàn)高效、實(shí)時(shí)的流動(dòng)和可視化展現(xiàn)，可輕松有效地解決生產(chǎn)過程中遇到的問題。新系統(tǒng)投入使用后，工廠庫存減少了30%，生產(chǎn)效率提高了10%，由此節(jié)約的資金可達(dá)幾千萬歐元。

在博世北京工廠中，所有的機(jī)床也實(shí)現(xiàn)了互聯(lián)。一臺(tái)計(jì)算機(jī)管理所有的數(shù)控機(jī)床，程序集中存儲(chǔ)在中心服務(wù)器中，每臺(tái)機(jī)床需要加工程序時(shí)會(huì)遠(yuǎn)程自動(dòng)下載，機(jī)床的狀態(tài)一目了然，開機(jī)、關(guān)機(jī)、運(yùn)行，加工什么產(chǎn)品，加工產(chǎn)品數(shù)量，故障信息，機(jī)床的利用率等，所有信息都自動(dòng)、準(zhǔn)確地顯示出來，實(shí)現(xiàn)了生產(chǎn)過程的透明化和自組織。

人、機(jī)器、物料是企業(yè)生產(chǎn)的三要素，通過數(shù)字化手段實(shí)現(xiàn)互聯(lián)互通和物理實(shí)體世界與數(shù)字虛體世界的深度融合，從而將制造業(yè)逐步推向智能化。聯(lián)接產(chǎn)生協(xié)作，聯(lián)接產(chǎn)生效益，聯(lián)接產(chǎn)生自組織，聯(lián)接產(chǎn)生智能。

虛擬世界與現(xiàn)實(shí)世界間數(shù)據(jù)自由流動(dòng)，打造中國(guó)經(jīng)濟(jì)“雙引擎”

2016年5月25日，***總理在貴陽出席“中國(guó)大數(shù)據(jù)產(chǎn)業(yè)峰會(huì)暨中國(guó)電子商務(wù)創(chuàng)新發(fā)展峰會(huì)”時(shí)指出，大數(shù)據(jù)新業(yè)態(tài)代表的創(chuàng)新理念要和傳統(tǒng)行業(yè)長(zhǎng)期孕育的工匠精神相結(jié)合，推動(dòng)虛擬世界與現(xiàn)實(shí)世界融合發(fā)展，重塑產(chǎn)業(yè)鏈、供應(yīng)鏈、價(jià)值鏈，促進(jìn)新動(dòng)能蓬勃發(fā)展、傳統(tǒng)動(dòng)能煥發(fā)生機(jī)，打造中國(guó)經(jīng)濟(jì)“雙引擎”，實(shí)現(xiàn)“雙中高”。

4、互聯(lián)網(wǎng)+實(shí)現(xiàn)企業(yè)內(nèi)外的數(shù)據(jù)自動(dòng)流動(dòng)

現(xiàn)在，互聯(lián)網(wǎng)+已經(jīng)深入制造業(yè)，通過互聯(lián)網(wǎng)+，可以消除企業(yè)與消費(fèi)者的距離，實(shí)現(xiàn)零距離交互的營(yíng)銷等商業(yè)活動(dòng)，更可以發(fā)揮互聯(lián)網(wǎng)在社會(huì)資源配置中的優(yōu)化和集成作用，形成更先進(jìn)的生產(chǎn)管理新形態(tài)。

(1)互聯(lián)網(wǎng)+數(shù)據(jù)流動(dòng)，實(shí)現(xiàn)制造端與消費(fèi)端的零距離交互

為實(shí)現(xiàn)從大規(guī)模制造向個(gè)性化定制的轉(zhuǎn)型，早在2012年海爾就開始了互聯(lián)工廠的實(shí)踐，致力于打造按需設(shè)計(jì)、按需制造、按需配送的體系。海爾通過“去中介化”、“去產(chǎn)品化”與用戶零距離地打造了用戶交互定制平臺(tái)，用戶可以遠(yuǎn)程查看自己所購產(chǎn)品生產(chǎn)的全過程。定制選擇、訂單流轉(zhuǎn)、生產(chǎn)過程、物流運(yùn)輸?shù)雀鱾€(gè)環(huán)節(jié)中，用戶都將不再是被動(dòng)的等待者，而是全流程的參與者、監(jiān)管者。智能化的交互定制平臺(tái)將用戶、企業(yè)融為一體，極大地拓展了企業(yè)智能制造的范圍，企業(yè)內(nèi)外互聯(lián)互通、協(xié)同生產(chǎn)，用戶與企業(yè)的關(guān)系更加緊密。

(2)互聯(lián)網(wǎng)+數(shù)據(jù)流動(dòng)，重構(gòu)企業(yè)生產(chǎn)管理新模式

隨著用工成本快速升高、市場(chǎng)需求頻繁變化、競(jìng)爭(zhēng)進(jìn)一步激烈以及數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化等新技術(shù)的快速普及，為適應(yīng)市場(chǎng)發(fā)展，滿足個(gè)性化、社會(huì)化、敏捷化的智能制造模式的需要，將來的工廠一定會(huì)改變當(dāng)前“麻雀雖小，五臟俱全”的局面，一定會(huì)向充分利用社會(huì)資源方面發(fā)展，包括訂單、人員、物料、設(shè)備的共享，也一定會(huì)淡化工廠之間的邊界，甚至推倒橫亙?cè)诠S與社會(huì)之間的圍墻，打破封閉、獨(dú)立的生產(chǎn)模式，構(gòu)建成開放的、服務(wù)型的平臺(tái)，數(shù)據(jù)將在工廠內(nèi)外、人機(jī)物之間、信息系統(tǒng)與機(jī)器之間通暢地流動(dòng)，工廠不只是生產(chǎn)產(chǎn)品，更是生產(chǎn)數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)將成為企業(yè)的核心競(jìng)爭(zhēng)力，工廠將不再是今天的工廠。

在這方面，青島海爾模具公司走在了行業(yè)的前面。為解決企業(yè)接單能力與企業(yè)人員成本這對(duì)矛盾，該公司于2013年開始著手打造“模具云設(shè)計(jì)平臺(tái)”，以期達(dá)到充分利用社會(huì)資源，改變以前工作全部由企業(yè)員工完成的封閉局面?，F(xiàn)在，在這個(gè)平臺(tái)上，活躍著數(shù)百位經(jīng)過技能認(rèn)證、信用審核通過的企業(yè)外部工程師，企業(yè)將工作分解后在平臺(tái)上發(fā)布，這些被稱為“云端資源”的工程師會(huì)根據(jù)技術(shù)要求、價(jià)格、工期等信息實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程接單，任務(wù)交付并驗(yàn)收通過后，通過在線實(shí)時(shí)支付薪酬，整個(gè)工作全部通過網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)了聯(lián)接、協(xié)作。這樣，通過“眾包”這種社會(huì)化協(xié)作模式，社會(huì)上各種技能的技術(shù)人員，包括國(guó)企、外企、民營(yíng)企業(yè)以及學(xué)校中有初級(jí)技能的學(xué)生，均可利用自己的時(shí)間資源和智力資源，承接與自己技能匹配的工作，獲取相應(yīng)的報(bào)酬，實(shí)現(xiàn)自身“剩余智慧”的價(jià)值。對(duì)企業(yè)而言，通過互聯(lián)網(wǎng)+的思想，在不增加員編制的情況下，可以將企業(yè)人力資源迅速提升數(shù)倍乃至數(shù)十倍，企業(yè)在效率提升、成本降低以及市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力、抗風(fēng)險(xiǎn)能力等方面，都有了質(zhì)的提升。

這種“云設(shè)計(jì)平臺(tái)”是一個(gè)典型的以工廠為中心，眾多“云端資源”配合的社會(huì)化協(xié)作模式。將來的工廠為解決供需信息不透明、不匹配的矛盾，避免工廠產(chǎn)能過?；蛴唵握也坏胶线m工廠的情況發(fā)生，必然要打破自身組織的“圍墻”，將自己的訂單、設(shè)備、物料、人員等信息通過社會(huì)化的平臺(tái)進(jìn)行分享，實(shí)現(xiàn)企業(yè)—企業(yè)、企業(yè)—個(gè)人等多組織形態(tài)的社會(huì)化協(xié)作，構(gòu)建“網(wǎng)狀”的社會(huì)化制造生態(tài)圈。

如同青島海爾模具公司探索的這種商業(yè)模式，未來，企業(yè)將不再是一個(gè)相對(duì)封閉的組織，而是一個(gè)可充分利用社會(huì)資源的、社會(huì)化的、具有高度智能調(diào)度和超級(jí)加工能力的組織。該組織不屬于任何企業(yè)，可以隨時(shí)隨地把他們的加工能力分享出去，承接世界上任何人、任何組織的訂單。

5、智能工廠，數(shù)據(jù)自動(dòng)流動(dòng)無極限

未來的工廠，一切以客戶價(jià)值為導(dǎo)向，承載知識(shí)的數(shù)據(jù)沿著產(chǎn)品價(jià)值方向而自由流動(dòng)，從市場(chǎng)需求、產(chǎn)品研發(fā)、生產(chǎn)計(jì)劃、生產(chǎn)執(zhí)行、市場(chǎng)營(yíng)銷到售后服務(wù)，數(shù)據(jù)在收集、分析、決策、執(zhí)行中增值，虛實(shí)精準(zhǔn)映射，數(shù)字虛體世界指導(dǎo)、控制著物理實(shí)體世界的生產(chǎn)，解決了物理實(shí)體世界中的不確定性、多樣性和復(fù)雜性等問題，確保正確的數(shù)據(jù)在正確的時(shí)間發(fā)送給正確的人和機(jī)器，并進(jìn)行正確的執(zhí)行。同時(shí)，物理實(shí)體世界又通過反饋優(yōu)化著數(shù)字虛體世界。虛實(shí)兩世界相互融合，共軛發(fā)展，共同實(shí)現(xiàn)智能化生產(chǎn)。

6、結(jié)束語

將數(shù)字化設(shè)備、產(chǎn)品聯(lián)入網(wǎng)絡(luò)，聯(lián)接一切可以聯(lián)接的數(shù)字化事物。實(shí)現(xiàn)企業(yè)信息化之間、設(shè)備之間、信息化系統(tǒng)與設(shè)備之間以及企業(yè)內(nèi)外之間的信息化集成與聯(lián)接，賽博空間、物理實(shí)體通過數(shù)據(jù)流動(dòng)而深度融合，并相互促進(jìn)。

虛虛聯(lián)接、實(shí)實(shí)聯(lián)接、虛實(shí)聯(lián)接、內(nèi)外聯(lián)接，網(wǎng)聯(lián)一切可以聯(lián)接的數(shù)字化事物。聯(lián)接產(chǎn)生價(jià)值，聯(lián)接產(chǎn)生新的商業(yè)模式。

未來的企業(yè)是價(jià)值驅(qū)動(dòng)的企業(yè)，是數(shù)據(jù)自動(dòng)流動(dòng)的企業(yè)，而數(shù)據(jù)自由有序的流動(dòng)是智能工廠的前提與基礎(chǔ)。