工業(yè)4.0示范工廠什么樣？雖然國內(nèi)大部分工廠還沒有布局至此，不過可以確定的是，未來產(chǎn)品的生命周期將越來越短，傳統(tǒng)剛性生產(chǎn)線的升級與改造耗時(shí)耗力將不足以滿足生產(chǎn)需求，在虛擬信息空間與現(xiàn)實(shí)物理世界進(jìn)行信息交互的過程中，我們需要一個(gè)可進(jìn)行高速低延時(shí)、高可用、高并發(fā)、抗干擾的工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)。
中國科學(xué)院沈陽自動(dòng)化研究所與德國SAP公司在沈陽舉辦智能制造解決方案戰(zhàn)略合作簽約儀式暨成果發(fā)布會。雙方宣布：面向工業(yè)4.0的智能工廠解決方案正式發(fā)布，基于該解決方案搭建的工業(yè)4.0示范生產(chǎn)線同時(shí)啟用。這是中國第一條以工業(yè)4.0為藍(lán)圖的智能工廠示范生產(chǎn)線。
達(dá)沃斯論壇在2016年初就提出“掌控第四次工業(yè)革命”作為年度主題。第四次工業(yè)革命為“物理信息融合”，當(dāng)前，全球正處在物理世界與信息世界開始融合的初期階段。
對于第四次工業(yè)革命，整個(gè)工業(yè)界和信息產(chǎn)業(yè)界在2015年都有著充分的討論。特別是隨著電商和微信等超級別移動(dòng)應(yīng)用入口在近兩年的崛起，一個(gè)能夠滿足用戶與消費(fèi)者個(gè)性化需求、連接用戶端與生產(chǎn)制造端的新型智能制造鏈條正在形成中。
這樣的智能制造鏈條到底長什么樣？SAP與中科院沈陽自動(dòng)化研究所（簡稱沈自所）花費(fèi)了近一年的時(shí)間，聯(lián)合開發(fā)了首條工業(yè)4.0示范生產(chǎn)線，并在2015年底的世界互聯(lián)網(wǎng)大會上首次向外展示。
從電商與微信入口直連到后端的軟件定義生產(chǎn)線，從本地工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)到跨洋云服務(wù)和大數(shù)據(jù)處理，中國正走在新工業(yè)實(shí)踐的前沿。
一、未來智能制造場景
以個(gè)性化定制汽車模型為示例，由沈自所與SAP中國研究院合作的工業(yè)4.0示范生產(chǎn)線比較完整的展示了未來智能制造的場景。
這條智能制造示范生產(chǎn)線已正式落戶于位于沈陽的中科院沈自所內(nèi)，是一個(gè)８米×８米的模擬生產(chǎn)車間，其中包括了諸多裝置——五臺機(jī)械臂、兩臺自動(dòng)導(dǎo)引車、100臺WIA-FA工業(yè)無線設(shè)備等。
普通消費(fèi)者可以通過基于SAP電子商務(wù)套件Hybris搭建的電商網(wǎng)站、手機(jī)用戶端界面或直接在微信公眾號下訂單，可根據(jù)自己的喜愛選擇不同的車型和車體顏色。
訂單生成后，相關(guān)信息即傳送到模擬車模制造企業(yè)的ERP系統(tǒng)中。ERP系統(tǒng)會根據(jù)當(dāng)前訂單的情況，相應(yīng)完成準(zhǔn)備生產(chǎn)物料、生產(chǎn)計(jì)劃和編制生產(chǎn)成本等工作。
當(dāng)ERP系統(tǒng)完成生產(chǎn)計(jì)劃后，會將相應(yīng)的工單傳送到工廠的MES生產(chǎn)制造執(zhí)行系統(tǒng)，通過MES下達(dá)給工廠生產(chǎn)線上。
MES自動(dòng)選擇優(yōu)先級最高的工單，而工廠生產(chǎn)線接收到生產(chǎn)工單信息后，將發(fā)送一個(gè)產(chǎn)品托盤并裝備上RFID電子標(biāo)簽。所有與該產(chǎn)品相關(guān)的信息都記錄在這個(gè)唯一RFID電子標(biāo)簽里，每一道工序的生產(chǎn)工作站都與RFID標(biāo)簽進(jìn)行信息交互。
整個(gè)示范生產(chǎn)線一共有7個(gè)工序、涉及6個(gè)生產(chǎn)工作站，另外還有2個(gè)移動(dòng)備用生產(chǎn)工作站。生產(chǎn)線在達(dá)到產(chǎn)能飽含的時(shí)候，能自動(dòng)調(diào)用移動(dòng)備用生產(chǎn)工作站進(jìn)入生產(chǎn)體系，而當(dāng)產(chǎn)能空閑的時(shí)候又將把備用生產(chǎn)工作站移出生產(chǎn)體系，以達(dá)到節(jié)能減排的效果。
消費(fèi)者可以在網(wǎng)站、移動(dòng)端和微信端遠(yuǎn)程觀看整個(gè)的生產(chǎn)過程，工廠的管理人員和工程師也可以在MT5000便攜式手持終端上觀察整個(gè)生產(chǎn)線的工作狀態(tài)和訂單運(yùn)行情況，相關(guān)數(shù)據(jù)也實(shí)時(shí)提供給上下游供應(yīng)鏈以保證生產(chǎn)物料供應(yīng)。
如果設(shè)備出現(xiàn)故障，維修人員用MT5000便攜式手持終端掃描每個(gè)生產(chǎn)設(shè)備的二維碼，直接彈出3D維修指導(dǎo)；通過智能眼鏡連接上Skype，能與遠(yuǎn)程的技術(shù)專家一起會診。
二、三大關(guān)鍵性技術(shù)
這條工業(yè)4.0示范生產(chǎn)線都示范了哪些關(guān)鍵性技術(shù)？SAP中國研究院院長李瑞成表示，該示范生產(chǎn)線實(shí)現(xiàn)了工業(yè)4.0的基本理念，包括個(gè)性化訂單、柔性化生產(chǎn)、三大集成、工業(yè)云與大數(shù)據(jù)等等，尤其是生產(chǎn)線所集成的云服務(wù)其實(shí)位于新加坡，真正體現(xiàn)了全球一體化的智能制造。
沈自所工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)與系統(tǒng)研究室主任曾鵬表示，整條示范生產(chǎn)線中最大的特色為軟件定義生產(chǎn)，即所謂柔性化生產(chǎn)。
現(xiàn)在的離散制造業(yè)，出現(xiàn)越來越多的個(gè)性化的用戶需求。這種個(gè)性化配置的需求，對于后端的生產(chǎn)制造環(huán)節(jié)，帶來了極大的挑戰(zhàn)。傳統(tǒng)的剛性生產(chǎn)，生產(chǎn)線一旦安裝好了之后就難以變動(dòng)。
此外，現(xiàn)在很多產(chǎn)品的生命周期越來越短，傳統(tǒng)剛性生產(chǎn)線的升級與改造耗時(shí)耗力，生產(chǎn)線更新的速度遠(yuǎn)落后于產(chǎn)品更新的速度。
為了解決這個(gè)問題，SAP與沈自所一起，首先對于傳統(tǒng)工廠的信息化系統(tǒng)進(jìn)行了信息和數(shù)據(jù)的縱向集成。
把從上往下的ERP資源管理系統(tǒng)、MES制造執(zhí)行系統(tǒng)、PLC生產(chǎn)控制系統(tǒng)（包括工業(yè)機(jī)器人等）以及HANA大數(shù)據(jù)處理平臺進(jìn)行了分層處理，每一層之間實(shí)現(xiàn)了更好的數(shù)據(jù)與信息交互，提高了整個(gè)工廠各個(gè)層面的信息傳遞效率。
其次，從產(chǎn)品下訂單、生產(chǎn)規(guī)劃再到物料準(zhǔn)備、生產(chǎn)線調(diào)整，把整個(gè)過程映射到虛擬的信息空間中，在虛擬信息空間里重構(gòu)了用戶端到生產(chǎn)端的制造全過程。
生產(chǎn)線上的PLC可編程設(shè)備、傳感器、控制器或工業(yè)機(jī)器人等被抽象成信息空間里的虛擬模型，虛擬模型與物理設(shè)備之間進(jìn)行信息交互與聯(lián)動(dòng)。
這樣，原來需要人工配置的生產(chǎn)線調(diào)整就通過虛擬信息空間進(jìn)行快速系統(tǒng)重構(gòu)，然后自動(dòng)化配置參數(shù)到物理設(shè)備中，大幅縮短了生產(chǎn)線的變化周期。
在虛擬信息空間與現(xiàn)實(shí)物理世界進(jìn)行信息交互的過程中，需要一個(gè)可進(jìn)行高速低延時(shí)、高可用、高并發(fā)、抗干擾的工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)。
沈自所牽頭研究制定的工業(yè)無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)規(guī)范WIA-FA是目前世界上唯一面向工廠高速自動(dòng)控制應(yīng)用的IEC（國際電工組織）無線技術(shù)國際標(biāo)準(zhǔn)。沈自所基于WIF-FA實(shí)現(xiàn)了對示范生產(chǎn)線信息和數(shù)據(jù)的高速無線采集，保持10毫秒以內(nèi)延時(shí)，優(yōu)于國外公司同類產(chǎn)品。
第三，生產(chǎn)設(shè)備的數(shù)據(jù)被實(shí)時(shí)傳送到位于新加坡的SAP HANA云服務(wù)中心，通過當(dāng)?shù)氐拇髷?shù)據(jù)處理對設(shè)備進(jìn)行故障診斷和實(shí)時(shí)預(yù)測。
基于對生產(chǎn)線上的數(shù)據(jù)監(jiān)測以及在云服務(wù)平臺上建立各種算法，可預(yù)測設(shè)備的故障時(shí)間、故障位置以及故障類型，大幅減少生產(chǎn)線的停機(jī)時(shí)間，同時(shí)延長了設(shè)備的使用生命周期。
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