落地工业4.0_智能制造_科技

　　1月27日，随着中科院沈阳自动化研究所长于海斌博士与SAP公司全球高级副总裁、SAP中国研究院院长李瑞成博士将手放在启动球上，双方合作项目——智能制造示范产线正式落成。

　　早在2014年10月10日，中德两国政府就在德国首都柏林发表了《中德合作行动纲要：共塑创新》。在双方一揽子合作中有关工业4.0的合作是这样写的：“工业生产的数字化(工业4.0)对于未来中德经济发展具有重大意义。双方认为，该进程应由企业自行推进，两国政府应为企业参与该进程提供政策支持”，并且“双方欢迎两国企业在该领域开展自愿、平等的互利合作。加强两国企业集团及行业协会之间专业交流有利于深化合作。两国政府将为双方合作提供更为有利的框架条件和政策支持”。

　　因此，这条智能制造示范产线的落成，也意味着中德双方在工业4.0领域合作的实质性的进展。

　　此番合作是一次名副其实的强强联手。作为自动化领域的国家队，沈阳自动化所的学术研究与在国家重大工程项目中的高水平实践相得益彰。而在工业4.0中扮演重要角色的SAP公司，将其全球工业4.0研发团队的一半放在SAP中国研究院，足见SAP中国研究院的实力。

　　在欧、美、日等重新审视和评估制造业对经济和创新的价值时，工业4.0代表着世界制造业强国——德国的思考和行动。或者说，工业4.0代表着德国工业的发展方向。鉴于国内制造业平均水平与德国制造业差距不小，加之工业4.0解决方案涉及多个领域和多种新技术，因此，由沈阳自动化所与SAP中国研究院这两家在各自领域的研究和工程实力雄厚的机构，率先“吃螃蟹”，确保了工业4.0的顺利落地，从而为国内制造业同行提供一个看得见、摸得着的工业4.0案例。

　　智能制造 振兴东北

　　以能源、原材料和大型装备制造业为主的东北老工业基地，曾经为我国独立自主的工业体系和国民经济体系的建设做出了重大贡献。到了上世纪八十年代后，由于沿海地区及时抓住了经济全球化浪潮带来的产业链重新分工机会，受以代工为特色的制造业和服务业发展迅速。而能源与原材料的制约再加上重工业的不景气，拖累了东北经济的发展。

　　经济全球化下第一次产业链是基于成本的分工，西方制造业强国纷纷将价值链中的制造环节外包出去，以降低成本。而今发达国家的“再工业化”，是一次针对先进制造业对其他产业的协同促进作用和对整个经济贡献的重新评估。

　　“过去，一些发达国家将一些生产流程外包到发展中国家，主要是为了节约成本。如今外包出去的流程正在回流到本国。这些生产流程在过去是一种劳动力密集型的流程。由于技术的进步，现在这些流程变成资本密集型和能源密集型，而在资本和能源上发达国家是有优势的，至少在德国我们已经看到外包生产流程的回流态势。”孔翰宁博士去年10月22日在北京理工大学与在京部分高校教师交流时表示。孔翰宁卸任SAP董事局主席之后，出任德国国家科学和工程院院长，领导着德国工业4.0计划的制定，因而被称为“工业4.0教父”。

　　孔翰宁认为，任何国家的制造业在国民经济中的占比低于20%的话，将令人感到危险。德国现在是24%。但英国就比较麻烦，它只占10%。

　　当高端生产制造环节被视为创新不可或缺时，基于价值的第二次全球产业链分工也就开始了。

　　“兵马未动，粮草先行”用在工业领域，就是装备制造业必须先走一步。智能制造时代的来临，对于装备制造业重镇的东北老工业基地，无疑是一次历史性机遇。

　　近些年来，国家大力推进东北老工业基地的振兴。2010年4月，国家发改委正式批复沈阳经济区为国家新型工业化综合配套改革试验区。2011年11月，工业和信息化部正式批准沈阳市为国家级信息化和工业化融合试验区。2015年9月，中共中央办公厅、国务院办公厅印发《关于在部分区域系统推进全面创新改革试验的总体方案》，沈阳入选八大全面创新改革试验区。

　　2015年12月国务院正式发布关于《中德(沈阳)高端装备制造产业园建设方案》的批复文件。据《沈阳日报》报道，批复要求产业园“加强‘中国制造2025’与‘德国工业4.0’战略的高效对接，实现中国市场与德国技术优势互补，将中德(沈阳)高端装备制造产业园打造成为国际化、智能化、绿色化的高端装备制造业园区，加快培育沈阳经济区新的增长点，为促进辽宁省经济社会发展乃至东北地区老工业基地全面振兴发挥积极作用”。

　　沈阳中德装备园启动迅速，截止到今年1月上旬，已经有包括宝马整车、宝马发动机等35个高端项目入园。未来三年还将有上百家高端项目入园。

　　借助于中德装备园的运营，沈阳将拥有一大批先进制造企业，它们与德国本土企业都站在工业4.0的起跑线上了。

　　在沈阳工业即将再次腾飞的背景下，评估沈阳自动化所与SAP中国研究院在工业4.0上的合作，结果不言而喻。

　　示范产线的前世今生

　　为了将SAP中国研究院打造成具有全球影响力的研究院，2014年，李瑞成院长主导了一个针对中高层领导力快速发展的培训计划。

　　“我们当时给学员提出了9个研究课题，其中之一就是‘工业4.0怎样在中国落地？’。为此，我们专门成立了一个小组来研讨。最终我们得出了工业4.0在中国落地的战略方向，可以用5个关键词来表示，我们称之为SUPER。”李瑞成说。

　　他介绍说，S(Share)是分享，当时中国市场对工业4.0不怎么理解，SAP应该给整个工业界分享关于工业4.0的内涵、战略方向、基本宗旨和基本指导原则等，同时也分享SAP对它的理解与执行。U(Understand)是要理解中国的产业政策和不同制造行业的情况等。P(Promote)是要推广SAP针对工业4.0的先进理念和产品。E(Elaborate)是强调和客户共同创新，尤其在中国制造行业水平参差不齐、信息化水平也参差不齐的情况下， SAP提倡研发人员与客户共同创新，打造适合中国市场的解决方案。R(Reach)是让大家都要有一个开放的心态，工业4.0是一个庞大而复杂的体系，牵扯到传感器、生产设备、自动化、通信、硬件、软件等技术，需要很多厂商共同打造一个生态体系。

　　于是，在SAP中国研究院的推动下，成立了工业4.0星火小组。成员有硬件厂商华为、设备制造商西门子、安全厂商NXP、赛迪智库。“当时小组成员中还缺一个研究机构，我们设想是最好是有中科院背景、研究水平很高的研究所，同时还应该在自动化领域工程能力非常强，因为自动化对工业4.0来说非常重要。”李瑞成表示，“满足这样条件的也就是沈阳自动化所了，后来跟沈阳自动化所接触后，跟我们当初的设想一致。”

　　2014年11月，在上海举办的“SAP中国工业4.0高峰论坛”上，沈阳自动化所所长于海斌与SAP全球高级副总裁、SAP全球研发网络总裁、快速增长战略市场总裁柯曼，分别代表双方签署了战略合作备忘录。

　　“当时是以白皮书的形式签下来的，宗旨就是双方一道探讨适合中国市场的工业4.0解决方案，合作过程中就是探索怎么去做。”

　　“这个项目融合了沈阳自动化所在自动化领域的先进技术和SAP满足产线需求的组件和解决方案，基本上实现了工业4.0的一些基本理念，比如说个性化订单、柔性化生产，可预测性维护、大数据等。”李瑞成表示，“应该可以这样判断，这条示范产线代表着中国和德国产业界和学术界在工业领域的最高水平。”

　　与强手结盟

　　沈阳自动化所成立于1958年，50多年来专注于自动化科学与工程领域，是我国机器人与智能制造技术领域的“国家队”和领头羊，也是中国机器人事业的摇篮。此次应用于智能制造示范产线的工业无线网络技术，源自该所牵头研究制定的技术标准提案，在2011年经国际电工委员会工业过程测量、控制与自动化技术委员会投票，最终以100%的通过率成为国际标准，从而使得恶劣的工业控制环境下无线分布式应用的可靠运行成为可能。该所在工业控制领域的实力由此可以略见一斑。

　　“当时我们已经充分意识到工业4.0的实施是一个持续的过程。那么，第一阶段就应该将工业4.0的核心技术充分展示出来，从而让更多的人了解工业4.0，进而推广到工业应用现场中去。在这样的背景下，双方签署了协议，希望能够带领和推动中国的制造业从中国制造向中国智能制造转换。”于海斌在谈到双方合作过程时表示。

　　沈阳自动化所的团队首先认真消化吸收了工业4.0的精髓，之后，又研讨了西方发达国家与智能制造相关的国家计划，以及由这些国家计划衍生出的各种技术方案，从中提取了符合中国国情并能体现出智能制造价值的一些典型案例。与此同时，还对欧洲、日本和美国的制造业进行了有针对性的实地考察。在此基础上，设计了工业4.0的展示方案。到了2015年，国家颁布了《中国制造2025》，他们又将其中一些相关内容也结合进来。

　　“经过双方一年多的合作，我们在智能制造方面取得了长足的进步。”于海斌介绍说，“去年恰逢我所改革，我们创立了中国科学院机器人与智能制造创新研究院。这个研究院得到了辽宁省政府和沈阳市政府的支持，三方共建这个研究院。”

　　在评价双方的合作时，于海斌表示，作为坐落于东北老工业基地的国立科研机构，沈阳自动化所积极响应“中国制造2025”战略开展研发工作。此次与SAP深化合作，联合创新，提出了面向工业4.0的智能工厂解决方案和示范产线。该解决方案以沈阳自动化所自主研发的工业物联网技术体系和产品为基础，涵盖从软件到硬件，从消费者下单到生产交付全过程，充分体现高度个性化定制、产线自主重构、生产装备预测性维护等智能工厂的优势特点。基于此前合作所取得的优异成绩，我们希望能通过进一步合作，探索从数字化协同设计到定制化生产，再到互联化服务的全链条、端到端的智能制造整体解决方案，并进行推广应用，为中国制造业的转型升级提供强大动力。

　　“未来，在双方智能产线合作的基础上，我们也有进一步发展智能制造和智能服务及其整体解决方案的设想。希望经过我们的努力，能为中国的制造业，特别是为辽宁和沈阳装备制造业的转型升级提供新的技术支撑。”于海斌表示。

　　在智能制造示范产线启动仪式举办的当天，沈阳自动化所又与SAP中国研究院签订了第二阶段的战略合作备忘录，协同推进工业4.0在中国的发展与应用。

　　打造生态系统

　　当全新的技术、产品乃至解决方案问世时，每每都会跟生态系统这个词联系在一起。然而，可以毫不夸张地说，没有谁比工业4.0更在乎生态系统了。这是因为工业4.0首先就是一个超前的理念或者说制造业的发展趋势，加之工业4.0涉及的技术领域之多、面向行业之广，使之成为最为复杂的信息化与工业化深度融合的解决方案。唯有集生态系统内多家合作伙伴各自之长，才能促进工业4.0的发展。

　　“从SAP来讲，首先我们持开放心态，SAP平台本身也是一个开放系统，任何合作伙伴都可以在上面编写自己的程序，做他想做的事情。再者，我们希望在这个开放的生态体系里，发挥每个公司的特长，比如说SAP擅长软件流程，西门子擅长设备，沈阳自动化所擅长自动化技术，华为擅长硬件，这些合作伙伴在各自领域内都是出类拔萃的企业。每个企业把自己的接口和需求表述清楚，就可以依据应用场景，按需对接成最优的解决方案。这是一个最高效、最快实施工业4.0的途径。”李瑞成表示。

　　李瑞成提到的上述企业都是“工业4.0星火小组”的成员。生态体系的开放，各界高手的云集，为工业4.0的快速落地并呈星火之势，打下了坚实的基础。

　　“相信在不久的将来，会从现有的解决方案供应商中脱颖而出新一代的系统集成商，也会横空出现一些新的企业，它们的目标就是针对以云计算为架构的工业4.0应用。”李瑞成说。

　　而在工业4.0的知识建立与传播上，SAP采用了薪火相传的方式。“SAP中国研究院会帮助合作伙伴、新一代的SI建立新的能力。我们更多采用乘法形式，即先培训培训师，然后再由培训师去培训其他培训师。”李瑞成表示。

　　d-kom原本是SAP闭门的全球开发者开年大会，目的是为了给开发人员提供了解SAP战略动向与前沿技术、相互交流的机会。SAP会在世界多个城市举办它，此次有2000多名研发人员参加了上海的d-kom大会，其中主要是来自国内多个城市以及其他十多个国家的SAP研发人员。

　　“我们走的稍微超前一点，我们开放给我们合作非常好的合作伙伴，开放给媒体。除了大量的讲座之外，还展示了多种非常具体的实施方案，既有数字商务应用，也有各种物联网技术和工业4.0解决方案，其中一些相当超前。”李瑞成说，“这些应用场景展示了SAP研发的方向，同时也告诉开发者和合作伙伴，需要重点关注和投资的领域。”

　　超越工业4.0

　　“从SAP从战略上看，工业4.0只是SAP数字经济战略的一部分。我们关注的是随着数字经济时代的到来，SAP应该怎么去应对。更重要的是如何帮助我们的客户，使他们具备应对的能力。SAP给出的应对战略叫做数字经济时代框架，这个框架将指导我们未来几年的研发”李瑞成说。

　　李瑞成介绍说，向云计算迁移是产业大势所趋。SAP云端架构以S4HANA为基础的数字核心，以及围绕它的新产品--数字物联网以及资产管理、人力资源管理、客户互动和商务包括多渠道产品营销和商务网络四大部分。其中数字物联网以及资产管理涉及面非常广，其中的物联网可以应用到商务、医疗、制造等各种领域。当物联网技术应用到制造这个场景时，就是工业4.0。工业4.0有自己的理念，但从基本框架讲，就是物联网或者说信息技术与制造业的深入融合。

　　看来SAP在数字经济时代在下一盘很大的棋，工业4.0只是这盘棋中的关键棋子。李瑞成说：“在战略上，物联网只是SAP战略方向的组成部分之一。公司很大，做的事情非常多。但是有一点是相同的，这就是所有研发都是在SAP HANA平台上开展。”

　　“SAP的数字经济解决方案是一整套的解决方案，以适应不同业务领域的需求。毫无疑问，工业4.0是其中的重中之重。SAP向来在制造行业具有强大优势。为了在数字经济时代将我们在制造行业的传统优势发挥出来，SAP在工业4.0方面投入非常大的精力。”李瑞成说，“在制造业先进国家再工业化这一大背景下，工业4.0是SAP要积极推进的项目，所以SAP对它的投资力度非常大。当然，它也是一个可持续的投入，包括可以给SAP带来可持续的、丰厚的销售回报，因此，我们非常看好它的发展前景。”

　　链接：工业4.0智能制造示范产线

　　SAP智能制造解决方案

　　来自工业4.0的发源地德国，作为业界的管理大师，SAP依靠自己先进的理念和前沿的技术，在智能制造方面拥有一整套端到端的无缝集成系统。通过这套系统可实现：

　　·企业可以实现从ERP管理层到车间执行层再到设备层的垂直集成；

　　·设备层可以实现设备与设备间的通信，自动识别所要生产的产品，并调取相应的执行参数；

　　·消费者可以通过电子商务平台根据自己的需要选配产品下单，订单自动同步到ERP系统；

　　·通过云平台，实现和供应商的协同，优化车间物料供应；

　　·通过CPS系统将车间设备状态信息在云端的大数据服务平台上，进行监控，实施预测性分析和维修保养服务。

　　这五个端到端的连接组成了智能制造的核心，打通这五个端到端的联接，是企业顺利转型的关键。

　　中科院沈阳自动化研究所智能制造解决方案

　　作为中国机器人、工业物联网与工业自动化技术的引领者，中国科学院沈阳自动化研究所在前瞻性布局下，通过对一系列前沿技术的研究与突破，构建出了一整套基于工业物联网的CPS型智能制造解决方案。这套技术体系包括：

　　·基于WIA-PA、WIA-FA工业无线通信技术构建的工业物联网，可以实现企业设备的物联化和智能化；

　　·基于管控网络全互联技术，可以打通管理层与控制层多种类型信息混流传输的通道，并且支撑可重构模块化生产模式；

　　·基于语义化服务引擎技术，可以构建企业的数字工厂库，并实现不同类型数据、模型的检索、查询与关联，支撑虚拟制造系统的分析、优化与仿真，并且实时、动态规划生产过程与任务。

　　智能制造示范产线——SAP与沈阳自动化研究所智能制造联合解决方案

　　示范产线以玩具车的组装为例。消费者通过SAP Hybris电商平台，根据自己喜好的车型和颜色进行选配并生成订单。该订单将被无缝集成到后台ERP系统中，系统随即进行物料的采购和生产准备，同时安排生产计划。

　　当生产计划下达后，生产订单的所有相关信息会即刻传到制造执行系统(MES)中，制造系统会和车间底层设备的控制信号进行衔接，告诉设备现在需要生产什么样的车，并将其生产出来。

　　无缝集成的系统

　　在整个系统中，所有的步骤都被无缝地集成。客户在电商平台上选配产品的信息将自动在ERP系统中进行制造需求更新并下达到生产执行层的MES系统。而MES系统通过和设备PLC的通信，可以自动的根据生产线上的情况安排生产，并利用RFID技术，识别各种生产订单，提供相应的控制参数以进行不同的操作。整个过程不需人为干预，哪怕只是一个单件的生产，也能快速响应，实现柔性化的生产，缩短生产周期。

　　在车间的设备上使用自动化的生产线，系统可以根据订单数量自动调整生产节拍，在订单较少的时候使用一个工作站来节约能源，控制能耗。在订单多的时候，系统自动加入备用的工站，提升整个生产的节拍，缩短生产周期，从而提高产能。以此来达到整个产能根据订单的动态调节。

　　先进的设备管理

　　这条流水线还配备了车间看板和仪表盘，可以显示整个车间的生产状态，包括各台设备的OEE，能源消耗情况，订单完成情况等等。同时，主要设备被实时监控，通过WIA-FA技术构建工业物联网，连接HANA大数据平台，采集设备的运行状况，分析当前的健康度和运行的趋势，以便提前发现问题，以减少设备宕机的时间，来提高设备的运行效率。当产线上的机器被检测到有问题或者预测到有问题就会自动退出生产，备用的工站就会自动加入，并且可以远程通知工作人员对于故障设备进行维修。

　　在设备维修时，技术人员还可以使用增强现实技术(Augmented Reality)，通过在智能眼镜上加载三维指导书来指导维修工程师进行设备的维修和保养，甚至如果维修人员不能解决的话，可以远程呼叫专家，专家通过智能眼镜传递来的画面进行远程指导。

　　优质的用户体验

　　从消费者角度来讲，消费体验有所提升，消费者根据自己的喜好可以通过网络等各个渠道选配产品，并可看到定制产品的三维效果图。下单后，还能随时查看订单的状态，追踪整个订单的进度。SAP与沈阳自动化研究所的合作始于2014年底的“SAP中国工业4.0高峰论坛”，由此开启彼此在工业4.0领域的协作与创新之门。经双方不懈努力，SAP和沈阳自动化研究所工业4.0联合解决方案正式发布，基于该解决方案搭建的工业4.0智能制造示范产线同时启用，全方位展示未来智能工厂定制化生产场景。

　　本报记者 马文方