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德國為了實現新一代制造業，提出了高科技戰略“Industry 4.0”(工業4.0)。作為其主要成員，博世公司(Bosch)正在加快推進基于工業4.0的生產革新，在包括集團旗下公司在內的多個工廠進行實際驗證。

那么，基于工業4.0的生產革新究竟是什么?博世想要借此達到什么目的?筆者就先從這兩個問題開始為大家解說一二。

利用“虛擬”分毫不差地重現“現實”

“與過去的根本差別，是要將‘現實世界’與‘虛擬世界’融合到一起”，在博世公司統管工業4.0相關項目的Joachim Frangen(Corporate Sector Researchand Advance Engineering, Chief Expert)這樣介紹該公司正在推進的舉措(圖1)。

工業4.0描繪出了使控制工廠生產線的FA系統與管理各類經營信息的IT系統相互聯動，從而實現高度自動化的“智能工廠”的藍圖。現在，FA系統與IT系統雖然實現了互聯，但范圍非常有限。工業4.0瞄準的目標是更高層次的聯動，也就是現實與虛擬的融合。

這里所說的“現實世界”，是指組成實際生產線的機械、治具等，以及線上的工件、工作的工人、周邊環境等實際存在的所有事物。工業4.0要在IT系統這個“虛擬世界”里，分毫不差地重現“現實世界”，使二者實時聯動。

通過使現實與虛擬融合，現實世界的變化馬上會反映到虛擬世界，在虛擬世界對各項變更進行驗證后，也可以馬上在現實世界實施。這就是工業4.0中“Cyber Physical System(CPS)”的概念。在這個概念下，實時分析并運用生產線的大數據、生產線上的設備可與人和其他機械“對話”并自動工作、以等同于批量產品的效率和成本來生產客戶定制品的“大規模定制”等都有望成為現實，向工業4.0描繪的智能工廠的形態靠攏。

為此，博世正在大力發展“數字化”。把現實世界存在的所有事物(信息)，轉換成虛擬世界的數字數據。希望通過最大限度利用這些數據，實現從根本上改變制造形態的生產革新。

博世公司的Joachim Frangen稱，在推進數字化的進程中，該公司將會逐漸表現出“既是先進的操作員(用戶)，也是供應商”的特點。從備貨型生產的汽車部件，到訂貨型生產的工業設備，博世集團各公司的工廠生產著種類繁多的產品。這是工廠作為智能工廠的“操作員(用戶)”的一面。而另一方面，該公司也在開發MEMS傳感器、數據挖掘系統等數字化所必需的部件和軟件。也就是說，該公司不僅是工廠的操作員，還充當著“供應商”的角色。因此，“在實現智能工廠上很有優勢”(Frangen)。

因人而異改變

在博世推進的基于工業4.0的生產革新中，最尖端的當屬博世力士樂公司(Bosch Rexroth)的舉措。在臨近法國的德國薩爾州洪堡，博世力士樂的工廠(以下簡稱洪堡工廠)正在試驗性運用大量融入數字化思路的先進組裝線。

博世力士樂生產工業設備使用的液壓裝置和電動裝置(圖2)。絕大多數產品為訂貨型生產，必然要采取多品種少量生產的方式。一年生產的產品多達4500種。該公司的目標是以高效率實現“單件流生產”。因而成為了基于工業4.0的生產革新的對象。

圖2：在洪堡工廠制造的液壓裝置因為是訂貨型生產品，所以種類繁多。

洪堡工廠的組裝線乍看上去很普通，就是許多個工作臺(工作站)連成“凹”字形(圖3)。這是組裝線常用的排列方式，在日本的工廠里也很常見。但仔細觀察，便可從中看出數字化的端倪。

圖3：數字化組裝線 乍一看只是普通的凹字形生產線，但采取了很多數字化措施。

例如，工作站配備的讀卡器讀取工件的IC標簽(RFID)后，顯示器上會圖文并茂地顯示操作步驟。也就是說，工件信息事先已經全部數字化，可以按照工件的種類顯示相應的操作步驟。

而且，所有操作員全都隨身攜帶藍牙終端，該終端始終與工作站的計算機保持通信。這樣，計算機可以“認出”現在的操作員是誰，會根據操作員的熟練度和使用的語言，自動改變屏幕上顯示的內容。雖然步驟沒變，但現實的具體內容因人而異，向生手顯示結合圖片和視頻的詳細說明，向老手顯示純文字的簡要說明。這樣一來，即便是剛剛入職、技術還不熟練的操作員，在工件種類繁多的組裝線上也能順利完成工作。Moller說：“以人為本是工業4.0的真諦，這與傳統的自動化不同。”

先不說讀取工件的IC標簽并在屏幕上顯示操作內容這一點，因人而異地改變顯示內容的組裝線應該并不多。這不是因為技術困難，而是因為目前還沒有這樣做的必要。但是，實現自動運轉的智能工廠的前提，是設備、工件乃至人員都要實現數字化。洪堡工廠的組裝線大力推行數字化，正是出于這樣的想法。

工作站也立足于智能工廠的需要。具體來說，形狀、各種接口都實現了標準化，可以按照工件和產量的變化，靈活地調整布局和順序。

而且，各個工作站的計算機，不是由上級主機集中控制，而是采用相鄰計算機通過“對話”自動進行控制的分布式控制方式。可以根據相鄰工作站出現的變化自動采取對策。由此可見，博世瞄準的目標，不是短期性地提高生產效率，而是著眼于未來，面向工業4.0實現生產革新。

活用大數據

與洪堡工廠一樣，位于巴登-符騰堡州羅伊特林根的MEMS傳感器工廠(以下簡稱羅伊特林根工廠)也在推行基于工業4.0的生產革新的過程中拿出了引人注目的舉措(圖4)。這里的主要舉措是利用從生產線得到的大數據，方式有“反饋”和“前饋”兩種。

圖4：羅伊特林根工廠的MEMS傳感器生產線 積極運用大數據。

反饋的例子是以工序為單位，測量并收集與工件(作為MEMS傳感器基礎的硅晶圓等)的狀態和加工結果相關的數據，將分析結果用于改善工序和維護。比如說，通過始終分析上述數據，可以確定合適的維護時間，容易長期性地提高生產效率和成品率。

前饋的例子是根據實時的工件狀態和加工結果，調整下一道工程的加工參數。事先設定調整范圍的閾值，以保證該范圍內的品質為前提，設計產品和工序。

過去，要想在實際生產線中反映大數據的分析結果，基本都需要技術人員介入。今后，為了取消技術人員的環節，該廠將會設法擴大大數據的應用范圍并且提高數據的精度。