在中國(guó)制造企業(yè)看來(lái)，德國(guó)工業(yè)4.0其實(shí)是一個(gè)目標(biāo)。無(wú)論企業(yè)把產(chǎn)品設(shè)計(jì)得如何精準(zhǔn)，在生產(chǎn)過(guò)程中也難免會(huì)出現(xiàn)各類(lèi)問(wèn)題，而這些問(wèn)題卻能由這個(gè)目標(biāo)有效避免。不過(guò)，完成這個(gè)目標(biāo)的第一要素就是實(shí)現(xiàn)智能制造。為了滿(mǎn)足客戶(hù)的多樣性需求，以及跟隨信息時(shí)代的前進(jìn)步伐，很多制造型企業(yè)開(kāi)始逐漸引進(jìn)高科技的數(shù)控技術(shù)、柔性技術(shù)，為實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)化夯實(shí)基礎(chǔ)。如北京航星機(jī)器制造有限公司已引進(jìn)兩臺(tái)放于生產(chǎn)線上作業(yè)的機(jī)器人;菲尼克斯亞太電氣(南京)有限公司在組建電子產(chǎn)品生產(chǎn)線時(shí)，將柔性和自動(dòng)化作為取得綜合成本優(yōu)勢(shì)和小批量生產(chǎn)和快速交付的重要手段。

　　隨著科技的不斷發(fā)展進(jìn)步，以德國(guó)工業(yè)4.0為代表的新一代制造體系，對(duì)數(shù)控技術(shù)、柔性制造提出了新的挑戰(zhàn)，尤其在航天、電子等領(lǐng)域中，提升技術(shù)的需求更加迫切。

　　進(jìn)階數(shù)控技術(shù)應(yīng)用

　　隨著現(xiàn)代航天制造業(yè)的高速發(fā)展，數(shù)控加工技術(shù)已經(jīng)成為航天產(chǎn)品制造的關(guān)鍵技術(shù)之一。

　　在北京航星機(jī)器制造有限公司總經(jīng)理助理兼技術(shù)創(chuàng)新中心主任姚為看來(lái)，數(shù)控技術(shù)突飛猛進(jìn)的最根本原因在于客戶(hù)需求的不斷變化，從加工對(duì)象的單一品種大批量變?yōu)槎嗥贩N變批量，從生產(chǎn)交付的長(zhǎng)周期充分準(zhǔn)備變成短周期快速響應(yīng)，為了滿(mǎn)足客戶(hù)的需求、適應(yīng)市場(chǎng)的發(fā)展，很多制造型企業(yè)開(kāi)始大量引進(jìn)或研發(fā)新的數(shù)控技術(shù)。

　　德國(guó)工業(yè)4.0吹響了向智能制造前進(jìn)的號(hào)角，作為基礎(chǔ)支撐的數(shù)控技術(shù)更需要不斷創(chuàng)新，跨越發(fā)展。姚為認(rèn)為，德國(guó)工業(yè)4.0并不是完全陌生的東西，從十七大正式提出兩化融合到十八大提到的兩化深度融合，其實(shí)就是工業(yè)3.0向工業(yè)4.0轉(zhuǎn)變的國(guó)家政策層面的要求。在這個(gè)轉(zhuǎn)變過(guò)程中，制造企業(yè)針對(duì)自身特點(diǎn)，逐步在用不同的融合方法把數(shù)字化技術(shù)、柔性化技術(shù)植入到每個(gè)制造環(huán)節(jié)，讓它實(shí)現(xiàn)快速響應(yīng)和及時(shí)生產(chǎn)。

　　不同專(zhuān)業(yè)數(shù)控化程度不一

　　在德國(guó)“工業(yè)4.0” 的實(shí)施方案里，所涉及的兩個(gè)領(lǐng)域是：智能工廠與智能制造。姚為認(rèn)為，搭建智能工廠的核心是硬件需實(shí)現(xiàn)智能化，智能化的前提是數(shù)控化，而目前不同專(zhuān)業(yè)數(shù)控化程度差別較大。

　　北京航星機(jī)器制造有限公司一直在推進(jìn)數(shù)字化制造工作。據(jù)記者了解，該公司早在10年前就開(kāi)始用數(shù)控機(jī)床逐步替代傳統(tǒng)機(jī)械式機(jī)床，目前在機(jī)械加工環(huán)節(jié)已全部實(shí)現(xiàn)數(shù)控化，各式車(chē)床、銑床、刨床、磨床等設(shè)備都能實(shí)現(xiàn)離線編程以及分布式數(shù)字化控制，技術(shù)人員可在辦公室用產(chǎn)品3D模型直接生成加工程序，經(jīng)過(guò)軟件后處理變成機(jī)器代碼，再通過(guò)車(chē)間數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)把加工程序與機(jī)器代碼一起傳送到加工設(shè)備上。這樣一來(lái)，技術(shù)人員不用去現(xiàn)場(chǎng)就能指導(dǎo)操作者把產(chǎn)品加工到位。姚為告訴記者，數(shù)控機(jī)床在所有數(shù)控設(shè)備中是發(fā)展最迅速的，也是應(yīng)用效果最顯著的。

　　不過(guò)，產(chǎn)品在制造環(huán)節(jié)里，不止機(jī)械加工這一道工序，以航天產(chǎn)品為例，需要經(jīng)過(guò)鑄造、鍛造、熱處理、熱成形、焊接、機(jī)械加工、表面處理、裝配調(diào)試等一系列復(fù)雜工藝流程，才能產(chǎn)出最終交付用戶(hù)的實(shí)物產(chǎn)品，如果只在機(jī)械加工一個(gè)專(zhuān)業(yè)點(diǎn)上實(shí)現(xiàn)數(shù)控化，即便做得再好，也只是提高了整個(gè)生產(chǎn)鏈的一塊長(zhǎng)板，并沒(méi)有解決短板問(wèn)題。

　　除了機(jī)械加工，在其他專(zhuān)業(yè)制造領(lǐng)域里，數(shù)控化程度相當(dāng)不均衡，尤其是在熱加工領(lǐng)域。姚為向記者介紹，大部分產(chǎn)品的鑄造專(zhuān)業(yè)仍然完全依靠人工去做造型、制砂、澆鑄等工作，勞動(dòng)強(qiáng)度大，質(zhì)量一致性差。在國(guó)外，先進(jìn)的鑄造企業(yè)也在進(jìn)行數(shù)控化改造，但數(shù)控化程度相對(duì)機(jī)械加工專(zhuān)業(yè)仍然很低，且多數(shù)只能在局部工序?qū)崿F(xiàn)，替代簡(jiǎn)單規(guī)范的人工操作，對(duì)于復(fù)雜環(huán)節(jié)，因?yàn)樾枰R(shí)經(jīng)驗(yàn)與判斷，所以目前的數(shù)控技術(shù)尚未發(fā)展到如此智能的程度。另外，在焊接、熱處理、熱成形、裝配調(diào)試等專(zhuān)業(yè)中，也需要進(jìn)一步提升數(shù)控化程度，才能滿(mǎn)足柔性化生產(chǎn)的需求。

　　數(shù)字化制造才起步

　　在“工業(yè)4.0”升級(jí)過(guò)程中，需要大量的數(shù)字化制造技術(shù)作支撐。機(jī)械加工領(lǐng)域中的數(shù)字化制造，后續(xù)將集中在提升數(shù)控設(shè)備自適應(yīng)能力、完善車(chē)間制造執(zhí)行系統(tǒng)、加強(qiáng)物流與信息流的及時(shí)準(zhǔn)確配套等環(huán)節(jié)，最終體現(xiàn)為提高產(chǎn)品交付速度、降低產(chǎn)品制造成本、保障產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定、提升企業(yè)盈利能力等方面。在這方面，國(guó)內(nèi)企業(yè)仍處在起步階段，正在經(jīng)歷從量變到質(zhì)變的積累期。

　　在鑄造、熱處理等專(zhuān)業(yè)領(lǐng)域中，因?yàn)楣に囘^(guò)程涉及到產(chǎn)品本體性能的變化，影響因素很多，數(shù)字化控制過(guò)程更加復(fù)雜。比如，在鑄造過(guò)程，天氣因素就是一個(gè)重要影響，晴天、陰天和雨天、環(huán)境溫度與濕度的差異等都會(huì)顯著影響鑄件本體性能。這些環(huán)境因素還無(wú)法用一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)化的數(shù)學(xué)模型進(jìn)行定義與描述，現(xiàn)有的鑄造模擬仿真軟件，也僅能將其簡(jiǎn)化為一個(gè)環(huán)境變量進(jìn)行處理，由此得到的優(yōu)化結(jié)果給出的只是定性描述的趨勢(shì)化建議，無(wú)法精確指導(dǎo)鑄造過(guò)程以達(dá)到穩(wěn)定一致的鑄件質(zhì)量。除了天氣因素外，原材料的純度、砂型的緊實(shí)程度、合金元素的分散度等，需要考慮的影響因素紛繁復(fù)雜，所以想通過(guò)數(shù)字化控制達(dá)到十全十美非常不易。據(jù)姚為介紹，目前對(duì)涉及到產(chǎn)品本體性能的各專(zhuān)業(yè)，其工藝過(guò)程的仿真模型還無(wú)法定量描述全部?jī)?nèi)外在影響因素，它只會(huì)說(shuō)大概有影響，影響到大約什么程度，但這種影響是以何種函數(shù)關(guān)系作用到產(chǎn)品性能中去，這個(gè)規(guī)律尚未掌握，沒(méi)有這個(gè)規(guī)律就無(wú)法用數(shù)字化控制的方法進(jìn)行精確控制，就不能像機(jī)械加工那樣精確控制到毫米、微米，甚至納米級(jí)，它只能作宏觀評(píng)判。因此這些專(zhuān)業(yè)領(lǐng)域的數(shù)字化控制更是處于一種起步階段。

　　最后， 姚為建議， 在鑄造、熱處理、焊接等專(zhuān)業(yè)領(lǐng)域中，企業(yè)需要聯(lián)合高校和科研院所，共同建立冶金標(biāo)準(zhǔn)化模型，這樣才能加快搭建數(shù)字工廠的步伐。不管是數(shù)字化制造也好、智能制造也罷，與國(guó)外一樣，整體行業(yè)都處在起步階段。隨著專(zhuān)業(yè)認(rèn)識(shí)逐漸的深入，數(shù)字化水平逐漸提升，企業(yè)才能針對(duì)自身特點(diǎn)與需求，制訂出自己的數(shù)字化工廠乃至智能工廠解決方案，這也是未來(lái)制造企業(yè)追求效益的必經(jīng)之路。

　　柔性制造流于生產(chǎn)線

　　從電子制造領(lǐng)域來(lái)談，隨著科技的進(jìn)步和生活水平的提高，客戶(hù)對(duì)產(chǎn)品需求日趨多樣化與個(gè)性化、低制造成本及短制造周期等，傳統(tǒng)的制造技術(shù)已不能滿(mǎn)足市場(chǎng)對(duì)小批量多品種要求，也不符合顧客要求的樣式和產(chǎn)品功能的需求。據(jù)記者了解，上世紀(jì)90年代后，由于微電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、通信技術(shù)、機(jī)械與控制設(shè)備的發(fā)展，制造業(yè)自動(dòng)化進(jìn)入一個(gè)嶄新的時(shí)代，技術(shù)日臻成熟。

　　進(jìn)入21世紀(jì)之后，信息技術(shù)正在加速向電子制造領(lǐng)域滲透，制造系統(tǒng)也開(kāi)始大規(guī)模地向大批量低成本向小批量多品種與快速換型方式轉(zhuǎn)變，并重點(diǎn)強(qiáng)調(diào)交付速度和生產(chǎn)系統(tǒng)的柔性，實(shí)現(xiàn)以客戶(hù)為導(dǎo)向和總成本最低化。

　　目前，柔性制造技術(shù)已成為各工業(yè)化國(guó)家機(jī)械制造自動(dòng)化的研制發(fā)展重點(diǎn)。據(jù)菲尼克斯亞太電氣(南京)有限公司工業(yè)電子生產(chǎn)部經(jīng)理葉慶介紹，在小批量、多品種的生產(chǎn)模式中，柔性制造生產(chǎn)系統(tǒng)基本占據(jù)了整條電子制造生產(chǎn)鏈。

　　在菲尼克斯整個(gè)電子制造生產(chǎn)線上一眼望去，看到更多的是設(shè)備，而不是人。在這些先進(jìn)設(shè)備里，都有柔性技術(shù)的因素。

　　柔性技術(shù)之所以能在電子制造領(lǐng)域大顯身手，是因?yàn)殡娮又圃煲M(jìn)信息化技術(shù)最具優(yōu)勢(shì)。

　　從微笑曲線分析，研發(fā)和營(yíng)銷(xiāo)的利潤(rùn)率較大，而制造業(yè)恰巧處在中間，是微笑曲線最低的一段，其利潤(rùn)往往很低，如果不控制原材料和生產(chǎn)制造成本的話，就意味著制造企業(yè)的總成本將變得更高，利潤(rùn)就更小，長(zhǎng)期下去，成本代價(jià)更加無(wú)法計(jì)較。同時(shí)，隨著中國(guó)人口紅利的消失，人力成本在中國(guó)每年都呈現(xiàn)出上漲的趨勢(shì)，這就意味著制造企業(yè)用的工人越多，成本就越高，如若持續(xù)下去，這個(gè)成本將無(wú)法進(jìn)行估算。而電子制造領(lǐng)域涉及的大部分都是簡(jiǎn)單重復(fù)性的工作，因此引進(jìn)信息化技術(shù)能直接降低成本、提高質(zhì)量、加快交付速度。

　　柔性“價(jià)值”

　　葉慶向記者介紹，柔性制造系統(tǒng)最大的優(yōu)勢(shì)體現(xiàn)在：有適應(yīng)外部環(huán)境變化的能力、能衡量滿(mǎn)足新產(chǎn)品要求的程度;有適應(yīng)內(nèi)部變化的能力，可用在有干擾(如機(jī)器出現(xiàn)故障)情況下，且系統(tǒng)的生產(chǎn)率與無(wú)干擾情況下的生產(chǎn)率期望值均衡。同時(shí)他告訴記者，柔性是相對(duì)于剛性而言的，傳統(tǒng)的剛性自動(dòng)化生產(chǎn)線主要實(shí)現(xiàn)單一品種的大批量生產(chǎn)。其優(yōu)點(diǎn)是生產(chǎn)率很高，由于設(shè)備是固定的，所以設(shè)備利用率也很高，單件產(chǎn)品的成本低。但價(jià)格相當(dāng)昂貴，且只能加工一個(gè)或幾個(gè)相類(lèi)似的零件，難以應(yīng)付多品種中小批量的生產(chǎn)。隨著批量生產(chǎn)時(shí)代逐漸被動(dòng)態(tài)的市場(chǎng)變化所替換，剛性自動(dòng)化生產(chǎn)漸漸被柔性自動(dòng)化生產(chǎn)所取代。在葉慶看來(lái)，一個(gè)制造自動(dòng)化系統(tǒng)的生存能力和競(jìng)爭(zhēng)能力在很大程度上取決于它是否能在很短的開(kāi)發(fā)周期內(nèi)，生產(chǎn)出較低成本、較高質(zhì)量的不同品種的產(chǎn)品。

　　隨著柔性技術(shù)的不斷深入，傳統(tǒng)的生產(chǎn)模式正逐漸被精益生產(chǎn)的模式代替。葉慶告訴記者，傳統(tǒng)的生產(chǎn)方式是按工藝流程布局，比如工人把產(chǎn)品放在車(chē)床上做，做完后再全拿到銑床上銑，銑完后再拿到鉆床上鉆，當(dāng)有了加工中心后，車(chē)鉗洗刨均可在一臺(tái)機(jī)器里做出來(lái)。同一臺(tái)設(shè)備，可替代此前多種加工設(shè)備，只需調(diào)用不同的程序就可以生產(chǎn)出各種產(chǎn)品。這雖是柔性生產(chǎn)的理想狀態(tài)，但不意味著企業(yè)為了使生產(chǎn)線達(dá)到柔性化而不計(jì)成本地投入巨資。這需要企業(yè)以成本核算為基礎(chǔ)，結(jié)合自身的生產(chǎn)制造基礎(chǔ)和產(chǎn)品特點(diǎn)來(lái)規(guī)劃和逐步向柔性生產(chǎn)方式轉(zhuǎn)變。若制造系統(tǒng)與產(chǎn)品、客戶(hù)需求相匹配，使柔性的投入能被其產(chǎn)生的優(yōu)勢(shì)所消化，這就是成本最優(yōu)化的方案。

　　弱基礎(chǔ)的轉(zhuǎn)變

　　制造企業(yè)使用柔性技術(shù)來(lái)提高自動(dòng)化水平，最終的目的就是實(shí)現(xiàn)中國(guó)版的工業(yè)4.0。在葉慶看來(lái)，自動(dòng)化只是工業(yè)4.0的基礎(chǔ)，就如人的四肢，它以硬件和技術(shù)為基礎(chǔ);信息化就如神經(jīng)，使各單元協(xié)同合作。在&工業(yè)4.0的模式中，自動(dòng)化只是系統(tǒng)的基礎(chǔ)零件，配合信息化軟件系統(tǒng)才可構(gòu)建工業(yè)4.0的生態(tài)環(huán)境。企業(yè)發(fā)展自動(dòng)化的推進(jìn)將為提高生產(chǎn)質(zhì)量、縮短交付速度、便捷管理管理，以及優(yōu)化工作效率提供重要的手段，并打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

　　不過(guò)，我國(guó)制造行業(yè)目前自動(dòng)化的基礎(chǔ)還不夠強(qiáng)大，與工業(yè)4.0的高度自動(dòng)化還有很大差距，特別是在生產(chǎn)制造的各環(huán)節(jié)還不能有效連接起來(lái)、信息交換依舊不夠靈活和高效。但實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)化、構(gòu)建數(shù)字工廠是中國(guó)制造企業(yè)未來(lái)的方向。如今，中國(guó)制造正在這條道路上行走著。它的未來(lái)發(fā)展，我們充滿(mǎn)信心!