基于工业4.0的制造业工厂流程构想

郝敏，付聪

(天津工业大学管理学院，天津 300000)



基于工业4.0的制造业工厂流程构想

郝敏，付聪

(天津工业大学管理学院，天津 300000)

摘要：随着技术的进步，人活的生活水平逐步提高，个性化产品的需求不断增加。从上世纪90年代末，大众定制的思想就已经在工业领域出现了，主要为了解决消费者对定制化产品的需求问题。基于德国在2013年提出的工业4.0的概念以及提出的信息物理系统(Cyber-Physical systems)进行丰富，将顾客看作信息反馈源，从而构造了信息物理人系统(Cyber-Physical Human systems)。本文对将来的制造业工厂的工作流程就行了构想，并对流程各部分进行了描述。结合工业4.0的主题，对政府、企业和工厂工人提出了相应要求，以期可以应对工业4.0带来的挑战。

关键词：工业4.0；制造业；流程

1前言

在上世纪90年代就提出了大众化定制的概念，其主要目的是为了解决大众对个性化产品的需求。目前在我国的众多行业基本已经实现了不同程度的、以客户为导向的服务。像京东、淘宝、天猫等网络平台就是顾客完全的自主选择商品的服务模式，但是顾客是在现有商品的前提下进行选择。要想完全实现顾客的产品定制的需求，必须对工厂的流程进行重新设计，以在工厂高效运行的前提下，满足顾客的需求。

工厂的流程设计是决定工厂竞争力的重要决定条件之一，其设计的优劣性不仅严重影响企业的生产能力、产品生产周期、设备利用率，甚至直接影响顾客的满意度、企业的经济效益等。科学合理的工厂流程优化不仅可以降低运行成本、缩短生产时间，还能保障企业产品的市场化、规模化，减少响应时间，抢占竞争优势。

2基于工业4.0的应用

工业4.0是由德国政府为了提高其工业的竞争力，争取在新一轮工业革命中占领先机而提出的新战略。工业4.0的主要思想是在工业的基础上实现智能化，主要包括“智能工厂”与“智能生产”两大主题。其目标是充分利用信息技术与网络服务，建立高度灵活的个性化与数字化的产品与服务的生产模式，将制造业向智能化转型。

德国提出的工业4.0的概念，就是整合信息物理系统(Cyber-Physical systems)来创造环境敏感、分散的工厂环境，结合追踪技术，可以实现顾客在产品生产时改变需求。工厂内部机器设备实现智能协调，工厂与顾客通过互联网、物联网相互沟通，实现全方位智能化体系，从而可以充分满足顾客对定制化产品的需求。基于信息物理系统(Cyber-Physical systems)，要利用追踪技术，充分挖掘顾客的信息，构成包涵顾客的反馈回路，即信息物理人系统(Cyber-Physical Human systems)。将顾客看作一个反馈源，可以直接影响工厂的操作流程与进度。

3工厂流程构想

制造业工厂的流程构想如图3.1所示，从顾客发出订单到工厂制作完成，划分为4个阶段：接单、准备、加工、包装，其中准备、装配、包装分别由一个工作台代替。因为不同性质、不同规模的工厂虽然具体工作环节有所差异，但生产流程具有一致性，因此本文仅就工厂的一般流程进行设计。

在工业4.0的环境下，顾客直接向工厂下单，工厂接单后，会自动完成生产、送货的服务，并且整个产销流程智能化很高，极少有人参与。工厂会将要进行加工的在制品毛坯、半制品、原料、辅料等在进入工厂时就设有都带有数字化的信息标识。此标识存储着其在整个生产过程和存储周期所需的各种必要的信息以及整个生产流程。通过互联网，在制品毛坯可以寻找存放的仓库和加工车间，甚至可以在加工的准备阶段选定空闲的工作台进行加工。下面将详细描述顾客的产品定义和应用程序、装配线及蓝牙设备。

图3.1　工厂流程构想图

客户自定义和应用程序：在基于工业4.0环境的工厂里，产品的加工或制作流程是设定好的。顾客通过应用程序，可以根据自己的期望来配置产品的颜色。一旦顾客完成了配置并将产品订单发送到工厂后端服务器，相应的工作人员会在其工人设备上收到请求。当工人开始按照显示他的工人装置的指令开始工作时，客户收到产品的推送通知，并可以检测产品的制作流程。如果客户在产品装配期间改变产品定义，工人会通过推送通知，并获得有关下一步的说明。

生产线：在工厂的硬件和产品设置之后，工厂里的工人的工作流程会详细的描述。只要准备好去组装一个需求的产品，工人可以从仓库中选择选一个可用的工作台。因为每个工作台配有BLE设备，工人可感到可用的工作台。选定工作台之后，工人得到完整的第一条指令：去在制品毛坯或其他辅助原料仓库。当工人进入仓库光圈范围时，下一个指令会显示在平板电脑上，通常情况下，所需的材料量是显示的。只要工人取得所有需要的材料，他可以手动将任务设置为状态完成，或以防他忘记它，当他离开调试工作站的光环时会自动被触发。同理，会依次进行产品的装配和包装。在所有的任务期间，客户是自动了解他的产品的状态，在任何节点客户可以根据自己的愿望来修改他的命令。这样的情况发生时，该工人立即收到一个推送通知，客户改变了产品的要求，并根据新的指令完成新的工作流程。

追踪技术：触发事件开始和结束的自动事件的非常重要的。自动化可以改善水平和垂直监测，数据的可靠性，并提供对工厂效率的详细洞察。但是会因为工人的疏忽影响其流程和监控。此外，一个请求(产品订单)的跟踪和定位并显示在工作台上是具有挑战性的，特别是在组装的产品不是在一个顺序中，而是中断的时候。为了解决上述问题，工厂的各部分配有一个独特的可识别性的蓝牙装置，可以在每个部分周围创造光环。这样的光环可以被感知，当蓝牙接收到的信号强度是大于或等于设定的阈值时，可以实现使用适当的跟踪技术，自动协助工人、追踪工作、定位每个工人的位置等。

4问题陈述

基于工业4.0“智能工厂”和“智能生产”的两大主题，对工厂设备的精密度、工人的劳动素质及管理水平提出了更高的要求。但是基于我国制造业自主创新能力不高、产品质量水平较低、资源能源利用效率较低、产业结构不太合理的现状，距离工业4.0的要求尚远，要求政府、企业和工厂工人都积极参与到工业4.0的挑战中来。

对于政府而言，要从全局的角度把握走向工业4.0的方向与速度，以引导中国企业应对工业4.0的挑战。一要将工业4.0作为国家的战略，在分析和掌握4.0特性和规律的基础上，给工业企业和个人提供指引；二智能工厂和智能生产对国家工人素质提出了更高的要求，政府要在政策上逐步实现人员从基层操作人员向中高层管理人员的转变；三要启动和实施工业智能制造研发和产业化专项工程，组建综合研究小组和平台，加强重大共性技术攻关，强化示范、推广和应用，推动中国制造业加快向智能化方向转型。

对于企业而言，工业4.0不是一蹴而就的，需要企业的长期人员积累、资本积累和技术积累。一要大力推进技术改革和创新，加大与高校、科研机构的技术合作，加快企业乃至行业的创新进程；二要全面的进行自我审视，积极进行生产流程的优化工作，增加市场的占有率，积累更多社会资本和市场资源；三要加大工人的培训力度。生产设备逐步精密和智能化同时对工人的操作技能和劳动素质提出了更高的要求，企业要通过培训活动，提高工人操作高精密装备的技能。

对于工厂工人而言，工业4.0的智能工厂对其生存技能提出了很大的挑战，更要时刻关注国家政策、法规的相关变化，提高自身技能。一要端正态度，智能工厂不等于无人化工厂，虽然智能化对从业工人的劳动素质提出了更高的要求，但是也会相应改善工作环境，提高生活质量。因此，员工要端正对工业4.0的态度。二要树立终生学习的态度。在“智能化工厂”和“智能化生产”环境下，工厂对工人素质要求提升的同时，对工人数量的需求有所降低，势必会造成某些工人的失业，只有树立终身学习的态度才会抓住更多的工作机会。

5结束语

实现工业4.0的工厂内的所有机器都可以通过毛坯的数字化信息标识来智能的进行生产，同样毛坯也可以自行选择空闲的工人或机器进行加工。除了必要的批量化生产之外，可以实现消费者自行设计自己的产品，并且进行监控。但是不可否认，我国的工业发展不平衡，真正实现工业4.0，需要中国企业立足于自身的现实条件，积极应对工业变革。

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中图分类号:TP29

文献标志码：A

文章编号：1671-1602(2016)04-0008-02

作者简介：郝敏(1990-)，女，汉，河北沧州人，天津工业大学管理学院管理科学与工程专业，研究生在读，研究方向：质量管理。