2005年，德國人工智能研究中心啟動了公私合作的“智慧工廠KL”技術計劃，這是歐洲首個專門面向信息與通信技術工業(yè)應用的演示驗證工廠。目的是支持創(chuàng)新自動化技術的開發(fā)、應用與傳播，并為科學與工業(yè)利用提供基地。“工業(yè)4.0”計劃提出后，“智慧工廠”計劃便作為“工業(yè)4.0”關鍵技術轉化實踐的一個先鋒，通過幾個模塊化的試驗工廠，相關的成熟技術和前沿研究結果能夠得以實施和評估。“智慧工廠”計劃的驗證項目包括工廠尺度的集成類項目，代表了完整的生產過程；以及各種軟硬件開發(fā)類項目，如:定位系統(tǒng)；移動操作單元；產品記憶；以服務為導向的控制概念；生產過程仿真。>>>接上一篇：《全面分析德國智慧工廠計劃》
智慧工廠中的智能生產
一，“智慧工廠”計劃驗證項目
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——工業(yè)4.0：從愿景到現(xiàn)實
通過思科、FESTO、哈挺、博世、西門子等合作伙伴的共同努力，所開發(fā)的創(chuàng)新生產線實現(xiàn)了工業(yè)4.0關鍵方面的實際應用。在下篇中將具體描述該項目的架構與基礎結構。
“工業(yè)4.0：從愿景到現(xiàn)實”項目合作伙伴
——關鍵生產線
這條生產線由訂單拾取站、銑削加工站、自動裝配站、人工工作臺組成，展現(xiàn)了能夠描繪第四次工業(yè)革命中心特征的三個范本：智能產品，通信機床（即智能機床），輔助操作員（即增強的操作員）。在下篇中將具體描述關鍵生產線的組成與運行。
——混合工廠
這是一個具備完全功能的典型工業(yè)生產廠，其特別之處在于不同技術過程和組件的交互，以及智能技術的使用。功能電子組件（控制器、傳感器、執(zhí)行器）是柔性的且聯(lián)網的，系統(tǒng)內和各層級控制的通信系統(tǒng)是無線連接的，加之模塊化的系統(tǒng)設計，使之達到了最佳的柔性：單個工藝步驟的重構，以及將新模塊集成到整個系統(tǒng)中都變得簡單。該工廠是整個演示驗證中心的核心，在這里，單個智能技術與整個功能的交互可以得到測試與體驗。
“混合工廠”項目演示驗證生產線
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——面向服務（維修）的移動導航應用
在工業(yè)應用中使用定位系統(tǒng)是未來工廠的中心元素，該項目開發(fā)了一個基于可穿戴PC的導航程序，支持將服務人員無縫導航到錯誤發(fā)生地點。除了在工廠系統(tǒng)中使用空間環(huán)境系統(tǒng)的經驗，技術突破還包括室內外定位技術的組合使用。
——支持內部后勤與生產控制的內部定位系統(tǒng)
定位系統(tǒng)的重要性毫無疑問，在工業(yè)工廠柔性化進程中，產品和生產方法的位置信息越來越重要。配備有射頻識別（RFID）閱讀器的工作小車收集可靠的位置數據，其運動方向基于嵌入地面的發(fā)射器。
定位系統(tǒng)
?。ㄈ┮苿硬僮鲉卧?br /> ——用于生產環(huán)境的控制面板
不同制造商實際使用的現(xiàn)場設備具有豐富的專有用戶界面，通過這種“萬能”操作單元，不同設備組件和現(xiàn)場設備都可以實現(xiàn)無線操作和檢測。
——用戶界面的自動生成
面向平板電腦開發(fā)組合了智慧工廠空間模型的軟件，包括具有特定使用和功能模型的眾多現(xiàn)場設備。目標是生成易學且可直觀使用的用戶界面。
——現(xiàn)場設備通過藍牙實現(xiàn)參數化
藍牙等無線技術的普及，可以實現(xiàn)任何標準的和廉價的操作單元通過無線連接訪問不同制造商的現(xiàn)場設備。概念研究顯示移動電話或者掌上電腦就適合現(xiàn)場設備的使用和參數化。
移動操作單元
?。ㄋ模┊a品記憶
——智慧工廠移動模塊
利用數字記憶，比如RFID芯片的形式，產品可以收集自身整個實現(xiàn)過程的信息。這樣它們就能向用戶提供寶貴的信息，比如配料。因為有了這項技術，產品可以“了解”自己，引發(fā)優(yōu)化產品壽命周期的巨大可能性，從生產和物流開始，到客戶驗收為止。項目開發(fā)的瀏覽器是一個數字產品放大器，可告知客戶產品價格和配料相容性。
（五）以服務為導向的控制概念
——以服務為導向的工廠控制系統(tǒng)的以工藝為導向的規(guī)劃方法
在工業(yè)自動化領域使用以服務為導向的架構范本，可能顯著減少集成與編程工作?；镜南敕ㄊ莿?chuàng)建一個統(tǒng)一的自動化架構，它由以服務為導向的架構概念和技術組成，這樣的統(tǒng)一、透明通信架構對于“物聯(lián)工廠”是重要基礎。在演示系統(tǒng)中，一個基于網絡服務的現(xiàn)場設備連接得以實現(xiàn)，從而開發(fā)創(chuàng)新的、基于服務的控制概念。
工廠控制系統(tǒng)
?。┥a過程仿真
——數字工廠
數字工廠的絕大多數工具和概念都是全壽命周期的，提升企業(yè)所有過程的透明度。在智慧工廠的環(huán)境中，關注點在于將制造與產品開發(fā)連接起來，以及利用當前操作數據進行產品工藝仿真。
增強現(xiàn)實
二、“智慧工廠”計劃參與的“工業(yè)4.0”平臺計劃項目
（一）賽博物理生產系統(tǒng)
CyPros研究計劃是德國教育與研究部最早支持的“工業(yè)4.0”項目之一，參與者包括弗勞恩霍夫研究所、德國人工智能研究中心、西門子、寶馬、Trumpf制造系統(tǒng)公司、Roehm公司、Wittenstein公司等。項目旨在開發(fā)并引入賽博物理生產系統(tǒng)（CPPS）的概念，顯著提升工業(yè)生產率和柔性。
CyPros計劃有三個目標階段：
——開發(fā)參考架構以及面向生產與物流系統(tǒng)的賽博物理系統(tǒng)模塊的典型譜系；
——為引入賽博物理生產系統(tǒng)提供廣泛的實踐、支持工具和平臺；
——賽博物理生產系統(tǒng)商業(yè)運行的技術和方法基礎，以及它們在演示工廠實際生產環(huán)境中的實施。
“賽博物理生產系統(tǒng)”概念示意
Cypros計劃分為5個項目和52個子項目，分別是：參考架構和技術基礎，包括11個子項目；規(guī)劃、控制和工藝設計，包括12個子項目；應用策略和方法，包括4個子項目；技術實現(xiàn)和集成，包括22個子項目；生產管理，包括3個子項目。
目前，基于面向工業(yè)生產和物流系統(tǒng)研發(fā)賽博物理系統(tǒng)模塊的典型譜系，CyPros項目使用Scheer管理公司的BPaaS平臺開發(fā)了參考架構。除了參考架構的描繪方法，還執(zhí)行了場景和案例研究，突出了基礎結構、裝配與IT服務、商業(yè)過程以及戰(zhàn)略與商業(yè)模式。研究結果為面向工業(yè)4.0的企業(yè)架構管理提供了基礎。
BPaaS解決方案
?。ǘ┟嫦蚬I(yè)4.0的自主
“面向工業(yè)4.0的自主—未來多維互聯(lián)網的生產、產品、服務”項目的優(yōu)先研究領域包括開發(fā)先進的機床、服務機器人和其它系統(tǒng)，自主地處理復雜任務。物聯(lián)網的技術發(fā)展已經在德國經濟與技術部的“下一代媒介”（新技術和泛在計算）和“自主”（基于仿真的自主系統(tǒng)）項目中支持了，適用于互聯(lián)網應用和服務的語義技術也在經濟與技術部的THESEUS項目中支持了。因此，“面向工業(yè)4.0的自主”獲得的4000萬歐元資金，主要是用于提升信息通信技術（ICT）和工業(yè)生產之間的智能交互，包括未來導向的生產系統(tǒng)和生產邏輯，未來導向的高級產品（包括服務機器人），以及未來導向的、知識密集型的電子服務。
?。ㄈ┯森h(huán)境激活的機-機通信實現(xiàn)資源節(jié)約（RES-COM）
2011年6月啟動的RES-COM項目由德國教育與研究部資助，DFKI、SAP、西門子等參與。項目旨在通過高度互連和集成的傳感器-執(zhí)行器系統(tǒng)，在“工業(yè)4.0”環(huán)境下實現(xiàn)資源的自動節(jié)約。項目建立了面向由環(huán)境激活的資源高效利用的原型場景，實現(xiàn)了資源消耗的智能測量和可視化。RES-COM采用了一個全新的核心技術，它基于主動數字產品記憶和帶有嵌入傳感器和執(zhí)行器的軟件服務代理。
三、結束語
從“智慧工廠”計劃的驗證項目可以看到，從2005年起，該計劃用了近10年的時間探索了智能生產線上的六大概念及其應用，即“定位系統(tǒng)、移動操作單元、產品記憶、以服務為導向的控制概念、生產過程仿真”，以及它們之間的數據交互與技術集成。在這個過程中，“工業(yè)4.0”的概念以及賽博物理生產系統(tǒng)的特征逐步形成，智慧工廠建設的關鍵和瓶頸得以總結。
沒有顛覆性的3D打印技術，沒有一夫當關的機器人，沒有絢爛的新技術名詞，完全從人、機、物三者之間的互聯(lián)與互動入手，實現(xiàn)機-機通信，機-物互聯(lián)，人-機互動，將整個制造環(huán)境、設備和產品狀態(tài)變成了可感知、可更新、可預測的和可分析、可優(yōu)化、可控制的，提升人的決策水平和含金量，這就是“智慧工廠”計劃所演示驗證的“工業(yè)4.0”。
我國已經鋪開進行智能制造示范生產線建設，到底為了什么建設、建設成什么樣子、利用什么現(xiàn)有技術建設、效果能夠集中體現(xiàn)在哪里、能否同步實現(xiàn)觀念和管理的轉變，是每一家躍躍欲試的企業(yè)應該思考清楚的，德國人的百年工業(yè)技術基礎、數十年的先進管理經驗、加之10年的知識沉淀，其智慧工廠的建設方向和途徑對我們是一個比較有價值的借鑒。
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