一文解读工业4.0数字化工厂的发展

关注和熟悉工业4.0技术的人们，包括我在内，一直有一个挥之不去的疑惑。在2014年的德国工业4.0最终工作报告中，开宗明义便谈到了工业4.0的技术路线是从“集中式控制”转向“分布式控制”。然而，从2015年开始在国内流行和被宣传的数字化工厂案例中，却很少看到这方面的体现，以至于让不少人对工业4.0的技术路线产生了怀疑。
在目前的这些案例中，毫无例外，展示出来的技术核心都是把MES作为数字化工厂的骨干系统，来支持流水生产线的集中式控制与调度概念。如果要谈到创新点，往往是向上实现了ERP与MES的连接，以及MES向下与设备PLC的打通，可以自动导入生产定单，可以在现场采集数据并进行分析，进行设备故障的预测、产品质量的检测或是设备能源的分析。
这些创新点对应的业务基本上属于设备科、质检科或动力科的职责，它们在企业的生产组织和流程中都处于辅助的地位。虽然这些创新点对降低生产成本和提高产品质量有价值，但是对于生产效率的直接贡献却比较有限。

还有的数字化工厂，通过在产品或工装上安装传感器，对每一件产品的生产过程进行跟踪，在一条生产线上实现“单件流”的按单生产。实际上，这种按订单配置进行混线生产的方式，在上个世纪末的汽车行业里早已是常识。
国内的上海通用汽车，在十多年以前就已经实现了这种混线排序生产，并且做到了上到订车、下到设备连接的IT系统全覆盖。其复杂性和精准性，与近年来流行的服装定制和家电定制相比，要高出一大截。
所以大家可以看到一个非常有趣的现象——在汽车以外的很多行业，出现了很多拿设备连通、个性化定制或透明工厂为亮点的数字化工厂的案例。反倒是在汽车行业，却少有人拿这些东西做宣传。原因很简单——这些在20年前的汽车行业里都已经实现了的东西，怎么拿出来讲？

进入到工业4.0诞生第五个年头的2018年，汽车工业终于要站出来讲讲了。大家都知道，第二次工业革命，也就是我们常说的工业2.0，其标志性技术之一就是福特汽车的流水线生产。时至今日，这种生产方式被各个行业所借鉴，并在老福特的那套流水线上做了很多改进。但是，这种生产方式也有很多缺陷，对生产的产品的配置能力（数量、类型等等）有不少限制，并且整条生产线的容错能力低，很容易产生限制整条产线的瓶颈。工业4.0的分布式控制恰好可以解决这个问题。在工业4.0时代，汽车工业又一次成为技术变革的领袖。
以德国奥迪汽车为例，在其2030智能工厂规划蓝图中，提出了“模块化生产（Modular Production）”的概念。在这个工厂中，传统的生产流水线已经不复存在，零部件通过无人机在车间里传递，客户通过三维扫描获得身体尺寸以定制座椅，工人与机器人协同工作，车身零部件由3D打印机打印，汽车以自动驾驶的方式驶离装配线…在打造智能工厂的过程中，无论是对当前生产流程的智能化程度，还是对未来几年将发生的飞跃性技术创新，奥迪都有着清晰的认识和规划。

图：奥迪的2030智能工厂未来蓝图

在这次的汉诺威工博会上，SAP推出了第三代的开放集成工厂OIF（OpenIntegrated Factory）。OIF 3.0在1.0和2.0的基础上，继承了垂直集成和产品定制化生产的概念，引入了正在研发和创新中的无流水线生产调度的“动态模块化生产”技术。

图：汉诺威工博会现场的SAP OIF 3.0的“模块化生产”展示

应该说，“动态模块化技术”的实现，不是一件容易的事情。过去我们所熟知的先将MBOM和工艺路线都确认下来，编制生产计划，并使用MRP进行物料分解，最后再组织生产的做法，被时时刻刻可能会被AGV小车改变路线的做法所彻底颠覆。在这里，需要与之前的做法完全不同的算法和逻辑。

图：动态模块化生产技术

按照估算，以奥迪为例，采用了这种动态模块化技术，可以让企业在实现更多的产品变量的同时，让生产效率得到显著提升。

对于高度发达的德国汽车工业，这将是一次巨大的飞跃。而汽车工业利用工业4.0技术对于传统流水线生产的摈弃，代表了第四次工业革命的重要发展方向。我们期待在不久的将来，国内也会有类似的数字化工厂案例出现。