工業(yè)4.0工廠：模塊化、數(shù)字化、自動(dòng)化和智能化

面向工業(yè)4.0的智能工廠

智能工廠是構(gòu)成工業(yè)4.0的核心元素。在智能工廠內(nèi)不僅要求單體設(shè)備是智能的，而且要求工廠內(nèi)的所有設(shè)施、設(shè)備與資源（機(jī)器、物流器具、原材料、產(chǎn)品等）實(shí)現(xiàn)互通互聯(lián)，以滿足智能生產(chǎn)和智能物流的要求。通過互聯(lián)網(wǎng)等通信網(wǎng)絡(luò)，使工廠內(nèi)外的萬物互聯(lián)，形成全新的業(yè)務(wù)模式。

從某種意義上說，工業(yè)4.0是用CPS系統(tǒng)對(duì)生產(chǎn)設(shè)備進(jìn)行智能升級(jí)，使其可以智能地根據(jù)實(shí)時(shí)信息進(jìn)行分析、判斷、自我調(diào)整、自動(dòng)驅(qū)動(dòng)生產(chǎn)，構(gòu)成一個(gè)具有自律分散型系統(tǒng)（ADS）的智能工廠，最終實(shí)現(xiàn)制造業(yè)的大規(guī)模、低成本定制化生產(chǎn)。

在建設(shè)智能工廠時(shí)，要重點(diǎn)關(guān)注模塊化、數(shù)字化、自動(dòng)化和智能化四大技術(shù)課題。模塊化是實(shí)現(xiàn)智能工廠規(guī)?；a(chǎn)和客戶需求個(gè)性化定制的前提條件，這需要主要零部件供應(yīng)商向模塊供應(yīng)商轉(zhuǎn)型，全程參與產(chǎn)品設(shè)計(jì)、供應(yīng)模式選擇以及單元化物流的規(guī)劃。

數(shù)字化，縱向看是實(shí)現(xiàn)工廠內(nèi)各個(gè)層面，乃至每臺(tái)設(shè)備數(shù)字化建模與互聯(lián)互通；橫向看，是打造從客戶需求，到產(chǎn)品設(shè)計(jì)、供應(yīng)商集成、制造以及物流服務(wù)的全流程供應(yīng)鏈集成體系。

智能化，制造企業(yè)應(yīng)搭建一個(gè)虛實(shí)融合系統(tǒng)，根據(jù)客戶個(gè)性化定制需求，實(shí)現(xiàn)虛擬的設(shè)計(jì)、制造與裝配，再通過智能工廠完成生產(chǎn)制造過程，有效解決定制產(chǎn)品周期長、效率低、成本高的問題。在智能工廠里企業(yè)可與客戶實(shí)現(xiàn)零距離對(duì)話，客戶也可通過多種方式參與到產(chǎn)品“智造”全過程中來。

面向工業(yè)4.0的智能生產(chǎn)

工業(yè)4.0時(shí)代，隨著信息技術(shù)向制造業(yè)全面滲入，可實(shí)現(xiàn)對(duì)生產(chǎn)要素的高靈活配置和大規(guī)模定制化生產(chǎn)，由此打破傳統(tǒng)的生產(chǎn)流程、生產(chǎn)模式及管理方式。

未來是智能聯(lián)網(wǎng)式生產(chǎn)的時(shí)代，不僅是單一工廠、而是企業(yè)多個(gè)工廠之間將通過聯(lián)網(wǎng)構(gòu)建起虛擬制造體系，為企業(yè)生產(chǎn)提供全面智能支持。而標(biāo)準(zhǔn)化、模塊化和數(shù)字化的產(chǎn)品設(shè)計(jì)，是實(shí)現(xiàn)智能生產(chǎn)的前提。

德國汽車工業(yè)已率先引入低成本客戶化定制的概念，產(chǎn)品設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了標(biāo)準(zhǔn)化與模塊化，生產(chǎn)制造實(shí)現(xiàn)了全面信息化與深度自動(dòng)化，基本達(dá)到了智能生產(chǎn)、智能裝配、智能物流以及智能供應(yīng)鏈管理。

以寶馬3系為例，從325i到335i多個(gè)車型的發(fā)動(dòng)機(jī)共用同一產(chǎn)線，絕大部分硬件是通用的，只是通過選配不同的電控和軟件產(chǎn)品來實(shí)現(xiàn)發(fā)動(dòng)機(jī)產(chǎn)品多樣化，這種低成本、定制化生產(chǎn)的核心基礎(chǔ)即是標(biāo)準(zhǔn)化。為此，寶馬能在不改變生產(chǎn)節(jié)拍的前提下，實(shí)現(xiàn)每臺(tái)下線車型都能滿足大規(guī)模定制的市場需求，即每一臺(tái)寶馬汽車都是根據(jù)客戶化定制生產(chǎn)出來的。

工業(yè)4.0時(shí)代的制造企業(yè)不再自上而下地推動(dòng)生產(chǎn)，而是從客戶需求開始，實(shí)現(xiàn)訂單、客戶化設(shè)計(jì)，采購、物流、生產(chǎn)計(jì)劃到生產(chǎn)的全流程拉式生產(chǎn)，并通過虛實(shí)融合實(shí)現(xiàn)各環(huán)節(jié)的互通互聯(lián)。這種高效靈活的拉動(dòng)生產(chǎn)方式也代表著制造業(yè)未來的發(fā)展方向。

面向工業(yè)4.0的智能物流

工業(yè)4.0時(shí)代，客戶需求高度個(gè)性化，產(chǎn)品創(chuàng)新周期繼續(xù)縮短，生產(chǎn)節(jié)拍不斷加快，這些不僅是智能生產(chǎn)面臨的重要課題，也是對(duì)支撐生產(chǎn)的物流系統(tǒng)提出的巨大挑戰(zhàn)。

智能物流是工業(yè)4.0核心組成部分。在工業(yè)4.0智能工廠框架內(nèi)，智能物流是聯(lián)接供應(yīng)、制造和客戶的重要環(huán)節(jié)，也是構(gòu)建未來智能工廠的基石。智能單元化物流技術(shù)、自動(dòng)物流裝備以及智能物流信息系統(tǒng)是打造智能物流的核心元素。

作為歐洲權(quán)威的物流規(guī)劃和應(yīng)用研究機(jī)構(gòu)、工業(yè)4.0物流技術(shù)研發(fā)和應(yīng)用研究的前沿陣地，德國物流研究院（Fraunhofer IML）自主研發(fā)了in Bin智能周轉(zhuǎn)箱技術(shù)。通過在周轉(zhuǎn)箱上加裝感知與智能控制單元，實(shí)現(xiàn)了物流單元的智能化。

智能箱既能自主管理箱內(nèi)的庫存，又能向上級(jí)系統(tǒng)及時(shí)報(bào)告智能箱的狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)要貨和補(bǔ)貨的功能。基于智能箱的輸送系統(tǒng)可采用分散控制技術(shù)，智能箱不再是被動(dòng)單元，而是給輸送系統(tǒng)發(fā)號(hào)施令的“主人”。在智能箱的指揮下，輸送系統(tǒng)可以自動(dòng)地將箱子送達(dá)目的地。

另一方面，可通過智能箱與智能物流設(shè)備（如穿梭車）集成，實(shí)現(xiàn)面向工業(yè)4.0的智能、高效、靈活的物流系統(tǒng)。2003年，德國物流研究院率先研制出全球首臺(tái)輕型高速穿梭車Multi Shuttle，開啟了高柔性自動(dòng)化物流系統(tǒng)的新紀(jì)元。在Multi Shuttle基礎(chǔ)上，德國物流研究院于2011年研發(fā)出可在貨架和地面行走的兩棲穿梭車“魔浮”Multi Shuttle Move，打通了物流與生產(chǎn)環(huán)節(jié)的傳統(tǒng)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(shù)的最后一個(gè)瓶頸——提升機(jī)對(duì)流量的限制。與傳統(tǒng)穿梭小車不同的是，Multi Shuttle Move每臺(tái)小車都能獨(dú)立“思考”。即在行走過程中，需要與哪些設(shè)備聯(lián)網(wǎng)通信，遇到障礙物如何處理……都可以智能地獨(dú)立解決。