德國企業(yè)——RFID+AGV的全自動化無人工廠

       下面要分享的是2008年德企為瑞士Riwag高端木門制造商完成的無人智能生產車間項目。當時還沒有工業(yè)4.0這個提法，但該系統(tǒng)當時已經(jīng)大大超前！

01.工業(yè)4.0應用技術

1.1 柔性生產

該生產系統(tǒng)所要實現(xiàn)的目標是使生產實現(xiàn)最大的柔性化。自動化和信息化是實現(xiàn)柔性定制個性化生產的手段。

AGV是無人搬運車（Automated Guided Vehicle）的英文縮寫。是指裝備有電磁或光學等自動導引裝置，能夠沿規(guī)定的導引路徑行駛，具有安全保護以及各種移載功能的運輸車，AGV屬于輪式移動機器人（WMR--Wheeled Mobile Robot）的范疇。

      從視頻中可以看到，AGV小車將毛坯推入代加工區(qū)域，而這些毛坯木料的尺寸大小都是不同的，按照頂點順序進行排列，符合JIO理念。

     而JIO（Just In Order即按順序排列生產方式）是繼JIT（Just In Time即準時制生產方式）準時制生產的基礎上提出的，要求供應商不僅應按時將零部件送抵生產現(xiàn)場，還要求不同規(guī)格零部件的順序按照要求排列，以便滿足混線生產的要求。這樣不同型號的產品在裝配時，不會因為零件順序錯落而發(fā)生裝配錯誤的問題。豐田的JIT只適合單一產品的大批量生產，而JIO則是混線生產，柔性制造模式所必需的供應鏈運作機制，是生產模式的變革。

       目前國內的自動化項目都號稱4.0，但絕大部分無法實現(xiàn)柔性制造。所以在筆者看來，中國企業(yè)談4.0只是按照自動化集成去理解，并沒有真正領會生產模式變革的意義。

1.2. 數(shù)據(jù)追蹤

在產品的整個生命周期中會產生很多數(shù)據(jù)，即所謂的大數(shù)據(jù)。制造商需要能夠利用這些數(shù)據(jù)對產品進行跟蹤，以了解產品的狀態(tài)。比如某個客戶購買的某產品中的某個零件出了問題拿到售后服務部門去維修，這時生產廠應該能夠知道這個零件的供應商是誰，哪個生產環(huán)節(jié)中的哪個人應該對此負責，并計算出損失。

相關的技術和軟件產品（PLM/PDM，ERP, CRM, SCM等）早在幾乎20年前就已經(jīng)非常成熟，相對欠缺的是生產環(huán)節(jié)的大數(shù)據(jù)處理。盡管也有相對成熟的解決方案，如MES（制造執(zhí)行系統(tǒng)），SCADA（現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)），APS（先進生產計劃系統(tǒng)）等，但是由于缺乏強大的車間級管理系統(tǒng)去協(xié)調各生產設備，生產車間的自動化和信息化層始終存在著難以打破的屏障，原因很多此處不展開討論。而視頻中的生產系統(tǒng)則采用相對簡單和獨立的軟件系統(tǒng)，在設備層實現(xiàn)了對生產數(shù)據(jù)的集成和管理。

首先機器人通過專用的檢測設備對入庫毛坯進行全檢，再掃描RFID電子標簽，可根據(jù)讀取的產品信息自動調用加工程序，并自動調整支撐夾具的位置，以適合零件的尺寸。

加工完畢后，更新產品生產數(shù)據(jù)，記錄設備運行數(shù)據(jù)，將這些數(shù)據(jù)通過現(xiàn)場總線傳入上位機的生產管理/監(jiān)控系統(tǒng)。

由于每個零件上都有自己的標簽，每個標簽都有正確的程序，所以不論來料按何種順序排列，加工過程是不會出現(xiàn)問題的。也就是說生產管理調度軟件和生產設備之間是相互獨立運行的，就算生產調度出了問題，也不會造成生產程序調用錯誤。而即便產品信息和加工數(shù)據(jù)在對應上出現(xiàn)問題，機器人的入庫檢測信息也會與程序信息進行比對，不會出現(xiàn)加工廢品（即可能用較大尺寸的毛坯加工出小尺寸產品，而不會出現(xiàn)小尺寸毛坯調用大尺寸產品加工程序的問題）。

物聯(lián)網(wǎng)方案中RFID技術的先進性加快了工業(yè)4.0和工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的進程，也讓我們更關注到這些生產數(shù)據(jù)所支持的智能生產的運作機制。

1.3、工序集中

整套生產系統(tǒng)集中了每一個產品從入庫到出庫的全部工序，與以往生產單元的概念有所突破，除了機械加工和上下料以外，該系統(tǒng)集成了自動檢測，工裝夾具調整（柔性工裝），生產訂單管理等功能。機加工序之后基本上直接進噴漆車間后就可以出廠了。

在生產戰(zhàn)略規(guī)劃上，該企業(yè)并沒有搞垂直整合，而是把附加值最高的定制化加工留給了自己，利潤薄，污染環(huán)境的上下游工序統(tǒng)統(tǒng)外購或外協(xié)。

1.4、優(yōu)化設計

從產品開發(fā)邏輯上講，產品設計決定了生產工藝，而生產工藝決定生產設備。當我們談論工業(yè)4.0或智能制造的時候，通常只關注到設備或軟件，而往往忽視了方法（工藝），更不會去在意設計（概念）。

從一開始產品設計不但決定了產品本身的價值，也決定了大部分的生產成本。以該瑞士制造商為例，由于產品為定制化設計，所以在安裝時需要服務人員在客戶現(xiàn)場進行安裝，而由于瑞士的人工成本極高，所以在設計時就必須充分考慮到組裝的便捷性，即DFA（Design For Assembly即面向裝配的設計）。

說得更通俗些，這種木門的最終安裝實際上和組裝宜家家具是一樣的，但是安裝的復雜程度和精度要求要更高，安裝時也需要更專業(yè)的工具。然而如果按照中國木匠打家具的方法，實地測量尺寸再鋸斷合適長度的木料，再釘釘子等等，那么瑞士的這套木門成本會極高。所以就要求在設計之初就要求便于快速組裝，而且具有一定的通用性，小型功能零件盡量采用標準件，只是在門板樣式和規(guī)格上體現(xiàn)個性化差異。

這種產品設計既要保證便于個性化定制生產，也要合理降低制造成本，便于安裝維護。所以說，一套體系化的產品設計理念和產品開發(fā)平臺才是成功實現(xiàn)工業(yè)4.0轉型最基本的前提。 

02、產業(yè)變革的趨勢

2.1.沒有夕陽產業(yè)只有夕陽觀念

在大多數(shù)國人眼里，木門生產產業(yè)是落后的傳統(tǒng)制造業(yè)，沒有利潤，沒有科技含量，沒有發(fā)展前途。但是這個工業(yè)4.0項目卻落地在全世界工業(yè)技術水平最高，人工成本最貴的瑞士?？梢娤冗M的智能化制造系統(tǒng)是完全可以彌補人力成本的劣勢，而傳統(tǒng)制造業(yè)向發(fā)達工業(yè)國回流也確實正在發(fā)生。中國的制造企業(yè)必須要有所作為才能避免在這次工業(yè)革命中被淘汰。

2.2. 柔性智能生產系統(tǒng)增大利潤空間

制造成本是相對概念，當產品價值足夠高時，那么制造成本就可以忽略不計了。視頻里的瑞士公司通過投資智能制造設備，首先在戰(zhàn)略上實現(xiàn)了定制化生產，使得產品本身的價值大幅提高，而全自動制造系統(tǒng)免去了人工成本，并且整個設備占地非常小卻可以實現(xiàn)以往一個工廠的全部工序，使得土地成本構成的比重大幅下降。

相比于發(fā)達國家，中國的土地和人力成本會相對比較低，因此制造業(yè)占有明顯優(yōu)勢。但是一旦發(fā)達的工業(yè)國紛紛采用柔性智能無人/少人生產系統(tǒng)來實現(xiàn)工業(yè)4.0革命，那么未來制造業(yè)的利潤-成本構成將發(fā)生極大的變化：土地、人力、能源等資源相關的因素在生產成本中所構成的比例將大為降低，智能設備的技術折舊以及雇用高端技術和咨詢人員的將成為未來主要的成本。所以，如果不增加在知識和技術上的投入，中國制造業(yè)將面臨毀滅性的打擊。

企業(yè)看工業(yè)4.0往往只看到了相關技術的先進，看到了不足，但是缺乏合理的方法論去實現(xiàn)轉型升級。中國企業(yè)要轉型升級，首先要看懂制造業(yè)的發(fā)展趨勢，在整理出合適自己的新的運營模式，再根據(jù)這個模式有所取舍地規(guī)劃企業(yè)轉型升級的途徑和戰(zhàn)略。只要中國的制造企業(yè)多一些理性，少一些浮躁，以中國人的聰明才智總可以找到合適自己的轉型升級之路。

資料來源：工業(yè)機器人，精智工廠、搜狐新聞

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