更好地滿足個(gè)性化需求,提高生產(chǎn)線的柔性是制造業(yè)長期追求的目標(biāo)。而實(shí)現(xiàn)大規(guī)模定制,需要的是動(dòng)態(tài)配置的生產(chǎn)方式。“工業(yè)4.0”報(bào)告中描述的動(dòng)態(tài)配置的生產(chǎn)方式主要是指從事作業(yè)的機(jī)器人(工作站)能夠通過網(wǎng)絡(luò)實(shí)時(shí)訪問所有相關(guān)信息,并根據(jù)信息內(nèi)容,自主切換生產(chǎn)方式以及更換生產(chǎn)材料,從而調(diào)整成為最匹配的生產(chǎn)作業(yè)模式。動(dòng)態(tài)配置的生產(chǎn)方式能夠?qū)崿F(xiàn)為每個(gè)客戶、每個(gè)產(chǎn)品提供不同的設(shè)計(jì)、零部件構(gòu)成、產(chǎn)品訂單、生產(chǎn)計(jì)劃、生產(chǎn)制造、物流配送,杜絕整個(gè)鏈條中的浪費(fèi)環(huán)節(jié)。與傳統(tǒng)生產(chǎn)方式不同,動(dòng)態(tài)配置的生產(chǎn)方式在生產(chǎn)之前或者生產(chǎn)過程中,都能夠隨時(shí)變更最初的設(shè)計(jì)方案。
為此,“工業(yè)4.0”描繪的智能工廠中,固定的生產(chǎn)線概念消失了,采取了可以動(dòng)態(tài)、有機(jī)地重新構(gòu)成的模塊化生產(chǎn)方式。例如,生產(chǎn)模塊可以視為一個(gè)“信息物理系統(tǒng)(CPS)”,正在進(jìn)行裝配的汽車能夠自動(dòng)在生產(chǎn)模塊間穿梭,接受所需的裝配作業(yè)。其中,如果生產(chǎn)、零部件供給環(huán)節(jié)出現(xiàn)瓶頸,能夠及時(shí)調(diào)度其他車型的生產(chǎn)資源或者零部件,繼續(xù)進(jìn)行生產(chǎn)。也就是為每個(gè)車型自動(dòng)地選擇適合的生產(chǎn)模塊,進(jìn)行動(dòng)態(tài)的裝配作業(yè)。在這種動(dòng)態(tài)配置的生產(chǎn)方式下,可以發(fā)揮出MES原本的綜合管理功能,能夠動(dòng)態(tài)管理設(shè)計(jì)、裝配、測(cè)試整個(gè)生產(chǎn)流程,既保證了生產(chǎn)設(shè)備的運(yùn)轉(zhuǎn)效率,又可以使生產(chǎn)種類實(shí)現(xiàn)多樣化。
“工業(yè)4.0”描述的智能制造。自動(dòng)化只是單純的控制,智能化則是在控制的基礎(chǔ)上,通過物聯(lián)網(wǎng)傳感器采集海量生產(chǎn)數(shù)據(jù),通過互聯(lián)網(wǎng)匯集到云計(jì)算數(shù)據(jù)中心,然后通過信息管理系統(tǒng)對(duì)大數(shù)據(jù)進(jìn)行分析、挖掘,從而制定出正確的決策。這些決策附加給自動(dòng)化設(shè)備的是“智能”,從而提高生產(chǎn)靈活性和資源利用率,增強(qiáng)顧客與商業(yè)合作伙伴之間的緊密關(guān)聯(lián)度,并提升工業(yè)生產(chǎn)的商業(yè)價(jià)值。
全球化分工使得各項(xiàng)生產(chǎn)要素加速流動(dòng),市場(chǎng)趨勢(shì)變化和產(chǎn)品個(gè)性化需求對(duì)工廠的生產(chǎn)響應(yīng)時(shí)間和柔性化生產(chǎn)能力提出了更高的要求。“工業(yè)4.0”時(shí)代,生產(chǎn)智能化通過基于信息化的機(jī)械、知識(shí)、管理和技能等多種要素的有機(jī)結(jié)合,從著手生產(chǎn)制造之前,就按照交貨期、生產(chǎn)數(shù)量、優(yōu)先級(jí)、工廠現(xiàn)有資源(人員、設(shè)備、物料)的有限生產(chǎn)能力,自動(dòng)制訂出科學(xué)的生產(chǎn)計(jì)劃。從而提高生產(chǎn)效率,實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)成本的大幅下降,同時(shí)實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品多樣性、縮短新產(chǎn)品開發(fā)周期,從而最終實(shí)現(xiàn)工廠運(yùn)營的全面優(yōu)化變革。
傳統(tǒng)制造業(yè)時(shí)代,材料、能源和信息是工廠生產(chǎn)的三個(gè)要素。傳統(tǒng)制造業(yè)發(fā)展的歷史,就是工廠利用材料、能源和信息進(jìn)行物質(zhì)生產(chǎn)的歷史。材料、能源和信息領(lǐng)域的任何技術(shù)革命,必然導(dǎo)致生產(chǎn)方式的革命和生產(chǎn)力的飛躍發(fā)展。但是,隨著移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)和云計(jì)算、大數(shù)據(jù)技術(shù)的發(fā)展,計(jì)算機(jī)到智能手機(jī)等移動(dòng)終端的演進(jìn),越來越多功能強(qiáng)大的智能設(shè)備以無線方式實(shí)現(xiàn)了與互聯(lián)網(wǎng)或設(shè)備之間的互聯(lián)。由此衍生出物聯(lián)網(wǎng)、服務(wù)互聯(lián)網(wǎng)和數(shù)據(jù)網(wǎng),推動(dòng)著物理世界和信息世界以信息物理系統(tǒng)(CPS)的方式相融合。也可以說,是這種技術(shù)進(jìn)步使得制造業(yè)領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)了資源、信息、物品、設(shè)備和人的互通互聯(lián)。
通過互通互聯(lián),云計(jì)算、大數(shù)據(jù)這些新的互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)和以前的自動(dòng)化技術(shù)結(jié)合在一起,生產(chǎn)工序?qū)崿F(xiàn)縱向系統(tǒng)上的融合,生產(chǎn)設(shè)備和設(shè)備之間、工人與設(shè)備之間的合作,把整個(gè)工廠內(nèi)部聯(lián)結(jié)起來,形成信息物理系統(tǒng),互相之間可以合作、可以響應(yīng),能夠開展個(gè)性化的生產(chǎn)制造,可以調(diào)整產(chǎn)品的生產(chǎn)率,還可以調(diào)整利用資源的多少、大小,采用最節(jié)約資源的方式。
而機(jī)器人的價(jià)值,最開始就是在工業(yè)領(lǐng)域普及而受到全球認(rèn)可的。尤其是在汽車與電子制造產(chǎn)業(yè)中,機(jī)器人的安裝使用,帶動(dòng)了生產(chǎn)效率的大幅提高。新一代信息通信技術(shù)的發(fā)展,催生了移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、云計(jì)算、工業(yè)可編程控制器等的創(chuàng)新和應(yīng)用,推動(dòng)了制造業(yè)生產(chǎn)方式和發(fā)展模式的深刻變革。德國“工業(yè)4.0”戰(zhàn)略,旨在通過深度應(yīng)用信息技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)物理系統(tǒng)等技術(shù)手段,將制造業(yè)向智能化轉(zhuǎn)型。
生產(chǎn)制造領(lǐng)域的工業(yè)機(jī)器人也將成為智能制造的主力軍,因?yàn)?,制造業(yè)是機(jī)器人的主要應(yīng)用領(lǐng)域。在生產(chǎn)過程自動(dòng)化,例如,汽車產(chǎn)業(yè)、電子制造產(chǎn)業(yè)的大規(guī)模量產(chǎn)技術(shù)中,大量使用各種機(jī)器人。
德國工業(yè)機(jī)器人的總數(shù)占世界第三位,僅次于日本和美國。機(jī)器人在德國制造業(yè)中的應(yīng)用率相對(duì)較高,每四個(gè)就業(yè)崗位就有一個(gè)工業(yè)機(jī)器人。以往德國機(jī)器人產(chǎn)業(yè)化模式的主要特點(diǎn)在于分工合作,未來則是基于動(dòng)態(tài)配置的生產(chǎn)方式,將具備一定智能的機(jī)器人個(gè)體,通過數(shù)據(jù)交互從而實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)協(xié)同。