淺談工業4.0在汽車制造業中的應用前景

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　　摘 要：概述了工業4.0，從智能工廠、沉浸式虛擬工廠、機器人、智能物流、數字化模擬仿真、生產鏈信息、輔助系統等方面，論述了工業4.0在汽車制造業中的應用前景，介紹了工業4.0為汽車制造業帶來的競爭優勢。
　　關鍵詞：工業4.0;汽車制造業;應用前景
　　 近年來，全球制造業面臨轉型升級和可持續發展的挑戰，進而催生出工業4.0。不同于勞動力老齡化社會下的傳統生產模式，工業4.0基于對制造業前景的預測，呈現出以CPS為核心，引領第四次工業革命的全新生產體系。當然，工業4.0目前還處于發展的初級階段。汽車制造業作為先進工業的代表，在工業4.0下會是怎樣的景象？基于這一問題，本文對工業4.0下，汽車制造業中的應用前景進行了分析和總結。
　　1 工業4.0概述
　　 工業1.0即機械化，以蒸汽機為標志，用蒸汽動力取代人力驅動機器，由此，手工業從農業中分離出來，正式進化為工業。工業2.0即電氣化，以電力的廣泛應用為標志，用電力驅動機器取代蒸汽動力，由此，零部件生產與產品裝配實現分工，工業進入大規模生產時代。工業3.0即自動化，以可編程序控制器（PLC）和計算機的應用為標志，由此，機器不但接管了人的大部分體力勞動，而且也接管了一部分腦力勞動，工業生產能力超越人類的消費能力，社會進入產能過剩時代。工業4.0是最新的變革，變革的支撐來源于機器人的普及與全世界的高度互聯，核心在于工業、工業產品和服務的全面交叉滲透。
　　2 工業4.0在汽車制造業中的應用前景
　　 目前，汽車制造業正在不斷發展與革新，工業4.0給汽車行業帶來的變化則是：汽車的換代速度越來越快，汽車的設計越來越個性化，消費者更容易買到自己所喜歡的配置和車型，生產商更容易實現庫存量最小化。此外，對于生產商來說，工業4.0之下的智能生產可以更好地控制生產，減少浪費，提高效率。
　　2.1 智能工廠
　　 對信息物理融合系統中的信息與通信進行整合，進而形成一種網絡空間虛擬系統———CPPS，這便意味著智能工廠的誕生。信息物理融合生產系統的目標是建立普遍適用于整個生產周期的普適程序鏈，以實現生產靈活性與效率的雙重提升。未來，CPPS設計的目標是工廠的個人、技術和組織形成一個有機的整體。
　　2.2 沉浸式虛擬工廠
　　 在沉浸式虛擬工廠中，智能設備（智能載物工具、無人駕駛運輸工具等）在生產系統中將擔任自主角色，與機器、工人及包括生產控制技術在內的其它系統組成部分進行交流，以一個自主的非人工生產要素完成任務，并參與控制生產流程。
　　2.3 機器人
　　 工業機器人在整車制造中的應用已經十分成熟，越來越多的工業機器人在更廣泛的領域應用正成為趨勢。通過機器人這樣高水平的自動化設備，可以簡化生產，降低成本，并提高產品質量。目前，工業機器人大大降低了勞動力成本，提高了生產效率，在生產過程中取代人工操作的同時，又為整線縮短長度打下了基礎。目前，在汽車裝配生產的全過程中，通過各種自動升降機、移載機和自動鎖緊裝置，可以完全實現車身輸送的自動化。在裝配工藝和設備方面，機器人自動化和智能化程度也在不斷提高。
　　2.4 智能物流
　　 工業4.0融合了機械、電子、信息學的新技術，應用于工業領域，除了狹義上的生產技術以外，還包括廣義上的生產物流。實現智能物流也是未來工業4.0的重點應用成果之一，其目的在于：簡化設備使用;減少安裝消耗及降低復雜度;顯著提高運輸車輛的智能與自主能力，使車輛可以自我調節以適應周圍環境。對于大規模生產而言，智能化數據技術提供整條供應鏈的實時信息，中轉過程中一旦出現問題，各自的零部件供應單元立即予以回應，這種響應功能提高了全球供應網絡的透明度，并優化了供應鏈的構架。寶馬公司目前已經在個別工廠中實現了供應鏈的實時信息傳遞。
　　2.5 模擬仿真和數字化
　　 在線測量技術和數據庫的使用有助于大幅度提高生產過程中的效率，特別是運用三維掃描儀、高分辨率數碼照相機等測量設備，引入三維生產數據庫，不需要圖紙和人工記錄，就可以直接模擬和評估，相比傳統人工操作有顯著優勢。例如，通過特殊的三維掃描儀和高分辨率數碼照相機，勞斯萊斯的古德伍德工廠僅需周末2d就能完成測量工作，而且測量精度可以達到2mm級別。同時，該工廠還建立了三維生產設備數據庫，紙質圖紙和耗時費力的現場人工記錄方式都已被淘汰，這樣的好處是，工廠有任何空間變動，三維數據庫都能夠直接模擬和評估，這是傳統技術所無法取得的功能。
　　2.6 生產鏈信息
　　 利用自動化數據分析技術，可以使生產質量和效率取得重大提升，實現最優生產過程。特別是在工廠零部件供給流程和元器件生產過程中，網絡化數據能夠保障商品流動的透明度，并可以提供部件質量的具體信息。在寶馬丁格爾芬和蘭茨胡特工廠應用了最新的數據矩陣編碼，可以記錄和識別寶馬7系碳纖維部件的整個生產過程。除此之外，還可以利用能被攝像頭所識別的條形碼儲存生產鏈信息。
　　3 結語
　　 在工業4.0時代，智能工廠將取代傳統的生產設備，并生產出智能產品。通往工業4.0的過程中伴隨著循序漸進的人機相互學習，許多基礎技術需要進一步發展，現存的制造業基礎設施也需要適應工業4.0時代的要求。從現有生產模式到工業4.0的轉變，將影響從設計生產到銷售售后的汽車工業全過程，每一位從業者都應做好準備，迎接工業4.0的到來。
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　　作者簡介：令狐磊（1990-），男，河南南陽人，本科，助理工程師，科長，主要從事汽車零部件生產非標自動化設備設計開發。
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