一家会自我进化的数字工厂
图为博世长沙工厂的工人正在作业
如今，博世长沙工厂90%的生产线实现互联，智能传感器、可视化装置实时“捕捉”振动、扭矩、电压和电流等生成一系列数据。
文/《环球》杂志记者 白田田
编辑/黄红华
位于湖南长沙经开区的博世汽车部件（长沙）有限公司（以下简称“博世长沙工厂”），是德国博世集团在中国中部地区设立的第一家工厂。2022年，这家工厂入选由世界经济论坛联合麦肯锡咨询公司共同发起的全球“灯塔工厂”名单。
《环球》杂志记者近期走进这家“灯塔工厂”，感受到数字化浪潮扑面而来。如今，这家工厂还在不断“进化”，朝着具备高度自动化、数字化、互联、柔性、智能以及可持续发展能力等六大要素迈进。
全过程可追溯的数字化
博世长沙工厂主要生产包括汽车稳定系统和刹车防抱死系统用的马达、发动机冷却风扇、空调鼓风电机及风机、举窗电机、座椅电机、雨刮系统等汽车部件产品。
在这家“灯塔工厂”，似乎一切皆可数字化。
车间数字化管理系统涵盖“5M1E”，即人员（Man）、机器（Machine）、材料（Material）、方法（Method）、测量（Measurement）和环境（Environment），包括100多个工艺种类、1万多种原材料和2000多台设备。
其中，刹车防抱死马达产线是湖南省第一条工业4.0示范线：7.5秒产出一只马达；所有工作站全部接入制造执行系统。
让博世长沙工厂生产技术总监张毕生引以为傲的是，马达制造过程中的工艺参数、产品特性、检测指标等数据，15年后依然能够“全过程可追溯”。
要做到这一点并不容易。早在2013年，博世长沙工厂就开始储备数字化人才、建立数字化能力。为了实现全过程可追溯，20多人的团队仅制定方案就花了3个月时间。如何采集有用数据、如何在工作站之间传输数据、如何实现数据交互，这些难题都要一一攻克。与此同时，长沙经开区出台了《智能制造、工业互联网行动指南》等一揽子政策，构建“规划-政策-细则指南”环环相扣的智能制造支持体系，支持博世长沙工厂等企业迈入数字化转型之路。
如今，博世长沙工厂90%的生产线实现互联，智能传感器、可视化装置实时“捕捉”振动、扭矩、电压和电流等生成一系列数据。仅以车削设备为例，传感器以数千赫兹的频率采集车刀振动数据，然后从中提取上百个特征用于数据模型构建，一个月产生的数据量达到100G。
而在博世长沙工厂，通过实时抓取过程参数，可以及早发现和识别问题。张毕生说，比如压装环节的压力数据，如果数据聚合程度符合某一特定规律，说明工艺控制能力稳定性相对较高；如果数据离散程度高且呈一定趋势性，则表明工艺控制能力相对较差，需要及时改进。
马达的包装环节以前容易出现漏装情况。记者在博世长沙工厂的工业4.0展示室里看到，马达包装漏检系统显示着一串串数字。工作人员说，摄像头正在实时监测马达数量，同时通过采集人体姿态关键点数据识别工人的操作行为，一旦漏装马达，便会自动报警。
张毕生说，制造一只马达需要大量的零部件，如果过程控制不好就会产生累积误差，从而差之毫厘，谬以千里。全过程数字化提高了企业质量控制的深层次能力。
在“大数据”中挖掘“大价值”
有了海量数据，还要挖掘数据价值。在张毕生看来，数据不是用来装点门面的，而要紧扣企业和客户需求，解决生产经营过程中发现的实际问题。
目前博世长沙工厂有多名数据科学家，他们的一项重要工作正是将数据和应用场景、工艺流程结合，开发相应的算法模型，帮助企业“降本、增效、提质”。
在博世长沙工厂的生产线上，焊接电极是一种易耗品。按照一般的工艺要求，焊接电极的使用次数达到1200次就必须更换，否则存在很大的产品质量风险。数据科学家通过建立机器学习模型，对焊接数据进行分析，经过6个月验证，找到了焊接电极使用寿命的极限值——1500次。原来一天要更换13次焊接电极，每次耗时5分钟，现在使用寿命延长后成本降低了1/4。
博世长沙工厂数据科学家夏晓毛介绍说，除了焊接电极，团队还运用大数据、机器学习等技术，对皮带、车削刀具等生产易耗品建立了高精度的使用寿命预测模型。这些易耗品的使用寿命普遍提升30%以上，更换时间节省50%。
不只在制造环节，博世长沙工厂申报“灯塔工厂”的5大应用案例——人工智能驱动生产能源管理、机器人实时管理系统、数据智能决策、全透明的生产现场管理和端对端智慧物流中台，均是在“大数据”中挖掘出了“大价值”。
以能源管理为例，以前工厂在夏季用电高峰时段“保生产、保订单”的压力很大。然而，整个工厂100多条产线、每天上百种客户需求，再加上原材料等影响因子，精准高效的能源管理成了一项难以完成的任务。为此，工厂开发了由人工智能驱动的能源管理系统。这一系统能结合客户需求、生产情况、物料、天气等变量，滚动给出未来7天内产线级的能源使用预测和排产计划，从而成功解决了用电痛点。工厂的年耗电量也减少了18%。
构建生态系统，打造“未来工厂”
“灯塔工厂”建设是持续进化的过程。从2020年开始，博世长沙工厂的数字化转型进入新阶段，力求通过充分利用数据基础及5G、大数据、人工智能等前沿技术，构建一个从产品设计到售后、从原材料采购到交付的生态系统。
在企业内部，“万物互联”进一步形成。张毕生说，博世长沙工厂正在搭建人工智能物联网系统，构建智造生态，实现包括缩短从开发到交付的周期、提高制造的敏捷性和柔性、提高市场预测的准确性等多重目标。通过端对端的物流集成平台，将数字化从实体工厂拓展到供应链上下游。从原材料供应、运输、内部流转到生产及货物出厂，整个流程都由物流中台通过实时数据连接起来，能够节省30%的物流成本，减少15%的库存周转天数。
作为“灯塔工厂”，博世长沙工厂对供应链企业的数字化转型也发挥着引领作用。据介绍，广东有一家上游供应商，原本订单难以保证按时按量交付，在博世长沙工厂的帮助下，这家企业实现生产、装配环节的数据互联，提高了交付可靠性。
张毕生说，数字化不仅增强了供应商的制造能力，也让博世长沙工厂能够更好地了解上游供应商的产能、质量状况，从而提升自身的供应链安全水平。
作为湖南第一家“灯塔工厂”，博世长沙工厂还不断向当地其他制造企业“输出能力”。不少企业慕名而来，寻求数字化转型的解决方案。据统计，博世长沙工厂累计培训的工程师超过500人次。
在“灯塔工厂”的示范引领下，长沙经开区通过推行智能制造模块化场景、引进和培育智能制造服务商、建立智能制造评价模型等系列举措，带动中小企业“看样学样”，5G、AI等新技术在园区内快速落地应用。
接下来，博世长沙工厂的愿景是打造“未来工厂”。工厂总经理魏彦说，博世长沙工厂将继续致力于技术革新，深度聚焦物联网、人工智能和生产流程自动化、智能化、数字化，向“未来工厂”的建设目标持续迈进。
来源：2023年7月12日出版的《环球》杂志 第14期
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