工业4.0的未来工厂：50张图解读数字化制造

飞机是制造业的集大成者，这里可以洞察一切先机。在工业4.0以其锋利的情操，感染了中国制造业的每一个角落的时候，我们需要用未来的工业眼光去理解生产方式可能带来的实质性改变。本文对“空客未来工厂（Airbus Future Factory）的视频进行剖析，来近距离观察未来工厂的特征。

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空客未来工厂视频（长5分钟）

空客对未来工厂的规划，包括以下特征：订单直接驱动产品、单一数据源的产品和单一BOM表管理、基于物联网的透明物流、生产中心的可视化控制、精益生产、模块化生产线、售后零部件管理等。

1数字化工厂规划与仿真

数字化工厂（DigitalFactory）以产品全生命周期的相关数据为基础，在计算机虚拟环境中，对整个生产过程进行仿真、评估和优化，并进一步扩展到整个产品生命周期的新型生产组织方式，成为沟通厂房规划、产品设计、工艺和制造之间的桥梁。完整的工厂规划及生产线2D/3D布局图，可以使得物流效率、装配效率大幅度提高。

这是一个可以在网络环境下运行的解决方案，实现生产线、装配单元和工艺过程的设计、规划、方案验证，辅助以精细的数字化设计和仿真、优化，并保证信息及时更新、交流和共享。

按部件支线辅助传送原理车间进行生产线布置

A380的当前工厂厂房布局

P.K.

基于主装配线和馈线的数字化厂房规划

2订单驱动产品

对于销售人员而言，如何能够满足航空公司各类奇葩的需求，又能跟设计、制造能力相匹配，是一个非常复杂的问题。

不同的航空公司，由于航线、地理、定位的要求不同，会产生不同的个性化的需求。如何确认客户的订单，是一个复杂的商业利益和生产资源均衡的问题。目前波音和空客都有着成熟的订单配置管理技术，可以使得客户定制自己个性化产品的需求的时候，并不会影响到飞机制造公司的设计与生产进度。这主要是靠对零部件的数字化、模型化，进而通过成组技术来完成的。

订单配置管理的一体化通知

订单购置管理使得销售人员与工厂生产管理人员可以同步分享客户的需求信息，从而及早进行报价、生产计划等准备。更重要的是，由于空客采用了全数字化的工厂，所有的工作计划和进度，都可以可视化管理。因此航空公司，可以随时查看自己订单的整体进度，从而调整自己的市场营销和航线计划。海尔的互联工厂，已经可以做到这一步。但对于更加复杂、更加个性化的产品，需要有更长的路要走。

客户可以实时查看订购架次的生产进度

3单一产品数据源SSPD和单一BOM表的管理

在工业4.0的时代，SSPD（Single SourceProduct Data）单一数据源的产品，对中国的飞机制造业而言，将是一个最充满诱惑而有最为艰难的挑战。美国波音公司已经在2004年以前完成这一巨大的挑战，紧随其后的空客也实现了同样的目标。在单一数据源的产品体系下，进行无纸化生产。这就意味着，所有的产品零部件，以及装配属性，全部数字化。这样，所有关于产品的设计属性、材料特征、装配、批次任务等，都可以电子传递，而不需要考虑数据转换过程中，所可能产生的失误。

而想实现机库内的精益物流管理，也就是实现最小的零部件库存，甚至零库存，就需要实现各种物料的一体化、透明化的管理。而单一BOM表（物料清单表），则是实现这个工作的必经之路。企业在设计、装配、仿真、制造等过程中，充斥着许多来源不一的BOM表。这些格式不一、用途不一的BOM表，是形成企业内部数字鸿沟的一个巨大来源。

4可视化的生产中心

生产控制中心,可以对各种机器工况进行实时监控，同时计算工时定额，实现KPI的在线动态考核；同时实现预防性维修管理，大大减少宕机时间。

生产控制中心

装配工人接受电子指令（无纸化生产）

工业可穿戴设备，取代了传统的任务看板

车间操作工人，通过无线终端接受所有指令，并接受装配大纲(AO)、制造大纲(FO)和工装指令(TO)，按照指定规范进行具体操作。

5透明化的物流管理

基于物联网技术和单一BOM表的管理技术，无处不在。整个协作供应商、不同厂房、厂区内部，无处不在的物联网使得整个物流管理，都处在一个高度可控化的状态。

AGV与工人智能可穿戴设备自动完成任务衔接

根据单一BOM表，实现机库的精益物流管理

AGV输送物料到指定位置

6大型部件的标准化装配

大型部件的标准装配流程

精益制造

精益制造的核心是JIT（just in time）和JIS（just insequence），各种零部件在恰当的时间，出现在最为匹配的工序上。这种“线边库存”几乎为零的方式，将大幅降低零部件的库存数量、管理和采购。

模块化的安装

所有的装配系统，都已经实现模块化。

无支架安装系统

模块化机舱面板式安装

模块化槽线布置

舱内信号传输采用无线传感器

工厂间的自动物流管理

厂房间物流自动化

大型零部件的厂内转移

装配自动化

启动柔性搬运装置，适用不同部件

ID进行身份和零部件确认

RFID进行交互识别

工业4.0的智能产品，这里看上去只需要RFID识别，就可以完成所有数据的读取，从而完成身份识别和装配任务确认。但实际上，这需要整个产品的数字化，而物联网技术将使得设备之间的通讯M2M变得更加强大。

智能工具在RFID引导下，完成所有安装任务

所有的零部件，都是经过标准化配置；从而形成万能装配电动工具。

自适应的夹具实现宜人工程学的定位

采用收缩箔进行部件保护

实现车间工位转移

AGV同时引导双向目标到达预定位置

预装配对齐

激光定位技术

拼接采用激光定位

机器人进行精密连接和喷印数字化线路板

7大型部件的人机协同装配

对于特殊或者恶劣环境下的装配作业，往往不适合人类进行直接装配。这个时候需要启动非宜人工程学（non-ergonomic）区域下的工作模式。

人机共同实现非宜人工程学下的装配

虚拟增强现实（AR技术）来控制机器人

质检与记录档案随时在线

AR虚拟增强技术将是人类生产史上的一个巨大的进步。数字与物理世界，借助AR、VR等技术，实现连接。

环太平洋机甲战士

想想那些机甲战士，人人都想当，有没有？工厂会变成很酷的事情。

8机身装配

机身安装

整体机身的自动装配

9数字化喷涂车间

在喷涂车间，将通过激光定位、机器人连接、自动喷印线路板和喷涂表面特殊材料等技术，使得整个机身的喷涂工作可以无需覆盖，直接完成所有的喷涂工作。

数字喷涂车间

无需覆盖，一次喷涂成型

AGV引导喷涂

当前A350的喷涂方方式

直接融敷防辐射层，进行表面结构质量监控

直接喷涂并打印航空肋板

10总成

其他大型部件，采用相同的思路和技术，进行处理。

11内饰和布局

内饰部分和舱内布局，往往是最能体现客户定制化特征的一部分。航空公司的许多个性化需求，会体现在这个地方。

内饰布置

12成功交付！

交付

最后再轻松一下，大家是否知道当前空客生产一家飞机A350需要多长时间吗？想一想。两天！

是的，你没有听错。目前空客工厂全速发动起来的时候，一个月的正常工作日可以生产10架A350这样的机型。而目前中国自己开发的支线飞机ARJ21目前一年产量是多少架？

再不轻松一下。知道二战期间，日本与美国的战争为什么会在占尽太平洋战的先机而后却陷入失败的吗？看看美国工厂的生产数据就知道了。

珍珠港之后美国的生产能力

在珍珠港被日本偷袭后，美国几乎丧失了海上力量。但仅仅在三年内，美国高速运转的工厂释放了近10倍的生产力。一旦工厂转入战备状态，工业肌肉就会无情地转化成军事机器，形成压倒一切的钢铁能量。这还是70年前的工厂。而如今，工业4.0时代的智能工厂，数字化和智能化制造一旦高速启动，将会迸发出不可想象的工业力量。

工厂正在呈现出全新和神奇的一面，每人都无法躲开。

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作者是北京联讯咨询公司总经理，致力于制造业信息服务多年，对工业4.0有一定研究。欢迎交流，个人微信号: sinceaprilbj。如需更清晰的图片，可以跟研究部 [e-mail]联系。