認清工業4.0核心，有所為有所不為——2015數字化工廠國際研討會

本刊記者/蔣思思 Reporter/JIANG Sisi

2015年6月4日，由中國汽車工程學會主辦的“2015數字化工廠國際研討會”在上海光大會展中心國際大酒店隆重召開。會議由中國汽車制造裝備創新聯盟常務秘書長、04專項專家組成員韓鐳先生主持。

出席本次會議的有中國自動化學會副理事長王飛躍先生、機械工業儀器儀表綜合技術經濟研究所所長歐陽勁松教授、菲尼克斯電氣公司副總裁杜品圣博士、上海發那科機器人有限公司機器人技術中心孔萌先生、西門子數字化工廠集團西門子工業軟件周克虎先生、上海汪青自動化科技有限公司總經理李小青先生、第一汽車集團公司第九設計研究院技術開發部部長馮君霞博士、吉薩特自動化技術有限公司MES Solution專家Uwe Schimpf先生、武漢華中數控股份有限公司董事長陳吉紅教授、上海交通大學機械與動力工程學院副院長王皓先生、三菱電機自動化（中國）有限公司楊弟平先生以及眾多業界專業人士。

會議圍繞工業4.0展開，演講嘉賓各抒己見，闡述了工業4.0的核心以及汽車業現狀，對數字化工廠建設的網絡技術、物流設計、機器人應用和智能制造等方面展開了深入的討論，旨在為汽車業人士搭建智能制造技術和數字化工廠相結合的交流平臺。

汽車5.0：平行時代的智能汽車——中國自動化學會副理事長王飛躍先生

隨著道路交通事故日益增多，世界歐美日和中國等國家都漸漸步入老齡化社會，無人車所擁有的改變人類生活的潛力得到了廣泛關注。無人駕駛領域的技術研發相繼展開。

平行駕駛的理念也應運而生，即把無人駕駛與有人駕駛結合起來，將機器人和人工智能技術（特別是機器學習和自然語言處理）等各種智能化技術融入到車輛平臺和車載服務中，使之變成在線“軟件機器人”系統，與人工平行操作進行車輛駕駛。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、順暢和智能地進行駕駛。

王飛躍先生認為，平行駕駛有3個重要組成部分：軟件入車、駕駛知識機器人入庫和人機合一。軟件是解決智能汽車的基礎，包括車載算法、應用軟件和輸入輸出等。人機合一基于ACP（A：人工交通系統，C：計算實驗，P：平行執行）理論和交通云計算構建無人駕駛車輛支持體系，通過平行執行與平行駕駛進行無人駕駛車輛智能擴展。駕駛知識機器人是一個龐大的系統，基于“車內簡單，車外復雜”的理念，需要重新思考和定義目前的車載硬件和軟件系統，例如ABS、ACC、DSC/TCS/ESP、車道偏離預警、行人檢測、障礙物避讓、疲勞檢測與預警、車輛智能自適應系統等，把它們當作是車輛機器人軟件代理，使其能夠通過移動網絡和云計算，學習駕駛員行為和適應當地駕駛環境。

我國在無人駕駛領域也做了很多工作。中國智能車未來挑戰賽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，推動了無人駕駛相關研究的開展、相關專業的建設和人才培養。中科院動化所作為重大計劃參與單位，研究了智能車輛設計規范和標準，為中國智能車未來挑戰賽提供測試環境、測試方法、測試標準和評價體系。中國智能車綜合技術研發與測試中心基于真實交通環境建立，面積遠超密西根大學M-City測試場，構建更復雜交通環境，開展更多測試，包括車路協同、車間協同等。

或許未來，當人類司機駕駛著真實車奔馳時，作為“軟件機器人”的智能代理也開著對應的“虛擬車”同時在奔馳。

從數字化工廠到智能制造/工業4.0——機械工業儀器儀表綜合技術經濟研究所所長歐陽勁松教授

數字化工廠是數字模型、方法和工具的綜合網絡（包括仿真和3D虛擬現實可視化），通過連續的沒有中斷的數據管理集成在一起。從數字化工廠到工業4.0，前者只是后者的一部分。簡單地說，工業4.0是以數字化工廠為生產單元，通過信息物理系統CPS實現全生命周期中生產單元間相互獨立地自動交換信息、觸發動作和實現控制，將制造業向智能化轉型。

歐陽教授認為，“中國制造2025”與“德國工業4.0”都是為了迎接新一輪科技和產業革命的到來，著眼于以數字化和網絡化為支持的智能化生產。但不同點是：其一，兩國的制造業基礎不一樣，德國是制造業強國，中國是制造業大國。中國制造占世界制造的20%，但有點“虛胖”，不強。其二，發展階段不一樣，德國已完成工業3.0，而中國工業化發展歷史不長，大部分還沒有自動化和數字化尚處在工業2.0階段，部分達到3.0水平，所以，中國發展工業，要2.0、3.0和4.0齊頭并進。

實現工業4.0的宏偉藍圖需要落實很多具體工作。德國提出的8個優先行動計劃很有參考意義，包括標準化和參考構架、為工業建立寬頻的基礎設施、安全和保障（物理安全、功能安全、基于風險分析建立工業信息安全）、管理復雜系統、工作的組織和設計、培訓和持續的專業發展、監管框架以及資源利用效率等。另外，特別值得一提的重點標準是IEC CDD數據字典，這是物聯網及數字化工廠的基礎，沒有它一切都是紙上空談，歐陽教授強烈呼吁我國開始啟動數據字典工作，并與國際化同步進行。

國內智能制造尚存在諸多發展瓶頸，對此歐陽教授給出了自己的建議。對于工業4.0應該冷靜，認清德國的真正目的，實質上是為了維持其在工業領域全球市場的領導地位，并覬覦中國的市場、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、行業壁壘，重構生產要素和價值鏈，建立產品全生命周期的統一數據平臺。并且，標準化是關鍵，大量關鍵技術和內容需要進行標準化。最后，歐陽教授表示，希望是中國擁有工業4.0，而不是工業4.0擁有中國！

新工廠的創新行為：汽車工廠物流設計及數字化驗證——第一汽車集團公司第九設計研究院技術開發部部長馮君霞博士

馮博士結合青島某項目案例介紹了數字化設計在工藝規則、物流仿真、生產線設計和工廠三維設計中的應用。在總裝車間工藝設計中，通過對裝配工時、線平衡、總裝勞動定員、關鍵工位PS仿真和工藝文件輸出等進行分析、驗證，提高工藝規劃人員的工作效率15%。在物流規劃中，通過仿真驗證可行性，提出優化建議。在生產線設計中，通過仿真模型、緩存容量、設備數量、產能分析等數字化設計，提前預測了很多問題，最終驗證實現了44種車型通過的滑撬方案。工廠三維設計對廠房、土建、公用、設備、物料等生產資源進行建模，把整個工廠的場景進行虛擬化呈現，并規劃和修改工廠布局方案，設計修改量遠小于3%行業標準。

實踐表明，數字化設計需要完整、全面的產品數據和工藝數據的支撐，產品的平臺化和系列化應當和生產組織進行有效的結合，便于方案的合理性，這樣才能指導實際生產。其次，物流設計應和生產控制系統相結合，物流規劃應和工藝方案相結合。在設計物流系統時，工藝規劃的原則：準時化區布置在廠房外側，盡量貼近所對應的裝配線，避免大件在車間內輸送等。生產線及設備的原則：采用SPS供貨方式，實現貨筐隨行，增加滑板的寬度、工位間距，采用機械化空中輸送等。生產控制系統的主要作用：及時準確地發布生產信息、物流配送的指令來源，實現可視化管理；準確地采集生產狀態及設備信息，對生產過程進行實時監視、診斷和控制；為被動解決問題轉向主動提升管理提供了硬件支持。

總體來看，物流不是一個單純的問題，工廠物流設計的新思路是生產線、工廠運營、物流供給、建筑設計相結合的系統設計思想。

智能制造的內涵與應用——上海交通大學機械與動力工程學院副院長王皓先生

智能制造主要包括智能制造裝備、系統、服務等3個方面，其目標是提高制造效率和質量，降低制造成本，同時也是德國工業4.0的主要內容。傳感檢測、工藝設計和控制執行是智能制造關鍵核心技術。

王皓教授結合案例介紹了汽車智能化制造的應用。在一條基于機器人的汽車焊接自動化生產線案例中，其研制的智能高速柔性自動化焊裝線，用來滿足白車身生產對高綱領、高節拍、高柔性、自動化、智能化焊裝線的生產需求，并實現了以下五項基本功能：一是智能切換，實現了關鍵焊接工位白車身總成車型切換及定位焊接；二是高速輸送設備，實現了工位間精確高速傳輸；三是質量控制，可在線檢測白車身焊接后的幾何精度；四是機器人焊接，實現了白車身總成的焊接及搬運；五是生產控制系統，采用了基于工業總線技術的智能控制系統。其主要技術方案和系統，如激光測量傳感器、測量機器人、測量系統控制器、數據處理與故障診斷軟件等，均為自主研制。該系統可在汽車車身制造過程中進行激光在線檢測、進行數據處理與顯示，形成了大批量、高節拍、多車型柔性生產條件下的車身制造過程尺寸精度綜合監控技術，解決了自主裝備在線檢測中的一道重要難題。

打造智能工廠：中國制造業的4.0之路——上海汪青自動化科技有限公司總經理李小青先生

當前國內經濟增速呈下滑局面，汽車行業需要找到創新突破口。但美國模式對中國企業來說是一條艱難而漫長并充滿風險的道路。而德國的制造創新模式，恰恰是一種與互聯網融合的智能化先進制造模式，是中國企業可以接受并相對容易實現的模式。但同時我們能做且必須做的是，盡快提升企業競爭力，實現制造業和新技術的融合與發展。

李小青認為，工業4.0是個社會化的大系統，核心是智能化制造和社會化大數據網絡及標準。不是自動化，更不是機器人。前者是手段，后者是工具。其目標是高品質、高效率、低成本、快反應的企業核心競爭力。中國的工業4.0之路首先要解決制造業的標準化、數字化和智能化基礎，打造智能化工廠，再由從國家層面牽動的社會化大數據基礎和標準建立。

工業4.0可以提高生產能力、工藝流程的靈活性和資源利用率。李小青結合某箱體加工案例介紹了工藝優化。這個原工序達33序，需要17臺機床的生產線，現工藝只需要2序和2臺機床加工，減少了裝夾次數，提高了效率和質量。勞動生產率方面，原工藝35人一天加工15個箱體；現工藝只需2人1天加工30個箱體，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，面積節省60%。在以上各種節省提效的同時，現工藝中還取消了劃線等傳統工序，淘汰了落后設備，臥式加工中心配置雙交換旋轉工作臺，節省了上下料時間，設備投資僅為原來的30%。

來自各企業的演講嘉賓們也發表了精彩演講，吉薩特自動化技術有限公司MES Solution專家Uwe Schimpf先生演講題目為“Legato系統：邁向工業4.0的橋梁”，武漢華中數控股份有限公司董事長陳吉紅教授演講題目為“數控加工大數據與智能機床”，三菱電機自動化（中國）有限公司楊弟平先生演講題目為“從概念到應用：e&eco-F@ctory節能數字化工廠”，上海發那科機器人有限公司機器人技術中心孔萌先生演講題目為“發那科智能機器人在汽車制造業中的應用”，西門子數字化工廠集團西門子工業軟件周克虎先生演講題目為“工業4.0與汽車行業”。

此次會議在與會代表們的積極探討中圓滿落幕，相信各位專家學者們對于數字化工廠的研究與探索仍將繼續。不管是“中國制造2025”，還是“德國工業4.0”，都將給制造業帶來新的創新和動力，愿中國所有的制造業同盟們能在這次變革中找到適合自身的方向，提升企業競爭力，同時也為實現“中國制造2025”貢獻一份力量！