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工業4.0工廠:??榛?、數字化、自動化和智能化


1.面向工業4.0的智能生產

        ,隨著信息技術向制造業全面滲入,可實現對生產要素的高靈活配置和大規模定制化生產,由此打破傳統的生產流程、生產模式及管理方式。未來是智能聯網式生產的時代,不僅是單一工廠、而是企業多個工廠之間將通過聯網構建起虛擬制造體系,為企業生產提供全面智能支持。而標準化、??榛褪只牟飛杓?,是實現智能生產的前提。德國汽車工業已率先引入低成本客戶化定制的概念,產品設計實現了標準化與??榛?,生產制造實現了全面信息化與深度自動化,基本達到了智能生產、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多個車型的發動機共用同一產線,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品來實現發動機產品多樣化,這種低成本、定制化生產的核心基礎即是標準化。為此,寶馬能在不改變生產節拍的前提下,實現每臺下線車型都能滿足大規模定制的市場需求,即每一臺寶馬汽車都是根據客戶化定制生產出來的。工業4.0時代的制造企業不再自上而下地推動生產,而是從客戶需求開始,實現訂單、客戶化設計,采購、物流、生產計劃到生產的全流程拉式生產,并通過虛實融合實現各環節的互通互聯。這種高效靈活的拉動生產方式也代表著制造業未來的發展方向。

面向工業4.0的智能工廠
        智能工廠是構成工業4.0的核心元素。在智能工廠內不僅要求單體設備是智能的,而且要求工廠內的所有設施、設備與資源(機器、物流器具、原材料、產品等)實現互通互聯,以滿足智能生產和智能物流的要求。通過互聯網等通信網絡,使工廠內外的萬物互聯,形成全新的業務模式。
從某種意義上說,工業4.0是用CPS系統對生產設備進行智能升級,使其可以智能地根據實時信息進行分析、判斷、自我調整、自動驅動生產,構成一個具有自律分散型系統(ADS)的智能工廠,最終實現制造業的大規模、低成本定制化生產。在建設智能工廠時,要重點關注??榛?、數字化、自動化和智能化四大技術課題。??榛鞘迪種悄芄こЧ婺;涂突棖蟾魴曰ㄖ頻那疤崽跫?,這需要主要零部件供應商向??楣┯ι套?,全程參與產品設計、供應模式選擇以及單元化物流的規劃。數字化,縱向看是實現工廠內各個層面,乃至每臺設備數字化建模與互聯互通;橫向看,是打造從客戶需求,到產品設計、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,制造企業應搭建一個虛實融合系統,根據客戶個性化定制需求,實現虛擬的設計、制造與裝配,再通過智能工廠完成生產制造過程,有效解決定制產品周期長、效率低、成本高的問題。在智能工廠里企業可與客戶實現零距離對話,客戶也可通過多種方式參與到產品“智造”全過程中來。

面向工業4.0的智能物流

       工業4.0時代,客戶需求高度個性化,產品創新周期繼續縮短,生產節拍不斷加快,這些不僅是智能生產面臨的重要課題,也是對支撐生產的物流系統提出的巨大挑戰。智能物流是工業4.0核心組成部分。在工業4.0智能工廠框架內,智能物流是聯接供應、制造和客戶的重要環節,也是構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是打造智能物流的核心元素。作為歐洲權威的物流規劃和應用研究機構、工業4.0物流技術研發和應用研究的前沿陣地,德國物流研究院(Fraunhofer IML)自主研發了in Bin智能周轉箱技術。通過在周轉箱上加裝感知與智能控制單元,實現了物流單元的智能化。智能箱既能自主管理箱內的庫存,又能向上級系統及時報告智能箱的狀態,實現自動要貨和補貨的功能?;謚悄芟淶氖淥拖低晨剎捎梅稚⒖刂萍際?,智能箱不再是被動單元,而是給輸送系統發號施令的“主人”。在智能箱的指揮下,輸送系統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,實現面向工業4.0的智能、高效、靈活的物流系統。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的新紀元。在Multi Shuttle基礎上,德國物流研究院于2011年研發出可在貨架和地面行走的兩棲穿梭車“魔浮”Multi Shuttle Move,打通了物流與生產環節的傳統壁壘。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,需要與哪些設備聯網通信,遇到障礙物如何處理……都可以智能地獨立解決。