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德国为了实现新一代制造业,提出了高科技战略“Industry 4.0”(工业4.0)。作为其主要成员,博世公司(Bosch)正在加快推进基于工业4.0的生产革新,在包括集团旗下公司在内的多个工厂进行实际验证。
那么,基于工业4.0的生产革新究竟是什么?博世想要借此达到什么目的?笔者就先从这两个问题开始为大家解说一二。
利用“虚拟”分毫不差地重现“现实”
“与过去的根本差别,是要将‘现实世界’与‘虚拟世界’融合到一起”,在博世公司统管工业4.0相关项目的Joachim Frangen(Corporate Sector Researchand Advance Engineering, Chief Expert)这样介绍该公司正在推进的举措(图1)。
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工业4.0描绘出了使控制工厂生产线的FA系统与管理各类经营信息的IT系统相互联动,从而实现高度自动化的“智能工厂”的蓝图。现在,FA系统与IT系统虽然实现了互联,但范围非常有限。工业4.0瞄准的目标是更高层次的联动,也就是现实与虚拟的融合。
这里所说的“现实世界”,是指组成实际生产线的机械、治具等,以及线上的工件、工作的工人、周边环境等实际存在的所有事物。工业4.0要在IT系统这个“虚拟世界”里,分毫不差地重现“现实世界”,使二者实时联动。
通过使现实与虚拟融合,现实世界的变化马上会反映到虚拟世界,在虚拟世界对各项变更进行验证后,也可以马上在现实世界实施。这就是工业4.0中 “Cyber Physical System(CPS)”的概念。在这个概念下,实时分析并运用生产线的大数据、生产线上的设备可与人和其他机械“对话”并自动工作、以等同于批量产品的 效率和成本来生产客户定制品的“大规模定制”等都有望成为现实,向工业4.0描绘的智能工厂的形态靠拢。
为此,博世正在大力发展“数字化”。把现实世界存在的所有事物(信息),转换成虚拟世界的数字数据。希望通过最大限度利用这些数据,实现从根本上改变制造形态的生产革新。
博世公司的Joachim Frangen称,在推进数字化的进程中,该公司将会逐渐表现出“既是先进的操作员(用户),也是供应商”的特点。从备货型生产的汽车部件,到订货型生产 的工业设备,博世集团各公司的工厂生产着种类繁多的产品。这是工厂作为智能工厂的“操作员(用户)”的一面。而另一方面,该公司也在开发MEMS传感器、 数据挖掘系统等数字化所必需的部件和软件。也就是说,该公司不仅是工厂的操作员,还充当着“供应商”的角色。因此,“在实现智能工厂上很有优势” (Frangen)。
因人而异改变
在博世推进的基于工业4.0的生产革新中,最尖端的当属博世力士乐公司(Bosch Rexroth)的举措。在临近法国的德国萨尔州洪堡,博世力士乐的工厂(以下简称洪堡工厂)正在试验性运用大量融入数字化思路的先进组装线。
博世力士乐生产工业设备使用的液压装置和电动装置(图2)。绝大多数产品为订货型生产,必然要采取多品种少量生产的方式。一年生产的产品多达4500种。该公司的目标是以高效率实现“单件流生产”。因而成为了基于工业4.0的生产革新的对象。
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图2:在洪堡工厂制造的液压装置因为是订货型生产品,所以种类繁多。
洪堡工厂的组装线乍看上去很普通,就是许多个工作台(工作站)连成“凹”字形(图3)。这是组装线常用的排列方式,在日本的工厂里也很常见。但仔细观察,便可从中看出数字化的端倪。
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图3:数字化组装线 乍一看只是普通的凹字形生产线,但采取了很多数字化措施。
例如,工作站配备的读卡器读取工件的IC标签(RFID)后,显示器上会图文并茂地显示操作步骤。也就是说,工件信息事先已经全部数字化,可以按照工件的种类显示相应的操作步骤。
而且,所有操作员全都随身携带蓝牙终端,该终端始终与工作站的计算机保持通信。这样,计算机可以“认出”现在的操作员是谁,会根据操作员的熟练度和 使用的语言,自动改变屏幕上显示的内容。虽然步骤没变,但现实的具体内容因人而异,向生手显示结合图片和视频的详细说明,向老手显示纯文字的简要说明。这 样一来,即便是刚刚入职、技术还不熟练的操作员,在工件种类繁多的组装线上也能顺利完成工作。Moller说:“以人为本是工业4.0的真谛,这与传统的 自动化不同。”
先不说读取工件的IC标签并在屏幕上显示操作内容这一点,因人而异地改变显示内容的组装线应该并不多。这不是因为技术困难,而是因为目前还没有这样 做的必要。但是,实现自动运转的智能工厂的前提,是设备、工件乃至人员都要实现数字化。洪堡工厂的组装线大力推行数字化,正是出于这样的想法。
工作站也立足于智能工厂的需要。具体来说,形状、各种接口都实现了标准化,可以按照工件和产量的变化,灵活地调整布局和顺序。
而且,各个工作站的计算机,不是由上级主机集中控制,而是采用相邻计算机通过“对话”自动进行控制的分布式控制方式。可以根据相邻工作站出现的变化自动采取对策。由此可见,博世瞄准的目标,不是短期性地提高生产效率,而是着眼于未来,面向工业4.0实现生产革新。
活用大数据
与洪堡工厂一样,位于巴登-符腾堡州罗伊特林根的MEMS传感器工厂(以下简称罗伊特林根工厂)也在推行基于工业4.0的生产革新的过程中拿出了引人注目的举措(图4)。这里的主要举措是利用从生产线得到的大数据,方式有“反馈”和“前馈”两种。
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图4:罗伊特林根工厂的MEMS传感器生产线 积极运用大数据。
反馈的例子是以工序为单位,测量并收集与工件(作为MEMS传感器基础的硅晶圆等)的状态和加工结果相关的数据,将分析结果用于改善工序和维护。比如说,通过始终分析上述数据,可以确定合适的维护时间,容易长期性地提高生产效率和成品率。
前馈的例子是根据实时的工件状态和加工结果,调整下一道工程的加工参数。事先设定调整范围的阈值,以保证该范围内的品质为前提,设计产品和工序。
过去,要想在实际生产线中反映大数据的分析结果,基本都需要技术人员介入。今后,为了取消技术人员的环节,该厂将会设法扩大大数据的应用范围并且提高数据的精度。(文章来源:日经技术)