基于工業4.0的制造業工廠流程構想

郝敏，付聰

(天津工業大學管理學院，天津 300000)

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基于工業4.0的制造業工廠流程構想

郝敏，付聰

(天津工業大學管理學院，天津 300000)

摘要：隨著技術的進步，人活的生活水平逐步提高，個性化產品的需求不斷增加。從上世紀90年代末，大眾定制的思想就已經在工業領域出現了，主要為了解決消費者對定制化產品的需求問題。基于德國在2013年提出的工業4.0的概念以及提出的信息物理系統(Cyber-Physical systems)進行豐富，將顧客看作信息反饋源，從而構造了信息物理人系統(Cyber-Physical Human systems)。本文對將來的制造業工廠的工作流程就行了構想，并對流程各部分進行了描述。結合工業4.0的主題，對政府、企業和工廠工人提出了相應要求，以期可以應對工業4.0帶來的挑戰。

關鍵詞：工業4.0；制造業；流程

1前言

在上世紀90年代就提出了大眾化定制的概念，其主要目的是為了解決大眾對個性化產品的需求。目前在我國的眾多行業基本已經實現了不同程度的、以客戶為導向的服務。像京東、淘寶、天貓等網絡平臺就是顧客完全的自主選擇商品的服務模式，但是顧客是在現有商品的前提下進行選擇。要想完全實現顧客的產品定制的需求，必須對工廠的流程進行重新設計，以在工廠高效運行的前提下，滿足顧客的需求。

工廠的流程設計是決定工廠競爭力的重要決定條件之一，其設計的優劣性不僅嚴重影響企業的生產能力、產品生產周期、設備利用率，甚至直接影響顧客的滿意度、企業的經濟效益等。科學合理的工廠流程優化不僅可以降低運行成本、縮短生產時間，還能保障企業產品的市場化、規模化，減少響應時間，搶占競爭優勢。

2基于工業4.0的應用

工業4.0是由德國政府為了提高其工業的競爭力，爭取在新一輪工業革命中占領先機而提出的新戰略。工業4.0的主要思想是在工業的基礎上實現智能化，主要包括“智能工廠”與“智能生產”兩大主題。其目標是充分利用信息技術與網絡服務，建立高度靈活的個性化與數字化的產品與服務的生產模式，將制造業向智能化轉型。

德國提出的工業4.0的概念，就是整合信息物理系統(Cyber-Physical systems)來創造環境敏感、分散的工廠環境，結合追蹤技術，可以實現顧客在產品生產時改變需求。工廠內部機器設備實現智能協調，工廠與顧客通過互聯網、物聯網相互溝通，實現全方位智能化體系，從而可以充分滿足顧客對定制化產品的需求。基于信息物理系統(Cyber-Physical systems)，要利用追蹤技術，充分挖掘顧客的信息，構成包涵顧客的反饋回路，即信息物理人系統(Cyber-Physical Human systems)。將顧客看作一個反饋源，可以直接影響工廠的操作流程與進度。

3工廠流程構想

制造業工廠的流程構想如圖3.1所示，從顧客發出訂單到工廠制作完成，劃分為4個階段：接單、準備、加工、包裝，其中準備、裝配、包裝分別由一個工作臺代替。因為不同性質、不同規模的工廠雖然具體工作環節有所差異，但生產流程具有一致性，因此本文僅就工廠的一般流程進行設計。

在工業4.0的環境下，顧客直接向工廠下單，工廠接單后，會自動完成生產、送貨的服務，并且整個產銷流程智能化很高，極少有人參與。工廠會將要進行加工的在制品毛坯、半制品、原料、輔料等在進入工廠時就設有都帶有數字化的信息標識。此標識存儲著其在整個生產過程和存儲周期所需的各種必要的信息以及整個生產流程。通過互聯網，在制品毛坯可以尋找存放的倉庫和加工車間，甚至可以在加工的準備階段選定空閑的工作臺進行加工。下面將詳細描述顧客的產品定義和應用程序、裝配線及藍牙設備。

圖3.1　工廠流程構想圖

客戶自定義和應用程序：在基于工業4.0環境的工廠里，產品的加工或制作流程是設定好的。顧客通過應用程序，可以根據自己的期望來配置產品的顏色。一旦顧客完成了配置并將產品訂單發送到工廠后端服務器，相應的工作人員會在其工人設備上收到請求。當工人開始按照顯示他的工人裝置的指令開始工作時，客戶收到產品的推送通知，并可以檢測產品的制作流程。如果客戶在產品裝配期間改變產品定義，工人會通過推送通知，并獲得有關下一步的說明。

生產線：在工廠的硬件和產品設置之后，工廠里的工人的工作流程會詳細的描述。只要準備好去組裝一個需求的產品，工人可以從倉庫中選擇選一個可用的工作臺。因為每個工作臺配有BLE設備，工人可感到可用的工作臺。選定工作臺之后，工人得到完整的第一條指令：去在制品毛坯或其他輔助原料倉庫。當工人進入倉庫光圈范圍時，下一個指令會顯示在平板電腦上，通常情況下，所需的材料量是顯示的。只要工人取得所有需要的材料，他可以手動將任務設置為狀態完成，或以防他忘記它，當他離開調試工作站的光環時會自動被觸發。同理，會依次進行產品的裝配和包裝。在所有的任務期間，客戶是自動了解他的產品的狀態，在任何節點客戶可以根據自己的愿望來修改他的命令。這樣的情況發生時，該工人立即收到一個推送通知，客戶改變了產品的要求，并根據新的指令完成新的工作流程。

追蹤技術：觸發事件開始和結束的自動事件的非常重要的。自動化可以改善水平和垂直監測，數據的可靠性，并提供對工廠效率的詳細洞察。但是會因為工人的疏忽影響其流程和監控。此外，一個請求(產品訂單)的跟蹤和定位并顯示在工作臺上是具有挑戰性的，特別是在組裝的產品不是在一個順序中，而是中斷的時候。為了解決上述問題，工廠的各部分配有一個獨特的可識別性的藍牙裝置，可以在每個部分周圍創造光環。這樣的光環可以被感知，當藍牙接收到的信號強度是大于或等于設定的閾值時，可以實現使用適當的跟蹤技術，自動協助工人、追蹤工作、定位每個工人的位置等。

4問題陳述

基于工業4.0“智能工廠”和“智能生產”的兩大主題，對工廠設備的精密度、工人的勞動素質及管理水平提出了更高的要求。但是基于我國制造業自主創新能力不高、產品質量水平較低、資源能源利用效率較低、產業結構不太合理的現狀，距離工業4.0的要求尚遠，要求政府、企業和工廠工人都積極參與到工業4.0的挑戰中來。

對于政府而言，要從全局的角度把握走向工業4.0的方向與速度，以引導中國企業應對工業4.0的挑戰。一要將工業4.0作為國家的戰略，在分析和掌握4.0特性和規律的基礎上，給工業企業和個人提供指引；二智能工廠和智能生產對國家工人素質提出了更高的要求，政府要在政策上逐步實現人員從基層操作人員向中高層管理人員的轉變；三要啟動和實施工業智能制造研發和產業化專項工程，組建綜合研究小組和平臺，加強重大共性技術攻關，強化示范、推廣和應用，推動中國制造業加快向智能化方向轉型。

對于企業而言，工業4.0不是一蹴而就的，需要企業的長期人員積累、資本積累和技術積累。一要大力推進技術改革和創新，加大與高校、科研機構的技術合作，加快企業乃至行業的創新進程；二要全面的進行自我審視，積極進行生產流程的優化工作，增加市場的占有率，積累更多社會資本和市場資源；三要加大工人的培訓力度。生產設備逐步精密和智能化同時對工人的操作技能和勞動素質提出了更高的要求，企業要通過培訓活動，提高工人操作高精密裝備的技能。

對于工廠工人而言，工業4.0的智能工廠對其生存技能提出了很大的挑戰，更要時刻關注國家政策、法規的相關變化，提高自身技能。一要端正態度，智能工廠不等于無人化工廠，雖然智能化對從業工人的勞動素質提出了更高的要求，但是也會相應改善工作環境，提高生活質量。因此，員工要端正對工業4.0的態度。二要樹立終生學習的態度。在“智能化工廠”和“智能化生產”環境下，工廠對工人素質要求提升的同時，對工人數量的需求有所降低，勢必會造成某些工人的失業，只有樹立終身學習的態度才會抓住更多的工作機會。

5結束語

實現工業4.0的工廠內的所有機器都可以通過毛坯的數字化信息標識來智能的進行生產，同樣毛坯也可以自行選擇空閑的工人或機器進行加工。除了必要的批量化生產之外，可以實現消費者自行設計自己的產品，并且進行監控。但是不可否認，我國的工業發展不平衡，真正實現工業4.0，需要中國企業立足于自身的現實條件，積極應對工業變革。

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中圖分類號:TP29

文獻標志碼：A

文章編號：1671-1602(2016)04-0008-02

作者簡介：郝敏(1990-)，女，漢，河北滄州人，天津工業大學管理學院管理科學與工程專業，研究生在讀，研究方向：質量管理。