模組化、數位化、自動化和智慧化的工廠

行業新聞

模組化、數位化、自動化和智慧化的工廠

面向工業4.0的智慧工廠
智慧工廠是構成工業4.0的核心元素。在智慧工廠內不僅要求單體設備是智慧的，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，以滿足智慧生產和智慧物流的要求。通過互聯網等通信網路，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慧升級，使其可以智慧地根據即時資訊進行分析、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）的智慧工廠，最終實現製造業的大規模、低成本定制化生產。
在建設智慧工廠時，要重點關注模組化、數位化、自動化和智慧化四大技術課題。模組化是實現智慧工廠規模化生產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組供應商轉型，全程參與產品設計、供應模式選擇以及單元化物流的規劃。
數位化，縱向看是實現工廠內各個層面，乃至每台設備數位化建模與互聯互通；橫向看，是打造從客戶需求，到產品設計、供應商集成、製造以及物流服務的全流程供應鏈集成體系。
智慧化，製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、製造與裝配，再通過智慧工廠完成生產製造過程，有效解決定制產品週期長、效率低、成本高的問題。在智慧工廠裡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的智慧生產
工業4.0時代，隨著資訊技術向製造業全面滲入，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。
未來是智慧聯網式生產的時代，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製造體系，為企業生產提供全面智慧支援。而標準化、模組化和數位化的產品設計，是實現智慧生產的前提。
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模組化，生產製造實現了全面資訊化與深度自動化，基本達到了智慧生產、智慧裝配、智慧物流以及智慧供應鏈管理。
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，絕大部分硬體是通用的，只是通過選配不同的電控和軟體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，實現每台下線車型都能滿足大規模定制的市場需求，即每一台寶馬汽車都是根據客戶化定制生產出來的。
工業4.0時代的製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，採購、物流、生產計畫到生產的全流程拉式生產，並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製造業未來的發展方向。

面向工業4.0的智慧物流
工業4.0時代，客戶需求高度個性化，產品創新週期繼續縮短，生產節拍不斷加快，這些不僅是智慧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。
智慧物流是工業4.0核心組成部分。在工業4.0智慧工廠框架內，智慧物流是聯接供應、製造和客戶的重要環節，也是構建未來智慧工廠的基石。智慧單元化物流技術、自動物流裝備以及智慧物流資訊系統是打造智慧物流的核心元素。
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智慧周轉箱技術。通過在周轉箱上加裝感知與智慧控制單元，實現了物流單元的智慧化。
智慧箱既能自主管理箱內的庫存，又能向上級系統及時報告智慧箱的狀態，實現自動要貨和補貨的功能。基於智慧箱的輸送系統可採用分散控制技術，智慧箱不再是被動單元，而是給輸送系統發號施令的“主人”。在智慧箱的指揮下，輸送系統可以自動地將箱子送達目的地。
另一方面，可通過智慧箱與智慧物流設備（如穿梭車）集成，實現面向工業4.0的智慧、高效、靈活的物流系統。2003年，德國物流研究院率先研製出全球首台輕型高速穿梭車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，德國物流研究院於2011年研發出可在貨架和地面行走的兩栖穿梭車“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後一個瓶頸——提升機對流量的限制。與傳統穿梭小車不同的是，Multi Shuttle Move每台小車都能獨立“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……都可以智慧地獨立解決。