工业4.0下的奥迪工厂如同科幻小说

凤凰未来视界 2018-08-09 16:23:37
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车体框架与机器人可以互相交流。互联后的机器人可以自我管理。这些看似科幻小说般的事情不久就会在奥迪的智慧工厂Smart Factory中成为现实。奥迪公司管委会委员兼生产部负责人Hubert Waltl博士和弗劳恩霍夫协会主席Reimund Neugebauer博士将在此为我们揭开未来智能工厂面纱
Neugebauer博士,“工业 4.0”这个潮词到底是什么意思?
Neugebauer博士:工业4.0指的就是第四次工业革命。18世纪末,蒸汽机的发明是第一次工业革命的标志。100多年后,随着电在工厂中的应用,生产线出现了。这就是我们现在所说的第二次工业革命或工业2.0。生产线的出现使得汽车成为了大众产品,因为它大大降低了汽车的价格。1970年代,电子技术和信息技术带来了自动化和数字化。这就是工业3.0。生产中,机器人和计算机变成了标准配置。工业4.0时代,技术更进了一步。机器甚至生产原料都能通过云端实现互联。由于有了微型芯片和大数据技术,它们之间已经实现无线互联,不久之后,它们的自我组织和自我优化也将成为实现,比如,奥迪智慧工厂 Smart Factory就是个例子。
我们今天所认知的汽车制造方式在未来将不复存在。更迅速、更高效、更环保——这才是未来生产。
——Hubert Waltl 博士
RFID芯片、增强现实和虚拟生产早已是奥迪生产部生产的一部分。工业4.0真得会给生产带来如此大的革命性变化吗?
Waltl博士:8年前,奥迪英戈尔施塔特的模具制造者首次尝试在德国的办公室开展对中国境内设备的维护。早在那时,奥迪就已经在利用互联网传递数据,来远程维护设备了。所以,在我看来,工业4.0并不是什么革命性的飞跃。工业4.0完整的生产系统网络化更像是进化中的一环。
Neugebauer博士: 我有不同的看法。进化是革命的基础。即使这些与工业4.0有关的技术是一步一步进化而来的。它们带来的真正影响和机遇目前还无法预见。它们的潜力不可限量。这场革命的发展依旧走在我们的前面。
进化也好,革命也罢,奥迪未来的Smart Factory会是怎样的呢?
Waltl博士: 我们现在所熟悉的汽车制造方式将不复存在。泰勒系统、生产线节律——都将成为历史。甚至生产线有可能都不再存在了。我们需要的将是更具弹性化的组装过程。
Neugebauer博士: 这是与工业3.0的巨大区别。自动化生产需要固定的生产程序。而今天,一个产品的生命周期越来越短。新产品的生产也不得不越来越快。各个汽车制造商的产品种类也越来越繁杂——这些都对生产的灵活性提出了要求。
Waltl博士: 这就是奥迪发展未来弹性化成产模式的原因。举个例子,车体框架被无人驾驶传送系统(FTS)运输,穿梭于各个生产车间,它们能准确地知道某位工人在某个时间点是否空闲。依照车间生产原则,人类和机器人会在“能力岛”生产单元共同生产汽车。小型机器人会沿着FTS传送系统自由运动,将生产需要的零件适时适地地送到到工人手上。
Neugebauer博士: 新材料也会有用武之地。目前,许多汽车制造商已经在采用复合材料了。现在,一些车体框架就是由钢材、铝材和碳纤维共同制造的。未来,生物材料也会被越来越多地应用到汽车制造中。或许用不了多久,我们就可以用棉花、大麻和木纤维制造车架。这也是我们布伦瑞克木纤维研究中心正在研究的一个项目。
Waltl博士: 很显然,新材料和驱动模式也改变了汽车的结构,这让虚拟设计变得更加重要。在过去的十年间,奥迪已经在用虚拟技术测试生产步骤了。比如,奥迪从工人的角度出发,用3D眼镜和手势控制设备,测试发动机舱的组装工作是否符合人体工程学要求。这么做能提前暴露问题,而非等到应用到生产线上后。
这么做并非是要取代工人,而是让机器和数据为工人提供最好的帮助。
——Neugebauer 博士

Neugebauer博士:即使生产过程中遇到问题,奥迪Smart Factory中的所有机器、原材料和组件都是互联互通的。它们可以提前发现问题或是待问题出现后自行解决。即使问题没有解决,它们也会实时通知工作人员问题所在,甚至还能为工作人员提出解决问题的办法。
这听上去就像是一个不需工人的工厂。
Neugebauer博士:不,正好相反。事实上,人仍旧扮演者重要的角色,哪里需要创造力,哪里就需要人的参与。算法只能处理简单的问题,只有赋有创新的想法才是解决问题的良方。工业4.0绝不是要让机器取代人类,而是让机器最大限度地支持人的工作。
Waltl博士: 举个很简单的例子,目前,如果生产出现问题,找出问题所在对于员工而言是件很艰巨的任务。停工的每一秒时间都会产生巨大的耗费。但是,如果智能诊断系统能够找到问题,就可以省出工作人员的时间,专心去找解决问题的办法。机器人在组装区也能帮到工人。在过去的两年里,我们已经使用了没有防护措施的小型机器人。生产线工人都很喜欢它们。比如,一种机器人可以将零件递送到工人手里,省去了工人弯腰去取的劳动。这些办法都是来自人类的创新,而不是依靠什么演算法。这就意味着,在未来生产中,人将依旧扮演者核心角色。
工业4.0是否会改变汽车制造业的传统贸易方式和职业内容?
Waltl: 即使是在工业4.0时代,如果没有经过扎实的手工培训,我们还是无法完全应付现有工作的。但是同时,电子学和机械学知识的应用正变得越发重要。大约40年前,我完成了模具制造的培训。那时,我还要在工作中用到滑尺。而今,我们则需要专家为智能模具编写传感器程序。程序代码不久将成为生产中最重要的外语。
Neugebauer博士:就媒介使用方式和人们生活习惯以及相关IT技术而言,未来的工人和工程师将属于智能手机时代的一部分。如要搞好创新,我们必须抓住这个契机。平板电脑、智能手机等移动设备正在向制造领域和工厂空间进军。保证信息适时适地的提供将成为生产的关键准则。
弗劳恩霍夫协会与奥迪公司已经就工业4.0做了8年的联合研发。是什么驱使你们一直坚持合作到今天?
Neugebauer博士: 弗劳恩霍夫协会做的是应用学研究。我们在科学知识与商业活动之间架起了一座桥梁。我们拥有66家院所,我们认为自己就是德国经济创新力的发动机。从我们这里产生了许多创意,这要得益于像奥迪这样的公司向我们敞开大门,为我们提出了现实中真正遇到的问题。这些问题会激发我们从事新的研究,同时也为奥迪公司注入额外的创新动力。E?研发工厂就是一例。它代表着真实条件下的生产。我们正与大众集团合作研发未来技术。
Waltl博士: 10年前,我就有了让模具变智能的想法,那时我遭到过很多同事的嘲笑,直到有一天,我跟Neugebauer教授说出了这个想法。他听到这个想法后十分兴奋。于是我们一起研发出了一种会思考的冲压模具。时至今日,奥迪已经使用这种模具有5年时间了。冲压机上的传感器和机电整合制动器会根据板材润滑的情况决定如何冲压。这样会显著提升冲压质量,降低不良品率,在一些情况下,最多能够减少30%的不良品率。
对于奥迪,第四次工业革命早就开始了。无处不在的网络将从媒介角度深深地改变我们的世界——和前几次工业革命一样深远。
工业革命始于1784年纺织机的发明。随着机器由蒸气驱动,经济、社会、人们的工作和生活都随之发生了巨大的变化。
1870年,美国辛辛那提屠宰场使用传送带运送被劈成两半的猪肉,标志着生产线的诞生。随后不久,生产线在福特汽车公司得到了进一步完善。自此,大规模生产被切分成了一个个具体的加工步骤。电也取代了水蒸气成为了生产中的能源。
1969年,可编程逻辑控制器(PLC)出现标志着数字革命的开端。电子和信息技术(IT)被应用到了模具设计,并且引发了进一步的自动化生产。计算机改变了世界的工作方式。
智慧工厂Smart Factory的开端: 在未来,具有RFID 芯片的“智能”机器和产品将能通过网络世界互相交流。零件将会“知道”自己该去的位置,模具将会提醒人们自己该保养了。工人将成为“智慧管理者”他们的工作就是监看生产系统。
能够自我管理的智能模具和机器——会带给公司什么?
Neugebauer博士: 德国对自己公司的弹性化生产和创新能力评价很高。所以我们必须做得更好。如果德国的公司想要保持竞争力,它们就必须充分发挥出高生产率,高弹性生产和低成本运行等工业4.0带来的诸多优势。研究显示,随着工业4.0的到来,未来10年,生产率将有望提升20%。 就汽车工程领域而言,这意味着约150亿欧元的潜在附加价值。
那么,奥迪是如何从工业4.0中获益呢?
Waltl博士: 未来的生产将会更快,效率将会更高, 生产会更环保。实时数据传输将是实现这些的重要基础。如果我们能够捕捉到销售、物流、生产、发货的各项数据,我们就可以让各个环节衔接得更好。奥迪世界范围内各个工厂和机构间的合作也会变得更顺畅。
如果德国的公司想要继续保持竞争力,它们就必须充分发挥出高生产率、高弹性化生产、低成本运作等工业4.0带来的优势。
——Neugebauer博士
弹性化生产是工业4.0的一个重要理念。奥迪将怎样更好地运用弹性化生产呢?
Waltl博士:如果机器自己就能互相协调工作,那么从一定程度上来说,奥迪在世界上的任何一个工厂都将可以生产奥迪的每一种车型。这会节省我们许多运输费用。生产速度的提升也是Smart Factory赋予奥迪的另一益处。其实,我们已经从虚拟计划中获得了益处。从前我们从设备安装到产品的投产需要几个月的时间——而现在几个星期就够了。比如,机器人在安装到真实环境前,其动作便会在虚拟环境中提前得到测试和优化。
汽车是一种产品。工业4.0会带给这种产品怎样的影响?
Neugebauer博士: 个性化订制将越来越常见。目前,客户在订制自己的汽车时会有很多的选项,但是将来,汽车将不会在这些诸如颜色或者方向盘等选项上加以区别,而是会突出量身订制,比如客户可以订制符合自己身材的座椅。汽车将成为一个订制的商品——这才是汽车的未来。
Waltl博士: 在智慧工厂时代,汽车经销商可能会使用扫描器扫描出客户的3D模型,并将模型信息直接传送到生产线。3D打印机会根据模型数据打印出个性化座椅或是档杆。当汽车还在组中过程中,工厂可以在客户汽车经过重要组装步骤后,通过电邮向客户发送汽车照片。客户可以留言更改汽车的配置,因为到了那时,弹性化生产已经较现在大大加强。
3D汽车的量身订制。 
由于有了3D打印,汽车的量身订制不久将会成为现实。目前,奥迪已经在使用3D打印技术了。它们不仅利用3D打印机打印塑料零件,还在打印金属零件。
但是目前的技术还没那么先进。从工业3.0发展到工业4.0,我们还需要做些什么?
Waltl博士:我们必须着眼于员工未来需要的技能。我们需要培训员工,以便让他们能够胜任未来的工作,特别是增强他们的IT领域知识。我们还必须考虑应该在未来的哪些方便投入新的资金。比如,机器需要必要的交互界面接入智慧工厂Smart Factory。另外,我们可能还需要更智能的,装有传感器的机器,用来获取数据。这是我们收集和分析数据的唯一手段。
Neugebauer博士: 交互界面的国际标准将是我们的重要的框架。再就是我们还必须拓展宽带的带宽。现在的数据传输速度还差得很远。汽车制造须要的是数据的实时传输。还有数据安全也是一个问题。今天我们虽然怀揣着对工业4.0的愿景,但是在实现智慧工厂之前,我们还有很多挑战要去面对。
Waltl博士:我十分有信心,在未来几年里我们会取得不小的进展。奥迪拥有自发性很高的团队——员工有很多绝妙的点子。还有,像与弗劳恩霍夫协会的长期合作也是我们发展生产的驱动力。几十年后的奥迪会让人们惊喜万分的。
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