虚拟照进现实

崔健在歌里唱到，“不是我不明白，这世界变化快。”放在两年前，如果有人跟我说起“工业4.0”，我可能会一脸懵，但现在，我们已经在这条路上迈开第一步了。工业4.0是一个热得烫手的概念，也是大势所趋，它将物理世界与虚拟世界融合，从数据中创造价值。2015年，我有幸加入面向工业4.0的华为三化（自动化、数字化、智能化）制造项目组，“三化”中最基础也最先行的是“数字化”，我们团队就肩负着数字化制造转型的重任。

“一草一木”皆智能
数字化转型的前提，是万物互联，要让车间里的人员、机器、物料、产品和环境等这些“一草一木”，都能开口报出自己的状态并且相互传递信息。这些信息包括“一草一木”各自所处的位置，每天吸收了多少阳光、多少水、多少矿物质，长了多高、施了多少肥、谁施的肥，甚至一天的光照强度、风力、湿度等。这样系统可以有效调整施肥的配比、浇水量、光照强度等，促使“一草一木”更好地生长。
设想是美好的，但这事有多难呢？单说让“花草树木”主动报告自己的位置，就好比你拿100颗大小相同的弹珠，每个上面编了一个很小的序号，撒在你们家客厅，然后要求随便报一个序号，就能够马上找到对应的弹珠。

“那感觉我们是要给每个物件都配部手机啊。”有同事开玩笑说。

“对！就是给它们都配上终端设备。”
“可是终端设备在室内的GPS精度不高，而且对续航能力要求高，不能三天两头就去给它充电，哪里有这样的终端？”
“去找！”
3G、4G、wifi、蓝牙、zigbee、LTE(eLTE)、Z-wave、NB-IoT、GPRS、SigFox、LoRa等，这些技术我们研究了个遍，都无法满足精准定位。我们终日苦思弥想，与产品线的兄弟交流，查各种文献，终于找到一种相对合适的方法，通过UWB（超宽带）进行定位。UWB技术传输速率高（最高可达1000Mbps以上）、发射功率较低、穿透能力较强，且是基于极窄脉冲的无线技术无载波。正是这些优点，使它在室内也能有较精确的定位。
最初，我们在市场上找到几家能提供该类产品的公司，都号称“定位精度能达到10cm，电池能用半年”，听到这种消息，我们当然欣喜若狂，这即将给我们的生产带来革命性的影响。然而，把产品拿到现场一测试，全是问题，精度基本都在50cm以上，而且由于车间环境复杂，位置漂移严重，人站在A工位，实际定位到B工位，完全没法使用。如果连物品的位置都找不到，谈何数字化，说出去岂不是笑话。测试完后的那几天，情绪十分低落。
但项目还是要做啊，我们耐着性子，几乎把所有具备UWB室内定位技术的公司都搜了个遍，一家一家地联系，一家一家地测试验证，真的是屡败屡战……正当我们失望至极时，有一家小公司的产品竟然初步满足我们的要求，精度能达到了15~30cm，理论功耗可以用三个月。虽然深入验证后同样有许多问题，比如定位漂移与功耗，还有车间环境复杂，存在着定位死角，但毕竟让大家看到一丝希望。
活人总不能被尿憋死啊，我们联系厂家，共同改进。一点一点地改、一点一点地调，比如通过增加定位基站的布局密度，使覆盖无死角；优化定位软件算法，减少漂移幅度；降低定位标签发射频度，减少电池消耗。
通过一系列措施，终于达到基本可用的条件，定位精度达到了15cm。什么概念呢？人的鞋子大概是30cm左右长，工位和工位之间大概1~2米，设备和设备之间也大概1~2米，这个精度可以让携带定位标签的人员、工装夹具、周转工具、设备精准地报出所在位置及状态信息。
基于各种资源的定位数据与轨迹，我们还可以做许多大数据分析与应用，对提升工厂的透明度与运作效率有非常大的帮助。室内定位技术的应用，只是实现车间“一草一木”皆智能的手段之一，我们还借助其他各种通讯技术、RFID、传感器、设备物联等方法，针对不同的场景，让更多花草树木开口说话，实现车间的万物互联。

双胞胎工厂
搜集“一草一木”的数据不是目的，关键是后续怎么使用它？我们了解到，业界有一种“玩法”，用这些数据搭建工厂。从实体的物理工厂搜集流程数据、设备数据和产品数据，基于这些数据，以数字化的方式，在虚拟空间里复制实体工厂。这一对物理工厂和数字化工厂，一般称之为“双胞胎工厂”。
可是说实话，“双胞胎工厂”是工业4.0时代的新玩意，一开始我们更多地是“赶时髦”，并不十分清楚它能应用到哪些领域、带来什么价值。在我们成功做出“双胞胎工厂”后，曾一度陷入迷茫，到底该怎么使用它？
一天，我正在车间转悠，发现一位相熟的工段长皱着眉头，有点小脾气，原来，他产线上的产品在测试后发现异常，现在要找出是哪个生产环节出现问题。“这么长的生产流程，哪里去找问题嘛！”第二天我又遇见他，他告诉我，一群人费了好大劲，终于发现是产线上某台设备出了点小毛病，原本该供5安电流，只供了4安，“你说，就这么点小问题，耗费我们多少人员和精力。”分手后，我仔细回味了一下这位工段长的话，这不是正好瞌睡遇到枕头吗？我们的“双胞胎工厂”正愁不知道怎么发挥价值，其实完全可以解决他困扰。我立马就去找他，给出解决方案，在产线所有关键节点上布置数据采集点，这样就采集了三个方面的数据：流程数据、设备数据和产品数据，将这些数据导入数字化工厂中，如此一来，从一个节点到一个节点之间，人员、物料、设备、产品的实时数据和任何改变，全都在虚拟工厂中一目了然，一旦有异常，管理者当场就能发现和处理。

有了一次成功的应用，我们信心大增，更加勤快地在车间里满处转悠。某天，我和团队另一名成员在生产现场，他突然猛拉我一下，指向地上，“我们每天都看到的东西，见怪不怪了，可是这真的正常吗？”我明白过来，他说的是地上堆积如山的物料。以往，我们的生产是“推式”的，比如这批货要产200台，那么供应部门就把200台产品所需的物料全部运到车间，不仅占地方，找起来还特别麻烦。而且产品生产的速度不同，经常出现第一台产品孤零零的躺在中转站，眼巴巴地盼望着跟它在同一个订单的“兄弟”，而它的“兄弟”拿到被包装的号牌是100号，前面还有99台在等待包装，很是影响效率。
要不，我们用新武器来试试？我们先将产线的数据导入数字化工厂，在数字化工厂中试着调整参数，加之数字化工厂本身就是智能化的，很快我们就找到了一种更合理的流程。将这个流程再同步到实体产线中，数字化工厂就能根据不同的产品生产时间，智能分批分配物料、控制生产节奏。自此，我们既不用把所有物料一次性堆在产线现场，也不用让先出生的产品长时间等待后出生的产品。
后续，我们又用双胞胎工厂推动了测试预测和包装排产等改善，进一步准确预测出测试周期，消除了包装环节的拥堵状态，提升现场作业效率28%，节省人力40多人。如今，它已运行了近一年时间，获得生产部门的广泛认可。

移动起来
一天在食堂吃饭，一位工程师叹气，“脚都直了，今天太累了。”
“你一个工程师，又没干重体力活，有那么累吗？”我感到奇怪，反问他。
“你试试就知道了，来回地走，一天下来不知道走了多少路。”

之后我认真地观察了一下，生产现场的工程师和技术员一般是拿着小本子记东西，记完后又去找电脑查资料，再回到设备前继续记录，如此反复来回走动，如果碰到比较棘手的问题，一天的走动量确实不小。我开始认真考虑，是否可以改变靠纸质作业的流程，不仅仅是减少员工的走动，更重要的是，纸质作业有时会导致信息传递不及时、不准确。

早都进入移动互联网时代了，一个手机就能满足我们大部分生活需求，生产现场为什么不行？“我们搞个APP不就行了吗，每人拿部手机，随时随地办公。”我跟同事商量着，觉得事情应该很简单。
可还没动手干就遭遇难题，车间主管顾虑重重，担心踩了信息安全的红线，因为经常会有核心产品在这试制，一些关键物料的数据参数都会在制造系统里流转，车间员工平时上班都是不让带手机的。这让我们一度十分沮丧，我们的想法是有价值的，却被一个信息安全问题给难住了。
一次，我去银行办业务，看到工作人员用PAD处理我的转账请求，忽然想到，银行也是对信息安全要求极高的行业，既然银行可以用PAD，那么我们也行。PAD屏幕尺寸适中，既方便员工移动作业，又可以显示比手机界面更多的信息，而且是统一采购，可以定制化配置操作系统，规避私人手机所带来的信息安全问题。
使用PAD的想法终于通过，我们开始找一项业务进行试验。就从最传统和繁琐的巡检业务开始改进，以往巡检员是靠纸和笔记录巡检情况，一个普通产品要耗费一二十张纸，有的特殊产品更是要一百多张纸，况且全凭巡检员一支笔，某些特殊情况下巡检结果存在一定疑问。于是我们在PAD上开发了移动巡检应用，同时给每台设备上贴上二维码标签，巡检员只需用PAD扫描二维码，就可以获取这台设备的型号、参数、保养状况以及历史故障维修记录等。一旦发现关键设备出现异常，PAD还存有操作指导，员工依照着进行操作就行。
接下来，我们又把改进的目光，投向了一项复杂的作业节点——判定器件角度。在半成品制造过程中，有至少八个环节需要判定器件角度，仅此一项，累计耗时就在1个小时以上。而且，2011～2017年因器件角度错误问题导致的批量返修事故有22起，近半年因无法确认角度而向现场工艺工程师求助的MES问题单平均每月有近两百起。出现这些问题的原因，不是操作人员不专业，而是判定器件角度本身实在是件非常复杂的事，光是通用指导书就有19页、69条规则，员工需要反复记忆这些规则，但实操中，操作员是在毫无参照物的情况下，用肉眼去判断，差错在所难免。记得任总曾经说过，“我们要改善一线员工的作业装备，用信息化的工具武装他们上场……”我们的任务，就是用信息化的工具来辅助员工作业，这也是我们制造数字化项目的价值所在。
通过在业务部门实地调研，我们上线了数字化备料移动APP应用群，包含电子料表、器件库信息查看、料表履历查询、摆飞达作业、备料IPQC检验等一系列信息化移动化应用。通过拉通研发与供应商数据，操作员拿着PAD扫描物料，就会显示出器件的实物图，且有上料角度、步距、飞达，器件丝印等信息，这些对操作员来说很实用的消息，图文并茂的汇聚到了一个界面，按图确认角度即可，降低了操作难度。

后来，我们又将移动化的思路应用在物料投递、物料清点等许多环节，既提高了生产效率，又增强了员工技能。
 
说实话，工业4.0是新生事物，没人对它有清晰完整的认知，也没人知道它的道路将有多远，而且路上必然会伴随着无数质疑和挑战。可不管怎样，既然它是正确的方向，我们就要勇敢地向前走。号角已经吹响，未来才刚刚开始。

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