2030年未来工厂蓝图是怎样的上《资讯》

发布时间：2020-08-17 13:47:22 阅读：次来源：销及键厂家

2017-02-13 13:41:09来源：波士顿咨询公司

贤集网机械设计频道讯：未来工厂是一种设想，制造商将能通过在整个价值链中应用新的设计原则、数字技术和集成流程来提高生产效率。这些步骤将能把总加工成本最多降低40％，灵活性、质量、速度和安全也将进一步得到提升。要把梦想变成现实，企业必须解决与三大驱动力相关的问题：战略和领导力、员工技能、信息技术基础设施。

新技术正在深刻改变着工业生产，“未来工厂”由此诞生。未来工厂的结构、技术和流程将是什么样子呢？制造商在战略和领导力、员工技能、信息技术基础设施方面将需要哪些驱动力，才能将其变成现实？

为回答这些问题，波士顿咨询公司（BCG）最近开展了一项研究。这项全球研究着重调查了750多家领先企业的生产经理，涉及到了三个工业领域汽车（其中包括供应商和整车厂）、工程产品和加工工业。研究的目标是描绘2030年未来工厂的蓝图，进行价值评估，并制定出实施路线图。我们的研究合作方是亚琛工业大学机床和生产工程实验室。

我们发现，工业企业非常渴望能够提高工厂效率，85％的受访者认为自己能从未来工厂元素的实施中受益。但是，他们的开头似乎都不顺利。在调查受访者中，有74％表示公司已经引入或计划在未来五年内引入未来工厂元素，但只有25％认为去年已完成了相关目标。从各个工业领域的调查反馈来看，其结果与我们的整体调查结果一致。此外，我们发现德国公司最为先进。47％的受访者称已形成了他们的首个未来工厂概念。不过，即使在德国公司中，也有近五分之一表示还没有做好引入相关技术的准备。

许多制造商已开始有选择性地实施我们提出的未来工厂元素愿景。下面，我们将通过多个例子展示人们在这一方面所做的努力，它们大多数还只是针对工厂的特定领域，进行小规模试点。为实现我们的设想，制造商必须在他们的整个工厂和综合价值链中实施这些先进元素。

我们分析了实施十年后，加工成本和制造成本将会发生何种变化。我们发现总加工成本最多将能减少40％（参阅图1）。根据材料成本的高低，总生产成本最多将会减少20％。灵活性、质量、速度和安全的提升也能使制造商获益。按照十年来计算，公司累计投资会占到一年收入的13％至19％。

在这份报告中，我们主要研究了汽车供应商和整车厂。近几十年来，这类公司在利用创新提高生产效率方面已走在前列。他们带头实施未来工厂元素，有助于积累使用经验、探明改进机会，成为其他工业制造商学习的典范。

什么是未来工厂？

未来工厂是一种设想，是指制造商应通过改进工厂结构、工厂数字化和工厂流程，来提高生产效率。我们将针对每个元素展开讨论，并提供范例来说明领先的汽车供应商和整车厂正在如何测试这些新概念。

工厂结构

未来工厂结构的布局更加灵活、方向更多，拥有模块化生产线装置和可持续的生产流程。在我们的调查中，汽车行业的受访者希望工厂结构能在未来工厂中发挥重要作用有86％认为这一驱动力在2030年将会变得更加重要，而43％认为它在今天已经非常重要。

多方向式布局。未来工厂将会采用多方向式布局，将产品放在无人驾驶运输系统上，通过与生产机器相联系来单独指导生产。位于德国海尔布隆的奥迪R8的工厂，那里并没有固定的传送带。与此相反，无人驾驶运输系统会按照地面激光扫描仪和无线射频识别技术的指挥，在装配流程中移动车体。这种系统能够快速改变装配布局。

模块化生产线装置。未来的工厂结构拥有可更换的生产线模块和生产机械，可轻松进行重新配置。目前，丰田正在墨西哥和中国的工厂装配“简单利落”的生产流水线。这家汽车制造商将会使用模块化的传送带（建在工厂地面而不是坑井中）给工人提供更大的灵活性，他们可以灵活地改变生产线的长度和移动线端设备。

可持续生产。未来工厂的目的是实现生态可持续生产，其中包括有效利用能源和材料。伟巴斯特已为罗马尼亚阿拉德的工厂配备了LED照明和夜间自动冷却系统，从而大大降低了能源消耗。

工厂数字化

制造商对数字技术的使用越来越广泛。在汽车行业受访者中，有70％表示工厂数字化将在2030年变得更加重要，13％的人认为今天它已经非常重要。很多公司都在引入更智能的自动化生产，利用各种方法提高效率。

安装智能机器人。与工人相比，机器人可以执行更为复杂的任务。机器人也能够从每个正在生产的在制品中收集信息，并按其特性自动调整它们的动作。长安福特已在一条“白车身”焊接线上安装了灵活的工业机器人。公司计划使用机器人和车体骨架成型系统，在同一条焊接线上处理六个模型，18秒内便能针对不同的模型完成转换。

使用协作机器人。机器人可以与工人（不使用防护围栏）展开协作。在大众汽车位于德国沃尔夫斯堡的工厂里，协作机器人可以帮助工人拧紧难以够到的螺丝。

实行增材制造。制造商已开始使用3D打印技术制作工具和组件。在打造劳斯莱斯幻影这款车时，宝马使用3D打印技术制作的部件超过10，000个，比如中控部件按钮以及电子驻车制动系统和插座的塑料支架。

使用增强现实技术。使用增强现实技术——比如佩戴智能眼镜——能使员工在视野范围内获得信息。这种协作技术在装配、维护和物流等方面特别有用。大众汽车已为德国一家工厂的物流工人配备了3D智能眼镜，以便进行订单拣选。

应用生产模拟技术。制造商正在使用实时的3D生产模拟技术，来优化生产流程和物料流。利用物料流3D模拟技术，佛吉亚能够针对变化作出更灵活的反应，操作员还可借助可视化工作流调整生产线。

进行实境培训。使用3D模拟进行培训，有助于员工在现实化环境中学习。使用车辆和装配组件的数字模型，奔驰已开发出了虚拟装配生产线。员工可在虚拟环境中使用虚拟角色，分析完成装配任务的最佳方法。

进行去中心化生产指导。很多公司已开始使用先进技术在工件、机器和员工之间进行通信，从而创造出自主生产流程。博世正在开发一种能够检测它们位置的工具。根据工具的位置以及其收到的有关工件确切位置的信息，这种工具将会自动加载相应程序，执行特定操作。比如，螺丝刀会调整自己的扭矩来拧紧特定工件上的螺钉。

进行大数据分析。制造商正在使用应用程序来自动分析大量的数据。在位于德国下图尔克海姆的工厂，奔驰已在使用预测分析来检测600多项质量影响参数，生产完美的气缸盖。

工厂流程

通过使用新的数字技术，制造商已将精益管理提升到了新的高度，释放出了它的全部潜力。我们的调查结果表明，优化工厂流程在未来将会变得更加重要。在汽车行业受访者中，有97％称精益管理将在2030年变得更为重要，而70％称其现在已非常重要。在精益管理中，数字技术能够提升的两个关键要素是以客户为中心和持续改进。

以客户为中心。制造商对客户需求有了更深的了解，比如通过大数据分析，他们能够获得客户的产品应用反馈。反之，公司也可使用这些客户反馈来改善产品设计和生产流程。很多公司还希望能够利用新技术，了解客户在汽车生产方面的意见。在戴姆勒，客户可以在最后一刻提出修改要求，比如在车辆进入涂装车间前要求更换颜色。

持续改进。制造商正在使用各种新技术来提升作业价值，不断改进生产流程。博世使用的软件能够分析燃料喷射器的实时生产数据，该软件会监测流程执行率并识别作业趋势。它能将偏差信息自动传递给操作员，由他们加以纠正。

全方位一体化价值链

在未来工厂中，由供应商、部件制造、冲压车间、车身车间、涂装车间、最终组装及客户组成的价值链，将实现全方位一体化，打破传统界线（参阅图2）。在整个价值链中，IT系统与各种必要的生产数据全方位一体化，将对生产制造产生促进作用。在一个公司里，这种一体化可以加强研发部门、生产部门、销售部门等其他职能部门之间的联系。例如，大陆轮胎公司通过设立研发生产厂，用各种传感系统和软件实现所有机械的全方位一体化，进而加快了产品的测试速度。同时，这种一体化也可以超出公司边界，形成一种与供应商和客户之间的实时联系。例如，整车厂的冲压车间将能够根据供应商提供的数据，对具体线圈的冲压参数进行调整。客户将能够实时看到其车辆的生产情况，还能够在最后关头提出更改要求。87％的汽车行业调查对象表示，到2030年，一体化价值链将密切相关。绝大多数调查对象均认识到了一体化价值链的好处，即降低成本、提高生产灵活性、生产质量及生产速度。

对于这种一体化价值链中的每一个工厂车间，汽车行业调查对象均针对其认为的在工厂结构、工厂数字化、工厂工艺方面最重要的要素给出了自己的看法（参阅图3）。

部件制造

部件制造将具有更大的灵活性、更好的工作条件，并从中受益。例如80％的汽车行业调查对象提到了去中心化生产指导的相关性，尤其提到了2030年未来工厂机器参数的自动调整。几乎所有调查对象均指出了机器与产品之间通讯时的灵活性提升问题。生产凸轮轴时，蒂森克虏伯公司为每一凸轮轴分配了一个数据矩阵代码，代码中包含产品数据。产品机器对每一凸轮轴代码进行扫描，并在执行制造任务前，对其参数进行相应的调整。此外，超过70％的调查对象表示，到2030年时，增材制造（一般称为“3D打印”）将与部件制造相关。其中，提到的增材制造的用途不仅有打印原型，而且还有打印各种工具和零部件。