对于Glidewell的制造工程师来说，工业4.0并不是什么新鲜事。这家总部位于加州纽波特的牙冠、牙桥和其他牙科产品制造商在它有名字之前就一直在应用这个概念。
“我们是一家极端的大批量制造商，但我们所做的一切都是定制的大小，”Glidewell工程副总裁Dave Leeson说。“我们每周都可以制作100,000个独特的产品。
“拉出唯一可能的方法是具有深层连接的制造系统。所有我们都看起来相似的牙齿，但它们实际上是不同的，因此只需确保正确的牙齿在合理的时间范围内到达合适的人是一个大量的工作。可追溯性至关重要。“
因此，所有格瑞德威尔的机器都是相互连接的。每件产品都有一个独一无二的识别码，在生产过程的每一步都要扫描。在任何给定的时间，生产人员都确切地知道每个产品在系统中的位置，以及每条生产线的性能如何。
在Glidewell的工业4.0涉及的不仅仅是连通性。如今，该公司正在应用各种尖端技术，以改善其产品和流程。例如，该公司正在采用人工智能，以创造对每位患者完美匹配的冠和桥梁。
Glidewell制造牙科假肢的过程开始于患者牙齿的3D扫描或牙齿的铸造。从那里，公司利用人工智能技术，被称为生成的对抗网络（GANS），以创建牙齿的完美3D模型。由谷歌大脑的研究科学家Ian Goodflow开发，GANS是一种机器学习技术，其中两个神经网络在零和游戏中互相竞争，其中一个代理商的收益是另一个代理人的损失。
这项技术因在互联网上创建“深度假”视频而声名狼藉，但它也可以与3D数据合作，定制实体产品的生产，古德费罗将这一概念称为“GANufacturing”。Glidewell是第一家使用gan制造更好牙齿的公司。牙医经常花费大量的时间和精力创建定制的牙科修复体。新的义齿不仅要与患者其他牙齿的3D形状匹配，还必须与患者咬痕的整体模式匹配。因此，假体通常需要在牙科模型和地基上进行测试以适应。通过GANufacturing, Glidewell可以生成近乎完美的、逼真的、功能性的牙齿，几乎不需要或不需要后期处理。
而且，由于该公司多年来已经制造了数百万的假肢，它有大量的数据可以输入到软件中。“这是生产3D数据最先进的方法之一，”李森说。
GLIDEWWELL甚至使用AI和机器视觉对错误的手动操作。“有时，我们需要人们将部分从一个过程转移到另一个过程，因为它们对于机器人来说太难了，”LeeSon说。“在这些情况下，我们使用AI驱动的视觉系统来跟踪这些部件的运动，以确保它们没有错位。”
GLIDEWWELL还使用质量控制数据，以直接反馈进入其制造过程。该公司检查了100％的产品，采用3D几何扫描。“我们将数据与设计数据进行比较以进行传递失败的决定，”LeeSon解释说。“如果产品未能检查，则会自动返回额外加工，而无需任何人的干预。
每个产品Glidewell的所有制造数据都存储在可以从植物地板或工程师的手机上的基于Web的仪表板上的任何位置访问的数据库中。更重要的是，工程师可以分析趋势数据，以便根据需要调整制造过程。该公司可以追溯特定运营商或特定机器或工具的问题。
“我们在数据中有足够的信心，如果系统检测到故障模式，它将自动剥离该机器，并为维护技术人员生成订单，以查看有什么问题，”LeeSon说。“我们正在积极地防止废料。”
该公司对其制造流程具有如此多的数据，即它确切地知道每个过程应该需要多长时间，并且当应在特定站点预期时的时间。如果零件未能在预期的时间限制内显示，则会自动报废，并且在行的开始时替换替换。
“在一个自动化线上可能发生的事情可能会在无法预测 - 也许机器人已经掉落了一部分，”LeeSon说。“我们不想要一个人必须追踪出错的情况。我们非常关注随时的交付，所以有时候会更好地再做一次。也许这不是最有效的事情，而是在我们的业务中，有必要。与其他制造商不同，我们无法缓冲我们的线路。“
医疗器械制造4.0
Glidewell并不是唯一一家将先进数字技术应用于装配线的公司。许多医疗制造商正在接受数字化转型，以提高效率、缩短交货周期、变得更加灵活，并满足监管要求。
Zimmer Biomet就是这样一家公司，它是人造髋关节、膝关节和其他骨科植入物的制造商。和Glidewell一样，这家总部位于华沙的公司也是一家高度定制产品的大批量制造商。而且，与Glidewell一样，快速、及时的交付至关重要。
Zimmer Biomet的项目经理阿比吉特·巴兰·梅帕丹(Abhijit Balan Mepadan)说:“我们使用工业4.0技术，确保正确的部件在正确的时间送到正确的地方。”“我们使用数据来分析我们的表现。当客户下订单时，我们可以预测生产该部件需要多少时间。从那里，我们可以回溯到订购零件和原材料，以确保我们满足预期的交货日期。”
他补充说，当在纸上管理订单时，这种能力是不可能的。
数字化也使公司能够提高可追溯性。“如果我们的产品有任何现场问题，我们知道它是在哪里制造的，什么时候制造的，谁制造的，用的是什么机器，做了什么检查，”Mepadan说。
对于一家在全球40多个国家拥有制造业务的公司来说，这可不是一件小事。
现在，该公司正努力使其制造业务更加主动，而不是被动。“我们希望创造一个更具预测性的环境，让我们的系统能够自动与我们对话。比方说，在接下来的三天里，我们能预见到哪些问题?哪些数据可以帮助我们的管理者做出更好的决策?”他说。
对于一个连续血糖监测系统的制造商来说，工业4.0在帮助应对产量的大幅增长方面发挥了关键作用。该公司全球信息技术和运营技术高级总监拉姆·布鲁苏(Ram Bulusu)说:“一开始，我们每年生产4000万台。”“今天，这个数字更像是2亿。我们现有的大多数系统并不是专门设计来处理这种数量的。”
工业4.0已为公司提供无数的好处，如优化产品成本，降低劳动成本，提高整体设备效率（OEE），提高质量，并获得新车型出来更快。“它使我们的操作更加可预测，可重复，可扩展灵活性，”他说。
在NC，NC夏洛特牙科产品制造商的斯通·斯罗纳，行业4.0是关于连接机器和收集数据，以获得制造过程的见解，并在发生之前提前出现问题。Lentsply已经长期收集来自五轴铣床的复杂设备的数据，但现在公司正在将该概念扩展到更简单的机器，如零件清洁设备。
Dentsply高级工艺工程师Dan Ron解释说:“我们已经确定水温对清洗我们的部件至关重要，所以我们使用数字温度计来监测水温。”“如果我们看到温度有下降的趋势，这可能是一个信号，是时候更换加热器了。”
Dentsply也在收集手工流程的数据。“工业4.0的最大价值将是能够从手工操作中收集数据，”罗恩说。“从机器上收集数据很容易。”
该公司几年前开始实施数字工作指示。现在，每个工作站都配备了连接到公司ERP系统的计算机。当项目到达工作站时，工人扫描条形码，以获取有关如何完成手头任务的分步说明。这已经消除了错误和加速生产，因为工人不浪费时间通过指令集的粘合剂翻转。
另一个好处是，经理现在可以收集手工流程的数据，而不必带着秒表和剪贴板访问生产线。“作为一个精益和六西格玛的背景，周期时间是一个大问题，”罗恩说。“我们需要知道运营商完成一项任务需要多长时间，这样我们才能更好地管理整个设施的工作量。我们可以看到四个操作人员执行同样的任务，也许其中一个人的工作速度比其他人都快。这是为什么呢?也许他是在挑选，也许他找到了一种更好地完成任务的方法，其他人都可以从中学习。”
它还有助于公司遵守法规。“在医疗设备制造中，重要的是要说你做了什么并做了你所说的事情，”罗恩说。“数字工作说明允许我们控制我们的文档。”
开始
要实现生产线自动运转、人工智能帮助零部件设计的目标，不是一夜之间就能实现的。这需要大量的计划、领导能力以及对人员和技术的投资。这也需要一些激励。工业4.0并不适合所有人。
“我们比许多公司更先进，因为我们产品的本质强迫我们制作该投资，”LeeSon说。“任何开展旅程的公司都需要同样的驱动器，因为它不是一个简单的道路，它需要很多投资。”
Buletu同意。“医疗器械行业可能会缓慢变化，”他观察。“对于被接受的新想法往往需要危机。如果一切顺利，管理层都不想要花钱。“
Bulusu回忆起早些时候在另一家医疗设备制造商的工作经历。“我们的OEE是45%，”他说。“当我们实施工业4.0技术时，我们的OEE翻了一番，达到90%。这花了6个月的时间，双方进行了大量合作，但当你能够取得这样的成功时，管理层将更容易接受新想法。”
LeeSon说，想要追求行业4.0的汇编者，建议联合不同的部门设计，制造业，它 - 在共同领导下。“我们必须紧密地合作，以使它发生，而且，老实说，我们偶尔偶尔偶尔会偶尔，”他承认。“不同的团队有不同的优先事项，我们没有成功，直到所有这些团队都以共同的愿景为普通领导。
“要完成这样的事情需要巨大的技能，”他继续。“我们的控制工程和电气工程人员必须了解更多关于现代通信协议的更多信息，因此他们可以更好地了解我们的世界的世界。当然，互惠也是如此。我们的IT人员需要更好地了解工程世界。“
通过共同努力，Glidewell的团队决定了哪些plc最适合连接，哪些硬件和软件提供了最好的安全性。
布鲁苏的公司也是如此。“一开始，自动化团队负责所有的制造工作;IT团队处理所有数据;质量团队在做自己的分析;我们的供应商也在做他们自己的事情。他回忆道。
为了创建真正的智能工厂运营，Bulusu将这些集团统一在一个他称之为制造和供应链质量运营技术(MASCQOT)的单一模式下。Bulusu的概念扩展了ISA-95标准，用于开发企业和控制系统之间的自动接口。但是，ISA-95是一个垂直模型，MASCQOT是一个水平模型。这使得他的公司能够更有效地与供应商的制造系统进行沟通。
MASCQOT的一个主要好处是，它使公司能够将质量管理集成到系统中。Bulusu解释说，在许多医疗设备公司，制造和质量是不同的功能。这两个部门可能会共享信息，但可能不够及时或充分，无法满足FDA的报告要求或改善生产。由于质量和生产都是一个系统的一部分，Bulusu的公司有能力追踪不良事件到特定生产线上的潜在生产问题。例如，如果某个地区的几个人抱怨戴显示器出了疹子，工程师可能会追踪到，比如说，一家工厂的一批压敏胶超标。
沟通和团队合作很重要，同意罗恩。“在实施行业4.0技术之前，首先与您的IT部门合作，”他劝告。“你想要的最后一件事是安装一个只有让IT部门告诉您网络上不允许的东西。”
Mepadan建议装配者回火期望数字化。从一个小项目开始并从那里生长是个好主意。“你不应该期待很多自动化从一天 - 这是不可能的，”他警告道。“你必须把它带入小咬伤并慢慢地建立在最终目标。”
人力可能是一个问题。“实现行业的最大挑战4.0是技能短缺，”布鲁斯说。“要成功，我们需要拥有制造经验的人，它经验和运营技术经验。
“在大多数公司，这些都是不同的人和不同的组织，他们没有可转让的技能。在我公司，我将IT和OT函数带到同样的伞下。现在，正在编制PLC和SCADA的人员与运行ERP和MES系统的人员一起工作。知识或连接没有缺口。“
决定收集多少数据是解决问题的另一个问题。“在一开始，我们试图与我们收集的数据非常经济，”LeeSon召回。“最初，我们只收集我们认为立即有用的东西。
“然而，会发生的情况是，有人会有一个想法或出现一个问题，而我们没有数据支持它。现在，我们的理念是，让我们收集并存储进程中所有的数据。我们现在可能不需要它，但我们将来可能需要它。要用人工智能做有意义的工作，你需要数十万个数据点。”
即使制造商连续拥有所有鸭子，硬件和软件也可能不足以实现他们想要的一切。
“我与亚马逊一起工作，谷歌云和微软Azure，我可以告诉你这些云产品非常好，但它们都是专为信息管理而不是实时控制系统设计的，”Buletu指出。“如果您在爱尔兰运行的机器和您的数据中心在德国，您将有一些延迟。云产品尚未涉及制造商的需求，但他们正在到达那里。
制造业应用也需要改进。无论是西门子的Camstar还是罗克韦尔的FactoryTalk，它们都还没有完全做好云计算的准备。它们本身就是很好的应用程序。但它们需要为云计算设计一种没有延迟的方式。”
对Bulusu来说，一个令人惊讶的障碍与会计有关。他表示:“我们过去用于推出重要制造技术的财务模式，都是基于资本投资。”“你买了很多服务器、传感器之类的东西。你投资资本，计算折旧，这就是决定投资回报率的方法。
“但是，在云生态系统中，它基于每月订阅费。您向亚马逊或谷歌支付这么多，以在云中运行东西。这是一个问题，它被视为经营开支而不是资本投资，因此您的利润和损失陈述受到影响。我们的财务模式必须更新为包括这一点。“
网络安全也必须提前解决。
“我不太关心向云端发送信息而不是运营技术，”布鲁斯说。“SCADA系统和PLC被设计为独立。他们尚未进化为网络。如果需要更新某些东西，某人必须与该设备进行物理连接。
“通过创建目标OT网络安全计划，我们已经回复了该问题。在我们不能投入技术控制的地方，我们正在进行程序控制。用网络准备的设备取代商店地板上的所有PLC，这是不现实的。“
下一步是什么
对于Glidewell来说，其工业4.0之旅的下一步是找到一种方法，将客户反馈整合到其数据流中。李森说:“我们有所有这些客户反馈数据，我们正试图将它们映射到我们的制造过程数据中，以改善我们的生产线。”
该公司在该地区的初步工作已经支付了股息。Glidewell对100％的产品进行全尺寸检查。但是，它并不总是如此。“最初，我们在三个冠中扫描了一个。这不是一个廉价的过程，甚至三分之一是一个非常重要的抽样百分比，“LeeSon说。“但是，当我们通过我们的检验数据进行比较客户反馈数据时，我们发现客户回报或投诉的速度略高于我们没有扫描的零件。
“通过合并两个数据流，我们能够为100％的检查提供更多扫描仪的投资。对我们来说，即使是客户满意度的季度增加也是大规模的。“
在Bulusu的公司，目标是在潜在问题变成实际问题之前，利用实时分析来提醒制造经理。
“我们正在努力使用实时分析来建立趋势警报，”Buletu解释说。“例如，我们测量葡萄糖传感器上酶的厚度。让我们说我们的测量告诉我们，厚度为0.1微米，但它仍然在我们的规范内。然后，我们的测量表明，下一个批量来到线路下降0.2微米，而且再次，它仍然在我们的规范内。我们想使用实时分析来告诉我们，如果这一趋势持续，我们将在六次运行范围内进行规模超出规格;我们需要进行调整。
“在一个完全成熟的行业4.0型号中，我们希望拥有一个自我意识的制造系统，诊断并解决了很少或没有人为干预的问题。我们希望拥有一个系统，说，“这部分需要很快更换，计划下周二的一些停机时间。”我们还没有那里，但这是行业4.0可以带你去的地方。“
