从工业概念到工程实践——探访同济大学国内首个“工业4.0 ——智能工厂实验室”

本刊记者/Reporter 李静/LI Jing

同济大学中德工程学院副院长陈明教授

“工业4.0”的概念对于业内人士来说已经不再陌生，这一概念最早于2011年4月在德国汉诺威工业博览会上提出，最初的想法只是通过物联网等媒介来提高德国制造业水平。2013年汉诺威工业博览会上，由“产官学”组成的德国“工业4.0工作组”发表了题为《保障德国制造业的未来：关于实施“工业4.0”战略的建议》的报告，称物联网和制造业服务化宣告着第四次工业革命到来。工业4.0包括将虚拟网络-实体物理系统技术一体化应用于制造业和物流行业，以及在工业生产过程中使用物联网和服务技术。这将对价值创造、商业模式、下游服务和工作组织产生影响。

在我国，首个“工业4.0——智能工厂实验室”于2014年10月28日在同济大学嘉定校区的中德学院落成。这一实验室的落成将“工业4.0”这一虚拟的概念变成了看得见的实物，为此我刊记者采访了同济大学中德工程学院副院长陈明教授并参观了该实验室。

成立背景

据陈教授介绍，“工业4.0”这一工业发展新概念一经提出，立即在全球引发了极大关注，掀起了新一轮研究与实践热潮。现在“工业4.0”已经上升为德国的国家战略，成为了德国面向2020年高科技战略的十大目标之一。我国对这一制造业的未来发展趋势也高度关注。今年3月，国家主席习近平在对德国进行国事访问之际，曾在德国《法兰克福汇报》上发表署名文章，表示德国推出了“工业4.0”战略，使得“中德合作将会有更多契合点，获得新动力。中德关系也将在现有高水平基础上，进入一个精确磨合和深度对接的新阶段。”李克强总理与默克尔总理在共同发表的《中德合作行动纲要》中，宣布两国将开展“工业4.0”合 作，该领域合作有望成为中德未来产业合作的新方向。

为了推动工业4.0从概念走向工程实践，同济大学中德工程学院基于长期与德国高校、企业成功合作经验，携手德国企业界合作伙伴PHOENIX CONTACT公司积极酝酿、规划“工业4.0——智能工厂实验室”建设方案，并推进方案实施，边学边做，在做的过程中逐步理解这一概念，最后历经1年时间共同建成了这一实验室。实验室将采用开放模式，服务于同济大学教学与科研、大学生科技创新及校企合作，着力培养卓越工程师人才。

实验室概况

实验室不大，但“麻雀虽小，五脏俱全”。记者在实验室里看到机器人、数控车床、数控加工等中心加工设备、机器人滑行导轨、变频传送带、小仓库、智能照相机、多台服务器、控制软件和服务软件等一系列硬件设备和支撑软件。系统通过先进的控制策略与服务软件，将这里的硬件设备进行集成，实现了人、加工件与机器的智能通讯与协同工作。

陈教授介绍，“工业4.0”就是一种新的生产方式，是一个高度灵活的个性化和数字化的产品与服务的生产模式。它不是凭空创造出来的，而是继承了以往柔性制造系统FMS，计算机集成制造系统CIMS、敏捷制造、精益生产等的部分理念，但在系统实践上却又是不同的。与以往生产方式相比，“工业4.0”以工业自动化为基础，增加了物联网和服务网的概念，在实验室里人、机器和工件之间能够互相交流。另外比较重要的一点是“服务”，,流水线可以直接根据用户的个性化需求定制生产选项，使用户直接参与到生产当中。一条流水线上所生产的产品都可以各不相同，每个加工工件都携带了电子标签，内置了所有用户定制化的加工任务，可自行与机器人、机床等加工设备进行通讯，完成既定的加工任务，并可智能检测产品质量。这种方式改变了原有大规模的批量生产、大规模有限定制，实现了大规模的个性化定制。

实验室一角

为了更形象具体地说明，陈教授举了手机壳的生产线的例子，“目前的情况是生产线上的可选项都是由厂家定制的，虽然生产线可以支持混流生产，如一批生产三星，另外一批生产苹果，但混流排序是根据当天的生产工单要求而制定的，一旦确定除非停机很难实时更改。而在工业4.0概念下的生产线是更加灵活和柔性的，在产品生产过程中支持在线客户化定制生产，生产工艺与混流排序等都可以根据客户需求实时变化，是一个高度融合个性化生产与服务的产品制造新模式。

未来发展

我国是一个制造大国，目前国家非常重视“两化融合”，“两化融合”与“工业4.0”在某些方面目标是一致的。因此“工业4.0”在我国迅速成为热点，我国要从制造大国变成制造强国，这也是一个比较好的机会。

在谈到下一步工作时，陈教授说，实验室还将引入智能立体仓库、AGV自动导向车等硬件，实现“工业4.0”实验室的横向集成。届时力争纳入当前工业生产领域主要的生产元素与资源，建立起一个高度灵活的个性化和数字化的产品与服务的生产模式，力争成为我国生产制造业构建数字化智能工厂提供人才培养和应用研究平台。