下面要分享的是2008年德企為瑞士Riwag高端木門制造商完成的無人智能生產(chǎn)車間項目。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！
01.工業(yè)4.0應(yīng)用技術(shù)
1.1 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。
AGV是無人搬運車（Automated Guided Vehicle）的英文縮寫。是指裝備有電磁或光學(xué)等自動導(dǎo)引裝置，能夠沿規(guī)定的導(dǎo)引路徑行駛，具有安全保護以及各種移載功能的運輸車，AGV屬于輪式移動機器人（WMR--Wheeled Mobile Robot）的范疇。
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，按照頂點順序進行排列，符合JIO理念。
而JIO（Just In Order即按順序排列生產(chǎn)方式）是繼JIT（Just In Time即準(zhǔn)時制生產(chǎn)方式）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)鏈運作機制，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。
1.2. 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（先進生產(chǎn)計劃系統(tǒng)）等，但是由于缺乏強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。
首先機器人通過專用的檢測設(shè)備對入庫毛坯進行全檢，再掃描RFID電子標(biāo)簽，可根據(jù)讀取的產(chǎn)品信息自動調(diào)用加工程序，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，更新產(chǎn)品生產(chǎn)數(shù)據(jù)，記錄設(shè)備運行數(shù)據(jù)，將這些數(shù)據(jù)通過現(xiàn)場總線傳入上位機的生產(chǎn)管理/監(jiān)控系統(tǒng)。
由于每個零件上都有自己的標(biāo)簽，每個標(biāo)簽都有正確的程序，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)備之間是相互獨立運行的，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，機器人的入庫檢測信息也會與程序信息進行比對，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）。
物聯(lián)網(wǎng)方案中RFID技術(shù)的先進性加快了工業(yè)4.0和工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的進程，也讓我們更關(guān)注到這些生產(chǎn)數(shù)據(jù)所支持的智能生產(chǎn)的運作機制。
1.3、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。機加工序之后基本上直接進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)。
1.4、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）。
從一開始產(chǎn)品設(shè)計不但決定了產(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即面向裝配的設(shè)計）。
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。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。
02、產(chǎn)業(yè)變革的趨勢
2.1.沒有夕陽產(chǎn)業(yè)只有夕陽觀念
在大多數(shù)國人眼里，木門生產(chǎn)產(chǎn)業(yè)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。可見先進的智能化制造系統(tǒng)是完全可以彌補人力成本的劣勢，而傳統(tǒng)制造業(yè)向發(fā)達工業(yè)國回流也確實正在發(fā)生。中國的制造企業(yè)必須要有所作為才能避免在這次工業(yè)革命中被淘汰。
2.2. 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。
相比于發(fā)達國家，中國的土地和人力成本會相對比較低，因此制造業(yè)占有明顯優(yōu)勢。但是一旦發(fā)達的工業(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)成的比例將大為降低，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，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。
資料來源：工業(yè)機器人，精智工廠、搜狐新聞
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