汽车工业是工业机器人应用最早，也是最为广泛的领域，汽车制造的高度自动化使得机器人越来越多。然而这些还是远远不够的，互联网时代对工业制造提出了更高的要求，工厂的自动化系统逐步升级，增加了物联网的概念，将工厂的机器以及作为主体的人类员工融入到互联网中，实现机器之间、人与机器之间的完美互动。

在德国人的概念中，智能工厂就是能够依托信息物理系统和信息通信技术的结合，工厂将引入大数据技术进行分析优化管理，在计算机虚拟环境中，对整个生产过程进行仿真、评估和优化，最终将实现自动化、智能化、互联化的生产制造。

进入到工业 4.0 时代之后，智能工厂开始从制造向“智造”转变，并被广泛应用于汽车行业的自动化、数字化和智能化车间，已经成为汽车智能制造的重要载体。近年来更是出现了“无人化”车间，弧焊、点焊、装配、搬运、 喷漆、检测、码垛、研磨抛光和激光加工等复杂作业全部交由工业机器人来做一条传送带，上百台不同类型的机器人 分工明确、林立两边，只需短短的 1 分钟，一辆完整的汽车就在机器人的“手 忙脚乱”中“诞生”了。

以数据为核心
首先要明确一点，工业 4.0 的核心是数据。随着信息物理系统（CPS）的推广，智能装备和智能终端的普及，以及各种各样传感器的使用，将会带来无所不在的连接，所有的联网终端，包括汽车及零部件的设计者和生产者本身，都会源源不断地产生数据，这些数据将会渗透到企业运营、价值链乃至产品的整个生命周期，成为工业 4.0 的基石。

理想的工业 4.0，必须做到产品全生命周期各阶段中数据流的畅通无阻，包括产品设计、生产规划、生产工程、生产实施以及服务，这五大环节用数字化全部打通，最后呈现出来一种完全不同于传统生产方式的全新的企业运营模式。

在工业 4.0 时代，数据将呈现爆炸式的增长态势。现阶段的汽车主机厂及零部件供应商，首要的难题，是把底层设备数据以统一的标准连接起来，这也正是工业 4.0 落地的基础。

在汽车行业，如果是一家“造车新势力”，那么数字化、智能化的理念正是其先天特质，从产品设计和新建工厂开始就使用统一的标准化的数据，是比较容易做到的。越南 VinFast 就给了我们一个很好的示范。他们采用了西门子的全套数字化解决方案，只用了传统车企 50%的时间，就实现了从设计到交付的整个过程，这就是数字化带来的卓越效率！

如果是一家成熟的传统汽车主机厂或是零部件供应商，这个问题可能会比较棘手，因为他们大多面临的是把原来的工厂从自动化和基础信息化逐步向数字化进行改造，除了技术问题，还要考虑人才、现有软 / 硬件、正常生产任务以及成本回报等因素。

对于这样的普遍现状，面向制造业的 OPC UA（OPC 统一架构）应需而生，它可以有效帮助用户解决已经形成的信息孤岛问题，最终获得标准化的数据。

OPC UA 是一种专为目前尚处于信息孤岛的设备之间建立附加通信通道的工具，可以为不同生产厂商生产的成套装备、机械设备和部件之间提供一种统一的通信方式，确保设备之间的信息可以无缝传输。当然，OPC UA 不是来替代现有通信协议的新协议，而是实现设备通信进行统一对话的工具。

在此基础之上，数据流可以畅通无阻。
 

科学规划指导实践

获得数据之后，用户希望充分利用这些数据。小到一个汽车零部件设计尺寸的优化、加工参数的优化，大到整个汽车供应链上相关部件产品、生产以及相关供应商和合作伙伴的所有数据，用户都希望能够深入挖掘和分析，支持业务的良性发展。

这个数据流应该怎样流动？汽车行业用户需要一个科学的总体规划来指导具体实践。这方面，西门子的“数字化双胞胎”解决方案是一个比较完整的产品全生命周期的数字化解决方案，可以以此为例展开讨论。不过实际上，西门子也是目前业界唯一能够提供这样完整解决方案的企业。
 

这个解决方案包括“产品的数字化双胞胎、生产的数字化双胞胎、性能的数字化双胞胎”。在这里，虚拟和实际互为验证，预测和现场完美结合——“双胞胎”的命名非常形象地反应了这种镜像关系。

产品的数字化双胞胎，对象包含构成整车的零部件及控制软件，包含机械结构、电气系统及其物理特性；生产的数字化双胞胎，涉及到规划、编程、工艺仿真、现场自动化软硬件的所有方面；性能的数字化双胞胎使用户可以实现更深入、更全面的数据分析，从而帮助设计工程师和工艺工程师实现更好的产品性能和更高效的生产运营。

区别于工业 4.0 关于“产品设计、生产规划、生产工程、生产执行、服务”这五个横向连接的端对端的解决方案，“产品的数字化双胞胎、生产的数字化双胞胎、性能的数字化双胞胎”是企业运营中三个纵向连接的环节，他们在不同的维度对数字化进行了互为补充的阐释。

需要强调的是，这是一个闭环的完整数字化生态环境，三个数字化双胞胎通过基于工业云平台的 MindSphere 物联网连接，用户能够利用物联网的丰富数据和高级分析，持续进行改进，让流动的数据持续不断地产生价值。

此外，在大数据、云计算、人工智能等智能化技术的加持下，该解决方案还可以实现更大范围的整个价值链的持续优化和自学习，并能够将数据转化为知识库——这对于任何一个企业用户来说，都意味着价值的无限放大和无限延伸，也意味着从数字化向智能化的提升。

随之而来的好处显而易见：新车的开发周期大幅缩短，开发所需的原型样件数目减少，生产工艺和车间现场可以精确模拟，生产单元和最终产品的性能得以预测，生产效率提高、产品不良率降低，帮助企业在产品和生产运营的全生命周期内优化整体运营，有效提升企业竞争力。从汽车零部件到整车，从设计到生产，再到销售和服务，都是如此。

在我们看来，这不仅是一个解决方案，更是一种理念和思维，非常具有前瞻性指导意义。

脚踏实地循序渐进

明确了整体指导思路之后，工业 4.0 要真正落地。这是最挑战的过程，也是最艰难的过程，不过，分解整体规划，分阶段分步骤地去做，可以化难为易、化繁为简。

工业 4.0 在汽车及零部件企业的落地，必须是脚踏实地、稳扎稳打地通过数字化、智能化，逐步演进到工业 4.0 时代。这是一个循序渐进、持续改善的过程，没有一家企业能够一蹴而就，即便是全球数字化样板——西门子安贝格成都工厂，也是经过了 25 年的持续建设和不断提升，才达到了今天的水平。北汽新能源青岛基地先期建立了产品设计和制造工艺的数字化连接，今后将在工艺仿真和仿真测试平台建设方面更进一步。一汽红旗则是一期项目从总装开始探索，二期项目将着手冲压、焊装、总装，继续实施工艺和管理的数字化。

每家企业都应结合自身现状和需求，量身裁衣，选择一些应用场景开始，由点及线再到面，逐步推动数字化的落地。必要的时候可以借助于专业的咨询和服务团队的力量来进行。特别是成熟度比较高的汽车及零部件企业，对于大的数字化项目更要慎重，因为短期内的附加值可能很难评估，但是他们仍然可以关注一些具体的应用场景，结合瓶颈问题来进行数字化，然后根据发展需求逐步扩展应用。

针对瓶颈问题，业界也有很多例子可以参考。如果热销车型供不应求，你的主要压力是设备故障停机影响产能，那么你需要重点关注易损部件或关键设备的数字化和预维护，比如冲压工艺中的电机振动检测与分析等，可以避免或减少停线造成的产能影响和直接经济损失；如果你的主要瓶颈问题在于车身质量，那么数字化焊接质量监控就可以对包括焊帽尺寸、焊接电流等在内的工艺参数进行在线监控，并可实时进行智能化的调整，以达到稳定可靠的最佳焊接质量；如果你当前的首要目标是节能降耗，降低生产成本，那么作为四大工艺中的能耗大户，涂装工艺中的数字化能源管理等，都会对企业降本增效带来最直接的受益；如果多元化能源动力需要一条总装线上生产 N 种车型，并且车型每年都在变化，甚至基于消费者个性化需求的汽车定制化生产成为重要需求，那么总装线的柔性化、数字化则必不可少 ......

另外，在汽车行业，很多车企和零部件供应商都是跨国企业，这些厂商在世界各地建有多家工厂，那么在标准化、模块化的部署之下，只要用数字化的手段监控并分析其中的一个工厂，其他工厂的同类问题都可以得到解决，数字化使得技术创新和模式创新的市场化效率大幅提升。

当然，除了技术，工业 4.0 还必须同时考虑人的因素。自动化、数字化的目的不是替代人，而是与人更好地协作起来实现最终目标。事实上，据德国政府发布的一项报告显示，在交通、能源相关行业，数字化不仅不会减少工作岗位，反而会有增加——预计到 2021 年，会有 4%～7%的岗位增加。人在数字化的过程中依然非常非常重要，只有将人与技术、人与产品、人与设备完美协调起来，整个体系才能发挥最大效能。
 

未来始于当下

制造业的数字化势不可挡，汽车行业的数字化又显得更为迫切。一方面，汽车产品正在经历电气化、智能化、轻量化等多种技术的颠覆性变革，另一方面，汽车市场正在逐步走向多品种、小批量甚至定制化的商业模式，因此，整个产业链都在重构，价值链也将向后端转移。想要灵活应对各种纷繁变化，数字化是唯一的出路。

在这个创新激荡的数字化时代，数据的血液会将汽车供应链甚至整个物联网的世界连成一个合体，各个系统之间的边界将会在今后逐步变得越来越模糊，你中有我、我中有你。当边界在不知不觉间逐步消失，那正是数字化的伟大成功。

未来可期，当然，重要的是你得始终有数字化的理念，并且向着工业 4.0 的正确方向开始行动。西门子汽车行业网站上有一行醒目的大字说的非常到位——“未来竞争优势始于当下”！