【工业4.0案例分析之五八】Fraunhofer IPK数字集成生产系统

弗劳恩霍夫生产设备和结构技术研究所（Fraunhofer IPK）致力于研究机对机通信、人与机器人合作，以及全球网络化的商业模式等问题。研究所提供针对以下方面的解决方案：自组织生产、基于云技术的控制平台、状态监测、向智能网络化工厂的转化、智能混合成形的虚拟应用等。凭借“工业控制舱”（Industry Cockpit）系统，企业可以根据不同订单个性化地调整复杂的流程，并且以此在未来灵活地对特殊的客户需求做出反应。

弗劳恩霍夫生产设备和结构技术研究所（Fraunhofer IPK）概况

位于柏林的弗劳恩霍夫生产设备和结构技术研究所（Fraunhofer IPK）超过35年来一直为生产企业服务，针对生产企业的整个制造链进行应用性研究，专注的课题包括产品研发、生产环节、产品维护、产品回收，以及工厂的运作结构和管理。此外，Fraunhofer IPK还把生产技术解决方案投入到工业外的应用领域，比如医疗业、交通和安全方面。Fraunhofer IPK包含七个业务领域：企业管理、虚拟产品开发、生产系统、连接和涂层技术、自动化技术、质量监管以及医疗技术。

作为弗劳恩霍夫应用研究促进协会下属的研究所，Fraunhofer IPK一直致力于满足客户和合作伙伴的需求：Fraunhofer IPK通过面向市场的实践性研发不断提高企业的竞争力，开发引领未来的新解决方案，更新、优化和扩展现有的技术和应用，Fraunhofer IPK的目标就是，实现经济利益和能源效率的最大化、可持续性以及环境友好性的协调发展。作为第三方，Fraunhofer IPK还在前期项目中为未来生产树立创新理念，Fraunhofer IPK和合作伙伴一起把创新理念转变为适应市场的成熟产品。

Fraunhofer IPK的伙伴关系

Fraunhofer IPK和柏林工业大学斯普雷勃艮生产技术中心（PTZ）的机床生产和工厂管理研究所（IWF）同在一个屋檐下。自Fraunhofer IPK建立以来，两家研究所一直在进行紧密的合作，使大学研究成果能够在原型的共同开发中得到有效的扩展和应用。

Fraunhofer IPK其他的合作伙伴包括：德国联邦材料研究和测试所（BAM）和柏林夏洛蒂医学院。Fraunhofer IPK和夏洛蒂医学院共同运作“柏林机电一体化医疗技术中心（BZMM）”，在这个中心里，工程师和医学生紧密合作，让技术开发和临床评估的同步进行成为可能。在和德国联邦材料研究和测试所（BAM）的合作中，Fraunhofer IPK不仅共用技术设备，也得到了用户和合作伙伴对于工艺的建议。

Fraunhofer IPK与工业4.0

自20世纪50年代数字化控制技术的发展和80年代计算机集成制造（CIM）的发展之后，如今工业化产品又再向前迈出了一大步：生产不断网络化，从而变得更加智能和灵活。在未来，和生产有关的所有内容——人类、工件和机器，将会通过最新的信息通信技术互相连接，所有与生产相关的信息也因此变得实时可用。自组织的动态价值链也因此产生，这种价值链能根据不同标准进行优化，总是能满足最新的需求。Fraunhofer IPK作为“智能工厂”的开创者之一，多年前就开始研究集成工厂。

工业控制舱（Industry Cockpit）简介

“工业控制舱”（Industry Cockpit）是德国“智能化和网络化工厂蜕变”（MetamoFAB）项目的子项目之一。MetamoFAB项目得到德国联邦教育与研究部（BMBF）针对“未来生产服务创新”计划的资金支持。Fraunhofer IPK是MetamoFAB项目的主要参与者之一。

工业4.0给生产带来了极大的灵活性，它的目标在于，通过小批量生产明显提高生产过程多样性，同时还能获得经济效益。网络化的信息通信解决方案正是工业4.0的关键，借助这种解决方案能够对工厂的各个部分——产品、机器、工件和人类进行集成控制。人类作为其中的核心，必须每时每刻掌控工业4,0中的复杂性。为了能作出决策，人类还必须掌握与真实情况和任务相关的扩展信息。Fraunhofer IPK的“工业控制舱”项目和卡尔斯鲁厄大学的MES制造商Pickert&Partner公司合作，开发一个能满足以上要求的工具。

全部企业活动应围绕业务模式开展，同时让产品、组织、能源和信息之间实现交互。操作运行数据可以支持个性化生产，但工作人员只需要获得必要的信息，而又不能被太多信息“淹没”。让“工业控制舱”只对必要的工序进行自动监控，只在出现问题时显示，或者能够根据具体情况满足特定工序时，“工业控制舱”才能算是成功。如今死板的编程系统没有能力完全追踪制造过程，实现灵活性并且提供帮助。尤其是对相互连接的流程，比如供货和销售。

配置而非编程

“工业控制舱”针对不同业务模式提供支持时始终坚持一个策略：“模型配置而非编程”。因此，个性化的生产工序能够按要求有的放矢地受到监控。其基本首先在于确定业务模式，按照业务模式让委托加工的所有工序能够实现套用。当人们把单独的工序看做完整任务的一个模块时，这些模块就像拼图中被拆分的小块。这种拼图模式能更快识别每个模块需要的信息。工序模块将通过模块库呈现，并且能够按照使用需要整合成针对特殊任务的整体模型。每一个模块都能以程序包的形式传输所需的信息。“工业控制舱”将会针对不同的模块组合给出不同的符合要求的决策建议，针对不同的整体模型同样也有不同的建议。如果一个新的工序模块生成并且要上传到模块库，必须在接口处通过一个评估程序对监控的实时参数进行评估，该评估程序也是模块之一。

评估结果被传输到一个动态仪表盘，然后以对工作人员而言最理想的显示方式提供。工作人员只需设置仪表盘上三个可自由定义的参数，便能轻松确定这些信息什么时候会显示，什么时候不会，以便实时为用户过滤出必要的信息。上述评估程序也可用于评估机器人作业时生成的和监控相关的大量参数。当其中的某个参数即将超过公差范围，“工业控制舱”将会给出详细的信息和进一步的意见，比如走向和负荷曲线，用户将在决策中得到专业的帮助。如果没有这个评估程序，工人需要同时监控所有参数，可能会工作量超负荷以至于遗漏某些可能有问题的情况。

模块库中的模块在动态仪表盘上可以重复使用，这为通信、监控和记录用户个性化要求的工作带来了更高的灵活性，“工业控制舱”以此协助企业从管理到生产等各个领域的工作，明显提高了信息管理的效率。