怎么理解工业4.0中的柔性生产

董垚

首先我们来构想一个车间：AGV小车将毛坯推入代加工区域，而这些毛坯木料的尺寸大小都是不同的，按照顶点顺序进行排列，符合JIO理念。而JIO（Just In Order）是继JIT（Just In Time）准时制生产的基础上提出的，要求供应商不仅应按时将零部件送抵生产现场，还要求不同规格零部件的顺序按照要求排列，以便满足混线生产的要求。这样不同型号的产品在装配时，不会因为零件顺序错落而发生装配错误的问题。丰田的JIT只适合单一产品的大批量生产，而JIO则是混线生产，柔性制造模式所必需的供应链运作机制，是生产模式的变革。

目前国内的自动化项目都号称4.0，但绝大部分无法实现柔性制造。所以在笔者看来，中国企业谈4.0只是按照自动化集成去理解，并没有真正领会生产模式变革的意义。

在产品的整个生命周期中会产生很多数据，即所谓的大数据。制造商需要能够利用这些数据对产品进行跟踪，以了解产品的状态。比如某个客户购买的某产品中的某个零件出了问题拿到售后服务部门去维修，这时生产厂应该能够知道这个零件的供应商是谁，哪个生产环节中的哪个人应该对此负责，并计算出损失。相关的技术和软件产品（PLM/PDM，ERP, CRM, SCM等）早在几乎20年前就已经非常成熟，相对欠缺的是生产环节的大数据处理。尽管也有相对成熟的解决方案，如MES（制造执行系统），SCADA（现场数据采集系统），APS（先进生产计划系统）等，但是由于缺乏强大的车间级管理系统去协调各生产设备，生产车间的自动化和信息化层始终存在着难以打破的屏障。

首先机器人通过专用的检测设备对入库毛坯进行全检，再扫描条形码，根据读取的产品信息自动调用加工程序（NC代码由产品设计数模自动生成），并自动调整支撑夹具的位置，以适合零件的尺寸。加工完毕后，由于条码在加工过程中被破坏掉，所以再次贴敷条码，并更新产品生产数据，记录设备运行数据，将这些数据通过现场总线传入上位机的生产管理/监控系统。

由于每个零件上都有条码，每个条码对应正确的程序，所以不论来料按何种顺序排列，加工过程是不会出现问题的。也就是说生产管理调度软件和生产设备之间是相互独立运行的，就算生产调度出了问题，也不会造成生产程序调用错误。而即便产品信息和加工数据在对应上出现问题，机器人的入库检测信息也会与程序信息进行比对，不会出现加工废品（即可能用较大尺寸的毛坯加工出小尺寸产品，而不会出现小尺寸毛坯调用大尺寸产品加工程序的问题）。

所以说，当我们评价工业4.0或工业互联网，物联网方案先进性的时候，不应只看技术实现的手段，不要去较真条形码，二维码，RFID哪个技术更先进，而更应该关注这些生产数据所支持的智能生产的运作机制。

整套生产系统集中了每一个产品从入库到出库的全部工序，与以往生产单元的概念有所突破，除了机械加工和上下料以外，还系统集成了自动检测，工装夹具调整（柔性工装），生产订单管理等功能。机加工序之后基本上直接进喷漆车间后就可以出厂了。

从产品开发逻辑上讲，产品设计决定了生产工艺，而生产工艺决定生产设备。当我们谈论工业4.0或智能制造的时候，通常只关注到设备或软件，而往往忽视了方法（工艺），更不会去在意设计（概念）。

产品设计从一开始不但决定了产品本身的价值，也决定了大部分的生产成本。以该瑞士制造商为例，由于产品为定制化设计，所以在安装时需要服务人员在客户现场进行安装，而由于瑞士的人工成本极高，所以在设计时就必须充分考虑到组装的便捷性，即DFA（Design For Assembly）。说得更通俗些，已安装木门为例，木门的最终安装实际上和组装宜家家具是一样的，但是安装的复杂程度和精度要求要更高，安装时也需要更专业的工具。然而如果按照中国木匠打家具的方法，实地测量尺寸再锯断合适长度的木料，再钉钉子等等，那么瑞士的木门成本会极高。所以就要求在设计之初就要求便于快速组装，而且具有一定的通用性，小型功能零件尽量采用标准件，只是在门板样式和规格上体现个性化差异。

这种产品设计既要保证便于个性化定制生产，也要合理降低制造成本，便于安装维护。所以说，一套体系化的产品设计理念和产品开发平台才是成功实现工业4.0转型最基本的前提。

在中国人眼里，没有利润，没有科技含量的落后的传统制造业，是没有发展前途的。而没有夕阳产业只有夕阳观念，可见先进的智能化制造系统是完全可以弥补人力成本的劣势，而传统制造业向发达工业国回流也确实正在发生。中国的制造企业必须有所作为才能避免在这次工业革命中被淘汰。

制造成本是相对概念，当产品价值足够高时，那么制造成本就可以忽略不计了。通过投资智能制造设备，首先在战略上实现了定制化生产，使得产品本身的价值大幅提高，而全自动制造系统免去了人工成本，并且整个设备占地非常小却可以实现以往一个工厂的全部工序，使得土地成本构成的比重大幅下降。

通常我们认为中国的土地和人力成本很低，因此制造业优势明显。但是一旦发达的工业国纷纷采用柔性智能无人/少人生产系统来实现工业4.0革命，那么未来制造业的利润-成本构成将发生极大的变化：土地，人力，能源等资源相关的因素在生产成本中所构成的比利将大为降低，智能设备的技术折旧以及雇用高端技术和咨询人员的将成为未来主要的成本。所以，如果不增加在知识和技术上的投入，中国制造业将面临毁灭性的打击。

企业看工业4.0往往只看到了相关技术的先进，看到了不足，但是缺乏合理的方法论去实现转型升级。中国企业要转型升级，首先要看懂制造业的发展趋势，在整理出合适自己的新的运营模式，再根据这个模式有所取舍地规划企业转型升级的途径和战略。只要中国的制造企业多一些理性，少一些浮躁，以中国人的聪明才智总可以找到合适自己的转型升级之路。