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所以是风
发表于: 2020-6-16 22:26:05 | 显示全部楼层



下了订单,机械臂从仓库拿取相应部件,由 AGV 小车送到产线上装配、紧固,再烧录进程序……全程自动,一套根据客户需求、完全个性化定制的工业产品就此 " 出炉 "。
同济大学工业 4.0 学习工厂内,记者花了几分钟就从头到尾看完了这套简短高效的流程。来上海自贸区临港新片区发展这些年来,学习工厂承接了近 20 项国家智能制造专项。这条自动化生产装配线,与数字孪生、设备预测性维护、远程运维等前沿技术,早已走出这个面积不大的实验室,在宝钢集团、中国电子科技集团等工业界龙头企业大展拳脚。
" 前沿应用技术的科研验证、成果转化、示范,是我们的工作重心之一。" 同济大学工业 4.0 学习工厂实验室主任陈明教授说," 人才的教育培训——尤其是工程师、技术人才的培养——是另一个重心。毕竟,这里被称为‘学习工厂’。"
最前沿技术在这里先行先试
" 从下单,到出货,通过机器视觉全程精准定位、检验质量,实现全流程自动化低差错的生产。" 产线正 " 嗡嗡 " 运转,陈明向记者解释它的特别之处," 但它最大的优势在于实现了‘个性化’制造。"


何谓 " 个性化 "?与一般意义上的定制化、客制化不同,陈明举例,有的车企允许客户定制车辆,但也局限于是否选装天窗、选择轮毂尺寸等模块选择;而 " 个性化 ",则能让客户自由选择每一个零件," 创造 " 出的每辆车都可以是独一无二的。
同济大学工业 4.0 学习工厂内的这条生产线,通过智能中央控制单元、智能仓储单元、装配单元、激光打标单元以及传送单元等,让个性化下单、产品智能设计成为现实。" 装配哪种零部件、安装多少,这些都能按客户不同需求生产。甚至,客户提出功能需求,生产线还能自动设计。" 陈明说," 比如,客户需要消防相关的产品,生产线就能做出判断——要安装烟雾、温度传感器。"
陈明觉得,随着生产力发展、技术进步与社会变迁,个性定制的需求将越来越强。届时,能够自行运转的智能工厂将成为主流。" 工业界还做不到的场景,在我们学习工厂先行先试。技术成熟后,等需求跟上,就能直接投入大规模应用。"
生产设备总会磨损、故障,而越高级的设备,维护起来越难。术业有专攻,工厂里的工程师清楚设备的使用方法,却不知道怎么修。出了问题,动辄不远千里请来懂行的专家,麻烦不说,效率也低下。学习工厂研发的 " 远程运维 " 技术,就能完美地解决这个问题。
陈明给了记者一个 AR(增强现实)眼镜,戴上后,再看刚才那条生产线,大量参数跃入眼帘,一一对应不同零部件。陈明介绍,学习工厂研发的远程维护系统,通过 AR 或 VR(虚拟现实)眼镜与摄像头的配合,工程师可以将自己所见实时传输给线上的专家 " 联合会诊 "。找出问题后,专家再将指令传回眼镜。
" 哪个部件出问题、应该怎么修,都能通过图像标识‘手把手’引导工程师一步步进行。稍微具备一些工业基础技能的人,完全可以在专家远程指引下,解决绝大部分的设备维护问题。"
神奇的 " 双胞胎 " 模糊现实与虚拟的边界
远程运维系统与另一项技术 " 数字孪生 " 息息相关。陈明将其称为 " 数字双胞胎 ",叫法更接地气,也更好懂。通过精准建模与机理仿真,它将真实世界中的机械设备完整地映射在虚拟世界中。


" 机械运转的所有相关数据在软件中实时显示,哪个轴承磨损到什么程度——这类‘健康状态’一目了然。" 陈明说," 它还能通过大量数据拟合出一条健康预测曲线,在机械真正出问题前,提醒工程师对特定部件提前维护。" 如此一来,机械不用再进行定期全面检查维护,也不会在运行过程中突然损坏造成损失,精准、高效而安全。
数字孪生系统的难点在于建模。在虚拟世界中再造一个一模一样的机械,还要模拟机械在真实世界各种因素影响下的所有细微变化,这需要极高的精度与高度仿真的机理引擎。陈明介绍,学习工厂的这套系统还处于初级阶段,正在进一步优化。等技术完全成熟后,将在许多领域起到关键作用。
" 双胞胎 " 间的映射是双向的。在软件中键入一个指令,虚拟世界中的机械 " 听令行事 ",现实世界中的机械也会 " 有样学样 "。一些试验可以放在虚拟世界先行尝试,确认可行后再实际操作。
这也让它成为了同济大学工业 4.0 学习工厂培养技术人才的一大法宝。陈明说,工科学生到工厂实习,感受真实的生产环境,是走出校门前的重要环节。但在一般的工厂,学生的重心无法完全放在 " 学习 " 上。而在这里,产线支持重复操作,系统可灵活拓展,学员有机会独立编程,引导工业机器人工作,并测试机器人与上下游生产线的配合程度;数字孪生系统还能在虚拟世界中模拟出各种场景,供学生钻研学习。
目前,学习工厂已开发 8 门课程,通过综合性开放式的课程设计,在实际工程环境下全面培养、提高学生的工程素养和工程能力及团队协作、组织协调能力。以往,同济大学的学生们都会集中坐大巴来临港学习;学习工厂还与海洋大学、海事大学、上海电机学院等几所临港的大学合作设立了教学基地。由于疫情的影响,学校还没开学,线下教学开展受阻,基于数字孪生系统的教学、试验却不受影响。陈明觉得,自己找到了培养学生的新方向,而他也正在同学习工厂的团队一起,对数字孪生系统进行轻量化改造,让程序得以在一般的家用电脑上顺利运行,更多学生在家也能使用系统学习。
" 工科知识,最终还是要应用的 "
记者采访时看到,学习工厂的所有会议室都被占满,人们正激烈地讨论技术问题,宛如身处大学校园内。陈明告诉记者,这其中不只有学生、教师,还有许多专门聘来的工程师," 教师与工程师的思维模式是互补的。工程师善于解决实际问题,而教师则能将解决的过程抽象出来,形成可复制推广的经验。要培养‘工程师人才’,两者都不可或缺。"


" 工程师人才 ",正是陈明反复强调的培养目标。他觉得,国内工科教育偏向理论,连教育者自身大多数都是 " 从校园到校园 ",更长于学术理论研究。说到此处,他不好意思地笑了:" 连我自己也是,毕业后就在学校里做研究。后来与工业界合作了不少项目,才慢慢培养起自己的工程素养。"
" 科技不断进步,要学的知识越来越多,许多应用还需要工业软件、自动化等跨学科的知识。按部就班地系统学习的话,就算本科加到 6 年、研究生再多读几年,也很难学完。" 陈明说," 学了的知识用不到,要用的知识学得不够深,是当前许多学生都会遇到的问题。" 因而,他觉得,比起直接教授学生知识,教师更应教会学生如何获取知识、重构知识并应用于解决问题,即授学生以 " 渔 "。
目前,陈明正着手推动 " 访问工程师 " 项目,让大学教师到工业界企业轮转一两年,让教师也具备一定的工程师思维," 工科知识,最终还是要应用的。以前强调学习系统知识,现在观念正在逐渐转变,更强调解决问题的能力。" 在大学课程设置上,同济大学的工程本科教学也按国际本科工程学历资格互认协议《华盛顿协议》要求,向应用靠拢。教学大纲中提出要让学生拥有的每一项应用能力,在课程设置、教案乃至课后作业中都有所对应。
重视应用的思路,来自工业 4.0 理念发源地德国。同济大学工业 4.0 学习工厂学习德国工业人才培养模式,得到了国际知名认证机构德国莱茵 T V 集团的认可。去年 9 月,中国首个 " 工业 4.0 工程师认证考核中心 " 正式落户这里。陈明还在开展职业技术人才认证,机械工业职业技能指导中心也将落在学习工厂。他告诉记者,工业人才的职业认证," 德国在世界上首屈一指 "。中德之间实现互认,意义非凡。
" 以前,中国的工程师证书在国外不被认可。中国公司在国际上承接的项目,最终还要请国外的注册认证工程师签字,白白浪费一笔钱。有了中德互认体系,这样的情况将大大减少。" 陈明说," 此外,有了这样高含金量的证书,还能吸引更多人投身智能制造行业,对行业吸引人才有着更为深远的意义。"
来临港,来对了
"2011 年,德国率先提出工业 4.0 理念,并于 2013 年上升为国家战略。工业 4.0 带来的智能制造是连接、是集成、是数据、是创新,或是转型;所需要的并不仅是设备的升级或单纯的人工智能开发,而是要依靠信息化、物联网技术,对整个制造行业进行水平整合和垂直整合。" 长期与德方接触的陈明敏锐地意识到,这将是继蒸汽机、电机、计算机之后," 人类的第四次工业革命 "。2014 年 10 月,他吸收工业 4.0 理念,与德国合作伙伴在嘉定建起了国内首座工业 4.0 智能工厂实验室。


实验室建成后,吸引了大量学界、业界人士及政府人员参观。不久,当时的临港管委会也找上了陈明,希望他能在临港建设一个新的实验室。陈明很快答应,他觉得,临港定位上海智能制造产业中心,有丰富的应用场景与上下游企业;临港还布局了与工业 4.0 息息相关的信息通信产业,未来可期。
" 中国在传统工业上与世界先进制造业还存在差距,但在信息通信技术方面有更好的基础。" 陈明说," 工业 4.0 为中国提供了更好的弯道赶超机会。人才与技术密集的临港新片区,拥有更多的机会。"
搬来临港后,同济大学工业 4.0 学习工厂成为了展示工业 4.0 技术的橱窗。作为未来特定生产过程的展示场所,学习工厂让临港新片区的众多企业有机会学习、观摩并更好地适应工业 4.0 的发展。陈明说,学习工厂打算与临港新片区的企业在技术上合作,为企业研发试验新技术;研究与生产对接,也将让学习工厂更好地实现技术的更新和持续改进。
学习工厂还将为企业提供量身定制的在职人员培训。" 产业会转型升级,工业 4.0 也可能在未来某日落后。" 陈明说," 但只要人才紧跟着升级自己的能力,就总能适应新的时代。"
栏目主编:王志彦 本文作者:胡幸阳 文字编辑:胡幸阳
图片摄影:胡幸阳

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