这不仅仅是一个概念——工业 4.0 提供了制造商今天可以投入工作的解决方案
操作员将工作状态输入到控制器的 Machining Insight 界面中，然后该服务提供 24/7 全天候服务报告网络中的每台机器。工业 4.0 通常看起来是一个模糊、遥远的想法，但现在可以采取几个实用且相对简单的步骤来进入“制造业的未来”。从解决熟练劳动力短缺问题到提高机器利用率，花哨的头衔不应阻止店主使用有效的方法。
让我们从当今制造业的一个重大问题开始：吸引和留住足够的合格工人。正如总部位于波士顿的 Paperless Parts 的联合创始人兼首席执行官 Jason Ray 所表达的那样，“考虑到 t使用在不同时间从不同制造商购买的 15 台不同类型的 CNC 机器并将它们插入 MTConnect 以收集大数据。但商店面临的最大问题是他们无法启动和运行第二班。他们不能雇佣刚从贸易学校毕业的新人来运行他们的旧设备。”
与此同时，有经验的工人正在快速退休。自动化虽然很棒，但无法解决这个问题。 Ray 说，还需要一种“让你的聪明人更有效地为你工作”的方法，以及一种弥合经验丰富的员工和新员工之间技能差距的方法。
令人高兴的是，大部分在工业 4.0 保护伞下推出的技术满足了这些需求。
正如新泽西州费尔劳恩山特维克可乐满数字加工销售总监 Jeff Rizzie 所说：“今天，当他们准备新工作时，大多数商店都依赖部落知识。他们要求工程师重新成员上次他们做了类似的东西，并利用这些知识 [从头开始] 开发了一个新的过程或程序。”通过数字化加工，山特维克可乐满可以构建系统知识，而不必太依赖那种部落记忆。来自机床的性能数据可以反馈到系统中，以提供程序和刀具建议。
位于华盛顿州雷德蒙德的 Microsoft Corp. 的行业解决方案主管（制造）Michael Walton 说，他为公司提供建议各种规模的公司将他们的业务从“以部落知识和工匠的方式经营到更类似于科学的东西”。但这种转变“假设你可以沟通并拥有一个解决方案，使你能够以数字方式获取人们的知识。”
廉价的传感器允许操作员获取许多隐藏的知识。 “我可以在 CNC 机器上安装一个 49 美元的传感器，而且我可以更快地指导员工拥有 30 年经验的 CNC 专家。我可以用 49 美元的传感器告诉他们他们做错了什么，并更快地纠正，”他说。如果工具用力过猛、扭矩过大，或者机器是否在工作以及它们处于循环状态多长时间，都可以被捕获并用于提供反馈以指导员工。
虚拟Reality for Training
总部位于芝加哥的研发中心和制造试验台 MxD（制造 x 数字）美国公司已与数十家公司就此类实际应用展开合作。首席执行官 Chandra Brown 举了一个例子，使用虚拟现实 (VR) 培训技术人员在 Rolls-Royce 直升机发动机上工作。布朗说：“选出最优秀的发动机工程师，让他们完成所有程序，把所有东西都装进去，然后再培训其他人。”受训者戴上 VR 头显，“开始爬上引擎”，而没有现实世界中存在的健康和安全风险。 “我们已经提取了经验丰富的技术人员的知识，也让培训下一代工人了解确切的程序变得有趣，”Brown 说。
Xbox Kinect 游戏平台跟踪装配工人的动作，而 Lightguide 系统则让他保持在正轨上。MxD 的项目和工程副总裁 Tony Del Sesto 说，支持这种培训的硬件既可用又便宜。在这种情况下，VR 耳机是 HTC Vive，零售价约为 600 美元。 Del Sesto 解释说，MxD 使用印第安纳波利斯的 VisionThree LLC 来帮助创建内容，从引擎的 CAD 图纸开始。 “在一些 VR 创作中，移动头部和在头戴设备中看到的内容之间存在延迟，这可能很麻烦，甚至会引起恶心，”Del Sesto 解释道。 “VisionThree 修改 CAD 模型，使您您的动作几乎是即时的，以获得逼真的有用体验。”
Walton 表示，汽车制造商已开始在招聘中使用 VR 和增强现实 (AR)。他引用了一家大型制造商的例子，该制造商使用视频捕捉人们的工作情况，然后根据这些知识创建模拟。它的未来雇员现在在虚拟世界中接受了多次测试，以确认他们能够在规定的节拍时间内获得完成工作所需的技能。
Watson 还指出了这种方式的好处远程协助技术。 “这是一个真正的大问题，”他说，“[使用] 虚拟现实或人工增强现实来获得一个小窗口，这样他们就可以看到图片或修复某些东西的任务。”
而不是去一个有很多手册的工作网站，不知道需要哪些手册，技术人员可以戴上 Microsoft HoloLens 等 AR 耳机并获得指南来帮助完成工作他排除故障，甚至获得远程指导。 Watson 说，维护所需的时间大大减少，过程“准确得多”。
用于制造的游戏技术
在另一个案例中，MxD 使用了 Xbox Kinect 游戏在 eBay 上以 100 美元的价格购买的平台，用于捕捉装配工人的动作。 Del Sesto 解释说，他们从那里为其他操作员编制了指导，例如在他们伸手拿错垃圾箱时实时告诉他们。
有时需要面对面的访谈才能实施工业 4.0。在这里，Sweeney Metal Fabricators 的 Chris Sweeney 和 Paperless Parts 的 Roger Maranan 讨论了一种系统的工作报价方式。“您可以研究每一个动作，”Brown 说。 “他们在做什么。谁是你最快的人。一切都被跟踪，所有的时间。人们总是问我：‘你怎么能做到无纸化？这是不可能的。实际上，这是可能的，而且成本非常低。您可以从中获得的信息量真的非常惊人。所以我想告诉人们，一个很好的起点是在工作台上使用数字工作说明。这对健康、安全和测量都有好处。做这件事的人真的很喜欢。”
Del Sesto 说，虽然 Xbox Kinect 已经停产，但微软现在提供功能强大的 Azure Kinect 传感器，只要几百美元，工业应用是主要市场.开发人员和服务机构的整个生态系统都基于这项技术创建解决方案。或者正如 Watson 所说，“微软正在使人工智能大众化。这是我们的使命……这对您来说意味着好消息，因为诸如自定义视觉、使用声音、使用其他类型的机器学习算法之类的事情，他们&rsquo；已发布，可以免费使用，但 [获取] 数据除外。”
将经验转化为指南
并非所有部落知识都可以用摄像机捕捉或数字传感器，然而，不易被此类捕获影响的信息通常是至关重要的。以估算和报价的过程为例。将相机放在估价师的桌子上，你不会学到任何东西。而且，来自 Paperless Parts 的雷说，“你不会让一位 55 岁的机械师坐在电脑前，让他对 70 个问题进行调查，并期望从中获得高质量的信息。提取这种部落知识的最大挑战在于它必须是一种人与人之间的关系。”
Paperless Parts 为客户创建定制的、基于云的报价系统，在一定程度上加快了速度自动化，提案过程。但它始于其实施专家之一与客户的经验丰富的估算师一起工作几个小时，了解他们如何评估工作并为未来的报价建立“护栏”，然后随着系统的发展对其进行完善。
正如 Ray 所解释的那样，有经验的估算师会做一些事情在引用工作时寻找，并且它因公司而异。例如，每次他们看到特别严格的公差时，他们可能会坚持要求工程团队中的某个人在发送前验证报价。因此，Paperless 会将该规则构建到系统中并计算其成本。或者，估算人员可能会查看零件图并计算出零件上 10 个孔中每个孔的 10 分钟循环时间，这将根据每个孔的循环时间建议可能的护栏。
复杂的机器监控现在很容易实施并可以在数周内收回成本，而不是个月。一旦系统投入使用，它会继续询问
有经验的估算员，每次他们推翻规则或调整定价。 “例如，”Ray 解释说，“如果他们将零件的编程时间从两小时更改为三个小时，我们就会问为什么。有时答案是因为如果他们要制造 500 个零件，那么花额外的编程时间来缩短周期时间是值得的。所以我们制定了数量规则。也可能是因为这个零件有太多独特的尺寸和形状特征，需要 40 种不同的工具。”无纸化系统捕捉到这些偏差并不断完善规则。
Ray 补充说，经验丰富的估算师对企业如此重要的原因之一是他们从过去的错误中吸取了教训。 “他们报价了，他们赔了钱。那是经验。那就是沿着道路行驶，一路撞上所有坑洼。我们正在尝试什么o 要做的是让经验丰富的估算员在每个坑洼上放一个圆锥体，这样当其他人从他们身后的那条路上走下来时，他们就可以避开它们。” Ray 表示，在这样做时，他公司的软件通常会提供至少 5 倍的投资回报率（每月），并且“可衡量的收入增加 5% 或更多，无论是因为更快或更准确的报价而赢得更多的工作，或者为以前没有准确报价的工作获得更高的价格。”他说，钣金制造的定价尤其公式化。 “我们有一位新客户，他在入职流程六周后未经任何编辑就发送了数百万美元的报价单。”
Ray 还观察到许多店主甚至没有规划他们的组织结构和他们的关键人物的责任详细。他建议店主应该定期问这个问题，“‘谁会lse在组织中能够做到这一点吗？如果我生病了，人们会去哪里查看这些信息？考虑到这些并开始思考如何将这些信息系统化并将其传递给下一代，”他说。
未来工作和技能
一个相关的挑战是定义未来工厂所需的工作和技能。 MxD 的一份报告估计，Z 世代（1996 年及之后出生的人）将担任的工作中有 65% 尚未被发明出来。在制造业领域，MxD 认为当今的操作员、技术人员和程序员需要过渡到新的角色，包括他们在数字制造和设计角色分类法中列出的 165 个新工作岗位。布朗说，当她读到其中一些职位时，她笑了。 “谁想到我们将来需要数字伦理学家？”
这可能会让一些人感到震惊，但 Rizzie 说山特维克可乐满的研究人员模具显示，全球平均机床的利用率不到 30%。但更大的问题，他说，“并不是利用率如此之低，而是大多数机加工车间没有意识到它们的利用率如此之低。我们必须先了解它是什么，然后才能着手改进它。”他补充说，直到最近，准确计算利用率的成本还是相当高的。 “人们带着剪贴板和秒表被派往车间收集信息，但他们收集到的数据并不是特别好。”
Paperless Parts 将经验丰富的估算师的知识转化为系统的指南。令人高兴的是一个很好的数字网络当今的工业 4.0 技术使收集这些信息变得非常容易。
第一步是网络机器之王，Rizzie 指出，这已经发生在一些商店中，但他们没有从工业 4.0 的角度考虑它。这是因为许多商店都安装了 DNC（分布式数控）解决方案，将他们的机器连接到中央服务器。如果没有，对于过去 10 年左右制造的任何 CNC 机器都很容易做到，并且对于旧机器仍然可行，但需要付出更多努力。
第二步是实施通信协议，例如 MTConnect，从机器中提取有用的数据。一旦完成，就可以实施机器监控和分析工具，例如山特维克可乐满的 Machining Insights，这是一种基于云的服务，可与中央服务器安全连接，全天候 24/7 提取数据并按需呈现。它显示了每台机器状态的实时仪表板，例如它是否正在运行、正在运行的程序以及每台机器在轮班期间的利用率。商店可以在单元中组织他们的机器，快速查看每个单元的整体设备效率，看看特定的机器是否有问题。
除此之外，Rizzie 说“真正的力量”在报告中, 它提供了大量组织良好的信息，涵盖选定的时间范围或操作的子集。例如，商店可以选择一台特定的机器，并在一个地方查看其利用率、工作、未结工单、警报和操作员评论。零件指标报告提供了研究车间生产的任何零件的能力，并根据各种标准进行研究。
例如，它可以根据周期时间、利用率或质量创建报告。 Rizzie 解释说：“因此，如果我有一个特定零件在车间的多台机器上运行，我可以立即比较该零件在第一台机器、第二台机器和第三台机器上的运行情况。我可以比较一下第一班，second shift，第三班。所以现在我可以了解操作员如何潜在地影响零件在我的车间中的运行方式。”
车间还可以查看设置时间或工具破损等因素，并获得有关其机器实际发生情况的丰富数据，根据 Rizzie 的说法。甚至还有一份报告计算了换班期间损失的时间，还有一份报告记录了操作员以低于编程进给率的速度运行机器的所有时间。
山特维克可乐满自己发现，其北卡罗来纳州的操作员工厂经常超越进给率设置。现在，当操作员将进给率降低 20% 以上并持续三分钟以上时，系统会自动向车间主管发送短信。通过培训，操作员迅速解决了 85% 的问题。现在，当出现这样的警报时，这是一种异常情况，工程师知道他需要出去解决问题，因为操作员可能出于正确的原因降低了进给率，例如刀具更换
解决安全问题
我们不应该在没有警告的情况下离开这个话题。每个机器传感器和每个网络连接都是有价值信息的潜在泄漏或网络攻击的机会。事实上，布朗说，制造业是网络犯罪分子最常针对的经济部门。因此，MxD 使命的一个关键部分是成为国家制造业网络安全中心。 Brown 表示，MxD 的所有重要合作伙伴，如 Microsoft、Deere & Co. 和 Caterpillar，都担心他们的供应链。 “中小型企业 [是] 易受攻击的地方，”她说。关键是确保您在设置网络或连接到云时与信誉良好、知识渊博的公司合作。
与此同时，Rizzie 说，要了解需要保护的内容和不需要保护的内容之间的区别。吨。 “我用过的一个例子是人们的恐惧关于将机器监控解决方案放在云端。但是，如果有人真的从您的机器监控中获取了您的数据，会发生什么情况？他们真正得到了什么？本质上，他们知道的是您运行机器的频率。在某种程度上，谁真正关心？这对你内心很重要，但对其他人不重要。没有其他人会用它做任何事情。”
Ray of Paperless Parts 为那些因网络安全投资而畏缩的人提供了一些实用的建议。 “最好的起点就是与您的团队讨论它。许多网络钓鱼攻击通过电子邮件进入，他们会在电子邮件中使用某人的名字并说，“嘿，你能提醒我我们 WiFi 的密码是什么吗？”或者“嘿，你介意用那个客户的名字发给我吗？”与来自 X 的图纸？”这些攻击者将以非常复杂的级别出现并尝试访问您的团队。谈论网络安全是当务之急。投资t 30 分钟！”
当您将其分解时，工业 4.0 并不像看起来那么令人生畏：利用技术提高员工的工作效率。将关键任务和相关知识系统化。并连接机器并实施监控解决方案，以提高和优化机器利用率。
