【智能制造】推进智能制造，他山之石可以攻玉！

2017年12月17日，e-works第二届日本智能工厂考察团圆满结束。从2014年4月起，e-works成功组织了十五届国际智能制造考察，包括七次德国工业4.0考察，五次美国工业物联网与智能制造考察、两次日本智能工厂考察和一次未来工业法国考察，累计访问了80多家制造企业、自动化和工业软件企业，观摩了汉诺威工业展、巴黎航展和日本制造展等相关展会，出席了一系列智能制造领域的专业会议。

200名来自制造企业和智能制造服务商的高管参加了历届考察。考察团通过与国际知名企业高层领导和专家深入交流，参观工厂，走进实验室和展示厅，观摩现场演示和考察团成员之间的深入研讨，获得巨大收获。

诗经有云，他山之石可以攻玉。智能制造是一个长期的系统工程，推进智能制造需要开放的国际视野。本文结合e-works历届国际智能制造考察的所见所闻，归纳总结了8点值得我国制造企业在推进智能制造，实现转型升级过程中借鉴的发展策略与成功经验。

德国制造业绝大多数是家族企业，有很多百年历史的“隐形冠军”。他们业精于勤，在很多细分领域成为全球市场的佼佼者。

无论是被誉为工业4.0标杆的西门子安贝格电子工厂、激光设备领域的全球领导者通快（Trumpf）、气动元件和自动化领军企业费斯托（Festo）、机床巨头德玛吉森精机（DMG MORI）、电气行业隐形冠军菲尼克斯电气（Phoenix Contact）、电控柜行业领导者威图（Rittal），还是真空技术领军企业施迈茨(Schmaiz)、超声波焊接设备制造企业海尔曼（Herrmann）、德国名表制造企业格拉苏蒂原创(Glashutte Original)，都非常专注于自身的领域，在制造工艺、设备精度和产品质量，在信息技术和自动化技术应用，甚至在工业美学方面不断进取，同时也致力于推进机电软一体化，为客户提供整体解决方案。

其中，2017年我们考察的威图与Eplan（全球电气设计软件领军企业），作为一个集团旗下的兄弟公司，共同组建了创新中心，实现了电控柜的数字设计与制造一体化。重卡龙头企业MAN工厂采用AGV作为重卡装配过程的载体，提高了装配线的柔性。德国独特的双轨制职业教育体系和学徒制度，也使企业能够获得拥有专业技能的劳动力资源。

▲格拉苏蒂原创手表

融合现代制造技术和工匠精神

▲MAN工厂采用AGV作为载体

进行车桥和整车装配

日本制造企业非常强调Monozukuri，直译是“造物”，其内涵是要制造出卓越的产品，应当建立优秀的制造系统，不断优化制造工艺；同时，需要先育人，培养掌握专业技能和敬业精神的合格员工，因此，日本企业高度重视员工培训。Monozukuri体现了工匠精神，彰显对制造的热爱，对质量的执着。

FANUC公司将产品质量和可靠性作为企业的立业之本，e-works考察团两次参观FANUC总部，其两万多平米的可靠性试验大楼和高度的自动化给考察团成员带来极大的震撼。丰田汽车无疑已成精益生产的全球典范，而三菱电机、富士通、日产等企业也都非常强调精工制造，持续改善。作为日本最大的IT产品制造企业，富士通特别重视信息技术、自动化技术和物联网技术在制造过程中的应用。在富士通位于日本岛根县出云市的便携电脑工厂，车间物流人员将RFID读写器戴在手上，根据物流小车的屏幕指引进行拣货确认，显著提高了根据订单进行配货的效率。

▲富士通工厂推进自动化和信息化的方案

虽然很多美国制造企业较早实现了全球化，广泛推进制造外包，但是，美国制造企业在产品的数字化设计与制造和物联网应用方面引领全球，并持续推进工厂自动化和智能化；同时，仍然有众多优秀的制造企业坚持本土制造。

例如，罗克韦尔位于美国克利夫兰的电子工厂非常强调IT与OT的融合，应用了罗克韦尔的MES系统；哈雷.戴维森在位于密尔沃基的摩托车发动机工厂建立了很多智能制造单元，能够同时生产多种系列的数十种变形产品；约翰迪尔在全球农机行业并不景气的大环境下，持续投资进行工厂智能化改造，在位于莫林市的约翰迪尔播种机工厂，传动部件采用全自动组装，并结合产品的模块化设计，根据客户订单进行总装。

2017年11月，我们还考察了一家非常专业的美国IT设备制造企业Stratus，该公司专门制造高性能容错服务器，即使其中一个服务器掉电也不会对业务运行产生任何影响。该公司成立于1980年，30多年来一直专注于高可靠的容错服务器研发与制造，其产品支撑着全球金融、证券、制造业等需要高可靠性的关键业务。

▲哈雷摩托2017年发布的

密尔沃基八号发动机(图片来源于网络）

2017年6月，e-works考察团首次走进法国。e-works考察团参观了施耐德电气诺曼底工厂，该工厂生产接触器，从绕线圈、装配到包装，实现了全自动化。

考察团还参观了标致雪铁龙集团（PSA）的米卢斯工厂，这家有半个世纪历史的工厂正在进行卓越工厂改造，旨在进一步提高生产效率和质量，降低生产成本，加强数字化技术的应用，已取得显著成效，可以进行七种车型的混流生产。总装车间建立了巨大的零部件配料中心(Kitting Area)，通过AGV将每个不同车型所需装配的物料直接配送到线边，消除了线边库；还采用了全摩擦轮的悬挂式输送链，显著降低了噪音；通过采用非接触式测量和三维重建技术对白车身进行检测，极大地提高了检测效率。

▲PSA集团米卢斯工厂装配车间的配料中心（图片来源于网络）

▲PSA集团米卢斯工厂采用非接触式测量技术极大提高白车身检测效率（图片来源于网络）

日本制造业巨头非常注重前瞻性的技术研究和新一代产品的开发。例如，三菱电机北美研究院研发了从嘈杂的语音中将某个人的语音进行分离的多声道分离技术，以及将五轴加工中心与增材制造相结合从而提高零件强度的技术。

富士通公司有十个研究所，他们认为前沿研发没有失败，即使产品开发不成功，但积累的技术仍然是宝贵的资产。富士通研究所创新技术展览馆所展示的技术，包括了软件代码地图、生物技术、新能源、语音识别等诸多方面，可谓包罗万象，五彩缤纷，让人目不暇接，其中掌静脉技术识别技术已经商用。

▲富士通研发的手掌静脉识别技术

（来源：富士通官网）

德国Fraunhofer有60多个研究所，是全球产学研合作的典范，每个研究所与当地的高校都有紧密合作。在2016年的汉诺威工业展上，我看到一个Fraunhofer研究所研发了将零件的显微图像用于零件的识别和追溯的技术。

最近去日本NEC的参观，看到NEC也研发了这一技术，无需对产品进行任何标识，通过对电路板的侧边进行拍照，就可以建立“指纹”，通过视觉识别显微图像进行准确追溯。该技术还可以用于在超市自动识别包装盒中农产品的数量。

德国通快集团不满足于成为全球工业激光器和激光加工设备的领导者，还进军金属增材制造领域；德玛吉.森精机公司则推出了全球第一台混合制造加工中心LaserTec 65。

FANUC公司最早从事数控系统研发，他们将相关控制技术进行延伸，成功地发展了机器人产业，以及小型加工中心、全电动注塑机和电火花加工设备，成为日本盈利能力最强的企业之一。德国EOS公司成立于1989年，一直专注于增材制造技术的工业应用，潜心研究金属增材制造技术，成为业界公认的金属增材制造领导厂商，其产品在GE、西门子的增材制造工厂中得到广泛应用，获得了航空业的国际认证。

2016年11月，李培根院士作为团长访问美国，带领我们考察了美国数字制造与设计创新研究中心（DMDII），该中心致力于通过政府、高校和企业共同协作，跨越从原始技术研究到产业化之间的鸿沟，重点解决技术成熟度3-6的问题，真正实现科技成果产业化，受到广泛关注。

▲美国DMDII关注跨越技术创新过程中的鸿沟

在国际考察过程中，我有一个很深的体会，就是很多企业真正实现了以人为本。众所周知，自働化（Jidoka）与JIT是丰田生产方式(TPS)的两大支柱。在2017年举行的两次日本考察中，我们先后参观了丰田汽车的元町工厂和堤工厂。在总装车间感受到的是人与机器的高效协作，通过安东系统显示产线每个工位的状态，出现问题及时解决，通过SPS（Set Part Supply）方式拣货，通过开得飞快的物料运输车和AGV结合的方式配送，自动化程度并不是业界最高的，但很强调实用。 

2016年4月，我们考察过一家德国的行星齿轮减速机制造企业纽卡特（Neugart）。这家企业的减速机总装工位是一个U型工作台，有十个工位。一位女工独立完成整个产品的总装，并进行质量检验。这个场景给大家留下了深刻印象。 

菲尼克斯电气等德国企业非常追求可持续健康发展，在2008-2009年全球经济危机时几乎没有裁员，而是适当缩减工作时间，让员工与企业共渡难关，工人保住了工作，而企业也降低了人工成本；而在经济复苏时期，则增加工作时间，提高员工收入，这样企业避免了重新招聘工人带来的困难。 

我们考察的德、美、法、日几十家制造企业都非常强调人是企业的核心，对于工人都是采用计时工资，没有一家采用计件工资。他们孜孜以求的首要目标是确保产品的高质量，而不是产量，严格按订单生产高附加值的产品。大批量生产的产品注重推进自动化，而小批量、个性化订单，以及高端产品则更加强调“匠人”的作用。

构建健康的生态系统是企业做强做大的关键，在历次考察中，我发现很多知名企业非常重视生态（Ecosystem）体系和联盟的建设。例如，GE公司联合博世、EMC、IBM、SAP和华为等公司发起组建了IIC（工业互联网联盟），现在已有几百家企业加盟。

罗克韦尔、思科和FANUC建立了紧密的战略合作，旨在实现IT与OT的融合，FANUC与思科合作，推出ZDT服务（Zero Downtime，零宕机），为机器人的用户提供预测性维护服务。罗克韦尔还参与发起组建了智能制造领袖联盟（SMLC），该组织是全球第一个智能制造领域的联盟，成立于2011年。三菱电机发起组建了e-f@ctory联盟，旨在连携各合作伙伴，包括提供同三菱电机FA设备有良好兼容性的软件供应商，以及灵活运用FA设备进行系统构建的系统集成商，通过强有力的合作，从而为客户提供最佳解决方案。

▲三菱电机组织间的e-f@ctory联盟

2017年10月，李培根院士率团考察德国期间，我们参观了倍福（Beckhoff）自动化公司。该公司创立于 1980 年，所生产的工业 PC、现场总线模块、驱动产品和TwinCAT自动化软件构成了一套完整的、相互兼容的控制系统，可为各个工控领域提供开放式自动化系统和完整的解决方案。德国倍福自动化构建了EtherCAT实时工业以太网于联盟，已有将近5000家企业加入。EtherCAT于2014 年成为中国国家推荐性标准，并已入编工信部的《国家智能制造标准体系建设指南》。

▲Ethercat的技术优势

协作机器人（COBOT ）的研发与应用成为各个机器人厂商关注的热点。ABB、FANUC、KUKA、UR等公司都推出了这类产品，机器人的编程也普遍引入了示教功能。

博世推出的APAS（Automated Production Assistant，自动化生产辅助系统）是一款通过了安全认证的协作机器人，在通用机器人的基础上，增加了一层内置传感器的黑色“皮肤”，可以感知周边人员的位置。人员靠近会自动减速，如果距离很近则会自动停止，确保人员安全。有一种型号的APAS可以移动，可根据工作需要增加到生产线上。集成视觉、触觉等传感器是协作机器人能够与人协作的技术基础。菲尼克斯电气已开展了人机协作的应用实践。

▲菲尼克斯电气工厂的人机协作实践