工程师佩戴设备感应系统，通过操作机电一体化展示仪器控制机器人装配LED灯。 本报记者 陈龙摄

■本报记者 张晓鸣

数字化工厂的处理系统相当于大脑，连接网络如同神经系统，驱动系统就像是肌肉，传感器则相当于眼睛和鼻子……在“工业4.0”和“中国制造2025”的时代图景中，未来制造业的工厂正在酝酿着巨大变革。

然而，工厂内部的不同系统之间、不同部门之间、不同产品之间，乃至不同工厂之间，如何用同一种“语言”交流，以提高效率呢？“在这方面，机电一体化概念设计解决方案可以率先让机器用同一种‘语言’交流。”在西门子工业软件公司（Siemens PLM Software）上海研发中心总经理徐居仁看来，这就是“工业4.0”真正落地的第一步。

藏在写字楼里的“实验室”

最近，西门子机电一体化概念设计实验室将在上海研发中心正式设立。让记者惊讶的是，实验室和研发中心并非选址专门的科学园区，而是直接放在了繁华闹市的楼宇中。

在长宁区中山公园附近的一幢写字楼里，记者目睹了这个机电一体化概念设计实验室的“真容”。说是实验室，其实也就是一间只有几十平方米的办公室。当然，也不可能安放巨大的生产线，这里有的只是各种电脑设备——原来，这是基于机电一体化概念设计的“虚拟调试”平台。实验室展示了正在为客户设计的一条全新的LED灯装配线。这条装配线之前是由五个工人操作，进行灯泡的组装；如今客户希望通过安装工业机器人，来减少人工的使用。

“过去我们采用的实验方式是实物测试，在控制系统的测试中，因为成本等因素，只能在最后阶段使用实际样机测试。当测试完成后，有的问题可能会变得很明显，比如一根不足尺寸的轴，或者因为碰撞问题而需要重新设计的刀架，持续三个月的返工很寻常。”实验室技术负责人史桂蓉表示，“现在，我们采用虚拟测试，只要先做一个虚拟样机，其他都交给电脑了。”记者看到，一位工程师熟练地把各种数据输入电脑，一条虚拟生产线马上就显示在大屏幕上。这条生产线逼真地还原了LED进料、抓取灯泡、刷胶、拧螺丝、装配等过程。工程师只要看着系统的运转，就能马上看出要如何做调试。而如果需要调整机器人和人工的配比，或是要修改生产线的参数，只要敲敲键盘，马上就能完成。

使用机电一体化概念设计能帮助研发人员加速产品开发，允许来自不同部门的工程师并行工作，利用创新性技术帮助设计师用更短的设计时间，以更低的成本，设计出更高生产率的机器。

做合格的“语言翻译”不容易

乍一看，这套“所见即所得”的系统类似于计算机辅助设计。可徐居仁告诉记者，内行看门道，机电一体化概念设计其实很复杂。

一个关键难题是，要让不同领域的机器“协同作战”，就必须使用同一种“语言”，而这并不是一件容易的事情，“如果我们的机电一体化解决方案没有做好这个‘翻译’工作，就可能失之毫厘，谬以千里。”

首先遇到的一个“语言”问题，就是如何让不同板块的工程师并行工作。在目前的工业研发体系中，大致分为电气化、自动化和机械结构三个板块。在设计研发新的流水线或者产品时，这些工程师之间关注的重点领域各不相同，设计工具也是各取所需，导致相互之间的交流并不通畅。机电一体化解决方案提供了集成的平台，无缝地共享不同领域的数据，能够在虚拟环境中快速评估设计概念，实现功能拆分，增强不同板块工程师的协作。

又比如，在工厂内部，从设计、制造到销售等部门之间也需要统一的“语言”。工厂内借助大量不同的软件，以提升企业生产管理层面的效率。有了统一的“语言”，一旦产品数据发生变化，研发人员和制造人员就能迅速更改数据，随后系统根据新的制造解决方案分配生产线和时间。

最后，工厂内部的软硬件供应商五花八门，未来也需要同一种“语言”进行整合和交流。要实现不同软件、系统之间的互联互通既是最大的难点，也是数字工厂迈向“工业4.0”的重要一步。正如在德国学者乌尔里希·森德勒主编的《工业4.0——即将来袭的第四次工业革命》中提到的，“软件是工业的未来”，并强调“通过软件的交互性并不仅仅是在生产层面，还在于业务层面”，也就是说，“通过工业软件，实现了虚拟和现实的交互。”

在这方面，基于大量的技术和实践积累，西门子机电一体化概念设计迈出了第一步。未来中国的制造业能否从中获得有益的启发呢？

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