體驗德國工業4.0

沈忠浩

從概念邁向應用，從曲高和寡到廣受追捧，誕生于德國的工業4.0已進入第七個發展年頭。根據德國信息技術、電信和新媒體協會的數據，工業4.0相關產值增長迅速，2018年預計達70億歐元。相關產業中，機器設備制造業是領頭羊，2017年產值預計增長23%，達15億歐元。

與產值的快速增長同步，企業開發的工業4.0的應用數量也在快速增加。

作為一項“未來工程”，工業4.0代表著第四次工業革命的德國路線，其核心是將生產制造與最先進的信息通信技術結合起來，源動力來自經濟社會數字化的快速發展。

前三次工業革命均以一項決定性的技術發明為標志，比如蒸汽機、電力等。新一輪工業革命則非單一技術引領，而是不同技術和要素的融合，是各種“加法”和“排列組合”，技術基礎包括自動化、物聯網、大數據、云計算、人工智能等。

德國聯邦教研部長萬卡說，工業4.0在德國已不再停留在實驗室，而是真正走進工業生產，從概念走向實踐。

獨一無二的個性標識

2016年和2017年，漢諾威大學連續兩年在漢諾威工博會上展示了一條智能化的圓珠筆生產線，借以讓參觀者親身體驗工業4.0環境，突出表現個性化定制。

在不足100平方米的模擬車間里，依次設計了6個工位，搬運物料的機器人沿軌道在車間內有序穿梭……在工作人員的引導下，記者來到一號工位開始體驗。一號工位僅有一臺觸摸屏，記者手寫輸入個人信息后，可以自主選擇圓珠筆的個性化配置，包括筆芯顏色、筆帽顏色、筆桿手握處凹凸程度、筆頭形狀，此外還可以輸入一行字符，作為雕刻在筆桿上的個性化圖案。

完成信息輸入后點擊“確認”，屏幕上顯示出一個訂單編號，該編號用于跟蹤記者訂制這支圓珠筆的全流程生產。

離開一號工位，運送物料的機器人自動行駛到記者面前，呈上一個空的工具盒，工具盒的凹槽恰好對應一支圓珠筆的各個部件，右下角還有一個顯示屏，黑色的電子墨水顯示著記者的姓名和訂單編號。

拿著工具盒，記者來到二號工位。在工作人員的指揮下，將工具盒放在指定的傳感器上，工位的觸摸顯示屏上隨即顯示出訂單信息，確認信息無誤后，工位上的一臺大型機器開始運轉。短短幾分鐘，伴隨著刺耳的切割打磨聲，一根實心的銀色金屬棍被制成筆桿，筆桿手握處凹凸程度與記者下單時的設置完全一致。

將余熱尚存的筆桿放入工具盒指定凹槽，記者隨即來到三號工位。只見工位上擺放著兩排塑料工具盒，分別裝滿了筆芯、筆帽、筆頭等零件，顏色規格各不同。此外，每個盒子上方均裝有一盞指示燈。

經過身份和訂單信息確認后，由于記者配置了藍色筆芯、紅色筆帽和凸形筆頭，盛有相應規格零件的工具盒上方指示燈先后亮起。記者從盒中取走相應零件后，指示燈自動熄滅，而一旦誤取了其他盒中的零件，相應盒子上方的指示燈會呈紅色報警狀。

將各零件裝入工具盒后，記者走到四號工位，這是一個激光雕刻工位。經過信息確認，將筆桿放入雕刻機，短短幾十秒，記者最初輸入的一行字符就被清晰地刻在了金屬筆桿上，也讓這支筆擁有了世界上獨一無二的“個性標識”。

五號工位是裝配工位，一塊觸摸顯示屏上，三維動畫依次播放著人工裝配圓珠筆的各個步驟。記者根據指示的分解動作，將工具盒的各零件按序組裝，一支個性化的圓珠筆就此誕生。

正當記者以為大功告成時，工作人員提示記者將裝配的圓珠筆拿到六號工位進行質量檢測。整個檢測由一個微型機械手臂操作完成，無須人工參與。檢測過關，從機械手中取下圓珠筆，整個生產流程才算完成。

一支個性化圓珠筆誕生記，是有關整個德國工業4.0的“微小說”。

拓展工業4.0生態系統

由一條智能生產線拓展到一個智慧工廠，德國一些大企業已經拿出了解決方案。例如，位于德國洪堡的博世工廠能夠在一條生產線上利用2000個不同的零件生產出200種不同的液壓模塊。同時，利用無線射頻識別（RFID）技術，洪堡博世工廠的內部物流效率提高10%，生產積壓減少近三分之一。

分析稱，因為各種要素的融合，工業4.0的外延極廣，不局限于一條生產線、一座車間或一家企業。按照德國工業4.0促進機構“工業4.0平臺”的說法，工業4.0會持續改變德國工業未來生產及加工的方法，孕育出涵蓋產品整個生命周期的智能價值鏈，靈活的個性化生產將成為新標準，資源消耗降低，生產的經濟效益顯著提升。

值得一提的是，工業4.0不僅關乎制造，也關乎服務。業界認為，制造與服務的融合是新一輪工業革命的突出特征。在第四次工業革命中，服務扮演著比前三次工業革命更重要的角色。其中，前瞻性維修是工業4.0環境下的一種全新的維修服務理念，相關應用已經鋪開。

“前瞻性維修”的基本原理是通過物聯網，實時監測、收集、分析、處理目標設備狀態，提前作出故障判斷并給出維修建議，避免設備意外停工，提高設備運作可靠性，降低維修成本。

“一列火車的空調在旅途中突發故障，乘客雖仍能抵達目的地，但乘坐體驗將大打折扣，而新一輪工業革命帶來的‘前瞻性維修能夠提前預判和解決故障……”歐洲最大的軟件公司德國思愛普公司負責生產和創新的董事會成員貝恩德·洛伊克特曾介紹這樣一個前瞻性維修的應用。

為此，思愛普為意大利鐵路公司超過2000臺機車和列車車廂安裝了600萬至700萬個傳感器，這些傳感器不間斷地收集、傳輸列車各部分的數據，不僅包括機車動力數據，還有空調等設備數據。例如，在空調可能出現故障前一周至二周，系統就會作出提示并提供解決方案，工作人員能夠做到未雨綢繆。“不僅能更好地服務乘客，還能節約維修成本8%至10%。”

實力較強的大企業在開發工業4.0應用的同時，不斷拓展自身的生態系統，培育更加自主、全面提供完整解決方案的能力，以求在工業4.0帶來的產業鏈重塑中搶占更多先機。

庫卡公司自主開發的KUKA Connect工業云平臺，用戶可在任何時間、任何地點查看和分析工業機器人的運行狀態。KUKA Connect同時提供第三方合作伙伴的工業APP，創造圍繞KUKA機器人的工業生態。

庫卡公司監事會主席顧炎民把“智慧工廠”描述為對庫卡工業機器人、云端系統和制造業物流等業務的整合，稱它是“一個完整的工業4.0解決方案（摘自2017年第17期《環球》）endprint