IMTS 2018：揭开工业4.0迷思，实现智能制造真正价值

剥离工业 4.0 的炒作外衣，聚焦产出与质量的平衡，方能实现其潜在承诺。我们采访了拥有 30 多年精密制造与传感器计量技术经验的 Renishaw 资深专家，探讨工业 4.0 如何真正影响工艺与零件制造。

IMTS 2018 将大力推广和讨论工业 4.0。若要理解智能制造与工业 4.0，关键在于：许多组织过于简化了他们认为能多快整合出有意义成果的认知。

Dan Skulan 在精密加工和计量检测领域深耕 30 余年，精通制造商的生产率与质量指标。作为 Renishaw 工业计量总经理，他深谙企业如何评估自身是否准备好兑现工业 4.0 的承诺。Skulan 将在 IMTS 2018 会议专门演讲工业 4.0。

该热门术语的定义应更聚焦制造商的具体目标，而非其他。据 Skulan 称，工业 4.0 的兑现更取决于清晰理解公司目标、采用正确技术与刀具，而非单纯引入新数据管理系统。

“你可以收集海量数据，但数据唯有准确且可执行时才有价值，”Skulan 说。“工业 4.0 能带来切实成果，但必须系统化实施，起点是来自工艺的准确可执行数据。”

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制造商该如何行动？首先要尽职调查，确保方案切实可行。大家都想改进，自动化固然重要，但若缺乏内部过程控制保障高吞吐下的质量，成本极高。

“若报告运行的工艺实际产出一堆废品甚至零产出怎么办？”Skulan 反问。“需要基于工艺的良好系统，验证工件与刀具正确装夹、切削程序固有精度运行。过程测量应确认在正确零件上完成了正确切削。这才是将优秀工业 4.0 实施与仅试图引入高度数据监控却不确保底层过程受控的薄弱实施区分开的关键。”

为此，Skulan 强调仿真的关键作用——前提是结合传感器精度在关键阶段直接检查机床加工过程。

“我们的目标不仅是验证生产在发生，更是验证生产所有阶段在最小损失工时下达成质量标准，”Skulan 说。传感器与自动化在此至关重要——前提是数据经验证准确。传感器技术与操作员仪表盘清晰呈现的软件相结合，才能实现生产力提升。

智能制造的危险：过度承诺工业 4.0 成果

并非所有人对工业 4.0 认知一致。一些公司视其为制造业圣杯，以为采用即能立竿见影地革命性提升生产率、大幅降本。Skulan 表示虽能产生巨大影响，但未必是高层期待的速效良药。

“一旦高管买单实施 4.0 战略，便期望仅通过监控车间操作员表现就能瞬间提升生产率和质量，”Skulan 说。“这是部分企业采纳的潜在危险心态。车间层面有实实在在的工作要做，以备过程就绪实现收益。工业 4.0 不是魔法棒。”

但 Skulan 快速指出，这套流程若执行得当，在制造业确有实质价值。他以一家大型航空航天制造商为例，该公司拥有 250 多名工程师专职工业 4.0 流程与实践。提升生产率和创新驱动是航空航天业成功的关键要素。

详见信息图：“To Infinity and Beyond: Aerospace Opportunities in Manufacturing Take Off.”

工业 4.0 与过程控制的价值

单纯吞吐量指标虽有效，但有局限。

许多制造商高度关注加工循环时间——虽有助生产率，但可能误导。“加工操作可能显示高活跃度，但机床未必真产出合格零件甚至零产出，”Skulan 说。

有效的工业 4.0 应用是利用允许过程内验证的技术，平衡吞吐量与质量。所有信息应持续反馈给操作员和厂长。

“制造商应在加工各阶段发生时捕获准确信息，而非最终零件检验，以便在不合格发生前上游干预，确保质量输出，”Skulan 建议。在他看来，这是实现工业 4.0 承诺的前提：“我们现在能基于数据准确性实时验证质量并调整。来自机内自动过程控制（传感器+软件）的质量保障，能确保管理层审视的信息准确可执行。”

“若在零件生产后看数据——这是大多数公司现状——信息虽有效，但无法改变过程，”Skulan 说。“真正需要的是在组件构建和切削的每个关键点测量对制造过程至关重要的离散特征，用传感器和技术确认数据有效。”

挑战在于确定哪些是需为过程控制测量的零件关键特征。单一工序可能切削 30 多个特征，但可能仅几个关键尺寸决定上游质量，这要求深刻理解什么可实时调整监控。

工业 4.0：自适应刀具与闭环过程的价值

若目标是在加工过程中利用并自适应，则理解新型先进自适应刀具的作用至关重要。工业 4.0 世界中，也意味着理解传感器和自动化测头如何报告验证测量与动态加工数据，包括动态工件偏置、刀具中心点控制、通过动态测量有效刀具轨迹确定有效切深和切宽。

“五轴机床同步移动工件与刀具的演进，结合过程测量，能极好地提供闭环环境，”Skulan 说。

“建模中不只模拟图纸，要在‘数字孪生’环境中模拟机床实际发生的情况，”Skulan 补充。“还需改变刀具和工艺方法以支持闭环过程控制。”

如何做到？Skulan 举圆周插补例。传统方法用固定单点镗刀离线手动设定，工业 4.0 方法则驱动铣刀走圆周轨迹，从而采用基于测头的切削技术。

“可先自动切削去除半数留量，随即在过程中测量该特征——在该时刻、实时温度、精确加工环境下——并自动在循环中更新刀具路径，”Skulan 说。“这就是闭环控制。过程由此全自动化且敏捷。”

欲了解工业 4.0 更多承诺，Skulan 将于 9 月 13 日周四在 IMTS 2018 会议演讲“Maximizing Manufacturing Productivity in the Information Age”，需注册参加。

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