特性工业4.0与智能制造
模型4.0:SICK的新自动化前进工厂

2019年5月9日——今年早些时候，当我第一次走进SICK AG位于德国弗莱堡的全新4.0 NOW工厂时，第一件让我震惊的事是它是多么安静。

需要明确的是，有很多生产正在进行中——一旦完全投产，该空间每年将生产120万件该公司的传感器相关解决方案，加入美国和亚洲的其他SICK制造设施，成为该公司最具生产力的传感器制造中心之一。但这家新工厂与同类工厂明显不同。

4.0 NOW工厂是自动化的巅峰，是工业4.0技术和流程的新家园，全部位于一个屋檐下。目前这里只有13名员工，其余的工作由柔性制造单元的工业机器人或车间里的自动导向推车(agc)完成。4.0 NOW的目的不是要取代人类工人，而是展示他们如何与自动化一起发展，实现效率最大化——除了作为一个功能齐全的制造工厂，还可以把它看作是一个展示工业4.0实践能力的试验台。

“在我们的业务中，工业自动化和工业4.0是一枚硬币的两面。他们是直接联系在一起的，”SICK AG执行董事会主席罗伯特·鲍尔博士2019年1月在该公司德国瓦尔德基希总部举行的记者招待会上告诉我和其他成员。“工业4.0的数据驱动理念是更好地组织工厂。”

照片:生病AG)

未来的工厂
在4.0 NOW Factory中，SICK正在做的正是这一点——将传统的生产线导向的生产分解为非线性的“技术单元”，并使用传感器收集可操作的数据。

SICK工业4.0高级副总裁Bernhard Müller表示:“工业4.0的关键组成部分是生产线的自动灵活性。”通过12个制造单元的重新配置，可以生产大量的sku，这种灵活性转化为1,050平方米(11,302平方英尺)的总空间，与平均的制造工厂相比，这是一个相对较小的占地面积。

该工厂于2018年第二季度投产，目前仍处于加班期，每班13人，目标是三班。agc使用SICK传感器沿着六条通道从一个单元移动到另一个单元，采用光拾取技术填充和运输组件托盘。生产控制系统还能够与连接到机器上的手动工作站进行交互。在一个角落里，几名工人在处理一条小型的、更传统的生产线——这是一个非正式的概念证明，自动化正在改变人类在制造业中的角色。

一旦满负荷生产，4.0 NOW理论上可以生产50万个产品变体，允许更多的客户订单和更好的资源效率。SICK光电传感器和光纤业务主管约阿希姆•舒尔茨(Joachim Schultis)表示:“我们面临的事实是，我们的市场确实是动态的。”他预计，4.0 NOW不仅能让公司按需生产产品，降低库存水平，还能提高OEE和准时制订单。

该工厂使用sick开发的软件，集成了企业资源规划(ERP)软件，从所有agc、组件和生产单元持续上传数据到云。这使得博世生产性能管理(BOSCH Production Performance Management)等工具得以使用，该协议从传感器和机器获取数据，分析流程效率并执行预测性维护。在此基础上，SICK可以进一步优化工厂的物流，从agc的出行路径到物料流的控制。

照片:生病AG)

根据应用程序和所需的精度，SICK为其移动应用程序采用一系列定位技术，包括超宽带标签、激光雷达等高线测绘、线制导传感器和基础设施传感器。按照公司的口号“传感器智能”，SICK还开发了一个名为AppSpace的软件生态系统，通过可编程SICK设备上的应用来解决应用问题。AppSpace支持传感器应用程序、数据到信息应用程序或两者的集成。用户既可以下载预先构建的SensorApps，也可以通过定义应用程序逻辑和根据自己的需求定制仪表板来开发自己的SensorApps。

Müller表示，在市场上全力打造一个支持工业4.0的工厂是大胆的。他估计，尽管30%至40%的德国企业拥有工业4.0概念的“孤岛”(如预测性维护计划或自动导航车辆)，但只有1%至5%的企业采用了自动化物流，而这是整个流程优化不可或缺的一部分。

Müller表示，工业4.0设计原则的标志是连通性、透明度、灵活性和快速、分散的决策。共同的目标是在大规模生产的成本和速度下，以资源效率达到“批量一号”(Lot Size One)——订单中单个产品的数量的概念。

他说:“很多人都在议论汽车工厂将进入工业4.0。“他们完善了自己的生产线，但总是用以前的方式。而不是以(基于)数据的颠覆性方式。”

将工业4.0带到加拿大
SICK AG加拿大分公司SICK Ltd的总裁Craig S. Smith说，在加拿大实施工业4.0概念仍然存在一些障碍。

“我认为有恐惧。人们通常会想，‘哦，科技将取代我的工作，’”他说。“是的，一些老式制造业的大门可能正在关闭，但这为围绕技术的其他领域打开了新的机遇。”

尽管技术改变了现有的角色类型，但史密斯指出，在推动加拿大制造商的工业4.0心态方面，能力仍然是他面临的最大挑战之一。全国的失业率很低，只有4.8%，而且他在公司的职位空缺已经有一年多了。

在加拿大建立工业4.0实践的另一个挑战是升级的速度。“一个制造工厂不会再进行一次彻底的重建;他们要做一个舞台搭建。他们需要保持他们的生产运行，并在那里建立新的灵活的制造概念，随着时间的推移，”史密斯说。“我们进行实地考察;我们所做的培训;我们试图了解客户最大的问题。并了解我们如何帮助他们降低成本，提高产量和减少生产周期。”

2009年，在SICK AG收购总部位于多伦多的SICK过程自动化仪器分销商AMKO Systems后不久，Smith一直领导着SICK加拿大公司。2012年4月，史密斯的任务是将公司的工厂自动化和物流自动化业务引入加拿大，自那以后，他将公司的年销售额从700万美元增长到3000多万美元。2019年6月，SICK Canada庆祝其成立10周年，将其位于多伦多北部的1,031平方米(14000平方英尺)的办公空间搬到隔壁的2230平方米(24000平方英尺)的大楼，并计划建立一个面向客户的传感器产品陈列室。

SICK Canada 25%的收入来自加拿大西部的过程自动化市场，该公司约80%的工厂自动化业务位于安大略-魁北克制造走廊。史密斯在物流自动化领域看到了机遇。过去5年，加拿大SICK在机场、医疗保健、运输和消费品制造业的增长达到24%。随着工业4.0概念开始在加拿大扎根，工厂自动化方面也将稳步增长。史密斯计划在2019年增加两名新的主题专家来处理移动应用程序，该公司正与客户密切合作，利用德国总部的产品开发新的解决方案，为个人制造需求量身定制。

SICK户外科技中心(OTC)。照片:生病AG)

在安全
Sick AG成立于1946年，由Erwin Sick博士创立，目前拥有50多家子公司、股权投资和代理机构，生产40000种不同的产品，涉及现场检测、工业安全、气体分析和流量测量、运动控制、识别和测量系统。

1952年，SICK开始批量生产其旗舰产品——一种安全光幕，当异物通过传感器时，它能阻止机器。在过去的67年里，公司在其产品组合中增加了更多以安全为中心的产品，包括光电传感器、光电保护装置和视觉系统。

2019年，工业4.0重新定义了安全产品的含义。现在，机器和人类正在合作，最主要的想法是，如果机器检测到一个存在，它应该减速并进入一个“安全模式”，以防止事故发生，而不是完全停止。“过去的安全是安全的，所以什么都不会发生，”Müller解释道。“现在我们试图在不伤害任何人的情况下提高效率。”

该公司已经开发出具有视野的激光扫描仪，可以对物体的定位做出反应——例如，一辆装有这种扫描仪的自动驾驶汽车在向右转弯时不会停下来，但会发现有人在左边。通过在工业4.0风格的制造单元中实施自适应保护解决方案，例如只有在安全漏洞触发事件时才记录事件的摄像头，维护或关闭可以仅限于一个单元，而不是整个生产线(见下图)。

SICK的自适应保护解决方案。照片:制造自动化

投资未来
SICK AG每年将总收入的10%投资于开发综合解决方案。2017年，用于研发的资金达到1.694亿欧元。在公司的8909名员工中，超过1110人在与行业伙伴、大学和研究所合作的研发团队中工作。该公司拥有约3000项专利。SICK正在其位于德国布赫霍尔茨弗莱堡附近的户外技术中心测试恶劣环境下的户外自动化技术，该中心于2018年夏季开放。

还有另外15个专利项目正在进行中，该公司称之为“初创企业”——致力于开发新产品和新工艺的研究团队。史密斯指出:“从长远来看，其中一些可能不会奏效，但其他想法会从他们那里获得。”“在加拿大，我们正在采取一种本土方法，将技术和知识带回教育系统。”

SICK Canada最近与多伦多Humber学院合作，作为该学院巴雷特技术创新中心的八家公司组成的先进制造联盟的一部分，建立对工业4.0传感器技术的认识。

在未来三年，SICK Canada将提供价值76.5万美元的传感器和服务，为传感器智能和工业自动化方面的学生和工作人员提供新的培训机会，并提供两项新的奖学金。

“我在加拿大发现，我们没有在年轻人身上投资。人们在实习项目中免费工作，坦率地说，这让我发疯，”史密斯说，并补充说，尽管该行业遭受了一些重大打击——比如通用汽车和菲亚特克莱斯勒的裁员——但随着加拿大制造商采用新技术，将会有不同类型的工作机会出现。

他说:“让我感到振奋的一点是，我们有一些机构从不同的角度看待问题。”“现在有机会在加拿大建立下一阶段的制造业。作为一个国家，我们有动力在制造业的创新部分做得更好。工业4.0是其中的一部分。”
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这篇文章最初发表于《制造自动化》2019年5月号．