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具有适配能力的工厂

实现企业内部外部价值链一体化

 

       除此之外，工业4.0还有更大的抱负。期望这种动态价值链，不仅存在企业之间，还要进入到企业内部。在企业内部，依据标准工艺步骤，将生产过程模块化，这些标准模块，可以参与到跨企业边界的动态价值链中，发挥其应用的作用，这就是应用场景——具有适配能力的工厂，所描绘的。

 

       该应用场景英文翻译如下：

       即插即生产——在工厂内可适应性的制造配置 ，以快速改变生产能力和产量。即插即用——使用一台家用计算机和一条USB电缆，非常容易地就可以连接新设备，并几乎立刻就可以使用该设备，而没有任何额外的努力。这种灵活性，在台式计算机上已经存在相当一段时间了，此刻在工业生产方面开始变得也来越重要了。

 

       就生产基础架构而言，适配性的需求一直快速增加。越来越短的产品周期和革新周期，带来对新生产设施投资决定的需求，这反映了对生产和过程变化以及任何可能的地方的未来需求。此外，不断增长的订单违约，带来了不断增加频次地阻碍了制造线的优化使用。灵活性和适配性将成为越来越重要的决策判据，当考虑新的生产设施建造和运营时。

 

       一个例子是产品标识。存在各种各样的打印技术，例如，棉条打印机，喷墨打印机，以及激光打印机。在一个适配性工厂里，这种类型的操作设备可以被直接连接到自动化的过程里。例如，把将材料简单地放下后，被打印的材料说：“打印我”，然后棉条打印机将问道：“这个材料是无油脂打印吗？”。喷墨打印机然后询问材料特征，应为它使用加热来完成干燥过程。激光打印机则会询问材料是否能保证足够的对比度。

 

       ① 关键点

       可适配工厂应用场景描绘了一个制造设施的快速（在某些情况下是完全自动化的）转换，通过即改变生产的产量能力，也改变生产的产品品种的潜能。

 

       实现可适配工厂的关键点是一种模块化进而可适配的工厂内制造设计。智能化的并可互操作的模块（该模块基本上可依据修改后的配置自己进行适配），以及这些模块之间的接口，允许快速且简单的转换，以适配市场和客户要求的变化。当订单控制的生产场景借助于智能连接，将重心放在了现有制造设施的灵活使用上时，可适配工厂场景则通过（物理上）转换，描绘了单个工厂的可适配性。

 

       今天，当创建一条生产线时，焦点通常不再仅仅是质量，也包括一个预想的产品范围的生产效率和利润的最大化。各个独立的组件被静态地连接起来，能够产生预想的功能和预估的数量。常常是，一个系统集成者关注于独立组件协同，进而为整个工厂开发出一个控制系统。但是，如果订单是被强产品个性化驱动的，或者是被需求的高波动驱动的，公司可能不再会依赖特定生产线的优势。

 

       在此情况下，模块化的，面向订单的，可适配的制造配置，变得更加具有吸引力：例如，他们能够增加总的利用率或交付产品的能力。但同时，对个性化机器/制造模块的要求也增加了。甚至，比特定制造步骤高度差异化更为重要的是，将单个模块容易且在任何情况下组合起来的能力。为了能够达到这一点，模块必须包含关于被非常快速与健壮地组合或转换为一台机器或工厂的能力的自描述。下面的例子解释了这些要求：

 

       ● 一个新的网络使能的现场设备，例如一个带新固件版本的驱动器，被连接到生产线上。这个新设备必须被自动提供网络连接能力，且被所有在线子系统所知道。参与的子系统必须进行相应的更新。 

 

       ● 一个未被配置的现场设备被引入生产中，例如要快速替换另一个有缺陷的设备。这个现场设备，现在必须被个性化且参数化，依赖于软件组件中的信息。 

 

       ● 一个生产设施被转换或修改了，由于某种新产品的差异被规划出来。与变化相关的控制与软件，必须被检测到且自动地被传送给所有参与的系统。 

 

       ● 在一个工厂被转换后，它应该能够移动，用于过程管理的软件组件，到分散的控制单元，同时遵循某些判据，如输出或可用性。 

 

       ● 一个MES（新）功能被加入或修改了，如某种先前不被要求的可视化。这种可视化应该被自动完成，且访问来自现场级别的必要信息也应该是自动授予的。

 

       这要求机械工程师有依据地设计内部的开发过程。模块化的机器要求模块化的工程设计，基于可重用模块库（平台化开发）。机器的架构必须被这样设计，以便可组合的机电一体化的模块可以被创建出来，包含了生产模块的即插入即生产能力，使用可互操作的接口和适配性自动化技术。这要求“服务”慨念的进一步拓展，跨越制造商的边界，诸如归档，告警或可视化，还必须具有一种低成本的与MES功能的集成。

 

       ② 对价值链的影响

       增值工作被从系统集成者转移到了机器提供者或供应商，因为机器或组件已经被增强了，以至于它们更容易的集成起来。系统集成的类型和质量变化了。当前（生产）技术的焦点，转移到了对与生产过程相关连的组织和业务过程方面的一个更强力的关注。在极端情况下，系统集成者很可能被淘汰，如果智能的、自配置和互操作的制造模块被在机器提供商的层面上创造出来的话。

 

       ③ 参与者的增值

       对于制造公司而言，如果一种快速、廉价并可靠的制造转换成为可能，那么他们可以对客户与市场需求的变化做出快速相应，不断增加的标准化和模块化，也扩展了将各种供应商的制造实体，组合起来的可能性，进而找到每个单独模块最经济的解决方案。

 

       机器的模块化开辟了机械制造商的规模化的新时代。

 

下图为其给出的

具有适配能力的工厂的价值网络

 

       具有适配能力的工厂，是除了应用场景——订单控制的生产之外的最能体现工业4.0的精髓的应用场景。其要点是采用计算机行业通行的即插即用的方法，来大幅提高工厂设备、生产线等基础设施的柔性化水平，更深层次的想法是在更大范围提升企业参与到工业4.0时代产品动态价值链的能力。

 

       具有适配能力的工厂，在工业4.0时代，由于要支持大批量个性化定制的生产组织模式，是必须的。但对工业3.0时代的多品种小批量的生产组织模式而言，它同样是赢得市场竞争的利器。这个场景，应该是现阶段，从事自动化、机器人、生产线、设备制造、数字化工厂等方面的人士，就要重点关注的地方。（待续五......）