境外研修 | 2017年度深圳市技能菁英赴德国考察工业4.0 学员分享系列(五)

在汉诺威工业展上，很多厂商都展示了他们的智能工厂/智能生产线的方案，在此就不逐一列举了，仅列举其中几个给我留出深刻印象的厂商：

✦ABB公司的智能工厂

ABB公司的智能工厂，工厂有几台机器人在进行自动作业，在厂房的入口有一块画着红线的区域，当人进入该区域的任意位置时，工厂内的自动机器人均会停止作业，保证进入厂房人员的人身安全。这个主要是通过放置在厂房门口的传感器来实现的，当人员进行红线区域时，传感器信号触发，从而自动停运厂房内的机器人。这一定是未来智能工厂的发展趋势，在正常情况下，人员无需进行生产区域，机器人自行进行生产作业，当人员需要进行生产区域时，机器人自动停止作业。但我觉得该系统还有改进空间，目前的运行方式是人员进行红线区域机器人停止作业，人员一离开红线区域机器人立即恢复作业，这样的方式不够安全，存在传感器故障导致机器人误伤人的风险，我认为最好的方式是人员离开红线区域时机器人不恢复作业，需要人员手动确认后再恢复作业。

✦微软公司的智能生产线

微软公司的智能生产线，该智能生产线本身与其他厂商的并无多大区别，但是最大的亮点是引进了VR眼镜，人员在戴上VR后平视该智能生产线，可以清晰地看到该生产线的流程简图，同时还有光标，人员可以通过手指操作光标从而实现对设备的操作。设计理念非常的新颖、先进，不过实际操作上还存在一些问题，主要是光标的操作不是很灵敏，操作成功率不高，可以看出该项技术的成熟度仍然不是很高，后续仍需继续开发。

在本次展会上，很多参展商都展示了他们的现场总线产品，现场总线技术已经发展了多年，但目前在核电领域几乎还没有使用，因此之前对此技术接触不多，但这一定是未来的发展趋势，因此本次展会也着重对此进行了了解。展出现场总线产品的厂商很多，也多涵盖了常见的现场总线协议（profibus、CAN等），我主要了解了两家参展商的产品，MOLEX和PHOENIX CONTACT。

MOLEX展示了一个小型的现场总线控制系统，通过采集温度、压力、位置信号，来控制灯的颜色、亮度等，所有的设备都是智能设备，通过网络连接到IO-LINK上面，IO-LINK再与PLC控制器进行连接（profi-net协议），PLC可以选择不同的型号，只要支持profi-bet、CAN、Ethernet/IP等协议的都可以。IO-LINK是整个控制总线技术的基础，负责与现场所有设备的通讯，一方面将现场的信息进行采集，另一方面负责将控制的指令下面传送。第一种IO-LINK有8个设备连接口，IO-LINK到设备的电缆距离不能大于20米，否则信号可能会衰减，从而影响信号传输，基本上每个厂家的产品都是如此，电缆距离都不能大于20米。MOLEX也展示了电缆传输距离可以大于20米的产品，该种IO-LINK的信号传输原理不同，采用开关量编码的方式，因此，不存在信号衰减的问题。另外，MOLEX也展示了大型的现场总线控制网络，IO-LINK HUB可以直接实现与现场设备的连接，多个IO-LINK HUB再连接到上级的IO-LINK MASTER上，IO-LINK MASTER再与PLC控制器进行连接，这样通过一层层的级联从而搭建了一个大型的现场总线系统。

PHOENIX CONTACT展示的产品与MOLEX的差异性不大，也可以通过级联的方式实现系统的扩展，但在PHOENIX CONTACT了解了更多的信息，IO-LINK MASTER与控制器的电缆传输距离也有要求，不能大于100米，如果电缆传输距离超过100米，则需要增加光电转换模块，使用光纤进行信号传输，传输距离没有限制。

ABB公司展示的模块化IO模块非常有特色，一般的DCS/PLC的IO模块都是有多个通道的，比较常见的有16通道或者32通道的，每个通道的类型的固定的，在进行工程设计时，选型不够灵活；而且当一个通道故障时，需要把整个模块进行更换，非常不经济。ABB展示的这个模块化IO模块则解决了以上两个问题，该IO模块最多可以配置16个通道（允许空置通道），每个通道都是一小个独立的模块，在进行工程设计时可以根据需要选择不同的输入类型，减少通道的空置率，实现资源的做优化，当某个通道故障时也可以只对该通道进行更换，在减小对系统影响的同时，也节约了资源。

WAGO公司主要经营小型PLC和端子排，我们对该公司的小型PLC进行了详细的了解，该种PLC的主要特点如下：

• 体积小，几乎只有传统PLC的一半；

• 无需底板，每个PLC模块通道插接级联的方式进行连接，有点类似OVATION I/O模块的连接方式

• 不同类型的SLAVE可支持不同类型的通讯协议，当需要变更通讯协议时，只需将SLAVE更换，无需更换I/O模块，

• I/O模块的接线方式都是插接，采用这种方式对于小型PLC比较有利，通常比较厂家的接线方式都是螺丝紧固的，但一般都是体积稍大的模块，小型模块的话采用螺丝紧固在施工上会难度大些，采用插接方式对小型模块而言优势明显，施工方便许多。

在PHOENIX CONTACT的展台看到两种类型的小型PLC，第一种与WAGO的产品非常像，功能、接线方式等都基本类似，在此就不再详述了，稍微不同的是他们的分类更细一些，有可靠性更高的安全型模块（黄色外壳）。

还有一种PLC控制线非常有特色，是在他们原有的光耦隔离器、继电器等产品的基础上开发的，每8个光耦隔离器/继电器上插入一个小模块即可变身为1个小型PLC，左边第一个为主控制，后面新增的为扩展器。它的主要特点如下：

• 可以在原有设备基础上进行加装改造；

• 8个通道可以根据需要配置成开关量或者模拟量的采集或者输出，实现不同的功能要求；

• 可以在线进行更换；

• 可以对控制器进行编程，控制器内的程序可以通道存储介质导出，用到其他控制器上；

• 控制器可以进行联网。

PEPPERL-FUCHS（倍加福）展示了各型距离测量仪表，测量原理包括两大类，电涡流式和光电式，其中有测量开关量的（通断式），也有测量模拟量的，可以实时显示测量目标的距离。光电式仪表在使用时需要注意，测量目标本身不能吸光性不能太强，另外，吸收能力太强的话有可能对测量结果有影响。

此外，还有安全性继电器，采用双线圈结构，每个线圈带三幅触点，两组触点间可以串入电流监测，从而验证继电器励磁后触点是否闭合好。安全型继电器分为两种，一种是安全闭合，每个线圈的三幅触点是并联关系，一种的安全断开，每个线圈的三幅触点是串联关系。

EATON公司展示的产品中有一个产品非常有特色，空气过滤器上安装了智能仪表，用于对滤芯的清洁度进行检测，结果输出到电脑上进行显示，可以供操作人员参考，当滤芯较脏时可以考虑对滤芯进行更换，这是一项重要的改进，以前由于无法对滤芯清洁度进行监测，通常采用定期更换的方式进行，更换周期短的话则成本压力大，更换周期长则有可能由于滤芯太脏导致通气效率低而影响设备的功能。如果采用这项产品的话可以通过对滤芯清洁度的实时监视达到滤芯使用的最优化。

WEIDMULLER公司展示了非常齐全的维修工具，包括螺丝刀、剥线钳、压线钳、电表笔、磁表笔等。其中给我留下深刻印象的是磁表笔，该工具主要用于测量物体是否存在磁性，测量方便、反应灵敏，非常好用，这个对于我们现场实际的工作非常实用，后续会建议公司进行采购。

WAKI公司的压力测量仪表自动校验装置比较吸引我，对于我们电站来说，几乎每天都有压力仪表的校验工作，高峰期的话一天有几十块仪表的工作量，现在的校验方式都是通过手动打压校验方式进行，如果有自动校验装置的话将大大地节约人力和工时的投入。但通过仔细询问了解后，有些失望，该自动校验装置仅能实现自动加压，但是仪表校验结果是否合格需要校验人员自己根据结果进行判断，该装置本身无法进行判断，采用该自动校验装置的话会使得校验人员校验仪表时不用太费力，工作变得轻松，但是在节省时间上表现并不突出。

我们理想的自动校验装置应该是：自动装置自动加压，同时测量被检仪表的输出信号，自动进行比较，并判断校验结果是否合格。因此，如果采用WAKI公司的自动校验装置，对我们的工作有一定的提升作用，但还不是非常的明显。

JOKARI公司展示了各种剥电缆的专用工具，如果没有合适的工具，剥电缆是一件吃力不讨好的事情，剥的费力，但不一定剥的好，很可能会损伤内部的线芯，所以，专用的剥电缆工具非常有必要，但这是我第一次看到这次齐全的剥电缆工具，针对不同直径的电缆、铠装和非铠装的电缆都有配套的工具。

在下萨克森管理学院参加理论培训前，对三家德国企业进行了参观，分别是WIR DESIGN公司、大众汽车制造厂、大众汽车发动机制造厂。

WIR DESIGN公司是一家设计公司，与我的专业相关不多，在参观这家公司的过程中，给我留下最深印象是公司年度战略目标的制定，每年公司都会有年会，所有员工在一起讨论确定公司的年度战略目标，自下而上的达成一致，这是与国内公司截然不同的作法，当然，这种方式可能比较适用于小公司，能充分调动所有员工的积极性，但对于大公司这种方式不太适用，在实施上有困难。对于我而言，我觉得这种方式可以给我们的班组在制定年度目标时作为参考，对于我们的班组管理有一定的借鉴作用。

参观大众汽车制造厂给我留下了深刻的印象，此次参观活动基本上把整个汽车生产流水线都了解了一遍，收获颇丰。

• 大众汽车制造厂的自动化生产程度非常的高，随处可见的机械臂，据了解，整个生产流程中自动化生产率已经超过90%，除了少数工序，其余全部都实现了自动化。而且生产的车辆可以实现个性化定制，每台车上都有一个芯片（用于存储该车的生产信息），生产线会根据芯片存储的信息进行生产，智能化程度非常高。

• 物流管理的成熟、规范，据了解，该汽车制造厂生产原料是没有库存的，每天都会从外部把原料拉进来用于生产，这就需要非常强大的管理能力了，既要保生产，又要零库存，后来在培训的过程中，我们才了解到，其实这也是工业4.0的一部分，属于供应链管理的范畴。

• 在没有实现自动化生产的工序上也非常的人性化，都尽量地减少人员的体力消耗，很多操作都是有辅助设备的，从而帮助操作人员轻松的完成作业。

大众汽车发动机制造厂的自动化生产程度相对于汽车制造厂而言没有那么高，这可能是与发动机的制造工艺更精细相关。在这里主要的收获有以下两点：

• 工器具的管理，在车间中有一个专门管理工器具的地方，而且有一般专业人员负责管理这些工具，每天下班后工人们会把一些工具存放到这里，由专业人员对工具进行维护，第二天上班之后再来领取工具；

• 生产工序上的人性化设计，这与汽车制造厂非常相像，很多操作都是有辅助设备的，从而帮助操作人员轻松的完成作业，印象很深的很多工序上还为工人们配置了座椅，可移动可调节，在进行很多操作时都可以坐上椅子上进行，非常的人性化。

近代工业的发展经过几代革命，分别是：

• 蒸汽机的发明，机器的开始引入到工厂中，提高了工厂的生产效率；

• 流水线作业，首先用于屠宰场，后来用于汽车工业；

• 计算机的引入使得工厂的自动化水平快速提升，但这个阶段计算机基本上只作为孤立的设备引入；

• 系统、设备联网，讲究协作，进入4.0时代。

工业4.0包含以下几个基本要素：

• 打破界限，企业间界限不再明显；

• 社会协作，各企业间彼此协作；

• 加强型操作，额外的信息，指导操作

• 虚拟生产，加快新产品的投产进度；

• 智能设备，如果是按照设定程序运转的机器不能称之为智能设备，简言之，目前所有机器还称不上智能。

我们进行设备自动化改进时更多时候考虑投入产出比，而不是为了自动化而自动化。

工业4.0时代，企业的组织发生明显的改变，出现了虚拟组织，虚拟组织在两个方面是存在的，首先在人力资源管理上的存在，其次是在企业生产上的存在（企业背后合作生产的各个企业），比如说一个企业接受订单后无法完成生产任务，而委托其他公司进行生产，对于客户而言只是面向一个企业，而该企业背后则是一个虚拟组织。

工业4.0时代，企业水平合作生产和垂直合作生产的方式变化，表现如下：

• 水平：同级企业间的合作，解决企业产能的问题，通过IT进行协调

• 垂直：企业可以了解上游供应商的生产情况（通过连入供应商的生产设备），并直接下单，这些也都是通过IT进行实现。

其实看似组织不存在明显的变动，但由于技术上的改进使得企业间关系的变化，但这种变化最终能否实现，取决于企业的决定，因此，也可以认为是组织的变动。

a、商业智能解决方案

首先要进行数据采集，包含各个环节的数据（营销、生产环节等所有），包含内部数据、外部数据，其中只收集对自己有意义的数据。

各个小数据库汇成大数据库，通过大数据分析来引导我们进行决策。

b、企业资源计划（ERP）

ERP的发展共经历了5代，分别是：

• 1代-物资需求计划（MRP I）：目标是物资预订最优化；

• 2代-制造资源计划（MRP II）：在MRP I的基础上增加产量及时间表，目标是首先实现产量的最大化，之后是减少生产过程时间；

• 3代-企业资源计划：在MRP II的基础上增加集成商业职能，目标是实现企业资源整体计划；

• 4代-内部供应链管理：在3代的基础上增加内部顾客和供应商关系，实现内部供应链的优化。3代和4代其实都是实现企业内部资源的综合管理，但彼此之间还是有区别的，3代强调的是自上而下对内部各个环节的管理，而4代强调的内部各个环节彼此间的主动联系，每个生产环节都要对下一环节负责，环环紧扣，从而确保最终的生产任务可以完成；

• 5代-外部供应链管理：在4代的基础上增加外部供应商与顾客，目标是实现跨企业供应链的优化。

c、CAX

CAX包括以下几部分：

• CAD：计算机辅助设计，产品的初始设计。

• CAP：计算机辅助工艺计划，通过CAP可以及时发现工艺中存在的问题，及时对工艺进行调整，前期的投入相比以往增加了，但是却大大节约了后期的成本，总体而言是大大地降低了成本。

• CAM：计算机辅助制造，在生产过程中，通过IT的引入来提高生产。

• CAQ：计算机辅助质量管理

在限定的某个领域，通过大家的开放式的想法，对创意进行收集，然后对各个创意进行过滤，最终得到付诸实践的想法。

• 趋势预测，可以参考GARTNER技术成熟度曲线，明确产品目前所处的阶段；

• 收集想法（问题的分析-发散思考-分析决策）；

• 创新评估，收集想法之后需要对所有创新想法进行评估，得出符合我们要求的想法。举个例子，通过创新检查表进行评估，淘汰的创意进入点子库，还有就是效用分析（对剩余的点子进行评分），可能只能筛出3个想法。

非常荣幸能参加本次德国研修培训，通过本次研修培训，对于工业4.0有了比较清楚的认识，另外，在汉诺威工业展上了解到许多和我们工作息息相关的技术和产品，这些都将在未来为我的工作提供很大的帮助。

——文/图：陈泳群