工业4.0 智造汽车之路
2017-09-13

随着移动互联网的快速发展,依托物联网、大数据、云计算等技术支撑和制造业智能化,以智能工厂、智能制造为核心的第四次工业革命爆发。

撰文>>>本刊特约记者 瑾歆

 

从全球视野来看,一个国家汽车产业的国际地位往往代表了这个国家制造业在国际上的总体地位。对于美国、日本、德国等经济强国来说,汽车产业无论在其国内经济还是国际贸易中都占有十分重要的地位。

工业和信息化部、国家发展改革委、科技部近日联合印发的《汽车产业中长期发展规划》也提出:力争经过十年持续努力,迈入世界汽车强国行列。其中特别强调了鼓励发展先进车用材料及制造装备,加快3D打印、虚拟与增强现实、物联网、大数据、云计算、机器人及其应用系统等智能制造支撑技术在汽车制造装备的深化应用。

 

“工业4.0”颠覆汽车产业

“工业4.0”概念最先由德国提出。它是德国政府《德国2020高技术战略》中所提出的十大未来项目之一。此概念被首次提出后,就不断被研究和讨论。其实世界上其他国家在工业发展规划方面,对未来工业的发展战略也做出了类似德国“工业4.0”的部署。如在美国,它被称作工业互联网,而我国工信部提出的“中国制造2025”发展规划,与德国“工业4.0”的目标大体一致,都指向一个核心——智能制造。而汽车行业作为制造业中技术含量、智能化程度较高,产业集中度较高的代表,可能成为“工业4.0”的先导阵地。

“工业1.0”,是第一次工业革命爆发,伴随着蒸汽驱动机械制造设备的出现,人类开始进入“蒸汽时代”。“工业2.0”,是20世纪初,伴随着基于劳动分工的,电力驱动的大规模生产的出现,人类进入了大批量生产的流水线式及“电气时代”。“工业3.0”,是第三次工业革命的标志,大规模自动化生产制造工艺的落地,电子技术、工业机器人和IT技术的大规模使用提升了生产效率。从德国官方给出的概念来看,“工业4.0”,是以智能制造为主导的第四次工业革命,它旨在通过充分利用信息通讯技术和网络空间虚拟系统——信息物理系统相结合的手段,将制造业向智能化转型。

“工业4.0”给汽车行业带来的变化是汽车的换代速度将会越来越快,越来越个性化,消费者也更容易买到自己喜欢的车型和配置,库存实现最小化。对于生产厂家来说,“工业4.0”之下的智能生产可以更好地控制生产,减少浪费,提高效率。不过,从现有生产模式到“工业4.0”的转变,将是完全颠覆性的改变,从供应链到生产体系乃至销售和售后体系。

  

智能工厂推动产业发展

在位于北京市亦庄经济开发区的一家智能制造数字化工厂里,偌大的车间只有寥寥数个工人,从接订单到排产再到产品制造以及最后的包装和物流,智能化几乎贯穿始终。在这里,汽车厂房告别了机器轰鸣、噪声刺耳、粉尘弥漫,这里甚至可以用“静谧”来形容,而那些零部件的组装声,就像叮当作响的乐章,点缀其中,整个生产线上一派井然。

随着移动互联网的快速发展,依托物联网、大数据、云计算等技术支撑和制造业智能化,以智能工厂、智能制造为核心的第四次工业革命爆发。“工业4.0”的两个主题:智能工厂+智能生产。汽车工厂将实现网络化、分布式的生产设施,控制生产过程中不断出现的复杂性,人、机器与资源之间会有直接的交流。高度标准化、模块化的设备及系统将大幅节省汽车生产制造中的成本,机器人可以从事高强度持续性的工作,依托于传感器、3D打印等技术大大提高零部件生产加工及工序中的精密度,降低失误率及风险。

与此同时,随着智能制造在全球范围的快速兴起,智能工厂已成为传统制造企业转型升级的主要突破方向。在汹涌的“智造”浪潮中,有不少传统企业主动出击,探路智能化转型。

在德国,奔驰汽车公司、宝马集团、大众汽车集团、博世公司都已率先试水“工业4.0”。

截至目前,大众集团已经成功打造具有“工业4.0”概念的原型车,这款车每一个零件都装有RFID(射频识别)芯片或者可扫描的编码。因此,这辆车每一个零件的所有信息都可被查询到,包括产地、制造工艺以及使用情况。

这种产品开发过程将对汽车的维修保养起到很大帮助。“工业4.0”将根本性地改变汽车开发制造过程。制造业管理流程的复杂性日益增长,这是大众致力于投入“工业4.0”研发的一大动力。大众预计,该公司的“工业4.0”规划将大大缩短新车开发时间,并能对旗下车型实现更加系统化的管理。

而博世目前已在全球超过100家工厂推广实践“工业4.0”,苏州汽车电子工厂便是试点之一。

博世苏州工厂自2013年开始“工业4.0”的实践,通过装载RFID和物联传感器,博世苏州汽车电子工厂的传统车间逐步实现了升级改造,这也使众多“工业4.0”相关解决方案的应用成为可能。博世苏州工厂是博世集团在中国的“工业4.0”领航工厂,在这里,你可以看到一系列基于已有信息系统,致力于实现信息流和物理流之间的桥梁优化而诞生的“工业4.0”创新解决方案。传统生产车间的改造在于将非自动化的设备实现互联化,这个过程中,互联器件帮助传统车间为未来做好准备。

通过博世物联传感器的应用,以及综合来自全球各地的博世生产工厂的大量数据,无尘车间目前正在推行预知性全员生产维护体系(TPM)。这一体系使得员工可以提前预知机器的工作状态,并且及时对各个设备进行适当的维护。以前很多企业做设备维护是常态的预防性质,比如对设备每半年做一次例行检查,这种只以时间为单位、不考虑设备运营状况的维护方式显然不科学,因为使用寿命与使用时间和状态紧密相关。在苏州博世汽车电子工厂的车间里,许多机器的关键部件是通过物联传感器来监控,传感器抓取到关键的设备状态参数后,把数据送到云端,云端通过分析机器的使用状态来判断要不要维护、需不需要替换零件、派出何种技能的工作人员进行维护。如果部件有问题,故障分析中心可以看到实时信息,进行及时处理,从而避免紧急停机事件。

作为补充,智能眼镜成为现场使用最多的一种交互工具,机器能与人“对话”。当某一台设备出现异常,技术人员接到报警信息后检修时,加载射频识别技术的机器能判断技术人员的技能水平和资格,只有被它认可的技术人员,才能解锁界面,不够格就无法解锁操作界面,避免误操作。如果碰到疑难杂症,技术人员还能通过智能眼镜,实时传送“病灶”画面,邀请工程师异地“把脉”。

不过博世也认为,“工业4.0”并非一蹴而就、大刀阔斧的革命,而是渐进式的演变。博世也将按部就班地逐步推进“工业4.0”的进程:首先是以践行者身份,进行多地多点的试点项目,通过实践快速确定最具推广性的方式;其次是实现工厂内部的垂直互联,并实现初步的价值链的互联;最终实现全价值链以及更广范围内的水平互联。因此,“工业4.0”的发展和演进需要整个产业的重视和投入。

 

智能生产完善产业升级

100年前福特位于美国Highland Park整车厂推出了全球第一条流水生产线,这是福特对于全球制造业最伟大的贡献。流水生产线的问世简化了福特T型车的组装流程,将原来涉及3000个组装部件的工序简化为84道工序,将每辆车的生产时间从原来的12小时缩短为仅仅90分钟。至此以后,从汽车制造业开始,流水生产线走向了各行业的生产车间。当然在“工业4.0”前景下的智慧工厂的建设,同样也是从汽车制造产业的生产车间开始智能制造的进程。

在当前的多数汽车制造商车间里,我们看到的多数是汽车装配生产线,在高度智能化制造的今天,机器人在汽车装配线上的配件安装、车身喷涂等各工序上成为不可缺少的角色,同样,在看不见的另一端,虚拟仿真制造、供料物流配送等,也是智能制造舞台上重要的角色。

比如,宝马在兰茨胡特工厂使用的保险杠检测设备,它通过非接触的手势识别系统,保险杠在完成喷漆工序后的检验工作,可以通过检验员的手势对检验部位进行检验和数据记录。

该系统由两台3D摄像机、红外传感器等部分组成。该系统内保存有保险杠部件的3D实体模型数据,并建立起3D空间扫描坐标系。当工件进入检验区后,检验人员只需几个手势,即可完成检验工作:比如指点偏差所在的部位后,设备即可精确记录下该偏差产生的位置以及偏差数据。

汽车研发从最初的纯手工打造,到目前的平台化生产,研发手段也越来越先进。以往的汽车研发着重于汽车的基本功能,从研发设计到最终产品的生产制造,再到终端客户手中,基本上是单向的。而“工业4.0”带给了汽车以及零部件研发的智能化,以及汽车生产研发和终端消费者的双向促进;一方面利用先进的手段和数据来对新产品进行不断的改善,另一方面通过对产品缺陷的类型和数量以及产品开发的状态等相关数据的统计,建立汽车用户数据库,并基于已有的数据来对新产品进行模拟研发,对新产品新技术进行持续改进。

生产方式上,“工业4.0”由封闭的大规模流水线生产向开放的规模化定制生产转变,汽车的智能工厂与智能生产将组合成一套精密、完整的制造体系,涵盖产品设计、生产规划和执行、市场销售、售后服务等整个产业链条。整个生产过程将引入人机互动、智能物流管理、3D打印等先进技术,使得虚拟生产成为可能,从而减少材料浪费。消费者可以将自己的产品需求输入制造系统,企业依照消费者的需求,对产品及时做出改进和调整。以后的汽车生产线会更加柔性化,通过不同的模块化组合可以生产出多款车型,实现消费者定制。

另外如果由于前期的研发或者设计出现了某些问题的疏漏,或是生产制造过程中出现了偏差,在产品生产后,安装在整车上并送到消费者手中,就会存在极大的安全隐患。历史上发生的无数次的召回均与此有关。

“工业4.0”的出现能够实现对生产线的实时监控和分析,智能的生产线可以使整个生产过程更加可控,产品性能更加稳定。能够尽早和及时发现产品制造或者研发而造成的问题。当智能工具与生产手段相结合就会形成全球智能供应链,并在人类智慧的指引下走向最优生产路径。

“工业4.0”将是未来制造业的发展必由之路,是未来制造业的又一波“浪潮”。我们期望未来的发展建设中,我国车企能够借鉴德国“工业4.0”提供的启示,加快自身的转型升级,继而带动整个产业的转型升级,促进我国整个汽车产业的迅速发展,为早日实现“中国制造2025”贡献自己的力量。