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基于“工业4.0”背景下的高校数字化工厂实践平台建设研究作者：郝静张凯来源：《价值工程》2016年第30期摘要：基于“工业4.0”背景下的高校数字化工厂实践平台以建设数字化产品数据、智能化管理软件、可视化生产过程、自动化生产设备，即“四化融合”为核心，以为学生、企业、社会“三服务”为宗旨，以培养学生的工程设计能力、工程实践能力、生产管理能力、信息化应用能力、智能制造能力为重点，为全校各相关专业提供集机械、电子、信息、系统和管理为一体的具有现代工程背景的教学环境和平台。
通过平台的实践项目训练，培养学生具有多学科的综合知识和技能，为智能制造提供人才支撑。
Abstract： Digital Factory is built with the core of "four modernizations integration" which are digital product data， intelligent management software， visualization of the production process and automated production equipment. It provides mechanical， electronics， information， systems and management as one of the modern teaching environment and platform engineering background to the relevant professional of the school. It can train students' engineering design capabilities， the ability to practice engineering， production management ability， information technology application ability and intelligent manufacturing capacity by giving service to students， enterprises and society. Through the platform of practice project training， the students have the multi-disciplinary comprehensive knowledge and skills， to provide talent support for intelligent manufacturing.关键词：工业4.0；数字化工厂；实践平台Key words： industry 4.0；digital factory；practice platform中图分类号：G719.21 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2016）30-0115-030 引言新一轮工业革命大潮中，各国纷纷把发展先进制造业上升为国家战略，德国推出“工业4.0”，美国提出“再工业化”，都在努力争夺全球制造业的领先地位[1]。
一文解读工业4.0数字化工厂的发展
关注和熟悉工业4.0技术的人们，包括我在内，一直有一个挥之不去的疑惑。
在2014年的德国工业4.0最终工作报告中，开宗明义便谈到了工业4.0的技术路线是从“集中式控制”转向“分布式控制”。
然而，从2015年开始在国内流行和被宣传的数字化工厂案例中，却很少看到这方面的体现，以至于让不少人对工业4.0的技术路线产生了怀疑。
在目前的这些案例中，毫无例外，展示出来的技术核心都是把MES作为数字化工厂的骨干系统，来支持流水生产线的集中式控制与调度概念。
如果要谈到创新点，往往是向上实现了ERP与MES的连接，以及MES向下与设备PLC的打通，可以自动导入生产定单，可以在现场采集数据并进行分析，进行设备故障的预测、产品质量的检测或是设备能源的分析。
这些创新点对应的业务基本上属于设备科、质检科或动力科的职责，它们在企业的生产组织和流程中都处于辅助的地位。
虽然这些创新点对降低生产成本和提高产品质量有价值，但是对于生产效率的直接贡献却比较有限。
还有的数字化工厂，通过在产品或工装上安装传感器，对每一件产品的生产过程进行跟踪，在一条生产线上实现“单件流”的按单生产。
实际上，这种按订单配置进行混线生产的方式，在上个世纪末的汽车行业里早已是常识。
工业4.0：数字化工厂和智能制造的未来发展方向引言工业4.0是指信息技术与传统制造业深度融合，通过数字化、全球化和智能化的方式，实现制造业的转型和升级。
随着科技的迅猛发展，工业4.0正在成为全球制造业发展的重要趋势。
在这个数字化时代，数字化工厂和智能制造将成为制造业的未来发展方向。
本文将探讨数字化工厂和智能制造的概念和特点，并分析其未来发展的方向。
数字化工厂的概念和特点数字化工厂的定义数字化工厂是利用先进的信息和通信技术，通过集成、共享和分析工厂内外的数据，实现生产过程的可视化、智能化和灵活化的工厂。
通过数字化技术的应用，可以实现制造过程的全面优化和高效管理。
数字化工厂的特点1.数据集成与共享：数字化工厂通过整合工厂内外的数据，实现不同部门之间的信息共享和协同工作。
包括生产数据、设备数据、供应链数据等，通过数据的集成和共享，可以实现全面的生产监控和决策支持。
2.实时监控与控制：数字化工厂通过传感器和物联网技术，实现对生产过程的实时监控和控制。
通过实时数据的采集和分析，可以及时发现问题并采取相应的措施，从而提高生产效率和质量。
3.自主优化与智能决策：数字化工厂通过人工智能和机器学习技术，实现对生产过程的自主优化和智能决策。
通过对大数据的分析和挖掘，可以自动调整生产参数和工艺流程，以实现最佳的生产效果和资源利用率。
4.灵活生产与智能制造：数字化工厂通过柔性化的生产设备和智能化的生产系统，实现按需生产和个性化定制。
通过数字化工艺和虚拟制造技术，可以快速调整产品设计和生产过程，并实现高度灵活的生产布局和调度。
智能制造的概念和特点智能制造的定义智能制造是指利用物联网、大数据、人工智能等先进技术，通过对制造过程的全面监控和分析，实现生产过程的自主优化和智能决策，提高生产效率和质量，并实现个性化定制和灵活生产。
智能制造的特点1.智能化生产设备：智能制造倡导采用智能化的生产设备和机器人，通过自动化和智能化技术，实现生产过程的高效和精确。
工业4.0：智能制造与数字化工厂的未来引言工业4.0是一个非常热门的话题，它代表了制造业的未来发展方向。
随着科技的不断进步和数字化的普及，工业4.0正逐步改变着我们的工业制造方式。
智能制造和数字化工厂成为了工业4.0的重要组成部分。
本文将探讨工业4.0对制造业的影响，以及智能制造和数字化工厂在工业4.0中的角色和前景。
1. 工业4.0的定义与背景1.1 工业4.0的定义工业4.0是指以互联网、云计算和大数据等新兴技术为基础，通过智能化和网络化的方式来实现制造业的数字化转型。
它引入了物联网、人工智能和自动化技术，将生产和服务环节无缝连接，实现更高效、灵活、智能的工业制造方式。
1.2 工业4.0的背景工业4.0的概念最早由德国提出，旨在推动德国制造业的创新和发展。
随着全球经济的快速发展和竞争的加剧，各国都纷纷关注并投入大量资源研究和推动工业4.0的实施。
2. 工业4.0的核心特征工业4.0的核心特征主要包括以下几个方面：2.1 自动化生产工业4.0引入了先进的自动化技术，利用传感器和执行器等设备进行数据采集和监控，通过智能控制系统实现生产过程的自动化管理，从而提高生产效率、降低生产成本。
2.2 灵活生产工业4.0采用模块化的生产方式，通过智能化的设备和系统实现生产流程的灵活调整和快速切换。
生产线可以根据市场需求的变化进行灵活调整，实现个性化定制生产。
2.3 数字化管理工业4.0倡导将生产和管理过程数字化，通过大数据分析和智能决策系统提供实时的生产数据和管理信息，帮助企业精确掌握生产状况，从而做出更准确的决策。
2.4 人机协同工业4.0注重人机协同的合作方式，在生产过程中将人和机器进行有效的整合，通过人机界面和虚拟现实等技术提供更人性化的操作界面，提高工作效率和员工满意度。
3. 智能制造：工业4.0的核心智能制造是工业4.0的核心理念和基础。
它利用物联网、人工智能和大数据等技术，将设备、系统和工作流程进行智能化改造，实现智能的生产和管理。
张小只智能机械工业网
张小只机械知识库建设数字化工厂是奔向工业4.0的第一步
虽然一直被视作德国“工业4.0”的标杆企业，但正在上海参展“2016我国国际工业博览会”的西门子公司仍以务实的态度称自己是一家“正在奔向工业4.0的企业”。
西门子（我国）有限公司执行副总裁、过程工业与驱动集团总经理林斌表示，观察全球企业现状，真实的情况是已局部实现一个企业或几个企业间信息互联、共享与协调生产，整个大环境还没有连接起来，还没有出现真正实现“工业4.0”的企业，西门子本身也正在奔向“工业4.0”。
西门子（我国）有限公司执行副总裁、数字化工厂集团总经理王海滨认为，”工业4.0”的重要特征是自动化不仅发生在制造车间现场，也要发生在企业的研发流程、供应链管理流程、质量管控流程以及订单排序流程等。
流程和流程之间完全打通，实现整个企业从研发、机器设备到物流管理、质量管控、生产排序的全流程自动化。
同时，成千上万的企业之间，实现在一个产业链上互联互通，实现数据的云端共享。
“推进数字化企业落地，引领数字化企业进程，是西门子当前对接‘我国制造2025’的务实选择。
”西门子管理层强调。
在本届“我国工博会”上，西门子全面展示了其在工厂和产品的全生命周期内优化生产系统与工艺流程所提供的集成应用，参观者可身临其境感受其奔向“工业4．0”进程中生产力的跨越式增长。
现场个性化定制私人印章等数字化生产为其全球首发，引发了众多参观者兴趣。
据介绍，作为德国“工业4.0”与“我国制造2025”战略对接的具体举措，西门子近几个月来分别与宝钢、中船重工、我国电子、航天科工等我国企业建立合作伙伴关系，在钢铁、船舶制造、电子和航空航天领域实现强强联手，布局数字化生产和智能制造。
工业4.0：开启数字化工厂的新时代- 幻象-数字化工厂的幻象是惊人的。
当信息技术注入到工作中，工厂可以自己操作机器，那么智能化的工厂让人类何以自居？伴随着旧事物的消亡，新事物由此产生。
通常，人们把这种现象叫做幻象，继而策略和目的才随之出现。
从幻象到理念，从开发和设计，从机器到机器，无一例外都会存在一条数字信息链。
为了生产零件，3D打印技术这样一个完全新兴的领域由此产生。
每个人都在谈论数字化，数字化的工厂模型应运而生。
一切，所有的一切都随之产生了改变。
就连团队之间合作的层次和形式都焕然一新。
我们或许会产生这样的思考：机器人在数字化工厂中到底扮演着怎样的角色？“工业4.0”这样一个标语会像曾经的CIM（计算机集成制造）或者MIS（管理信息系统）那样昙花一现么？不会的。
因为工业4.0是以芯片和机器人为基础的。
30年来，它们都以惊人的速度在发展。
根据摩尔定律，芯片的性能将越来越卓越，数字传感器会更加智能，而数据交换的网速也会不断提高。
如今，芯片和机器人生产力的提高就像工业化时代的蒸汽机一样。
机器人在机能上比人类强大，因为他们并不需要“休息”。
并且，他们拥有大量的数据储备，甚至可能是知识储备，能够让他们去仔细挑选出正确的答案。
然而，他们缺乏创造力，他们不可能去创造新鲜事物。
数字革命也被迫带来了新的联盟。
联盟中的一方为掌握和处理巨大的数据量提供技术支持，另一方制造软件和计算机，还有一些成员生产传感器、电缆、配电盘或者机器。
在数字化制造中，在工业4.0中，在智能化工厂中或在综合性工厂中，产品、集装箱和机器都是实时相连的。
在工业4.0计划中未提及的人类也位列其中么？这就是互联网机器厂房的一切。
在这里，所有的事物都紧密地联系在一起：机器、运输设备以及服务设备，最终，人类也是包含在内的（如设计师、运输工作、机电工人）。
这为我们带来了振奋人心的前景。
“我们向未来迈出了完全崭新的一步。
网络化的生产将持续改变我们对于工业的理解力，这在以前是从来没有过的”。
数字工厂解决方案随着工业4.0浪潮的到来，数字化工厂的概念越来越受到重视。
数字工厂解决方案是一种能够为企业提供一站式数字化化工厂转型服务的解决方案，涵盖了从生产管理、设备监控到数据分析等各个环节。
接下来，我们将对数字工厂解决方案的步骤进行详细阐述。
第一步：需求分析。
首先，我们需要了解企业所需的数字工厂解决方案种类。
比如，企业是否需要完整的一套数字化工厂解决方案，或者只需要局部解决方案来提高企业的生产效率等。
第二步：制定数字工厂方案。
制定数字工厂方案是一个不断优化和迭代的过程。
一些必要的方案要素包括生产计划、设备状态监测、设备调度、数据收集以及生产效率等。
第三步：测试数字化工厂方案。
在制定好数字化工厂方案后，需要进行测试，以保证其能够顺利运行。
同时，要在测试过程中不断地收集生产数据，以便于后续对数字化工厂方案进行优化。
第四步：对数字工厂方案进行优化。
在数字化工厂方案实施后，企业还需要对其进行持续优化。
企业可以根据产线生产状况、设备状态、生产计划等对方案进行优化，以进一步提高效率。
总结起来，数字工厂解决方案是数字化工厂转型的关键，能够帮助企业实现数字化和智能化生产。
企业需要按照需求分析、方案制定、测试方案、优化方案的步骤来推进数字化工厂方案。
生产数据的不断收集和分析，也是数字化工厂方案持续优化的重要手段。
在未来，随着数字化工厂技术的进一步发展，数字工厂解决方案也将会越来越完善，为企业带来更高的生产效率和盈利能力。
制造业对于一个国家的重要性毋庸置疑，各国政府均推出了振兴制造业政策。
中国制定“十二五”规划提升国家工业基础水平，发展新兴产业，加强“两化融合”，最近我国政府相关部门又在编制《中国制造2025》规划，而美国也提出“制造业复兴”计划。
“工业4.0”是由德国联邦教研部与联邦经济技术部在2013年汉诺威工业博览会上提出的概念。
它描绘了制造业的未来愿景，提出继以蒸汽机的应用、规模化生产和电子信息技术为标志的三次工业革命后，人类将迎来以信息物理融合系统(CPS)为基础，以生产高度数字化、网络化、机器自组织为标志的第四次工业革命。
西门子工业领域驱动技术集团CEO Ralf-Michael Franke在接受本刊记者采访时，描绘了制造业的未来、“工业4.0”时代愿景及西门子的努力。
工业4.0在西门子CEI: 西门子对“工业4.0”的解读是什么?Ralf-Michael Franke：:在西门子看来，“工业4.0”有三个要素：第一是跨企业的生产网络融合。
MES将会起更加重要的作用，自动化层和MES之间的对接会变得更加重要，且更加的无缝化，还能跨企业来实现柔性的生产。
所有的信息都要实时可用，供生产网络化环节使用。
第二是虚拟与现实的结合。
也就是产品设计以及工程当中的数字化世界和现实世界的融合，这就使我们能够满足生产效率越来越高、产品上市周期越来越短、产品日趋多样性等带来的挑战。
第三是信息物理融合系统(CPS)。
未来的智能工厂中，产品信息都被输入到产品零部件本身，他们会根据自身生产需求，直接与生产系统和设备沟通，发出接下来所需生产过程的指令，指挥设备把自己生产出来。
这种自主生产模式能够满足每位用户的“定制”需求。
我们将基于强大的制造运行管理系统(MOM)来实现灵活的价值链管理。
客户可以通过电子数据互换(EDI)的方式来管理供应商，在库存达到限值时ERP系统会通知供应商补货，这其中没有任何人为的干预。
产品数字化不仅局限于商品本身，商品中非常复杂的部件也可以实现数字化。
汽车工业是机器人应用最广泛的领域，汽车制造的高度自动化使得机器人越来越多地出现在工厂里。
然而这还不够，互联时代对工业制造提出了更高的要求，自动化工厂进一步升级，增添了互联的概念：把工厂的机器以及人连接到网络中去，机器与机器之间、人与机器之间实现对话。
依托信息物理系统(CPS)和信息通信技术的结合，工厂将引入大数据技术进行分析优化管理，在计算机虚拟环境中，对整个生产过程进行仿真、评估和优化，最终将实现自动化、智能化、互联化的生产制造。
在德国人的概念中，能实现这种制造方式的工厂被称为智能工厂。
工业4.0战略的展开方向之一就是智能工厂。
在这场新的变革中，汽车制造商、零部件供应商、软件提供商等站在各自需求角度对智能工厂都有着各自的解读，也因而带来了不同层面的实践，以及不同形态的智能制造解决方案。
广泛应用于汽车行业的自动化、数字化、智能化车间，已经成为汽车智能制造的重要载体。
在这里，可以看到的工人越来越少，取而代之的是一只只效率和精准度更高的智能化机器手，越来越多的关键工序已经由机器人代替工人。
近年来更是出现了“无人化”车间，弧焊、点焊、装配、搬运、喷漆、检测、码垛、研磨抛光和激光加工等复杂作业全部交由工业机器人来做一条传送带，上百台不同类型的机器人分工明确、林立两边，只需短短的1分钟，一辆完整的汽车就在机器人的“手忙脚乱”中“诞生”了。
在我国，工业机器人最初主要用于汽车及工程机械的喷涂及焊接。
随着汽车需求的不断增长，工业机器人已经广泛参与到汽车生产的四大工艺以及汽车关键零部件的生产。
在汽车车身生产中，有大量压铸、焊接、检测等应用，这些目前均由工业机器人参与完成，特别是焊接线上的焊接机器人在汽车制造业中发挥着不可替代的作用。
焊接机器人是在工业机器人基础上发展起来的先进焊接设备，是从事焊接（包括切割与喷涂）的工业机器人，主要用于工业自动化领域，其广泛应用于汽车及其零部件制造、摩托车、工程机械等行业，在汽车生产的冲压、焊装、涂装、总装四大生产工艺过程都有广泛应用，其中应用最多的以弧焊、点焊为主。
与人工相比，使用机器人焊接具有质量稳定、效率大增、更加安全等三大优势。
在汽车内饰件生产中，则需要表皮弱化机器人、发泡机器人、最后的产品切割机器人。
汽车车身的喷涂由于工作量大，危险性强，通常都会采用工业机器人代替。
近年来，适应现代汽车制造技术柔性化、灵捷化、智能化、信息化的发展趋势，国内汽车制造业在汽车生产中引入了AGV (又名移动机器人）技术，使汽车装配的生产组织、信息管理和物流技术等方面实现了质的飞跃。
在德国博世洪堡工厂的一条液压产品生产线上，所有零件都配备一个独特的射频识别码(RHD)，并能同沿途关卡自动对话，当工件到达某个工位时，显示屏上就会相应提示员工所需处理的具体工作内容，而每一个工位也可以根据员工的个性化设置进行自动调节。
博世在全球超过250家工厂里应用工业4.0的理念和技术，其位于中国苏州的工厂也是其工业4.0试点基地之一，在那里，从基础的无纸化办公到自动备料系统的实施都已经——成为现实。
在未来博世的工厂里，一台平板电脑的视频图像上会给出所显示部件的综合信息和维修指令，工人可以直接通过触摸屏处理这些信息。
而德国蒂森克虏伯集团董事会主席海里希·赫辛根(HeinrichHiesitiger)认为，工业4.0概念的推行是要做很多前期准备工作的。
比如必须要做好IT基础设施的准备，网速要有保障，而且这些新的基础设施还要能整合到现有生产设施当中，才能保证以高效的方法来传递和输送大量信息和数据。
现在，蒂森克虏伯集团希望将2300多个不同地点的IT网络能够通过高速和超宽带宽的基础设施联系起来。
还有一个重要的前提是生产设施的自动化。
2014年11月，蒂森克虏伯发动机系统(常州)有限公司正式开业，这家发动机系统生产基地将为中国生产发动机缸盖罩盖模块总成。
客户通过电子订单系统把需要的钢板信息发送到蒂森克虏伯，这些信息和数据又马上会传送到生产公司，生产时的相关信息和数据又被录入到sap系统当中。
这样，一块钢板在生产过程当中就已经被赋予一个电子编码，包含了完备的产品信息。
在整个生产的过程当中，客户可以实时地知道所有钢板的待产情况，同时也可以更改一些序列，或者是一些生产的要求。
只要在钢板付诸生产之前的8小时告诉蒂森克虏伯，就可以马上做出更改。
目前这一流程已经在德国的一个工厂开始实施了。
工业4.0不是一场突然而至的革命，也不是可以一蹴而就的革新。
宝马集团工业4.0生产专家克里斯蒂安·潘纯 (Christian Patron)博士认为，“在宝马集团，不断改进生产系统是日常工作，工业4.0是符合宝马逻辑的下一步，而绝不是革命性改变”。
宝马工厂在自动化、智能化上的一些尝试，有的已经被列为工业4.0的生产方式。
一个广被提及的事例是，宝马兰茨胡特工厂在汽车保险杠生产中启用非接触式手势识别系统。
这种系统被视为一种智能人机交互的范例。
虚拟手势识别系统由安装在检验工作区域上方的2台3D摄像机、红外传感器等部分组成，系统内保存有保险杠部件的3D实体模型数据，并在检验区域建立起3D空间扫描坐标系。
当工件进人检验区后，检验人员只需几个手势，即可完成检验工作：比如指点偏差所在的部位后，设备即可精确记录下该偏差产生的位置以及偏差数据；而如果零件合格，检验员只需滑动手指，就可以指示系统该零件已经通过检验。
在这套创新系统的支持下，不但能够加速检测过程。
检验精度和零件偏差的定位精度也大幅提升。
同时因无需配备护目镜、麦克风等装备，提升了检验员工作的舒适度及工作效率，而且，系统操作简单易学，大受检验人员的认可和欢迎。
这正印证了宝马集团新任董事长科鲁格(Harald Kmger)的表述——“对宝马而言，工业4.0并不是一味追求自动化，排斥人参与生产的全过程；与之相反，我们认为未来的智能科技将着眼于更高层次的人机交互领域，让科技装备为工作人员提供更好的支持”。
5月22日，奥迪在公司年度股东大会上，通过“Encounter”杂志诠释“智能工厂”的愿景。
在他们的规划中，有朝一日，汽车工厂将拥有与当下截然不同的智能系统、创新技术，以及高效组织构架。
在他们的规划中，装配线已不复存在，井然有序的流水作业也不再适用。
平板运输机器人——所谓的“自动运输系统”（Driverless Transport Systems) “搬运”着各种尚未制造完成的汽车，在这座工厂中你会看到奥迪的所有车型，但却已经找不到两辆完全相同的汽车。
奥迪为这一场景转化为现实设定了时间截点——2030年。
相比宝马等德国车企，日系车企丰田也有自己成熟的制造体系，虽然日本没有提出类似工业4.0的概念，但丰田基于1960年代创造的精益生产的基础所做的扩展。
在某种程度上，与21世纪出炉的工业4.0理念有很多相融合之处。
