重塑钣金制造：工业4.0与小型工厂

 

 

工业4.0。这个词在大众媒体、会议、展会上随处可见。大家早已对第四次工业革命、甚至“制造业已进入一个新时代”的说法耳熟能详。听起来宏大绚丽，但这一切究竟代表着什么呢？

 

首先，想象有这样一家钣金厂房——规模不大，有几十名员工。乍看上去运行寻常，每辆负责厂房运送工作的推车上都有一个小型定标器，看起来正与厂房中的软件连接着。头顶的一个大型监视器正在显示车间地图，标注着各项作业的确切位置。

 

然后你会看到办公室，里面的人正在研究客户上传到网络报价系统的3D模型。其实大多数人都在看的，是几个需要特别关注的例外订单，常规订单会直接流向排期和排料系统，几乎不需要人工干预。

 

在厂房、办公室里多花点儿时间，你会有更深刻的意识：人们用工业4.0解决方案管理整个流程——从报价到交货这一整个常规流程工作，尽可能可靠、高效地处理每个单独流程工序背后的详细操作（报价、切削、折弯等）。这会带来深远的影响，并最终将重塑整个钣金制造业！

 

当然，工业4.0不是一下子就能实现的。几乎没有一家制造商会同时对所有的智能工厂项目进行投资。每家公司，包括那些资源有限的小公司，都是一步一个脚印地摸索前进。

 

OEE和机器利用率

 

许多工厂都会收集数据，用于计算总体设备效率（OEE）以及机器利用率，这通常是一家工厂迈向工业4.0的第一步。对旧设备也是可行的，只要一个在线可用的简单电流表就能评估设备状态。用软件来分析这些数据，使操作透明。通过智能手机和其他移动设备，工厂经理可以从世界任何地方访问这些信息，甚至可以接收、推送某些特定、可定义的通知。

 

制造执行系统

 

通常，诸如机器操作这样的直接工序只会占钣金工厂总工作量的20%左右，剩下的80%都会涉及到间接工序，比如报价、编程、零部件运输和产能管理。通常造成制造瓶颈的，就是这些间接工序而不是机器本身。在这方面，工业4.0有望产生立竿见影的积极影响。制造执行系统（MES）按照正确的优先级和数量安排，将订单和工艺流程直接导入机器控制，大大减少了操作员需要执行的间接工序，比如确认订单。使操作员有机会变身流程经理：从MES派发一笔订单到设备，之后只需要管理所有间接流程工序就可以了。

 

在加工之间

 

几十年来，钣金工厂一直需要面对一个内部流程瓶颈，就是不知道某些具体订单材料在工厂的什么地方，需要员工花大量时间寻找它们。小工厂的操作员可能会自行搜索，有时甚至让机器闲置，去找寻需要的材料。某些情况下，单处理材料一项，操作员可能就要花费一半的工作时间。

 

现在，请想象有一个室内跟踪系统，配有位置感应装置，能追踪到每项工序的位置。更妙的是，想象一下这些操作是由自动导向车（AGV）从一台机移动到另一台，从一个部门移动到另一个部门的。

 

这套完整的集成——从MES驱动生产数据到车间自动化生产和运输部件，再到操作员监控端到端流程，便是工业4.0的完整一幕。这一幕还包括了订单监控和采购流程的自动化成本计算；规划并优化整个生产流程；优化物流和库存管理。其可能性和潜在优势几乎无止境。

 

有力的维护

 

工业4.0使得预判维护比以往任何时候都更加有效，延长了平均故障的间隔时间，减少了平均修复时间。所采用的一些新型机器，装备了各类传感器，可以控制、监控并分析自身状况，并在生产运行不佳时发送信息通知工作人员。

 

这些机器将状态数据传送到应用了人工智能（AI）的大型数据库，人工智能将当前数据与其他已知情况进行比较，几乎可以识别每个机器状态，例如“在接下来的100个小时内必须更换过滤器123号”。

 

传感器检测到零部件磨损后会怎么处理呢？智能软件可以在后台完全自主地管理备件库存，用一个算法计算实际磨损，预判未来的加工需求，然后自动订购备件。技术人员在部件准时到达后安装好，作为定期维护的一部分——没有计划外停机，没有意外。

 

维护和修理也将进化。通过佩戴智能眼镜等新的通信技术，机器操作员可以通过语音和视觉技术，与机器制造商的技术专家联系。专家可以看到操作员所看到的一切，可以发送指令，并使用增强现实技术，直接在操作员眼镜的实时视图中对一个物体进行标记和解释。

 

网络工厂

 

钣金工厂的销售和分销渠道也在不断进化。以网络工厂为例，可以在这家工厂与本地、本区域、本国甚至国际客户之间，几乎同时进行文件和数据交换。所有这些数据都直接与本地MES系统连接。MES系统可以优化生产流程，使工厂在数据驱动下做出决策，并致力于可能实现的目标。

 

通过在线网络界面，客户可以在线登录并实时查看工作订单的生产状态，能够看到已完成的流程步骤，以及完成订单还需多少剩余步骤。

 

工业4.0将为小企业提供新的服务和产品营销方式，帮助企业向客户发送实时反馈，比如当前的生产状态，任何潜在的延迟可能以及新的工艺流程安排。所有这些都是由软件管理的，有点儿类似那种实时更新的服务，会更新最新的包装、交货位置以及生产流程链中的潜在延误情况。所有这些都将通过先进的算法和相互连接的系统和机器自动执行。

 

云计算和安全

 

为了实现最大产量及生产效率，钣金车间将授权基于云的服务器收集并存储一些数据。想一想基于云的编程服务的潜力吧——零部件可以在几秒钟内上传完毕。由于极其强大的基于云的计算平台，钣金车间可以收到某台特定机器的正确运行程序。这将形成巨大的优势，使程序员不必非得在工厂中待命。

 

虽然所有这些益处都很大，对小工厂尤为有益，但是这些或大或小的工艺流程也需要考虑IT安全性。制造商们共享的数据，通常是他们公司的精髓——“皇冠上的宝石”，需要本地托管的可信的集成合作伙伴。钣金车间、机床制造商和第三方数据公司之间必须达成信任合作。

 

人工智能的影响

 

比较一下两种厨师，“人工智能厨师”和“人类厨师”。人类厨师根据自己的知识，用美味的食材烹调食物。人工智能厨师则会尝试各种不同食材的可能组合，只提供味道极好的食物。

 

人工智能独立执行任务，并在人类无法观察到的数据中找到相关性，尤其是复杂工况。人工智能能确保复杂自动化系统的快速、可靠运行，比如自动激光切割系统会分析如何以最快、最可靠的方式切割、移走零部件。

 

人工智能还会诊断异常复杂的问题，比人类单独完成工作效率高得多。每当人工智能检测到运行条件中的异常时，就会从知识库中找出最佳的解决方案。知识库则会随着每次诊断的进行而扩大。

 

制造机器

 

工业4.0离不开软件和IT基础设施。然而，制造机器本身仍然是钣金行业的基础。

 

考虑到供给紧张的劳动力市场，即使小型钣金工厂也发现自己别无选择，只能选择自动化。今天，大大小小的工厂都面临着比以往多得多的自动化选择：具有可靠上/下料功能的切削机床，配备了机器人的自动折弯机，高效的激光焊接机，替代了叉车的自动导航车（AGV）……所有这些都可以连到一个存储系统上，所有这些都能通过MES系统进行控制和优化。总而言之，它实现了真正自主的制造能力。为了驾驭它，钣金制造商们需要将软件、硬件和服务完美结合起来。

 

不仅仅是个“时髦词”

 

许多人以为“工业4.0”只是个时髦词，与车间或我们的日常生活没有真正的关联。其实，我们每天都能看到工业4.0元素。如果你有一部智能手机，你就很有可能使用过与人工智能或工业4.0其他领域相关的应用程序。但我们很少从整体上考虑工业4.0的影响，以及它是如何重塑我们的已知业务的。

 

工业4.0是一个里程碑，代表用实际的机器数据帮助员工指导生产。其终极状态就是，人工智能和机器学习生成的算法采用机器数据做决策，优化生产价值流——所有这些都自己做，

 

从而使创新周期更短，生产批量更小，产品变化更多，交货时间更短。

 

当工厂被连接起来后，他们就能快速访问信息并采取行动。从这个意义上说，工业4.0使工业民主化了。例如，连接到云端后，即使微型工厂也不需要为了使用强大的人工智能而投资大量的IT基础设施了，不管是想做预判维护、报价、订单处理，还是其他的什么。

 

展望未来，北美钣金工厂将呈现出无人工厂的形态。但是仍要再强调一次的是，能够充分利用工业4.0潜力的企业依然很少。他们正在一步一步地探索中。迈出第一步是最关键的。