特别策划
库卡矩阵式生产，走工业4.0智能制造之路
□库卡柔性系统（上海）有限公司/徐丽娟
随着社会的进步和经济的发展，从过去供不应求发展到了现在供大于求的情况，如何在满足客户基本需求的情况下，还能满足客户一些个性化的需求，成为我们努力和思考的新方向，所以定制化将成为未来的趋势，同样汽车制造也将从大规模生产发展到大规模定制。
大规模生产VS大规模定制
在物资匮乏的年代，产品一般都是标准化、大批量制造的。企业决定产品的生产输出，消费者只要按需购买。大批量生产通过简单削减供应商数量，赢得更大的采购量，在一定程度上让企业降低成本。同时，质量优化也需要过程，大批量生产可以统计产品质量出现的问题，明确改善方向，材料、加工工艺、流程都可以被优化。
但随着市场需求的变化，消费者越来越追求个性化的产品。在工业 4.0 时代，不断发展的个性化要求将会改变生产过程。具体说来，严峻的挑战在于产品的品类和型号越来越多，生产的件数不断变化。
大规模定制，是指对定制的产品与服务进行个性化的大规模生产。这一生产方式把大规模生产与定制生产这两种生产模式的优势有机结合起来，其目的是在保证企业经济效益的前提下，满足客户的个性需求。它通过“定制”满足客户的特定要求；通过“大规模”降低产品成本。既让客户满意，又使企业有利可图，从而实现客户与企业的“双赢”。大规模生产与大规模定制对比见附表。
大规模生产与大规模定制对比
矩阵式生产概念
在大规模定制的需求下，库卡通过大量的研发投入，提出了矩阵式生产（Matrix Production）这一先进的解决方案。MP可以应对市场的多变性，进行经济上有利的小批量生产。应对产品的品类和型号越来越多及满足生产件数不断变化的要求。它使将来在工业尺度上极具适应能力的生产过程成为可能，在整个工艺链上实现了联网，设备可以自己“飞速地”自动改装为适于其他不同的产品类型，无需等待，无需停产。
（4）生产单元。四台机器人在可柔性切换的生产单元里加工零件。
（2）仓库。所有同生产相关的工件/零部件都存储在仓库中。
（1）AGV库。即AGV待命区，所有的AGV都停放在这个地方直至它们接到任务。
零部件存放在仓库中，适用于特定型号的工具存放在工具仓库中，通过自动引导搬运车 （AGV）运输零件和工具，AGV借助一个 SLAM 导航算法将其导航至各个单元，抵达单元内部后，机器人拿起零件，通过智能的、基于机器人的应用（如 Jigless-Bodyshop 技术）对零件进行加工。在这个过程中，一个机器人持有一个零件，第二个机器人持有另一个零件，两个零件锁定在一起成为一个单元，以便随后由第三或第四个机器人，即所谓的工艺机器人，对它们进行焊接或其他工艺操作。
矩阵化生产主要由四部分组成：AGV库、仓库、工装存储库和方便转化的生产单元。
工业4.0不仅使生产环节实现智能化，更使生产与物流高度融合，对物流方的高效、柔性提出了更高的要求。智能物流运用信息技术使装备与控制智能化，从而改变企业的发展模式与运作模式，达到提高效率与效益，降低成本的目的。
矩阵式生产建立在分门别类的标准化生产单元基础上，几乎可以将任意数量的这类生产单元归置在一个网格上，在网格中几乎可以将这些单元格排列成任意数量。通过可配置的生产单元、借助自动导向搬运车 (AGVs) 进行零件和工具运输，以及物流和生产的分离，矩阵式生产将成为决定性的竞争因素。
其他学生陆续举手发言，举例说明，汽车匀速行驶时路程随时间的变化，购买苹果时总价随着数量的变化，都是匀速变化。
取剪跨比λ为4，配筋率ρl为0.96%、壁厚t为100 mm，不同轴压比ηk的三种矩形空心墩，轴压比分别为0.1、0.2、0.3，进行Pushover分析，其对应的能力曲线如图10所示，由图10可知，轴压比增加1倍，空心墩的承载能力增加近50%，同时空心墩位移延性随着轴压比的提高而有所降低。
教师在了解了课程标准要求、教材内容、学生基本情况之后，就需要选择正确的方法与策略，将设计的教学目标准确表达出来。只有清晰的表达才能保证在教学过程中能够得到有效落实与执行。因此，教师应该根据不同的教学内容与教学目标性质，选择合适的方法与策略。
智能物流是工业4.0基石
（3）工装存储库。专用的工装和工艺设备都放置在工装库里。
当前，电气自动化已经渗透到了生产生活的各个领域，为生产力的提高与人民生活的改善做出了巨大的贡献。本文从以下三个方面介绍电气自动化的发展现状：
AGV系统是智能工厂的主要组成部分，不同载重和运载方式的AGV小车组成一个物流网络，高效智能地完成仓库和生产车之间的物流活动，从而大大降低运营成本和提高存储物流效率。AGV小车在智能工厂不仅作为无人自动搬运车辆使用，也可当作是一个个可移动的装配台、加工台使用，它们既能自由独立地作业，又能准确有序地组合衔接，形成没有物理隔断，但能起动态调节作用、高度柔性的生产线。
带着这样的思考，我们进行了“智慧珠”实验，总时长1小时，在初步认识实验材料之后，学生可按研究兴趣分组实验。
库卡采用成熟的自主导航系统，通过在AGV上安装有可旋转的激光扫描器，依靠激光扫描器发射激光束，接受由四周定位标志反射回的激光束，探测周围环境，计算出车辆当前的位置以及运动的方向，选出到达目的地最有效的途径，而且遇到障碍物，能使用最佳替代路线实行安全绕行，由此也可以确保物料生产的运送进度。
在工业4.0的浪潮下，矩阵式生产理念打破原有的线性生产体系，并融合AGV智能物流和大数据智能系统，在几乎实时的条件下自动监视和响应生产过程，从而能够对内部生产过程进行广泛优化，并在考虑成本、物流、安全、可靠性和可持续性的情况下，实现智能制造。
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