工(gong)業4.0示范工(gong)廠什么樣？雖然(ran)國內大部分工(gong)廠還沒有布局至此，不過(guo)可以(yi)確定的是(shi)，未來產品的生命周期將(jiang)越來越短(duan)，傳統剛性生產線的升級(ji)與改造耗時耗力將(jiang)不足(zu)以(yi)滿足(zu)生產需求，在(zai)虛擬信息空間與現實物理(li)世界(jie)進行(xing)信息交互的過(guo)程中，我們需要一個可進行(xing)高(gao)速低延時、高(gao)可用、高(gao)并發(fa)、抗干(gan)擾的工(gong)業互聯網。
中國(guo)科(ke)學院沈(shen)陽自動化研究所與(yu)德(de)國(guo)SAP公(gong)司(si)在沈(shen)陽舉辦智能制(zhi)造解(jie)決方(fang)案(an)戰略合作簽約(yue)儀式暨成果發布(bu)會(hui)。雙方(fang)宣布(bu)：面向工業4.0的智能工廠解(jie)決方(fang)案(an)正(zheng)式發布(bu)，基于該解(jie)決方(fang)案(an)搭建的工業4.0示范生產(chan)(chan)線同時啟(qi)用。這是(shi)中國(guo)第一(yi)條以工業4.0為(wei)藍圖的智能工廠示范生產(chan)(chan)線。
達(da)沃斯論壇在2016年(nian)初就提出(chu)“掌控第四次工業(ye)革(ge)命”作為(wei)年(nian)度主題。第四次工業(ye)革(ge)命為(wei)“物(wu)理信息融(rong)合”，當前，全球正(zheng)處在物(wu)理世界(jie)與信息世界(jie)開始融(rong)合的初期階段(duan)。
對于第四次工業(ye)革(ge)命(ming)，整個工業(ye)界和信息產業(ye)界在(zai)2015年都(dou)有著充分的(de)討論。特別(bie)(bie)是隨著電商和微信等超(chao)級別(bie)(bie)移動應用(yong)入(ru)口在(zai)近兩年的(de)崛起(qi)，一(yi)個能夠滿足(zu)用(yong)戶與(yu)消費者個性化(hua)需求、連接(jie)用(yong)戶端與(yu)生(sheng)產制造端的(de)新(xin)型智能制造鏈(lian)條正在(zai)形成中(zhong)。
這樣的(de)智能制造鏈(lian)條到底長什么樣？SAP與中科院沈(shen)陽自動化研究所(suo)（簡稱沈(shen)自所(suo)）花費了近一年的(de)時間，聯合開發了首(shou)(shou)條工業(ye)4.0示范(fan)生產線，并在2015年底的(de)世(shi)界互聯網大會上首(shou)(shou)次(ci)向外展示。
從電商與微(wei)信入口直連(lian)到后端的軟件定義(yi)生產(chan)線，從本(ben)地工業(ye)互(hu)聯網到跨洋云(yun)服務和大數據處理，中國正走在新工業(ye)實踐的前沿。
安卓（超高頻UHF）手持終端MT50A，采用8核2.0GHz高性能處理器，結合安卓Android系統， 配備3GB RAM + 32GB ROM內存，以及5.5寸IPS高亮屏，選配條碼(一維或二維)，RFID低頻(125KHz)，高頻(13.56MHz)，超高頻(860MHz-960MHz)高性能模塊。6面均可承受1.5米高度跌落到水泥地面的沖擊，IP等級可達IP65。可廣泛應用于物流快遞、設備巡檢、、醫療護理、防偽溯源、智能工具管理、產品質檢、水電抄表、服裝訂貨、移動銷售作業等多種無線射頻識別（RFID）系統。
RFID超高頻（UHF）安(an)卓（Android）手持(chi)機MT50A
一、未來(lai)智能制造場景
以(yi)個性化定制汽車模型為示例，由沈自(zi)所與SAP中國研究院合作的(de)工(gong)業4.0示范(fan)生產線比較完整的(de)展示了(le)未來智能制造(zao)的(de)場(chang)景。
這條智能制造示范生產線已正式落戶于位于沈陽的中科院沈自所內，是一個８米×８米的模擬生產車間，其中包括了諸多裝置——五臺機械臂、兩臺自動導引車、100臺WIA-FA工業無線設備等。
RFID高頻13.56MHz工業讀寫器HR2878，采用銅鍍鎳材料外殼，高防護等級，支持工業MODBUS RTU等通信協議，方便用戶通集成到PLC等控制系統中。工作頻率為13.56MHZ，支持對I-CODE 2、I-CODE SLI等符合ISO/IEC 15693國際標準協議格式電子標簽的讀取，可讀寫完整數據塊數據。主要應用于工業產線、模具管理、刀具管理、AGV、防偽溯源、物流分揀及生產過程控制等多種RFID系統應用領域。
RFID高頻13.56MHz工業(ye)一(yi)體式讀寫(xie)器HR2878
普通消(xiao)費者可以通過基于SAP電(dian)子商務套件(jian)Hybris搭建的電(dian)商網站、手機用戶端界面或直接在微信公(gong)眾號(hao)下訂單，可根據自己的喜(xi)愛選擇(ze)不同(tong)的車型和車體顏色。
訂單生成后，相關信息即傳送到模擬車模制造企業的ERP系統中。ERP系統會根據當前訂單的情況，相應完成準備生產物料、生產計劃和編制生產成本等工作。
RFID超高頻工業級讀寫器UR5306是一款高性能的UHF超高頻電子標簽讀寫器，廣泛應用于工業產線、模具管理、刀具管理、AGV定位、防偽溯源、物流分揀及生產過程控制等多種系統應用領域。
RFID超高(gao)頻工(gong)業級一體式讀(du)寫器UR5306
當ERP系統完成生產(chan)計劃后(hou)，會(hui)將相應(ying)的工(gong)單傳(chuan)送(song)到工(gong)廠(chang)的MES生產(chan)制造(zao)執行系統，通(tong)過MES下(xia)達給(gei)工(gong)廠(chang)生產(chan)線上(shang)。
MES自動選(xuan)擇優先級最(zui)高的工(gong)單，而工(gong)廠生(sheng)產(chan)(chan)線接(jie)收(shou)到生(sheng)產(chan)(chan)工(gong)單信息(xi)后，將(jiang)發送一(yi)個產(chan)(chan)品(pin)托盤(pan)并裝備(bei)上RFID電子(zi)標(biao)簽。所有(you)與該(gai)產(chan)(chan)品(pin)相關(guan)的信息(xi)都記(ji)錄在(zai)這個唯一(yi)RFID電子(zi)標(biao)簽里，每一(yi)道工(gong)序(xu)的生(sheng)產(chan)(chan)工(gong)作(zuo)站都與RFID標(biao)簽進行信息(xi)交互。
RFID超高頻遠距離四通道讀寫器UR6258是基于IMPINJ R2000芯片深度開發的一款高性能的UHF超高頻電子標簽讀寫器，支持EPC C1G2（ISO18000-6C），可選配支持國標GB29768協議，軍標GJB7377.1A-2011/2018協議，可選配支持無源測溫，冷鏈測溫。廣泛應用于倉儲進出、圖書管理、稱重管理、被服管理、物流分揀、車輛識別系統、門禁系統、防偽系統及生產過程控制等多種無線射頻識別（RFID）系統。
RFID超高(gao)頻(pin)遠距(ju)離四通道讀寫(xie)器UR6258
整個示范生(sheng)產(chan)(chan)線一共有7個工(gong)序、涉及6個生(sheng)產(chan)(chan)工(gong)作站(zhan)，另(ling)外還有2個移(yi)動備用(yong)(yong)生(sheng)產(chan)(chan)工(gong)作站(zhan)。生(sheng)產(chan)(chan)線在達到產(chan)(chan)能(neng)飽含的(de)(de)時(shi)候，能(neng)自(zi)動調用(yong)(yong)移(yi)動備用(yong)(yong)生(sheng)產(chan)(chan)工(gong)作站(zhan)進入生(sheng)產(chan)(chan)體(ti)系(xi)，而當產(chan)(chan)能(neng)空閑的(de)(de)時(shi)候又(you)將把(ba)備用(yong)(yong)生(sheng)產(chan)(chan)工(gong)作站(zhan)移(yi)出生(sheng)產(chan)(chan)體(ti)系(xi)，以(yi)達到節能(neng)減(jian)排(pai)的(de)(de)效(xiao)果。
消費(fei)者可以在(zai)網站、移(yi)動端和(he)微信(xin)端遠(yuan)程觀看整個的(de)生(sheng)產(chan)過(guo)程，工廠(chang)的(de)管理人員和(he)工程師也可以在(zai)MT5000便(bian)攜式(shi)手持終端上觀察(cha)整個生(sheng)產(chan)線的(de)工作狀(zhuang)態(tai)和(he)訂單運行情況，相關數據也實時提(ti)供給(gei)上下游供應(ying)(ying)鏈以保證生(sheng)產(chan)物料(liao)供應(ying)(ying)。
如果設備出現故障(zhang)，維(wei)修(xiu)人員用MT5000便攜式手持終端掃描每(mei)個生產設備的二維(wei)碼，直接彈出3D維(wei)修(xiu)指導；通過(guo)智能眼鏡連(lian)接上Skype，能與(yu)遠程的技術專家一起會診。
二、三大關鍵性技術
這(zhe)條工業(ye)(ye)(ye)4.0示范(fan)生產線都示范(fan)了哪(na)些關鍵性(xing)技術？SAP中國研究院(yuan)院(yuan)長(chang)李瑞(rui)成(cheng)表示，該示范(fan)生產線實現了工業(ye)(ye)(ye)4.0的基本理念，包括個(ge)性(xing)化訂單、柔性(xing)化生產、三大集成(cheng)、工業(ye)(ye)(ye)云與大數據等等，尤其(qi)是生產線所集成(cheng)的云服(fu)務其(qi)實位于新加坡，真(zhen)正體現了全球一體化的智(zhi)能制造(zao)。
沈自所工(gong)業控制網絡與系統研(yan)究室主(zhu)任曾鵬(peng)表示(shi)，整條示(shi)范生產線中最大的(de)特色為軟件定義生產，即(ji)所謂柔性(xing)化生產。
現(xian)在的離(li)散制(zhi)造業，出(chu)現(xian)越(yue)來(lai)(lai)越(yue)多的個(ge)性(xing)化(hua)(hua)的用(yong)戶需求。這種個(ge)性(xing)化(hua)(hua)配置的需求，對于后端的生(sheng)產制(zhi)造環節，帶來(lai)(lai)了極大的挑(tiao)戰。傳統的剛性(xing)生(sheng)產，生(sheng)產線(xian)一旦安裝好(hao)了之后就難以變動。
此外，現在很多產品的生命周期越來越短，傳統剛性生產線的升級與改造耗時耗力，生產線更新的速度遠落后于產品更新的速度。
為了(le)解(jie)決這(zhe)個問題，SAP與(yu)沈自所一(yi)起，首先對于傳統工廠的(de)信息(xi)化系統進行(xing)了(le)信息(xi)和數據(ju)的(de)縱向集成。
把從上往(wang)下的ERP資源管(guan)理系統(tong)、MES制(zhi)造(zao)執行系統(tong)、PLC生(sheng)產控制(zhi)系統(tong)（包(bao)括工(gong)業(ye)機(ji)器人等）以(yi)及HANA大數據處理平臺進行了(le)分層處理，每一層之間實現了(le)更好(hao)的數據與信(xin)息交互，提(ti)高了(le)整個工(gong)廠各個層面的信(xin)息傳遞效率。
其次，從產品下訂單、生產規劃再到物料準備、生產線調整，把整個過程映射到虛擬的信息空間中，在虛擬信息空間里重構了用戶端到生產端的制造全過程。
生(sheng)產線(xian)上的PLC可編程設備(bei)、傳感器(qi)、控制器(qi)或工業機器(qi)人等被(bei)抽(chou)象成(cheng)信(xin)息空(kong)間里的虛擬模(mo)(mo)型，虛擬模(mo)(mo)型與物(wu)理(li)設備(bei)之間進行信(xin)息交互(hu)與聯動。
這樣(yang)，原來需要人(ren)工配(pei)置的生(sheng)(sheng)產線調整(zheng)就通過虛擬信(xin)息空間進行(xing)快速系統重構(gou)，然后自動化配(pei)置參數到物理設備中，大(da)幅縮(suo)短了生(sheng)(sheng)產線的變化周期。
在(zai)虛(xu)擬信息(xi)空間(jian)與現實物(wu)理世界(jie)進(jin)行(xing)信息(xi)交互的(de)過程中，需要一個可進(jin)行(xing)高(gao)速低延時、高(gao)可用、高(gao)并發(fa)、抗干擾(rao)的(de)工業互聯(lian)網。
沈(shen)自所牽頭研究(jiu)制定(ding)的(de)工業無(wu)線(xian)網絡技(ji)(ji)術規范(fan)(fan)WIA-FA是目前世界上(shang)唯一(yi)面向工廠高速自動控(kong)制應用的(de)IEC（國際電工組織）無(wu)線(xian)技(ji)(ji)術國際標準。沈(shen)自所基于WIF-FA實現了(le)對示(shi)范(fan)(fan)生(sheng)產線(xian)信息和數據的(de)高速無(wu)線(xian)采集(ji)，保(bao)持10毫秒以內(nei)延時，優(you)于國外公司(si)同類產品。
第三，生產設備的數據被實時(shi)傳(chuan)送到位于新(xin)加坡(po)的SAP HANA云服務中(zhong)心，通(tong)過(guo)當(dang)地(di)的大數據處理對(dui)設備進(jin)行故障診斷和實時(shi)預測。
基于對生產線上的(de)數據監測(ce)(ce)以(yi)及在云(yun)服務平臺上建立各種算法，可預測(ce)(ce)設備的(de)故障(zhang)(zhang)時間、故障(zhang)(zhang)位置以(yi)及故障(zhang)(zhang)類型(xing)，大幅減少生產線的(de)停機時間，同時延(yan)長了設備的(de)使用生命周期。
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