位于美國伊利諾伊州 霍夫曼的通快智能工廠

工業4.0。這個詞在大眾媒體、會議、展會上隨處可見。大家早已對第四次工業革命、甚至“制造業已進入一個新時代”的說法耳熟能詳。聽起來宏大絢麗，但這一切究竟代表著什么呢？

首先，想象有這樣一家鈑金廠房——規模不大，有幾十名員工。乍看上去運行尋常，每輛負責廠房運送工作的推車上都有一個小型定標器，看起來正與廠房中的軟件連接著。頭頂的一個大型監視器正在顯示車間地圖，標注著各項作業的確切位置。

然后你會看到辦公室，里面的人正在研究客戶上傳到網絡報價系統的3D模型。其實大多數人都在看的，是幾個需要特別關注的例外訂單，常規訂單會直接流向排期和排料系統，幾乎不需要人工干預。

在廠房、辦公室里多花點兒時間，你會有更深刻的意識：人們用工業4.0解決方案管理整個流程——從報價到交貨這一整個常規流程工作，盡可能可靠、高效地處理每個單獨流程工序背后的詳細操作（報價、切削、折彎等）。這會帶來深遠的影響，并最終將重塑整個鈑金制造業！

當然，工業4.0不是一下子就能實現的。幾乎沒有一家制造商會同時對所有的智能工廠項目進行投資。每家公司，包括那些資源有限的小公司，都是一步一個腳印地摸索前進。

OEE和機器利用率

許多工廠都會收集數據，用于計算總體設備效率（OEE）以及機器利用率，這通常是一家工廠邁向工業4.0的第一步。對舊設備也是可行的，只要一個在線可用的簡單電流表就能評估設備狀態。用軟件來分析這些數據，使操作透明。通過智能手機和其他移動設備，工廠經理可以從世界任何地方訪問這些信息，甚至可以接收、推送某些特定、可定義的通知。

制造執行系統

通常，諸如機器操作這樣的直接工序只會占鈑金工廠總工作量的20%左右，剩下的80%都會涉及到間接工序，比如報價、編程、零部件運輸和產能管理。通常造成制造瓶頸的，就是這些間接工序而不是機器本身。在這方面，工業4.0有望產生立竿見影的積極影響。制造執行系統（MES）按照正確的優先級和數量安排，將訂單和工藝流程直接導入機器控制，大大減少了操作員需要執行的間接工序，比如確認訂單。使操作員有機會變身流程經理：從MES派發一筆訂單到設備，之后只需要管理所有間接流程工序就可以了。

在加工之間

幾十年來，鈑金工廠一直需要面對一個內部流程瓶頸，就是不知道某些具體訂單材料在工廠的什么地方，需要員工花大量時間尋找它們。小工廠的操作員可能會自行搜索，有時甚至讓機器閑置，去找尋需要的材料。某些情況下，單處理材料一項，操作員可能就要花費一半的工作時間。

現在，請想象有一個室內跟蹤系統，配有位置感應裝置，能追蹤到每項工序的位置。更妙的是，想象一下這些操作是由自動導向車（AGV）從一臺機移動到另一臺，從一個部門移動到另一個部門的。

這套完整的集成——從MES驅動生產數據到車間自動化生產和運輸部件，再到操作員監控端到端流程，便是工業4.0的完整一幕。這一幕還包括了訂單監控和采購流程的自動化成本計算；規劃并優化整個生產流程；優化物流和庫存管理。其可能性和潛在優勢幾乎無止境。

有力的維護

工業4.0使得預判維護比以往任何時候都更加有效，延長了平均故障的間隔時間，減少了平均修復時間。所采用的一些新型機器，裝備了各類傳感器，可以控制、監控并分析自身狀況，并在生產運行不佳時發送信息通知工作人員。

這些機器將狀態數據傳送到應用了人工智能（AI）的大型數據庫，人工智能將當前數據與其他已知情況進行比較，幾乎可以識別每個機器狀態，例如“在接下來的100個小時內必須更換過濾器123號”。

傳感器檢測到零部件磨損后會怎么處理呢？智能軟件可以在后臺完全自主地管理備件庫存，用一個算法計算實際磨損，預判未來的加工需求，然后自動訂購備件。技術人員在部件準時到達后安裝好，作為定期維護的一部分——沒有計劃外停機，沒有意外。

維護和修理也將進化。通過佩戴智能眼鏡等新的通信技術，機器操作員可以通過語音和視覺技術，與機器制造商的技術專家聯系。專家可以看到操作員所看到的一切，可以發送指令，并使用增強現實技術，直接在操作員眼鏡的實時視圖中對一個物體進行標記和解釋。

網絡工廠

鈑金工廠的銷售和分銷渠道也在不斷進化。以網絡工廠為例，可以在這家工廠與本地、本區域、本國甚至國際客戶之間，幾乎同時進行文件和數據交換。所有這些數據都直接與本地MES系統連接。MES系統可以優化生產流程，使工廠在數據驅動下做出決策，并致力于可能實現的目標。

通過在線網絡界面，客戶可以在線登錄并實時查看工作訂單的生產狀態，能夠看到已完成的流程步驟，以及完成訂單還需多少剩余步驟。

工業4.0將為小企業提供新的服務和產品營銷方式，幫助企業向客戶發送實時反饋，比如當前的生產狀態，任何潛在的延遲可能以及新的工藝流程安排。所有這些都是由軟件管理的，有點兒類似那種實時更新的服務，會更新最新的包裝、交貨位置以及生產流程鏈中的潛在延誤情況。所有這些都將通過先進的算法和相互連接的系統和機器自動執行。

云計算和安全

為了實現最大產量及生產效率，鈑金車間將授權基于云的服務器收集并存儲一些數據。想一想基于云的編程服務的潛力吧——零部件可以在幾秒鐘內上傳完畢。由于極其強大的基于云的計算平臺，鈑金車間可以收到某臺特定機器的正確運行程序。這將形成巨大的優勢，使程序員不必非得在工廠中待命。

雖然所有這些益處都很大，對小工廠尤為有益，但是這些或大或小的工藝流程也需要考慮IT安全性。制造商們共享的數據，通常是他們公司的精髓——“皇冠上的寶石”，需要本地托管的可信的集成合作伙伴。鈑金車間、機床制造商和第三方數據公司之間必須達成信任合作。

人工智能的影響

比較一下兩種廚師，“人工智能廚師”和“人類廚師”。人類廚師根據自己的知識，用美味的食材烹調食物。人工智能廚師則會嘗試各種不同食材的可能組合，只提供味道極好的食物。

人工智能獨立執行任務，并在人類無法觀察到的數據中找到相關性，尤其是復雜工況。人工智能能確保復雜自動化系統的快速、可靠運行，比如自動激光切割系統會分析如何以最快、最可靠的方式切割、移走零部件。

人工智能還會診斷異常復雜的問題，比人類單獨完成工作效率高得多。每當人工智能檢測到運行條件中的異常時，就會從知識庫中找出最佳的解決方案。知識庫則會隨著每次診斷的進行而擴大。

制造機器

工業4.0離不開軟件和IT基礎設施。然而，制造機器本身仍然是鈑金行業的基礎。

考慮到供給緊張的勞動力市場，即使小型鈑金工廠也發現自己別無選擇，只能選擇自動化。今天，大大小小的工廠都面臨著比以往多得多的自動化選擇：具有可靠上/下料功能的切削機床，配備了機器人的自動折彎機，高效的激光焊接機，替代了叉車的自動導航車（AGV）……所有這些都可以連到一個存儲系統上，所有這些都能通過MES系統進行控制和優化。總而言之，它實現了真正自主的制造能力。為了駕馭它，鈑金制造商們需要將軟件、硬件和服務完美結合起來。

不僅僅是個“時髦詞”

許多人以為“工業4.0”只是個時髦詞，與車間或我們的日常生活沒有真正的關聯。其實，我們每天都能看到工業4.0元素。如果你有一部智能手機，你就很有可能使用過與人工智能或工業4.0其他領域相關的應用程序。但我們很少從整體上考慮工業4.0的影響，以及它是如何重塑我們的已知業務的。

工業4.0是一個里程碑，代表用實際的機器數據幫助員工指導生產。其終極狀態就是，人工智能和機器學習生成的算法采用機器數據做決策，優化生產價值流——所有這些都自己做，

從而使創新周期更短，生產批量更小，產品變化更多，交貨時間更短。

當工廠被連接起來后，他們就能快速訪問信息并采取行動。從這個意義上說，工業4.0使工業民主化了。例如，連接到云端后，即使微型工廠也不需要為了使用強大的人工智能而投資大量的IT基礎設施了，不管是想做預判維護、報價、訂單處理，還是其他的什么。

展望未來，北美鈑金工廠將呈現出無人工廠的形態。但是仍要再強調一次的是，能夠充分利用工業4.0潛力的企業依然很少。他們正在一步一步地探索中。邁出第一步是最關鍵的。