工業4.0的未來工廠：50張圖解讀數字化製造

06-04

飛機是製造業的集大成者，這裡可以洞察一切先機。在工業4.0以其鋒利的情操，感染了中國製造業的每一個角落的時候，我們需要用未來的工業眼光去理解生產方式可能帶來的實質性改變。本文對「空客未來工廠（Airbus Future Factory）的視頻進行剖析，來近距離觀察未來工廠的特徵。

空客未來工廠視頻（長5分鐘）

空客對未來工廠的規劃，包括以下特徵：訂單直接驅動產品、單一數據源的產品和單一BOM表管理、基於物聯網的透明物流、生產中心的可視化控制、精益生產、模塊化生產線、售後零部件管理等。1數字化工廠規劃與模擬數字化工廠（DigitalFactory）以產品全生命周期的相關數據為基礎，在計算機虛擬環境中，對整個生產過程進行模擬、評估和優化，並進一步擴展到整個產品生命周期的新型生產組織方式，成為溝通廠房規劃、產品設計、工藝和製造之間的橋樑。完整的工廠規劃及生產線2D/3D布局圖，可以使得物流效率、裝配效率大幅度提高。這是一個可以在網路環境下運行的解決方案，實現生產線、裝配單元和工藝過程的設計、規劃、方案驗證，輔助以精細的數字化設計和模擬、優化，並保證信息及時更新、交流和共享。

按部件支線輔助傳送原理車間進行生產線布置

A380的當前工廠廠房布局

P.K.

基於主裝配線和饋線的數字化廠房規劃

2訂單驅動產品對於銷售人員而言，如何能夠滿足航空公司各類奇葩的需求，又能跟設計、製造能力相匹配，是一個非常複雜的問題。

不同的航空公司，由於航線、地理、定位的要求不同，會產生不同的個性化的需求。如何確認客戶的訂單，是一個複雜的商業利益和生產資源均衡的問題。目前波音和空客都有著成熟的訂單配置管理技術，可以使得客戶定製自己個性化產品的需求的時候，並不會影響到飛機製造公司的設計與生產進度。這主要是靠對零部件的數字化、模型化，進而通過成組技術來完成的。

訂單配置管理的一體化通知

訂單購置管理使得銷售人員與工廠生產管理人員可以同步分享客戶的需求信息，從而及早進行報價、生產計劃等準備。更重要的是，由於空客採用了全數字化的工廠，所有的工作計劃和進度，都可以可視化管理。因此航空公司，可以隨時查看自己訂單的整體進度，從而調整自己的市場營銷和航線計劃。海爾的互聯工廠，已經可以做到這一步。但對於更加複雜、更加個性化的產品，需要有更長的路要走。

客戶可以實時查看訂購架次的生產進度3單一產品數據源SSPD和單一BOM表的管理在工業4.0的時代，SSPD（Single SourceProduct Data）單一數據源的產品，對中國的飛機製造業而言，將是一個最充滿誘惑而有最為艱難的挑戰。美國波音公司已經在2004年以前完成這一巨大的挑戰，緊隨其後的空客也實現了同樣的目標。在單一數據源的產品體系下，進行無紙化生產。這就意味著，所有的產品零部件，以及裝配屬性，全部數字化。這樣，所有關於產品的設計屬性、材料特徵、裝配、批次任務等，都可以電子傳遞，而不需要考慮數據轉換過程中，所可能產生的失誤。而想實現機庫內的精益物流管理，也就是實現最小的零部件庫存，甚至零庫存，就需要實現各種物料的一體化、透明化的管理。而單一BOM表（物料清單表），則是實現這個工作的必經之路。企業在設計、裝配、模擬、製造等過程中，充斥著許多來源不一的BOM表。這些格式不一、用途不一的BOM表，是形成企業內部數字鴻溝的一個巨大來源。4可視化的生產中心生產控制中心,可以對各種機器工況進行實時監控，同時計算工時定額，實現KPI的在線動態考核；同時實現預防性維修管理，大大減少宕機時間。

生產控制中心

裝配工人接受電子指令（無紙化生產）

工業可穿戴設備，取代了傳統的任務看板

車間操作工人，通過無線終端接受所有指令，並接受裝配大綱(AO)、製造大綱(FO)和工裝指令(TO)，按照指定規範進行具體操作。5透明化的物流管理基於物聯網技術和單一BOM表的管理技術，無處不在。整個協作供應商、不同廠房、廠區內部，無處不在的物聯網使得整個物流管理，都處在一個高度可控化的狀態。

AGV與工人智能可穿戴設備自動完成任務銜接

根據單一BOM表，實現機庫的精益物流管理

AGV輸送物料到指定位置

6大型部件的標準化裝配

大型部件的標準裝配流程

精益製造精益製造的核心是JIT（just in time）和JIS（just insequence），各種零部件在恰當的時間，出現在最為匹配的工序上。這種「線邊庫存」幾乎為零的方式，將大幅降低零部件的庫存數量、管理和採購。模塊化的安裝

所有的裝配系統，都已經實現模塊化。

無支架安裝系統

模塊化機艙面板式安裝

模塊化槽線布置

艙內信號傳輸採用無線感測器

工廠間的自動物流管理

廠房間物流自動化

大型零部件的廠內轉移

裝配自動化

啟動柔性搬運裝置，適用不同部件

ID進行身份和零部件確認

RFID進行交互識別

工業4.0的智能產品，這裡看上去只需要RFID識別，就可以完成所有數據的讀取，從而完成身份識別和裝配任務確認。但實際上，這需要整個產品的數字化，而物聯網技術將使得設備之間的通訊M2M變得更加強大。

智能工具在RFID引導下，完成所有安裝任務

所有的零部件，都是經過標準化配置；從而形成萬能裝配電動工具。

自適應的夾具實現宜人工程學的定位

採用收縮箔進行部件保護

實現車間工位轉移

AGV同時引導雙向目標到達預定位置

預裝配對齊

激光定位技術

拼接採用激光定位

機器人進行精密連接和噴印數字化線路板

7大型部件的人機協同裝配

對於特殊或者惡劣環境下的裝配作業，往往不適合人類進行直接裝配。這個時候需要啟動非宜人工程學（non-ergonomic）區域下的工作模式。

人機共同實現非宜人工程學下的裝配

虛擬增強現實（AR技術）來控制機器人

質檢與記錄檔案隨時在線

AR虛擬增強技術將是人類生產史上的一個巨大的進步。數字與物理世界，藉助AR、VR等技術，實現連接。

環太平洋機甲戰士

想想那些機甲戰士，人人都想當，有沒有？工廠會變成很酷的事情。

8機身裝配

機身安裝

整體機身的自動裝配

9數字化噴塗車間在噴塗車間，將通過激光定位、機器人連接、自動噴印線路板和噴塗表面特殊材料等技術，使得整個機身的噴塗工作可以無需覆蓋，直接完成所有的噴塗工作。

數字噴塗車間

無需覆蓋，一次噴塗成型

AGV引導噴塗

當前A350的噴塗方方式

直接融敷防輻射層，進行表面結構質量監控

直接噴塗並列印航空肋板

10總成其他大型部件，採用相同的思路和技術，進行處理。

11內飾和布局

內飾部分和艙內布局，往往是最能體現客戶定製化特徵的一部分。航空公司的許多個性化需求，會體現在這個地方。

內飾布置

12成功交付！

交付

最後再輕鬆一下，大家是否知道當前空客生產一家飛機A350需要多長時間嗎？想一想。兩天！是的，你沒有聽錯。目前空客工廠全速發動起來的時候，一個月的正常工作日可以生產10架A350這樣的機型。而目前中國自己開發的支線飛機ARJ21目前一年產量是多少架？再不輕鬆一下。知道二戰期間，日本與美國的戰爭為什麼會在佔盡太平洋戰的先機而後卻陷入失敗的嗎？看看美國工廠的生產數據就知道了。

珍珠港之後美國的生產能力

在珍珠港被日本偷襲後，美國幾乎喪失了海上力量。但僅僅在三年內，美國高速運轉的工廠釋放了近10倍的生產力。一旦工廠轉入戰備狀態，工業肌肉就會無情地轉化成軍事機器，形成壓倒一切的鋼鐵能量。這還是70年前的工廠。而如今，工業4.0時代的智能工廠，數字化和智能化製造一旦高速啟動，將會迸發出不可想像的工業力量。

工廠正在呈現出全新和神奇的一面，每人都無法躲開。

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作者是北京聯訊諮詢公司總經理，致力於製造業信息服務多年，對工業4.0有一定研究。歡迎交流，個人微信號: sinceaprilbj。如需更清晰的圖片，可以跟研究部 zhishipai@yeah.net聯繫。