認(rèn)清工業(yè)4.0核心，有所為有所不為——2015數(shù)字化工廠國(guó)際研討會(huì)

本刊記者/蔣思思 Reporter/JIANG Sisi

2015年6月4日，由中國(guó)汽車工程學(xué)會(huì)主辦的“2015數(shù)字化工廠國(guó)際研討會(huì)”在上海光大會(huì)展中心國(guó)際大酒店隆重召開。會(huì)議由中國(guó)汽車制造裝備創(chuàng)新聯(lián)盟常務(wù)秘書長(zhǎng)、04專項(xiàng)專家組成員韓鐳先生主持。

出席本次會(huì)議的有中國(guó)自動(dòng)化學(xué)會(huì)副理事長(zhǎng)王飛躍先生、機(jī)械工業(yè)儀器儀表綜合技術(shù)經(jīng)濟(jì)研究所所長(zhǎng)歐陽(yáng)勁松教授、菲尼克斯電氣公司副總裁杜品圣博士、上海發(fā)那科機(jī)器人有限公司機(jī)器人技術(shù)中心孔萌先生、西門子數(shù)字化工廠集團(tuán)西門子工業(yè)軟件周克虎先生、上海汪青自動(dòng)化科技有限公司總經(jīng)理李小青先生、第一汽車集團(tuán)公司第九設(shè)計(jì)研究院技術(shù)開發(fā)部部長(zhǎng)馮君霞博士、吉薩特自動(dòng)化技術(shù)有限公司MES Solution專家Uwe Schimpf先生、武漢華中數(shù)控股份有限公司董事長(zhǎng)陳吉紅教授、上海交通大學(xué)機(jī)械與動(dòng)力工程學(xué)院副院長(zhǎng)王皓先生、三菱電機(jī)自動(dòng)化（中國(guó)）有限公司楊弟平先生以及眾多業(yè)界專業(yè)人士。

會(huì)議圍繞工業(yè)4.0展開，演講嘉賓各抒己見(jiàn)，闡述了工業(yè)4.0的核心以及汽車業(yè)現(xiàn)狀，對(duì)數(shù)字化工廠建設(shè)的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、物流設(shè)計(jì)、機(jī)器人應(yīng)用和智能制造等方面展開了深入的討論，旨在為汽車業(yè)人士搭建智能制造技術(shù)和數(shù)字化工廠相結(jié)合的交流平臺(tái)。

汽車5.0：平行時(shí)代的智能汽車——中國(guó)自動(dòng)化學(xué)會(huì)副理事長(zhǎng)王飛躍先生

隨著道路交通事故日益增多，世界歐美日和中國(guó)等國(guó)家都漸漸步入老齡化社會(huì)，無(wú)人車所擁有的改變?nèi)祟惿畹臐摿Φ玫搅藦V泛關(guān)注。無(wú)人駕駛領(lǐng)域的技術(shù)研發(fā)相繼展開。

平行駕駛的理念也應(yīng)運(yùn)而生，即把無(wú)人駕駛與有人駕駛結(jié)合起來(lái)，將機(jī)器人和人工智能技術(shù)（特別是機(jī)器學(xué)習(xí)和自然語(yǔ)言處理）等各種智能化技術(shù)融入到車輛平臺(tái)和車載服務(wù)中，使之變成在線“軟件機(jī)器人”系統(tǒng)，與人工平行操作進(jìn)行車輛駕駛。讓駕駛員能夠更有效、更容易把注意力集中在道路和其他車輛上，從而安全、順暢和智能地進(jìn)行駕駛。

王飛躍先生認(rèn)為，平行駕駛有3個(gè)重要組成部分：軟件入車、駕駛知識(shí)機(jī)器人入庫(kù)和人機(jī)合一。軟件是解決智能汽車的基礎(chǔ)，包括車載算法、應(yīng)用軟件和輸入輸出等。人機(jī)合一基于ACP（A：人工交通系統(tǒng)，C：計(jì)算實(shí)驗(yàn)，P：平行執(zhí)行）理論和交通云計(jì)算構(gòu)建無(wú)人駕駛車輛支持體系，通過(guò)平行執(zhí)行與平行駕駛進(jìn)行無(wú)人駕駛車輛智能擴(kuò)展。駕駛知識(shí)機(jī)器人是一個(gè)龐大的系統(tǒng)，基于“車內(nèi)簡(jiǎn)單，車外復(fù)雜”的理念，需要重新思考和定義目前的車載硬件和軟件系統(tǒng)，例如ABS、ACC、DSC/TCS/ESP、車道偏離預(yù)警、行人檢測(cè)、障礙物避讓、疲勞檢測(cè)與預(yù)警、車輛智能自適應(yīng)系統(tǒng)等，把它們當(dāng)作是車輛機(jī)器人軟件代理，使其能夠通過(guò)移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)和云計(jì)算，學(xué)習(xí)駕駛員行為和適應(yīng)當(dāng)?shù)伛{駛環(huán)境。

我國(guó)在無(wú)人駕駛領(lǐng)域也做了很多工作。中國(guó)智能車未來(lái)挑戰(zhàn)賽IVFC，從2009年開始至2014年，已舉辦6屆，每屆賽事的難度不斷增加，推動(dòng)了無(wú)人駕駛相關(guān)研究的開展、相關(guān)專業(yè)的建設(shè)和人才培養(yǎng)。中科院動(dòng)化所作為重大計(jì)劃參與單位，研究了智能車輛設(shè)計(jì)規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)，為中國(guó)智能車未來(lái)挑戰(zhàn)賽提供測(cè)試環(huán)境、測(cè)試方法、測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)和評(píng)價(jià)體系。中國(guó)智能車綜合技術(shù)研發(fā)與測(cè)試中心基于真實(shí)交通環(huán)境建立，面積遠(yuǎn)超密西根大學(xué)M-City測(cè)試場(chǎng)，構(gòu)建更復(fù)雜交通環(huán)境，開展更多測(cè)試，包括車路協(xié)同、車間協(xié)同等。

或許未來(lái)，當(dāng)人類司機(jī)駕駛著真實(shí)車奔馳時(shí)，作為“軟件機(jī)器人”的智能代理也開著對(duì)應(yīng)的“虛擬車”同時(shí)在奔馳。

從數(shù)字化工廠到智能制造/工業(yè)4.0——機(jī)械工業(yè)儀器儀表綜合技術(shù)經(jīng)濟(jì)研究所所長(zhǎng)歐陽(yáng)勁松教授

數(shù)字化工廠是數(shù)字模型、方法和工具的綜合網(wǎng)絡(luò)（包括仿真和3D虛擬現(xiàn)實(shí)可視化），通過(guò)連續(xù)的沒(méi)有中斷的數(shù)據(jù)管理集成在一起。從數(shù)字化工廠到工業(yè)4.0，前者只是后者的一部分。簡(jiǎn)單地說(shuō)，工業(yè)4.0是以數(shù)字化工廠為生產(chǎn)單元，通過(guò)信息物理系統(tǒng)CPS實(shí)現(xiàn)全生命周期中生產(chǎn)單元間相互獨(dú)立地自動(dòng)交換信息、觸發(fā)動(dòng)作和實(shí)現(xiàn)控制，將制造業(yè)向智能化轉(zhuǎn)型。

歐陽(yáng)教授認(rèn)為，“中國(guó)制造2025”與“德國(guó)工業(yè)4.0”都是為了迎接新一輪科技和產(chǎn)業(yè)革命的到來(lái)，著眼于以數(shù)字化和網(wǎng)絡(luò)化為支持的智能化生產(chǎn)。但不同點(diǎn)是：其一，兩國(guó)的制造業(yè)基礎(chǔ)不一樣，德國(guó)是制造業(yè)強(qiáng)國(guó)，中國(guó)是制造業(yè)大國(guó)。中國(guó)制造占世界制造的20%，但有點(diǎn)“虛胖”，不強(qiáng)。其二，發(fā)展階段不一樣，德國(guó)已完成工業(yè)3.0，而中國(guó)工業(yè)化發(fā)展歷史不長(zhǎng)，大部分還沒(méi)有自動(dòng)化和數(shù)字化尚處在工業(yè)2.0階段，部分達(dá)到3.0水平，所以，中國(guó)發(fā)展工業(yè)，要2.0、3.0和4.0齊頭并進(jìn)。

實(shí)現(xiàn)工業(yè)4.0的宏偉藍(lán)圖需要落實(shí)很多具體工作。德國(guó)提出的8個(gè)優(yōu)先行動(dòng)計(jì)劃很有參考意義，包括標(biāo)準(zhǔn)化和參考構(gòu)架、為工業(yè)建立寬頻的基礎(chǔ)設(shè)施、安全和保障（物理安全、功能安全、基于風(fēng)險(xiǎn)分析建立工業(yè)信息安全）、管理復(fù)雜系統(tǒng)、工作的組織和設(shè)計(jì)、培訓(xùn)和持續(xù)的專業(yè)發(fā)展、監(jiān)管框架以及資源利用效率等。另外，特別值得一提的重點(diǎn)標(biāo)準(zhǔn)是IEC CDD數(shù)據(jù)字典，這是物聯(lián)網(wǎng)及數(shù)字化工廠的基礎(chǔ)，沒(méi)有它一切都是紙上空談，歐陽(yáng)教授強(qiáng)烈呼吁我國(guó)開始啟動(dòng)數(shù)據(jù)字典工作，并與國(guó)際化同步進(jìn)行。

國(guó)內(nèi)智能制造尚存在諸多發(fā)展瓶頸，對(duì)此歐陽(yáng)教授給出了自己的建議。對(duì)于工業(yè)4.0應(yīng)該冷靜，認(rèn)清德國(guó)的真正目的，實(shí)質(zhì)上是為了維持其在工業(yè)領(lǐng)域全球市場(chǎng)的領(lǐng)導(dǎo)地位，并覬覦中國(guó)的市場(chǎng)、人才、資金、資源等要素。我們不要盲從，而是需要勇氣、智慧和犧牲精神打破管理、行業(yè)壁壘，重構(gòu)生產(chǎn)要素和價(jià)值鏈，建立產(chǎn)品全生命周期的統(tǒng)一數(shù)據(jù)平臺(tái)。并且，標(biāo)準(zhǔn)化是關(guān)鍵，大量關(guān)鍵技術(shù)和內(nèi)容需要進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化。最后，歐陽(yáng)教授表示，希望是中國(guó)擁有工業(yè)4.0，而不是工業(yè)4.0擁有中國(guó)！

新工廠的創(chuàng)新行為：汽車工廠物流設(shè)計(jì)及數(shù)字化驗(yàn)證——第一汽車集團(tuán)公司第九設(shè)計(jì)研究院技術(shù)開發(fā)部部長(zhǎng)馮君霞博士

馮博士結(jié)合青島某項(xiàng)目案例介紹了數(shù)字化設(shè)計(jì)在工藝規(guī)則、物流仿真、生產(chǎn)線設(shè)計(jì)和工廠三維設(shè)計(jì)中的應(yīng)用。在總裝車間工藝設(shè)計(jì)中，通過(guò)對(duì)裝配工時(shí)、線平衡、總裝勞動(dòng)定員、關(guān)鍵工位PS仿真和工藝文件輸出等進(jìn)行分析、驗(yàn)證，提高工藝規(guī)劃人員的工作效率15%。在物流規(guī)劃中，通過(guò)仿真驗(yàn)證可行性，提出優(yōu)化建議。在生產(chǎn)線設(shè)計(jì)中，通過(guò)仿真模型、緩存容量、設(shè)備數(shù)量、產(chǎn)能分析等數(shù)字化設(shè)計(jì)，提前預(yù)測(cè)了很多問(wèn)題，最終驗(yàn)證實(shí)現(xiàn)了44種車型通過(guò)的滑撬方案。工廠三維設(shè)計(jì)對(duì)廠房、土建、公用、設(shè)備、物料等生產(chǎn)資源進(jìn)行建模，把整個(gè)工廠的場(chǎng)景進(jìn)行虛擬化呈現(xiàn)，并規(guī)劃和修改工廠布局方案，設(shè)計(jì)修改量遠(yuǎn)小于3%行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。

實(shí)踐表明，數(shù)字化設(shè)計(jì)需要完整、全面的產(chǎn)品數(shù)據(jù)和工藝數(shù)據(jù)的支撐，產(chǎn)品的平臺(tái)化和系列化應(yīng)當(dāng)和生產(chǎn)組織進(jìn)行有效的結(jié)合，便于方案的合理性，這樣才能指導(dǎo)實(shí)際生產(chǎn)。其次，物流設(shè)計(jì)應(yīng)和生產(chǎn)控制系統(tǒng)相結(jié)合，物流規(guī)劃應(yīng)和工藝方案相結(jié)合。在設(shè)計(jì)物流系統(tǒng)時(shí)，工藝規(guī)劃的原則：準(zhǔn)時(shí)化區(qū)布置在廠房外側(cè)，盡量貼近所對(duì)應(yīng)的裝配線，避免大件在車間內(nèi)輸送等。生產(chǎn)線及設(shè)備的原則：采用SPS供貨方式，實(shí)現(xiàn)貨筐隨行，增加滑板的寬度、工位間距，采用機(jī)械化空中輸送等。生產(chǎn)控制系統(tǒng)的主要作用：及時(shí)準(zhǔn)確地發(fā)布生產(chǎn)信息、物流配送的指令來(lái)源，實(shí)現(xiàn)可視化管理；準(zhǔn)確地采集生產(chǎn)狀態(tài)及設(shè)備信息，對(duì)生產(chǎn)過(guò)程進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)視、診斷和控制；為被動(dòng)解決問(wèn)題轉(zhuǎn)向主動(dòng)提升管理提供了硬件支持。

總體來(lái)看，物流不是一個(gè)單純的問(wèn)題，工廠物流設(shè)計(jì)的新思路是生產(chǎn)線、工廠運(yùn)營(yíng)、物流供給、建筑設(shè)計(jì)相結(jié)合的系統(tǒng)設(shè)計(jì)思想。

智能制造的內(nèi)涵與應(yīng)用——上海交通大學(xué)機(jī)械與動(dòng)力工程學(xué)院副院長(zhǎng)王皓先生

智能制造主要包括智能制造裝備、系統(tǒng)、服務(wù)等3個(gè)方面，其目標(biāo)是提高制造效率和質(zhì)量，降低制造成本，同時(shí)也是德國(guó)工業(yè)4.0的主要內(nèi)容。傳感檢測(cè)、工藝設(shè)計(jì)和控制執(zhí)行是智能制造關(guān)鍵核心技術(shù)。

王皓教授結(jié)合案例介紹了汽車智能化制造的應(yīng)用。在一條基于機(jī)器人的汽車焊接自動(dòng)化生產(chǎn)線案例中，其研制的智能高速柔性自動(dòng)化焊裝線，用來(lái)滿足白車身生產(chǎn)對(duì)高綱領(lǐng)、高節(jié)拍、高柔性、自動(dòng)化、智能化焊裝線的生產(chǎn)需求，并實(shí)現(xiàn)了以下五項(xiàng)基本功能：一是智能切換，實(shí)現(xiàn)了關(guān)鍵焊接工位白車身總成車型切換及定位焊接；二是高速輸送設(shè)備，實(shí)現(xiàn)了工位間精確高速傳輸；三是質(zhì)量控制，可在線檢測(cè)白車身焊接后的幾何精度；四是機(jī)器人焊接，實(shí)現(xiàn)了白車身總成的焊接及搬運(yùn)；五是生產(chǎn)控制系統(tǒng)，采用了基于工業(yè)總線技術(shù)的智能控制系統(tǒng)。其主要技術(shù)方案和系統(tǒng)，如激光測(cè)量傳感器、測(cè)量機(jī)器人、測(cè)量系統(tǒng)控制器、數(shù)據(jù)處理與故障診斷軟件等，均為自主研制。該系統(tǒng)可在汽車車身制造過(guò)程中進(jìn)行激光在線檢測(cè)、進(jìn)行數(shù)據(jù)處理與顯示，形成了大批量、高節(jié)拍、多車型柔性生產(chǎn)條件下的車身制造過(guò)程尺寸精度綜合監(jiān)控技術(shù)，解決了自主裝備在線檢測(cè)中的一道重要難題。

打造智能工廠：中國(guó)制造業(yè)的4.0之路——上海汪青自動(dòng)化科技有限公司總經(jīng)理李小青先生

當(dāng)前國(guó)內(nèi)經(jīng)濟(jì)增速呈下滑局面，汽車行業(yè)需要找到創(chuàng)新突破口。但美國(guó)模式對(duì)中國(guó)企業(yè)來(lái)說(shuō)是一條艱難而漫長(zhǎng)并充滿風(fēng)險(xiǎn)的道路。而德國(guó)的制造創(chuàng)新模式，恰恰是一種與互聯(lián)網(wǎng)融合的智能化先進(jìn)制造模式，是中國(guó)企業(yè)可以接受并相對(duì)容易實(shí)現(xiàn)的模式。但同時(shí)我們能做且必須做的是，盡快提升企業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力，實(shí)現(xiàn)制造業(yè)和新技術(shù)的融合與發(fā)展。

李小青認(rèn)為，工業(yè)4.0是個(gè)社會(huì)化的大系統(tǒng)，核心是智能化制造和社會(huì)化大數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)及標(biāo)準(zhǔn)。不是自動(dòng)化，更不是機(jī)器人。前者是手段，后者是工具。其目標(biāo)是高品質(zhì)、高效率、低成本、快反應(yīng)的企業(yè)核心競(jìng)爭(zhēng)力。中國(guó)的工業(yè)4.0之路首先要解決制造業(yè)的標(biāo)準(zhǔn)化、數(shù)字化和智能化基礎(chǔ)，打造智能化工廠，再由從國(guó)家層面牽動(dòng)的社會(huì)化大數(shù)據(jù)基礎(chǔ)和標(biāo)準(zhǔn)建立。

工業(yè)4.0可以提高生產(chǎn)能力、工藝流程的靈活性和資源利用率。李小青結(jié)合某箱體加工案例介紹了工藝優(yōu)化。這個(gè)原工序達(dá)33序，需要17臺(tái)機(jī)床的生產(chǎn)線，現(xiàn)工藝只需要2序和2臺(tái)機(jī)床加工，減少了裝夾次數(shù)，提高了效率和質(zhì)量。勞動(dòng)生產(chǎn)率方面，原工藝35人一天加工15個(gè)箱體；現(xiàn)工藝只需2人1天加工30個(gè)箱體，效率大幅提升。原工藝占地面積1 890 m2，新的柔性加工線占地面積682 m2，面積節(jié)省60%。在以上各種節(jié)省提效的同時(shí)，現(xiàn)工藝中還取消了劃線等傳統(tǒng)工序，淘汰了落后設(shè)備，臥式加工中心配置雙交換旋轉(zhuǎn)工作臺(tái)，節(jié)省了上下料時(shí)間，設(shè)備投資僅為原來(lái)的30%。

來(lái)自各企業(yè)的演講嘉賓們也發(fā)表了精彩演講，吉薩特自動(dòng)化技術(shù)有限公司MES Solution專家Uwe Schimpf先生演講題目為“Legato系統(tǒng)：邁向工業(yè)4.0的橋梁”，武漢華中數(shù)控股份有限公司董事長(zhǎng)陳吉紅教授演講題目為“數(shù)控加工大數(shù)據(jù)與智能機(jī)床”，三菱電機(jī)自動(dòng)化（中國(guó)）有限公司楊弟平先生演講題目為“從概念到應(yīng)用：e&eco-F@ctory節(jié)能數(shù)字化工廠”，上海發(fā)那科機(jī)器人有限公司機(jī)器人技術(shù)中心孔萌先生演講題目為“發(fā)那科智能機(jī)器人在汽車制造業(yè)中的應(yīng)用”，西門子數(shù)字化工廠集團(tuán)西門子工業(yè)軟件周克虎先生演講題目為“工業(yè)4.0與汽車行業(yè)”。

此次會(huì)議在與會(huì)代表們的積極探討中圓滿落幕，相信各位專家學(xué)者們對(duì)于數(shù)字化工廠的研究與探索仍將繼續(xù)。不管是“中國(guó)制造2025”，還是“德國(guó)工業(yè)4.0”，都將給制造業(yè)帶來(lái)新的創(chuàng)新和動(dòng)力，愿中國(guó)所有的制造業(yè)同盟們能在這次變革中找到適合自身的方向，提升企業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力，同時(shí)也為實(shí)現(xiàn)“中國(guó)制造2025”貢獻(xiàn)一份力量！