德国工业4.(汽车)考察之旅/日记

 

 

 

 

 

【考察日记】第一天:童话拜仁的工业理性与匠心
2015年07月09日 10:04 来源:《中国汽车报》网 作者:胡轶坤

  6月中旬,在德国最好的天气里,我们出发了。

  2015年6月15日 雨

  阿尔卑斯山麓的原野在公路两旁舒展,巴伐利亚又称拜仁,美到极致的白色新天鹅堡矗立在山腰上,讲述着路德维希二世浪漫忧伤的故事。这里是迪士尼童话中白雪公主城堡的原型地,拥有延续了150年的浪漫情怀。

  德国的魅力在于,既能孕育出感性的伟大艺术,也有理性的哲学影响世界,并以严谨、执着的匠心创造了顶级制造业。拜仁正是集合感性与理性的地方,既有新天鹅堡,又有慕尼黑工业大学,还有采埃孚的工厂。工业4.0考察团由来自国内十几家零部件企业的,20多名崇尚理性的制造业企业家组成,第一天的考察就从这里开始。在晚上的总结会中,天海同步集团董事长吕超总结道:“在今年行业增速下滑的情况下,零部件企业要想生存发展下去,必须走国际化道路,谋求转型升级。上午在慕尼黑工业大学就是寻求国际科技支持,下午参观采埃孚就是寻求与世界级企业合作机会。”

  在清晨的霏霏细雨中,我们与上课的学生一起进入“德国的清华”慕尼黑工业大学,拜访齿轮与变速箱研究所(FZG)。中国齿轮工业协会(筹)秘书长李盛其说:“这里是齿轮及变速箱科学的圣殿。”

 

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考察团成员在慕尼黑工业大学机械学院门前合影

 

  慕尼黑工业大学于1868年成立,现在共有36000名学生,10000名员工,其中600名教授,拥有13个院系,机械学院规模最大,组织制订了齿轮行业国际标准ISO6336。大名鼎鼎的霍恩教授虽已70多岁,依然在此指导工作。我们拜访的机械学院有41名教授,其中齿轮与变速箱研究所于1951年成立,拥有3600平米实验室,主要涉及的研究方向有齿轮、同步器、摩擦片式离合器、变速器、轴承、蜗轮蜗杆副、电传动及其他传动,其业务包括几何、强度、效率、热变形、噪声、非金属材料、载荷谱、产品等研究及技术服务与技术咨询、软件分析及应用、损伤失效分析、培训和教学、计算机编程分析等等。

 

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考察团与北京航空航天大学徐向阳教授的考察团在慕尼黑工业大学相遇,一起与霍恩教授合影。中间为霍恩,左一为徐向阳,右一为李盛其,左二为吕超、右二为阿基米德网CEO吕元庆

 

  走过旋转的楼梯和通道,我们来到实验室,与国内的很多研究中心相比,这里占地面积不算大,却精巧地集纳了零部件载荷、效率、摩擦、噪声等基础分析研究的设备,从事世界齿轮行业最高水平的基础研究工作,积累着支撑世界第一工业强国发展的基础数据。而数据积累与分析,正是实现工业4.0的关键点,这一点得到了考察团成员的一致认同。

 

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慕尼黑工业大学机械学院楼内景

 

  一名在此做博士的中国小伙子带领我们参观了这些实验室。一台刚来自LIEBHERR的最新磨齿设备在接受工艺测试;在齿轮啮合试验中,正在进行齿轮润滑油的性能测试;而在齿轮SN曲线测试中,一次用对称的两颗齿进行试验;此外还有,内齿轮测试台、齿轮微点蚀及点蚀测试与分析、齿轮疲劳寿命和可靠性测试等等。

  齿轮与变速箱研究所拥有试制工厂,可以自制大部分试验零件,并且可以进行编程分析。因为具有如此完备的基础研究能力和数据积累,慕尼黑工业大学与企业展开相当多的合作,提供技术服务支持,包括软件分析及应用、失效分析等。

 

 

慕尼黑工业大学的博士为我们展示其试验研究的齿轮

 

  在座谈环节中,考察团成员与慕尼黑工业大学就提供技术支持,降低变速箱噪声和提高齿轮寿命等方面进行了讨论,并在降低新能源汽车高转速齿轮传动噪声方面初步达成合作意向。李盛其认为,合作有三个层次,首先是进行基础研究合作,第二在噪声、寿命和轻量化上进行研究合作,第三我们要积极参与国际标准化组织的活动,逐步成为齿轮国际标准的参与者与制订者。

  拜仁的第二大城市帕绍只有50000人口,这里有采埃孚的一个总装工厂。现在,采埃孚集团每年的营业收入是190亿欧元,其中驱动业务占63%。很快,采埃孚将迎来百岁生日,考察团成员纷纷与百岁背景合影,期求缔造中国的百年老店、基业长青。

  本是同行,有很多“不能说的秘密”,北京绅名科技总经理李红岩感叹,平时很难有到采埃孚这样的公司考察学习的机会。

  我们参观的采埃孚帕绍工厂主业是商用车车桥、工程机械变速器、农用机械变速器等业务。这个工厂的总装物流车间占地26000平米,有1050名员工,每天订购1250种零部件,有250个供货商,1300次将零部件放入存货中心,生产400台变速器,分135次发货500吨,共20个集装箱,保证百分百合格,零退货率。

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考察团参观百年采埃孚

 

  让考察团成员最为震撼的是采埃孚的生产作业模式,实现了多品种、小批量生产,这体现了最先进的管理水平,比如在工程机械变速器总装线,要生产350种产品。虽然是传动领域的标杆企业,但我们在采埃孚的厂房里并未看到太多预想中的“摩登”机器,这里甚至还有已经服役了38年的最老的立式车床在工作着,采埃孚负责人说:“虽然很老,但是不停地更新改造它,还没有更好精度的设备能替代它。”

  采埃孚信息化管理水平很高,虽然自动化水平一般,但这可能是做工程机械产品和农用车产品导致,不过,这正体现了德国人的务实,不会为了追求“工业4.0”的概念而浪费。考察团的成员都有同感:“来德国学习工业4.0,学到的正是不追求表面的摩登,而要追求每一件产品都能使用户满意,做到节约、精细、精致。”这也许就是所谓“匠心”。

  目前,采埃孚进行全球采购,总部制定采购战略,进行总控,对在中国进行采购有丰富的经验,选择供应商会根据不同地区和产品进行评估。通过本次简短而高效的考察,考察团成员既感知了世界知名企业的务实和管理的精要,又知道了成为世界顶级企业供应商应该努力的方向。

 

 

【考察日记】第二天:在汽车圣地斯图加特求滋养
 

  2015年6月16日 晴

   中国人能打造出第二个奔驰吗?

 

   奔驰方程式赛车跑道

 

  我们能成为汽车产业从业者,是因为卡尔•奔驰在1896年发明了汽车。

  作为一个承载了汽车产业发展史,且今天依然是豪华车代表品牌的奔驰公司总部就在斯图加特,其前面是于1996年建成的奔驰博物馆。以DNA双螺旋结构为灵感设计的博物馆,共有7层,两条环形坡道引导出两条参观路线,虽然讲述的是奔驰品牌的发展史,但也是汽车工业的发展史。

 

   第一台发动机

 

  汽车从业者来这里看的不仅是历史与产品,还要追根溯源,从奔驰发展史中感悟行业、企业发展的道理。每个汽车人心中都有一个奔驰,对产业鼻祖及奔驰品牌的敬重相同,但不同人参观奔驰博物馆后会有不同感受。我们这批来自中国的考察团员,共同的思考是中国企业如何学习奔驰,让民族汽车产业获得更大突破;不同的是,有人受到了启发,也有人看到了危机。

 

 

  1895年奔驰车上已有减震设备

 

  团队的成员大多是企业的第一代创业者,奔驰品牌的成功源自坚持,这一点深深地激励了他们。奔驰的成功也刺激了中国企业家的民族自尊心,中国如何才能打造出奔驰这样的企业,团队成员在思考着。大连创新齿轮箱制造有限公司经理高阳认为,奔驰只有一个,中国人不要期望做第二个奔驰,而是要以创新的方法独辟蹊径进行超越。

    江苏驰翔精密齿轮股份公司董事长周业刚认真看奔驰电动车桥

   1886年的股权账本

 

  一些我们曾以为坚不可摧的品牌,在新技术思路的冲击下也轰然坍塌了,比如数码技术颠覆了柯达,以苹果为代表的智能手机打垮了诺基亚。工业4.0时代,正是一个充满了巨大颠覆危机和创新机遇的时代。即便是奔驰,如果不能在新能源、智能汽车的方向上有所突破,也可能有大厦将倾的一天,天海同步集团董事长吕超就在参观后感受到了这样的危机,他将民族工业的突破之路总结为“坚持、创新、行动”六个字,惟此才能抓住机遇,实现跨越式发展。

 

 

  1955年的梅赛德斯-奔驰 300SL 的车门设计为双翼张开的形式

 

     斯图加特工业展上看趋势和商机

   作为奔驰和保时捷总部所在地,斯图加特是汽车重镇,虽然没有法兰克福那样的世界级大车展,但每年一度的全球汽车零部件及OEM供应商展是汽车工业届的重要盛会之一。今年的展会时间是6月16~18日,考察团来到斯图加特时恰好赶上。

   3D打印机正在打印塑料花瓶

 

  本次展会包括测试系统、内饰、传动零部件、发动机零部件等内容,这里汇聚了德国、乃至全球最重要的汽车零部件供应商,有来自55个国家的600多家参展商,是了解全球市场及技术动态的最佳地点。

  在测试设备展区,我们看到有厂商展出下线分析软硬件、振动噪声分析检测系统等,为数据集纳提供帮助。专门做设备生意的考察团成员北京绅名科技总经理李岩石认为,德国作为汽车强国,非常重视汽车测试,测试设备有巨大商机,回国后要按照这个方向来把握企业的发展。

   换挡试验台机械手演示

 

  在此时的德国办展会,必须要有自动化设备亮相。一台换挡试验台的机械手,正在现场演示;一个缩小版的能自动检测生产设备及产品质量的机械手在反复“看”着小车模的轮胎,用目视检测的方法拍照上传,系统就可自动分析出数据;这里当然也少不了现场演示的3D打印机。

 

   微缩的自动检测机械手正在“查看”小车模的轮胎

  让齿轮业专家大为感叹的是一家做粉末冶金的企业,其未经机加工的齿轮已经相当于精锻,达到了标准7到8级,其介绍人员表示,很快也将达到6级。高效、低成本的粉末冶金技术,势必会对一大批不能转型升级的企业造成冲击。

 

 

  用粉末冶金技术造出来的零部件

 

 

 

【考察之旅】第三天:工业4.0的理想国不是乌托邦 探秘智能示范工厂
 

  2015年6月17日 晴

  古希腊哲学家柏拉图在《理想国》中描述了一个系统的理想国家方案;空想社会主义创始人托马斯·莫尔虚构了一个“没有的好地方”,叫做乌托邦。德国工业4.0核心部门人工智能研究所(DFKI)也勾画了“理想国”,但它不是虚构的,已联合38家企业造出的实体——智能示范工厂(Smart Factory)。

  上午,考察团有幸进入位于凯泽斯劳滕的智能示范工厂内部参观,看如何用运行的生产线诠释工业4.0理念;下午,到达位于小镇沃尔多夫的世界第二大应用软件供应商,也是工业4.0的主要发起机构SAP总部拜访。在这两个地方,我们都看到了实现了信息物理化融合的智能生产线进行示范运行,这向我们证明——工业4.0不是乌托邦,不久就会实现。

    系统工程:38个伙伴共同协力推进工业4.0

  事实上,智能工厂的建立先于工业4.0概念的提出。DFKI在国际科学界具有重要地位,是德国创新软件技术方面的领先机构,也是全球最大的人工智能及运用研究中心。 DFKI 创立了德国计算机研究所以及软件园区、智能数据创新实验室和大众汽车数据实验室。

  现在智能示范工厂的总经理沃夫冈·瓦尔斯特(Wolfgang Wahlster),就是最先在德国提出工业4.0概念的教授之一。据介绍,DFKI于2002年提出了智能居住的概念,2005年建立了智能示范工厂,比工业4.0概念的提出早了6年,在2013年的汉诺威设备展上,智能示范工厂第一次展出了承载着工业4.0理念的设备,也就是我们这次在凯泽斯劳滕看到的智能名片盒制造机。

 

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   位于凯泽斯劳滕的智能示范工厂

 

  智能示范与其说是个“工厂”,不如说是工业4.0的组织、协调、宣传机构。事实上,DFKI与38个伙伴一起工作,其中包括西门子、SAP、巴斯夫、IBM等,这些企业与研究所各有侧重、并肩作战,他们先是一起制定了相关的标准,然后开始研发。现在智能示范工厂除了做技术研究,还与企业一起进行未来竞争优势评估研究、信息咨询以及对外传播工业4.0的理念。

    个性化需求催生第四次工业革命

  智能示范工厂负责人表示,工业4.0就是要借助物联网控制所有系统之间的关系,第四次工业革命正在到来。当前,客户对工业产品的个性化订制需求越来越多,技术更新也更加快速,导致生产成本降低,市场需求也更加国际化了,这都催生了新的商业模式、改变了人的行为。工业4.0就是为了满足这种变化而诞生的,它将使未来的工业生产能够满足个性化产品定制、小批量生产,具备增长的通用性、生产流程的灵活性及数据信息共享性。

  工业4.0包括智能工厂、智能生产和智能物流,以大数据共享为基础,以智能互联互通为特征。记者在凯泽斯劳滕看到,由智能示范工厂研发的工业4.0的设备是智能化、模块化的,具有以下特点:智能的设备,拥有模块化的系统架构,以便迅速、灵活地配置生产线;有标准化的万向插头,适用于供电、压缩空气、工业互联网,具有紧急停止按钮;智能的产品,每一个零部件都通过RFID射频技术,有一个标准化的数据身份证,生产设备对其进行识别,由产品自主控制自己的生产过程;插入技术,在生产过程中可加入新的生产模块,即插即用,不需要中断电源、改装生产设备,高效率改变所生产的产品;具备统一的基础设施(标准插口),使全部的生产模块能无缝集成到总的信息技术报务中心;具有跨厂商的兼容性,通过使用统一的机械的、机电的、信息技术的接口实现,让每个单一模块都有具备专长的制造商来制造。同时,这些设备,具有智能的用户界面,使用者如同使用IPAD一样可以清晰地看到进度,进行控制和操作。因为达到了高度的智能互联、数据共享,因此确保网络安全是工业4.0其中的重中之重。

  据介绍,智能物理系统(CPS)是工业4.0设备的核心。通过CPS传输控制系统,让计算机知道该做什么,让设备知道该如何行动,该把如何将产品传输到下一个设备。CPS具有乐高积木一样的外观,德国的工业4.0标准要求,以后所有工业4.0的设备都要具备CPS,由众多智能设备可以组成智能工厂。

 

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   智能示范工厂门口张贴的部分合作伙伴在工厂里的办公室位置信息

 

  理论总是枯燥的,好在我们在智能示范工厂一间仅有一百多平米的小车间里,亲见了名片盒是怎么由这条小型智能生产线生产出来的。

  一名工作人员拿起一个名片盒的底盘零件,这可不是一般的塑料零件,它上面带着“电子身份证”,里面有它的产品信息以及订货的客户信息,这都是从之前的订单软件系统、生产管理系统等数据库中采集来的,现在它带着这些信息“走”上了生产线。而各个环节的生产设备,都将读懂它的需求,因此,由以设备为主对产品“发号施令”,变为以产品为主,告诉制造设备该对自己做些什么,设备上的射频感应器负责接收信息。

  这个很“聪明”的盒子底盘被放到生产线上了,设备的屏幕上显示该套上指定颜色的盖子了,还得再用锤子敲它一下。有趣的是,工作人员故意用完锤子后将锤子挂歪了,显示屏幕立刻就提示这是不对的。名片盒做好后,会有一个二维码,可以通过手机识别,最后生产线还会对产品进行检测。除了产品的零部件,生产设备本身也都有“身份证”,这可以使设备与设备之间相互阅读信息,有效配合。

  这些技术并非最新的,我们之前在一些汽车企业或相关的展会上都看到过应用,但那只是一个设备、一厂的应用。工业4.0希望将此大规模推广到工业界,这会面临着要设备与设备相连、工厂与工厂相连,上下游相连。这样,至少在一个生产系统内,所有企业标准都要统一,产品与设备的数据都要共享。因此,如何确保网络安全,是实现工业4.0的重要课题。此外,企业应用了更多的智能机器人之后,如何协调人如何与机器有效协作,也对组织架构、管理模式提出了变革的要求;为了能够使用智能机器,还需要有高素质的员工,未来电子、机械与信息技术的跨领域人才最为需要;企业也会有新的商业模式,比如利用大数据为其他同类企业或上下游企业进行服务。

 智能示范工厂车间里的智能生产设备(可惜不让拍照,没有实物图)

 

  这一切的首要问题,就是制订出包括人员、信息运用等方面的国际标准。显然,先定标准再做事是“德国范儿”的,而一旦标准确立,德国领跑了第四次工业革命,我们也就必须按照德国人划下的道道儿才能走路。目前,即便在德国,工业4.0也只是刚刚开始,尚处于研发阶段,也没有德国企业应用整套的智能设备。智能示范工厂所展示的是未来愿景,技术日新月异,未来的工业4.0到底是什么样,也无法预计,但智能互联互通地进行生产,是一定会实现的。

   软件商在工业4.0中的重要价值

  两大关键因素使工业4.0成为可能,其一是物联网,智能驱动器和传感器数量激增且普及,嵌入或附件在任何事物上面,并通过单一协议实现互联;移动互联计算,以更便捷、经济实惠的方式存储数据、传递信息。此外,推动工业4.0的因素还有社交媒体、机器对机器技术、大数据与预测分析技术。

  因此,工业4.0不止包括技术,还涉及指导方针、最佳实践、工作流、组织架构设计和社交工程等,工业应用软件就在其中扮演重要角色。

  作为世界第二大应用软件供应商,德国SAP公司显然要抓住源自德国的工业4.0机遇,开发出一套全面的工业4.0及物联网制造解决方案。在其总部,SAP公司负责汽车业务的全球总裁瑞纳·赛兹(Reiner Seiz)对记者说:“工业4.0要把数字化贯穿到产品生命周期的各个阶段,让生产方式变得更加有效、时间更短。汽车在德国非常重要,明年产量还会继续上升,车型不断增加,导致生产研发难度增加,面临全球化挑战,汽车行业是最适合实现工业4.0的载体。”他向我们展示了SAP开发的软件,是如何在汽车工业上运用来提高生产效率、降低成本的。

 

   SAP总部里的一套智能生产设备

 

  SAP与美国一家汽车制造商一起对生产和销售战略进行了重组、优化,解决方案从销售入手,到生产、物流直至交付,将生产周期从21天减到了6小时,生产成本降低了7%,利润率增加了19%。这个工厂,在全生产链使用SAP软件支持,比如生产过程中使用了传感器进行控制和感知,通过红外线扫描仪保证产品质量,建立数字模型,减低了错误率。在与一家梅赛德斯供应商的合作中,SAP优化了发动机检测方案,为测量新研制发动机的功率,在发动机上装有200个测试点,每个点每秒10次,共每秒有2000次测试,数据完全进入ERP系统,通过手机就可以对其进行控制。这项优化,将测试频率从过去的50分钟降低到了8分钟。这些数据信息的积累,也将催生新的商业模式,比如为工程师提供解决方案。

 

 

 

【考察日记】第四天:尚未公开的物流技术突破想象
 

  2015年6月18日 晴

  也许你与我一样,喜欢看诺兰的烧脑大片,如《盗梦空间》、《星际穿越》。这些片子最吸引人的,就是人类对空间探索的欲望,无限延展,从三维到四维或更多,人类的想象力与空间一样广阔。这一天,考察团成员在黑森州的本杰明公司所看到的未来物流技术(fluid Logistics)展示,就突破了我们对物流的空间想象。

  未来的物流不是线性的,而是面的,甚至立体的。这种物流技术叫流体物流,依靠电磁场实现。智能物流,是工业4.0的重要组成部分。

  据介绍,流体物流项目是由德国联邦经济与技术部和欧盟共同提供研发基金的一个专利项目,于2011年开始研发,目前还未对外公开过,这次是特为考察团做的专题介绍。

  在工业4.0背景下产生的物流方案,一定要适用于未来新工厂的规划。在传统的工厂中,工人用叉车和机器人运货,但每次智能运送一箱货物,而应用了流体物流方案后,可以多箱货物同时运输,这就提高效率、节约能源和成本,同时又是个体化的、灵活的、随需而变的,能做到在正确的时间,把正确数量的产品送往正确的地方,保证客户所需的正确质量。

   本杰明工作人员在讲解流体物流技术

 

  这项技术是如何做到以上要求同时满足的?介绍人员给我们播放了短片。在一个面上,最下层是磁铁,上层铺满了一块块像瓷砖一样的托盘,用电磁场来控制电流的流向,以驱动托盘的走向。把货物就放在托盘上,托盘自己就可以知道要去哪里。是的,我们看到的是,很多个托盘同时运行,一点也不撞车,去了自己该去的地方,这背后依靠的是ERP数据系统的支持。

  因为这种物流技术是全自动的,非接触式的,它不仅可以在地面上运行,竖起来的墙上,乃至天花板,不同的物理空间都是电磁场可控制的地方。未来,你将看到,在工厂里、仓库里,漫天满地的托盘在一起“走动”,同时完成各自的任务。

  对,这就是以信息技术为驱动的物流体系,具有高适应性,只需要电能和数据的支持。其好处可总结为两个字——节省。

  它可以以组合或单独的形式,以群状的结构在空间运动,不再是传统的横向的、平行的运动,节省时间;传统的传送带,每次只送一个货物,而流体物流中所有货物在托盘上自由运动,知道自己去哪个地方,高效利用三维空间,提高效率;传统货物经过整理才上传送带,应流体物流技术后不需要经过整理,可以节省70%~80%的面积,节省空间;传统叉车本身有很高的自重,需要很多能量,现在省去了叉车的重量,节约能源;传统物流系统依赖于机械设备,易损坏,维修费用高,流体物流依靠电磁场,节省维修费用;以前在在较高的仓储库房里,要人工用叉车把货物送到该去的地方,现在货物自己去该去的地方,是智能的,节省人工。而且,人机对话方便,随时可以根据需要改变去流程,用手机就可以操作。

  本杰明公司向《中国汽车报》透露了这项技术的参数,可以做到平均移动速度为5 米/秒, 加速度为 2 米/秒,移动的最小距离为0.02 毫米,这意味着可以胜任精加工作业。托盘最高负荷为每平方米承载 1 吨的货物移动,单体最高承重可达 2200 公斤。一个托盘也可以做到像咖啡杯那么大。移动的路线并非只是直线,还可以做环状运动。

  现在,在法兰克福的三号航站楼已经尝试应用了这项技术,以前行李超重了,传送带就容易出故障,甚至每天出200次故障,需要300名员工维护,每年要花费300万欧元维护费用。现在,放行李的面积由11760平方米减到了3293平方米,节省了80%以上人员,不需要维修,节省了82%的费用。

  显然,这项技术非常适合汽车产业应用。研发人员很谨慎地介绍,现在正在奥迪做一项物流试验,还没有公开,不能说结果。不过,试验已经证明,以前需要600平方米放零配件,现在只用148平方米就足够了;以前,运每一个零部件需要21.18秒,现在只需要2.3秒,差不多提高了10倍的生产效率。

  如果这项技术得到应用,未来汽车也许就不是线性生产了,变成平行生产。更值得想象的是,这项技术不仅可以用于生产、仓储、物流,移动货物和设备,还可以用来移动人。那么,届时交通运输的概念是否也将被颠覆?明天的汽车,会是什么样子?也许,诺兰可以拍个大片了。