未来的工厂将采用先进的技术,如加性制造、人工智能、增强现实、数据分析和数字双胞胎。尽管许多制造商仍在加大其工业4.0计划的力度,但一些装配厂已经走在了前列。他们正在拥抱第四次工业革命并从中获益。

世界经济论坛(WEF)最近与麦肯锡公司(McKinsey&Co.)合作,创建了一份全球最先进工厂的名单。这些“灯塔”是从对1000多个制造厂的调查中挑选出来的,调查的依据是成功地实施了最先进的生产技术,并对财务和运营产生了影响。

这16座工厂中的每一座都是21世纪制造业技术和创新的“灯塔”。大多数工厂位于欧洲,而五个在中国,只有一个在北美。在中国的许多工厂都是德国公司所有的。然而,无论它们位于何处,所有的灯塔都有三个共同的特点:连通性、智能性和灵活的自动化。

“这一选择的制造场所代表了在规模上采用技术的主要优势,”WEF塑造了生产系统倡议未来的未来,Helena Leurent说。“我们努力创造一个学习平台,灯塔作为基石,是捕捉更大制造生态系统的益处所需的巨大飞跃的一部分。

“这些网站是世界的灯塔,是可以推动全球经济增长的下一个引擎的生产方式的典范,”Leurent声称他们展示了技术的前瞻性参与如何通过提高制造业效率创造一个更美好、更清洁的世界。”

“第四次工业革命是真实的,”麦肯锡制造业总部的enno de Boer添加。“这些先锋创造了厂家,绩效增长20%至50%,并创造了竞争优势。他们有敏捷的团队......这是在车间迅速创新。他们正在考虑规模,表演敏捷并重置基准。

“灯塔已经能够在适当的地方提供很多重要的推动者,例如正确的数据,它和人类模型,推动变革改变,”德波尔解释说。“通过使用数字技术,包括灵活的自动化和协作机器人,这些制造商设置了行业基准。

德波尔指出:“所有这些设施的一个共同点是,它们专注于增强运营商和增强员工的能力。”科技的使用是以人为中心的。它允许运营商做他们最擅长的事情,同时实现更好的产量、质量和安全性。

“这些工厂还关注技术的民主化,”德布尔说。“运营商可以创建自己的应用程序和数字工具,无需任何编码技能或冗长、繁琐的IT项目。

“在未来,制造业将成为一个非常令人兴奋的工作场所,因为伟大的新技术的融合,”德波尔预测我设想制造业的复兴,尤其是在吸引下一代人才方面。”

以下是世界各地展示工业4.0技术和智能制造的几家工厂的简介。

宝马雷根斯堡

德国雷根斯堡是巴伐利亚的一个城市,以其保存完好的中世纪建筑和街道而闻名。它也是世界上最现代汽车装配厂之一的所在地。这款33岁的宝马设施,生产了1系列和3系列轿车,2018年建造了30多万辆。

宝马的数字化制造战略基于三个支柱:注重有效性、正确的心态和便捷的使用。所有部署的数字用例都必须在质量、成本和生产率方面进一步改善其生产过程,受益于容易获得的技术,同时坚持合作文化。

通过使用定制的宝马物联网(IoT)平台,雷根斯堡工厂将部署所有新应用程序所需的时间减少了80%。这使得物流成本显著降低,质量问题减少了5%。

“员工[使用]各种数字工具和配件,它们可以组合以创建自己的即插即用解决方案,”BMW集团的创新,数字化和数据分析负责人Christian Putron说。“这是一种方法,使人们牢牢地在价值创造的焦点上,并为他们提供更多的范围来塑造自己的工作站。

“宝马集团生产系统的数字化主要发生在创新自动化和辅助系统、增材制造、数据分析和智能物流等领域,”帕诺尔解释说。

目前,超过3000台机器、机器人和自主运输系统与BMW IoT平台相连,该平台建立在Microsoft Azure的云上。

数据分析在雷根斯堡工厂的日常运营中起着关键作用。

“智能数据分析正在为我们的生产系统设定新标准,”赞助人。“通过将员工的经验与高效处理大型数据卷的新可能性相结合,我们能够创建准确的预测并主动优化流程。这加速了我们生产系统的持续改进,符合精益[制造]的基本原理。

“智能数据分析的结果对提高生产和物流各个领域的质量做出了有效的贡献,”帕诺解释道数据驱动的流程和系统改进有助于缩短交付周期和降低成本。

“新解决方案的实施速度正在显著提高,”帕顿指出同时,新的物联网传感器与云和大数据技术相结合,正在降低所涉及的技术复杂性和实施成本。”

宝马的工程师使用数据分析技术来监控和分析所有与车辆安全相关的螺栓连接。作为预防性质量策略的一部分,这家汽车制造商开发了分析3200多个装配系统中接头的算法。

“螺栓连接过程曲线的记录和分析提供了螺栓连接质量的准确反馈,”Patron说该程序可以识别不同类型的故障,并在因果图中显示可能的错误源。

“对螺栓工艺曲线的分析也为(紧固)系统和参数(如拧紧扭矩)的系统监测提供了重要的见解,”Patron补充说。当这些发现迅速实施时,就会形成一个持续改进的闭环。

“在许多情况下,纯手工分析螺栓连接过程曲线只能得出‘可接受’或‘不可接受’,而不能确定错误原因或突出改进潜力,”Patron声称。

“在达到智能数据分析方面,我们追求尽可能靠近人民获得数据的明确策略,”赞助人解释道。“这主要是关于专业部门的数据湖泊,自助服务解决方案中的分析工具和实践数据可视化。如果我们有可行的见解,分析只能有效。“

快速半径

麦肯锡(McKinsey)和世界经济论坛(WEF)引用的唯一灯塔设施位于北美。这是FastRadiusInc.,一家总部位于芝加哥的添加剂制造公司,专门生产现成零件。

Fast Radius为汽车、航空航天、消费品和医疗设备等各行各业的客户批量生产塑料和金属部件。其客户范围从Husqvarna到Steelcase。

FastRadius的首席执行官劳拉西(LouRassey)说:“制造业的重要性不仅在于它制造的东西,而且在于它使之成为可能的东西。”我们用自己创造的东西来喂养、驱动、连接和推动世界。我们现在有了新的、强大的工具,使新事物成为可能。”

Rassey和他的同事开发了一个专有的操作系统,它可以驱动实时分析,并协调设计、生产和全球实现其多样化的客户。

“我们不认为自己是服务局,”曾在克莱斯勒(Chrysler)工作的机械工程师拉西解释说。“我们是一个工业级的制造合作伙伴,帮助企业跨越产品生命周期。我们帮助他们发现对他们的业务有意义的增材制造应用。

“添加剂制造现已越过小费点”,索赔雷赛伊。“它从低批量原型工具到高批量过程中,可以大量生产可以用螺栓固定在飞机上或附着在汽车的引擎盖下的口径的部分。

“现在材料的质量和可靠性满足了许多要求,”拉西补充道此外,如今,加性制造业的经济学意义重大。它现在可以与传统生产方法的经济性相媲美或超越。”

Rassey表示,增材制造是工业4.0范围内一系列创新的一部分,比如数据分析、数字设计和模拟。

“加性制造给公司带来了实实在在的价值,比如制造形状和几何结构复杂的零件的能力,”拉西说它以一种比传统方法更经济的方式实现定制和小批量生产。

“还有创新的速度,”拉西指出。“公司可以在同一天完成零部件的生产,并更快地将产品推向市场。不需要等待数周才能得到注塑成型的零件。

“此外,公司没有必要存储物理部件或保持大量库存,”拉西指出他们可以将部件虚拟地存储在云中,并在需要的时候和地点按需生产。这会对供应链成本和效率产生巨大影响。”

Fast Radius最近与UPS建立了战略合作伙伴关系,使增材制造能够“解锁第4种物流模式,”Rassey说。“除了通过地面、空中和海上移动部件,我们现在有了第四种运输方式,可以通过互联网在世界各地移动部件。这使得公司能够存储虚拟库存,以补充传统的实体库存。”

先进的操作系统使Fast Radius能够在制造过程的每一个步骤收集和分析数据,包括原材料,配方,环境条件,机器设置和零件制造参数。它还捕获了与后处理和零部件检查相关的下游数据。

Rassey指出:“我们创造了一种数字线索,使我们能够洞察导致变化的原因,并不断改进我们制造的每个部分。”“操作系统也使工厂车间的灵活性,如调度和人员需求。

“通过整合一套工业4.0技术,我们已经能够创建一个资本效率高的业务,并可以随着需求增长而扩大规模,”Rassey说。“这是当今新的数字化制造世界令人兴奋的一个因素。这是一个比过去敏捷得多的足迹。工厂现在可以非常灵活,可以根据需要轻松增加产能。”

菲尼克斯

另一家处于工业4.0前沿的公司是Phoenix Contact,它是断路器、连接器、模块化电子外壳、信号调节器、浪涌保护器、端子排以及其他工业组件和互连产品的领先制造商。

由于最终产品的定制性越来越强,塑料注射成型设备用于生产需要在更短的时间内准备的复杂零件。为了应对这一挑战,Phoenix Contact在德国布隆伯格的主要工厂在应用数字双胞胎等尖端技术方面处于领先地位。通过创建每个客户规格的数字副本,生产时间减少了30%。

该公司的Axioline输入输出模块采用全自动化工艺批量生产。随着越来越多的变体,Phoenix Contact依靠工业4.0技术来生产这些模块。

菲尼克斯电气公司工业4.0高级项目经理Anja Moldehn说:“智能机电系统通过网络基础设施在不同地点和全公司范围内进行通信。”这种基于以太网和因特网的通信网络只使用标准化和开放的接口。它为灵活、自我优化的生产过程提供了基础。

Moldehn解释说:“只要材料在工件载体上,就可以通过RFID标签与更高级别的系统建立连接。”该循环系统可以根据需要进行扩展,使所有可想到的生产资源的灵活网络形成一个单一的制造系统。

Moldehn指出:“生产过程所需的工作站、组装机和测试单元可以很容易地连接起来。”“这需要统一的界面,以及基本流程的自主控制。它能同时生产不同的变体。

Moldehn说:“适应性行为加强了生产以应对任何类型的干扰,并提供了最大效率的灵活性。”“没有中央控制器;取而代之的是智能协作。分布式控制器独立适应过程、设备和设备。”

由于工业4.0技术,复杂的生产过程更容易管理和优化。因此,Phoenix联系人现在可以以与传统的大规模生产过程相同的低成本生产批量尺寸。

Moldehn补充道:“创新的连接技术和插入式安装系统通过快速和无错误的布线减少了成本和装配时间。“为了解决这个问题,我们开发了插入式连接技术。固体导体或带套圈的导体无需任何工具即可直接接触。

Moldehn声称:“特殊的弹簧外形可以手动或自动插入导线,套管从0.34平方毫米开始。”弹簧可通过按钮轻松打开,无需直接接触带电部件。

“这种节省的导体连接快速布线,”Moldehn说。“低插入力使接线显着更容易。”

施耐德电气

施耐德电气位于法国Le vaudreil的工厂是该公司工业4.0技术的旗舰。这家拥有44年历史的工厂组装各种各样的产品,包括驱动器,高速启动器和高强度银触点。

该工厂是施耐德电气EcoStruxure技术的展示地。EcoStruxure是一个支持物联网的开放、可互操作的系统架构和平台,结合了连接产品、边缘控制、应用程序、分析和软件的三层方法。

施耐德电气的工程师们已经部署了增强现实(augmented reality)等数字工具,使勒沃德鲁伊尔(Le Vaudreuil)工厂的操作人员能够了解操作、维护和能源使用情况。这一举措有助于将维护成本降低30%,同时将整体设备效率提高7%。员工通过移动平板电脑诊断设备异常和故障。

施耐德电气EcoStruxure公司的主管卢克·杜尔肯(Luke Durcan)说:“Le vaudreil代表了施耐德电气的未来工厂。”“它应用了我们的定制、可持续和连接的方法,将多年的精益方法、流程和人员专业知识与EcoStruxure现有的尖端技术相结合。”

Le vaudreil生产线已实现100%自动化。使用增强现实技术,作业者可以分析数据并解决问题,使干预措施更安全,并减少诊断时间。传感器允许预见性维护,网络安全通过增加一个数据掩体得到加强。

杜肯声称:“勒沃德赖尔的数字化转型使我们更具可持续性,更灵活地满足客户需求,更具战略性,对下一代劳动力更具吸引力。”。

工厂使用最先进的技术来提高生产力和简化操作。例如,一个制造执行系统连接、整理和建模各种系统和物理资产。

杜肯说:“这使我们能够实时了解工厂在质量和安全等各个方面的表现。”它支持预测性维护并优化正常运行时间,同时确保设备使用寿命更长。”

杜肯补充说:“多亏了digital twin软件,我们有了一个整个工厂的3D虚拟现实模型,用于测试和验证新的创新,然后用来培训我们的运营商,让他们看到他们的日常工作将如何变化。”能够依靠一个共同的数字系统有助于知识共享和提高生产力。

杜尔肯指出:“自动引导车辆和我们强大的精益管理(系统)的结合,已经优化了整个设施的物流。”“协作机器人已经接管了重复性的任务,允许操作者重新分配他们的时间和技能到具有更高附加值的任务。

Durcan称:“先进的数据分析技术使员工能够做出更好的决策,从而在更大范围内影响业务,最终有助于提高员工的满意度。”“今天,我们的业务需要新的技能,由于培训和以不同方式工作的机会,员工接待一直非常积极。

Durcan解释说:“像混合现实和数字双胞胎这样的技术可以让工人解决问题或测试机器升级,而无需举起螺丝刀或接近危险的机器。”“这些微小的进步已经表明,通过数字化,我们将能够降低风险,更加敏感,在工厂层面以不同的方式工作,同时在组织层面提高盈利能力和效率。”

Durcan说:“制造业的数字基础设施在过去几十年里经历了演变,但我们现在有了管理工厂优化战略的工具,以达到规模和速度,采取实时方法进行资产管理和流程优化。”“未来的制造业将更加互联、高效和可持续——拥有更强大、更投入的劳动力。”

西门子成都

中国成都是世界上发展最快的城市之一。这里也是西门子工业自动化产品工厂的所在地,该工厂生产工业电脑和可编程逻辑控制器。

在这座有六年历史的工厂里,所有的生产活动都被记录、监控、分析,并完全通过数字手段进行优化。自2013年以来,该工厂的生产率每年提高20%。它还拥有99.999%的过程质量评级,一系列的测试站只发现了极少量的错误。

“(我们)已经实现了生产自动化、物流自动化和信息流自动化,”工厂经理李永利(音译)表示。“(这家工厂)已经成长为未来制造业在速度、灵活性、质量、效率和安全性方面的榜样。”

成都工厂是西门子在德国安贝格的旗舰工厂的克隆。

“我们以一对一的方式绘制了从Amberg工厂到成都的流程,”负责这两家工厂数字化运营的冈特·贝廷格(Gunter Beitinger)解释说。“从机械和软件工具到制造执行系统,它在虚拟的水平上记录和控制生产过程的每一个方面,成都的设备设计的原理和流程与Amberg工厂的设备相同。

贝廷格解释说:“德国的成功秘诀在中国同样奏效。”“例如,如果一个机器人正在将一个组件焊接到PCB上,我们的系统首先会检查该部件是否正常工作,然后再进行进一步操作。

“我们检查每个流程步骤和每个组件的质量,并使用智能算法来执行此操作,”否则露台。“结果是加工稳定性与高质量相结合。然而,在中国的许多工厂中,在制造过程结束时,才会发生质量检查,这导致了很多浪费。“

除了成都工厂的高水平自动化和质量控制,所有生产过程都是数字化记录。软件每天要输入1000万条数据。这是用来管理生产过程和确保质量。生产数据通过数字工厂PLM软件直接流回生产过程。

Beitinger说:“这个过程的核心是数字孪生技术。”“这些产品和生产过程的虚拟表示(使我们)能够创建产品及其生命周期的整体模型。这反过来又允许在速度、灵活性、产品质量和数据安全等关键因素方面进行彻底的优化。”