位于美國(guó)伊利諾伊州 霍夫曼的通快智能工廠

工業(yè)4.0。這個(gè)詞在大眾媒體、會(huì)議、展會(huì)上隨處可見(jiàn)。大家早已對(duì)第四次工業(yè)革命、甚至“制造業(yè)已進(jìn)入一個(gè)新時(shí)代”的說(shuō)法耳熟能詳。聽(tīng)起來(lái)宏大絢麗，但這一切究竟代表著什么呢？

首先，想象有這樣一家鈑金廠房——規(guī)模不大，有幾十名員工。乍看上去運(yùn)行尋常，每輛負(fù)責(zé)廠房運(yùn)送工作的推車(chē)上都有一個(gè)小型定標(biāo)器，看起來(lái)正與廠房中的軟件連接著。頭頂?shù)囊粋€(gè)大型監(jiān)視器正在顯示車(chē)間地圖，標(biāo)注著各項(xiàng)作業(yè)的確切位置。

然后你會(huì)看到辦公室，里面的人正在研究客戶上傳到網(wǎng)絡(luò)報(bào)價(jià)系統(tǒng)的3D模型。其實(shí)大多數(shù)人都在看的，是幾個(gè)需要特別關(guān)注的例外訂單，常規(guī)訂單會(huì)直接流向排期和排料系統(tǒng)，幾乎不需要人工干預(yù)。

在廠房、辦公室里多花點(diǎn)兒時(shí)間，你會(huì)有更深刻的意識(shí)：人們用工業(yè)4.0解決方案管理整個(gè)流程——從報(bào)價(jià)到交貨這一整個(gè)常規(guī)流程工作，盡可能可靠、高效地處理每個(gè)單獨(dú)流程工序背后的詳細(xì)操作（報(bào)價(jià)、切削、折彎等）。這會(huì)帶來(lái)深遠(yuǎn)的影響，并最終將重塑整個(gè)鈑金制造業(yè)！

當(dāng)然，工業(yè)4.0不是一下子就能實(shí)現(xiàn)的。幾乎沒(méi)有一家制造商會(huì)同時(shí)對(duì)所有的智能工廠項(xiàng)目進(jìn)行投資。每家公司，包括那些資源有限的小公司，都是一步一個(gè)腳印地摸索前進(jìn)。

OEE和機(jī)器利用率

許多工廠都會(huì)收集數(shù)據(jù)，用于計(jì)算總體設(shè)備效率（OEE）以及機(jī)器利用率，這通常是一家工廠邁向工業(yè)4.0的第一步。對(duì)舊設(shè)備也是可行的，只要一個(gè)在線可用的簡(jiǎn)單電流表就能評(píng)估設(shè)備狀態(tài)。用軟件來(lái)分析這些數(shù)據(jù)，使操作透明。通過(guò)智能手機(jī)和其他移動(dòng)設(shè)備，工廠經(jīng)理可以從世界任何地方訪問(wèn)這些信息，甚至可以接收、推送某些特定、可定義的通知。

制造執(zhí)行系統(tǒng)

通常，諸如機(jī)器操作這樣的直接工序只會(huì)占鈑金工廠總工作量的20%左右，剩下的80%都會(huì)涉及到間接工序，比如報(bào)價(jià)、編程、零部件運(yùn)輸和產(chǎn)能管理。通常造成制造瓶頸的，就是這些間接工序而不是機(jī)器本身。在這方面，工業(yè)4.0有望產(chǎn)生立竿見(jiàn)影的積極影響。制造執(zhí)行系統(tǒng)（MES）按照正確的優(yōu)先級(jí)和數(shù)量安排，將訂單和工藝流程直接導(dǎo)入機(jī)器控制，大大減少了操作員需要執(zhí)行的間接工序，比如確認(rèn)訂單。使操作員有機(jī)會(huì)變身流程經(jīng)理：從MES派發(fā)一筆訂單到設(shè)備，之后只需要管理所有間接流程工序就可以了。

在加工之間

幾十年來(lái)，鈑金工廠一直需要面對(duì)一個(gè)內(nèi)部流程瓶頸，就是不知道某些具體訂單材料在工廠的什么地方，需要員工花大量時(shí)間尋找它們。小工廠的操作員可能會(huì)自行搜索，有時(shí)甚至讓機(jī)器閑置，去找尋需要的材料。某些情況下，單處理材料一項(xiàng)，操作員可能就要花費(fèi)一半的工作時(shí)間。

現(xiàn)在，請(qǐng)想象有一個(gè)室內(nèi)跟蹤系統(tǒng)，配有位置感應(yīng)裝置，能追蹤到每項(xiàng)工序的位置。更妙的是，想象一下這些操作是由自動(dòng)導(dǎo)向車(chē)（AGV）從一臺(tái)機(jī)移動(dòng)到另一臺(tái)，從一個(gè)部門(mén)移動(dòng)到另一個(gè)部門(mén)的。

這套完整的集成——從MES驅(qū)動(dòng)生產(chǎn)數(shù)據(jù)到車(chē)間自動(dòng)化生產(chǎn)和運(yùn)輸部件，再到操作員監(jiān)控端到端流程，便是工業(yè)4.0的完整一幕。這一幕還包括了訂單監(jiān)控和采購(gòu)流程的自動(dòng)化成本計(jì)算；規(guī)劃并優(yōu)化整個(gè)生產(chǎn)流程；優(yōu)化物流和庫(kù)存管理。其可能性和潛在優(yōu)勢(shì)幾乎無(wú)止境。

有力的維護(hù)

工業(yè)4.0使得預(yù)判維護(hù)比以往任何時(shí)候都更加有效，延長(zhǎng)了平均故障的間隔時(shí)間，減少了平均修復(fù)時(shí)間。所采用的一些新型機(jī)器，裝備了各類(lèi)傳感器，可以控制、監(jiān)控并分析自身狀況，并在生產(chǎn)運(yùn)行不佳時(shí)發(fā)送信息通知工作人員。

這些機(jī)器將狀態(tài)數(shù)據(jù)傳送到應(yīng)用了人工智能（AI）的大型數(shù)據(jù)庫(kù)，人工智能將當(dāng)前數(shù)據(jù)與其他已知情況進(jìn)行比較，幾乎可以識(shí)別每個(gè)機(jī)器狀態(tài)，例如“在接下來(lái)的100個(gè)小時(shí)內(nèi)必須更換過(guò)濾器123號(hào)”。

傳感器檢測(cè)到零部件磨損后會(huì)怎么處理呢？智能軟件可以在后臺(tái)完全自主地管理備件庫(kù)存，用一個(gè)算法計(jì)算實(shí)際磨損，預(yù)判未來(lái)的加工需求，然后自動(dòng)訂購(gòu)備件。技術(shù)人員在部件準(zhǔn)時(shí)到達(dá)后安裝好，作為定期維護(hù)的一部分——沒(méi)有計(jì)劃外停機(jī)，沒(méi)有意外。

維護(hù)和修理也將進(jìn)化。通過(guò)佩戴智能眼鏡等新的通信技術(shù)，機(jī)器操作員可以通過(guò)語(yǔ)音和視覺(jué)技術(shù)，與機(jī)器制造商的技術(shù)專(zhuān)家聯(lián)系。專(zhuān)家可以看到操作員所看到的一切，可以發(fā)送指令，并使用增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)，直接在操作員眼鏡的實(shí)時(shí)視圖中對(duì)一個(gè)物體進(jìn)行標(biāo)記和解釋。

網(wǎng)絡(luò)工廠

鈑金工廠的銷(xiāo)售和分銷(xiāo)渠道也在不斷進(jìn)化。以網(wǎng)絡(luò)工廠為例，可以在這家工廠與本地、本區(qū)域、本國(guó)甚至國(guó)際客戶之間，幾乎同時(shí)進(jìn)行文件和數(shù)據(jù)交換。所有這些數(shù)據(jù)都直接與本地MES系統(tǒng)連接。MES系統(tǒng)可以優(yōu)化生產(chǎn)流程，使工廠在數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)下做出決策，并致力于可能實(shí)現(xiàn)的目標(biāo)。

通過(guò)在線網(wǎng)絡(luò)界面，客戶可以在線登錄并實(shí)時(shí)查看工作訂單的生產(chǎn)狀態(tài)，能夠看到已完成的流程步驟，以及完成訂單還需多少剩余步驟。

工業(yè)4.0將為小企業(yè)提供新的服務(wù)和產(chǎn)品營(yíng)銷(xiāo)方式，幫助企業(yè)向客戶發(fā)送實(shí)時(shí)反饋，比如當(dāng)前的生產(chǎn)狀態(tài)，任何潛在的延遲可能以及新的工藝流程安排。所有這些都是由軟件管理的，有點(diǎn)兒類(lèi)似那種實(shí)時(shí)更新的服務(wù)，會(huì)更新最新的包裝、交貨位置以及生產(chǎn)流程鏈中的潛在延誤情況。所有這些都將通過(guò)先進(jìn)的算法和相互連接的系統(tǒng)和機(jī)器自動(dòng)執(zhí)行。

云計(jì)算和安全

為了實(shí)現(xiàn)最大產(chǎn)量及生產(chǎn)效率，鈑金車(chē)間將授權(quán)基于云的服務(wù)器收集并存儲(chǔ)一些數(shù)據(jù)。想一想基于云的編程服務(wù)的潛力吧——零部件可以在幾秒鐘內(nèi)上傳完畢。由于極其強(qiáng)大的基于云的計(jì)算平臺(tái)，鈑金車(chē)間可以收到某臺(tái)特定機(jī)器的正確運(yùn)行程序。這將形成巨大的優(yōu)勢(shì)，使程序員不必非得在工廠中待命。

雖然所有這些益處都很大，對(duì)小工廠尤為有益，但是這些或大或小的工藝流程也需要考慮IT安全性。制造商們共享的數(shù)據(jù)，通常是他們公司的精髓——“皇冠上的寶石”，需要本地托管的可信的集成合作伙伴。鈑金車(chē)間、機(jī)床制造商和第三方數(shù)據(jù)公司之間必須達(dá)成信任合作。

人工智能的影響

比較一下兩種廚師，“人工智能廚師”和“人類(lèi)廚師”。人類(lèi)廚師根據(jù)自己的知識(shí)，用美味的食材烹調(diào)食物。人工智能廚師則會(huì)嘗試各種不同食材的可能組合，只提供味道極好的食物。

人工智能獨(dú)立執(zhí)行任務(wù)，并在人類(lèi)無(wú)法觀察到的數(shù)據(jù)中找到相關(guān)性，尤其是復(fù)雜工況。人工智能能確保復(fù)雜自動(dòng)化系統(tǒng)的快速、可靠運(yùn)行，比如自動(dòng)激光切割系統(tǒng)會(huì)分析如何以最快、最可靠的方式切割、移走零部件。

人工智能還會(huì)診斷異常復(fù)雜的問(wèn)題，比人類(lèi)單獨(dú)完成工作效率高得多。每當(dāng)人工智能檢測(cè)到運(yùn)行條件中的異常時(shí)，就會(huì)從知識(shí)庫(kù)中找出最佳的解決方案。知識(shí)庫(kù)則會(huì)隨著每次診斷的進(jìn)行而擴(kuò)大。

制造機(jī)器

工業(yè)4.0離不開(kāi)軟件和IT基礎(chǔ)設(shè)施。然而，制造機(jī)器本身仍然是鈑金行業(yè)的基礎(chǔ)。

考慮到供給緊張的勞動(dòng)力市場(chǎng)，即使小型鈑金工廠也發(fā)現(xiàn)自己別無(wú)選擇，只能選擇自動(dòng)化。今天，大大小小的工廠都面臨著比以往多得多的自動(dòng)化選擇：具有可靠上/下料功能的切削機(jī)床，配備了機(jī)器人的自動(dòng)折彎?rùn)C(jī)，高效的激光焊接機(jī)，替代了叉車(chē)的自動(dòng)導(dǎo)航車(chē)（AGV）……所有這些都可以連到一個(gè)存儲(chǔ)系統(tǒng)上，所有這些都能通過(guò)MES系統(tǒng)進(jìn)行控制和優(yōu)化?？偠灾?，它實(shí)現(xiàn)了真正自主的制造能力。為了駕馭它，鈑金制造商們需要將軟件、硬件和服務(wù)完美結(jié)合起來(lái)。

不僅僅是個(gè)“時(shí)髦詞”

許多人以為“工業(yè)4.0”只是個(gè)時(shí)髦詞，與車(chē)間或我們的日常生活沒(méi)有真正的關(guān)聯(lián)。其實(shí)，我們每天都能看到工業(yè)4.0元素。如果你有一部智能手機(jī)，你就很有可能使用過(guò)與人工智能或工業(yè)4.0其他領(lǐng)域相關(guān)的應(yīng)用程序。但我們很少?gòu)恼w上考慮工業(yè)4.0的影響，以及它是如何重塑我們的已知業(yè)務(wù)的。

工業(yè)4.0是一個(gè)里程碑，代表用實(shí)際的機(jī)器數(shù)據(jù)幫助員工指導(dǎo)生產(chǎn)。其終極狀態(tài)就是，人工智能和機(jī)器學(xué)習(xí)生成的算法采用機(jī)器數(shù)據(jù)做決策，優(yōu)化生產(chǎn)價(jià)值流——所有這些都自己做，

從而使創(chuàng)新周期更短，生產(chǎn)批量更小，產(chǎn)品變化更多，交貨時(shí)間更短。

當(dāng)工廠被連接起來(lái)后，他們就能快速訪問(wèn)信息并采取行動(dòng)。從這個(gè)意義上說(shuō)，工業(yè)4.0使工業(yè)民主化了。例如，連接到云端后，即使微型工廠也不需要為了使用強(qiáng)大的人工智能而投資大量的IT基礎(chǔ)設(shè)施了，不管是想做預(yù)判維護(hù)、報(bào)價(jià)、訂單處理，還是其他的什么。

展望未來(lái)，北美鈑金工廠將呈現(xiàn)出無(wú)人工廠的形態(tài)。但是仍要再?gòu)?qiáng)調(diào)一次的是，能夠充分利用工業(yè)4.0潛力的企業(yè)依然很少。他們正在一步一步地探索中。邁出第一步是最關(guān)鍵的。