從工業概念到工程實踐 探訪同濟大學國內首個「工業4.0 ——智能工廠實驗室」

本刊記者 李靜

「工業4.0」的概念對於業內人士來說已經不再陌生，這一概念最早於2011年4月在德國漢諾威工業博覽會上提出，最初的想法只是通過物聯網等媒介來提高德國製造業水平。2013年漢諾威工業博覽會上，由「產官學」組成的德國「工業4.0工作組」發表了題為《保障德國製造業的未來：關於實施「工業4.0」戰略的建議》的報告，稱物聯網和製造業服務化宣告著第四次工業革命到來。工業4.0包括將虛擬網路-實體物理系統技術一體化應用於製造業和物流行業，以及在工業生產過程中使用物聯網和服務技術。這將對價值創造、商業模式、下游服務和工作組織產生影響。

在我國，首個「工業4.0——智能工廠實驗室」於2014年10月28日在同濟大學嘉定校區的中德學院落成。這一實驗室的落成將「工業4.0」這一虛擬的概念變成了看得見的實物，為此我刊記者採訪了同濟大學中德工程學院副院長陳明教授並參觀了該實驗室。

成立背景

據陳教授介紹，「工業4.0」這一工業發展新概念一經提出，立即在全球引發了極大關注，掀起了新一輪研究與實踐熱潮。現在「工業4.0」已經上升為德國的國家戰略，成為了德國面向2020年高科技戰略的十大目標之一。我國對這一製造業的未來發展趨勢也高度關注。今年3月，國家主席習近平在對德國進行國事訪問之際，曾在德國《法蘭克福彙報》上發表署名文章，表示德國推出了「工業4.0」戰略，使得「中德合作將會有更多契合點，獲得新動力。中德關係也將在現有高水平基礎上，進入一個精確磨合和深度對接的新階段。」李克強總理與默克爾總理在共同發表的《中德合作行動綱要》中，宣布兩國將開展「工業4.0」合作，該領域合作有望成為中德未來產業合作的新方向。

為了推動工業4.0從概念走向工程實踐，同濟大學中德工程學院基於長期與德國高校、企業成功合作經驗，攜手德國企業界合作夥伴PHOENIX CONTACT公司積極醞釀、規劃「工業4.0——智能工廠實驗室」建設方案，並推進方案實施，邊學邊做，在做的過程中逐步理解這一概念，最後歷經1年時間共同建成了這一實驗室。實驗室將採用開放模式，服務於同濟大學教學與科研、大學生科技創新及校企合作，著力培養卓越工程師人才。

實驗室概況

實驗室不大，但「麻雀雖小，五臟俱全」。記者在實驗室里看到，機器人、數控車床、數控加工等中心加工設備、機器人滑行導軌、變頻傳送帶、小倉庫、智能照相機、多台伺服器、控制軟體和服務軟體等一系列硬體設備和支撐軟體。系統通過先進的控制策略與服務軟體，將這裡的硬體設備進行集成，實現了人、加工件與機器的智能通訊與協同工作。

陳教授介紹，「工業4.0」就是一種新的生產方式，是一個高度靈活的個性化和數字化的產品與服務的生產模式。它不是憑空創造出來的，它繼承了以往柔性製造系統FMS，計算機集成製造系統CIMS、敏捷製造、精益生產等的部分理念，但在系統實踐上卻又是不同的。與以往生產方式相比，「工業4.0」以工業自動化為基礎，增加了物聯網和服務網的概念，在實驗室里人、機器和工件之間能夠互相交流。另外比較重要的一點是「服務」，,流水線可以直接根據用戶的個性化需求定製生產選項，使用戶直接參与到生產當中。一條流水線上所生產的產品都可以各不相同，每個加工工件都攜帶了電子標籤，內置了所有用戶定製化的加工任務，可自行與機器人、機床等加工設備進行通訊，完成既定的加工任務，並可智能檢測產品質量。這種方式改變了原有大規模的批量生產、大規模有限定製，實現了大規模的個性化定製。

為了更形象具體的說明，陳教授舉了手機殼的生產線的例子，「目前的情況是生產線上的可選項都是由廠家定製的，雖然生產線可以支持混流生產，如一批生產三星，另外一批生產蘋果，但混流排序是根據當天的生產工單要求而制定的，一旦確定除非停機很難實時更改。而在工業4.0概念下的生產線是更加靈活和柔性的，在產品生產過程中支持在線客戶化定製生產，生產工藝與混流排序等都可以根據客戶需求實時變化，是一個高度融合個性化生產與服務的產品製造新模式。

未來發展

我國是一個製造大國，目前國家非常重視「兩化融合」，「兩化融合」與「工業4.0」在某些方面目標是一致的。因此「工業4.0」在我國迅速成為熱點，我國要從製造大國變成製造強國，這也是一個比較好的機會。

在談到下一步工作時，陳教授說，實驗室還將引入智能立體倉庫、AGV自動導向車等硬體，實現「工業4.0」實驗室的橫向集成。屆時力爭納入當前工業生產領域主要的生產元素與資源，建立起一個高度靈活的個性化和數字化的產品與服務的生產模式，力爭成為我國生產製造業構建數字化智能工廠提供人才培養和應用研究平台。

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