智慧工廠與柔性制造

德甲小怪2011

智慧工廠注重大批量生產的全自動化和效率，而柔性制造則注重適應性和快速更換。混合兩者的解決方案往往能帶來最大的效益。

現代工業面臨著以更快的速度、更高的效率，同時以客戶為導向的方式進行生產的挑戰。工業4.0的兩個核心概念是：智慧工廠和柔性制造。兩者都依賴于自動化和數字化，但追求的戰略不同。在本文中，我們將對這兩種方法進行比較，指出它們的優缺點，并提供實用的決策輔助實例。

智慧工廠：通過全自動化實現最高效率

智慧工廠是一種全自動化生產環境，在其中，機器、機器人、物聯網系統和人工智能無縫協作。其特點是全天候運行，無需人工值守。

智慧工廠的典型特征

• 所有生產步驟完全自動化
  
• 無間斷連續運行
  
• 高精度和低錯誤率
  
• 使用數字孿生和人工智能支持的流程優化
  
• 針對大批量和標準化產品進行優化
  

智慧工廠實例

• 發那科（日本）： 在日本忍野（Oshino），有一個產業機器人生產工廠，全天候制造其他機器人，幾乎沒有人工干預。在維護團隊介入之前，生產可持續數周。
  
• 飛利浦（荷蘭德拉赫滕）： 電動剃須刀是在一個基本上沒有人的工廠里生產的，由少數專家監控。人工智能還負責質量控制。
  
• 特斯拉超級工廠：在電池生產中 ，全自動生產線負責處理和組裝。
  

柔性制造：適應性是競爭優勢

柔性制造系統（FMS）將自動化與模塊化、可快速轉換的生產系統相結合。這里的重點不僅是效率，更重要的是對不斷變化的產品的適應性。

柔性制造系統的典型特征

• 自動化但可變配置的機器
  
• 產品變化時的快速轉換時間
  
• 人工控制與自動化相結合
  
• 適合小批量生產和多品種生產
  
• 市場反應速度快
  

柔性制造實例

• 通快智能工廠（美國芝加哥）： 采用模塊化激光切割和折彎機進行金屬板材加工 ，可在極短的時間內根據客戶的新訂單進行配置。
  
• 博世力士樂（德國美因河畔洛爾）： 小批量生產定制液壓元件，靈活的數控加工中心可在幾小時內完成更換。
  
• 宜家（IKEA）： 用于生產季節性產品系列的模塊化生產線，可在數天內完成新設計的轉換。
  

技術差異

經濟考慮

• 智慧工廠：初始投資高，但持續人員成本低，產能利用率最高。如果需求量持續較高，且產品標準化，則在經濟上尤其具有吸引力。
  
• 柔性制造：投資要求適中或較高，持續人員成本較高，但在市場波動時風險較低，能更快地適應客戶要求。
  

實踐中的混合解決方案

許多公司也成功地將這兩種理念結合起來。

• 寶馬丁格芬工廠： 高度自動化的車身生產與靈活的裝配區域相結合，可生產不同車型。
  
• 位于安貝格的西門子電子工廠： 自動化程度約為75%，但生產控制靈活，可生產多種不同數量的產品。
  

智慧工廠還是柔性制造？

在選擇智慧工廠還是柔性制造時，企業應明確以下問題：

• 生產量： 我們公司是大批量生產多，還是小批量、可變批量生產多？
  
• 市場動態： 我們公司的產品組合是否經常變化？關鍵詞轉換時間。
  
• 預算： 是否有資金實現全自動化？
  
• 戰略： 我們的生產設計應該追求最高效率還是最大適應性？
  

智慧工廠還是柔性制造，甚至兩者兼而有之？

智慧工廠在大規模生產和效率最大化方面得分較高，而柔性制造則在產品多樣性和快速市場響應方面發揮其優勢。在許多情況下，混合解決方案可以帶來更大的效益。要想取得長期成功，不僅要關注技術和行業快速發展趨勢，還要對市場趨勢進行正確分類，并始終關注客戶需求和自身戰略。