【电驹眼】汽车生产方式第三次变革来了，这是大众智能生产实验室的计划

前几天，大众汽车全球首发了MEB电动汽车专属平台，并宣布了向电动汽车领域进军的“electric for all”计划，旗下ID电动汽车也即将投产上市。

MEB平台展示了大众汽车在新能源化领域的技术储备和实力，但这只是大众汽车布局汽车新四化的冰山一角。为了应对未来的数字化趋势，大众汽车集团还专门成立了一个IT部门，研究智能化、数字化、物联网、共享化领域的前瞻技术。

在汽车发展史上，福特流水线生产方式，丰田精益生产方式被视为汽车生产的两次变革。但是，在汽车新四化时代，汽车生产方式也在发生巨大的变化。大众汽车集团 IT 部门智能生产实验室展示的技术和思维，或许会引发第三次汽车生产方式变革。

先来看三个未来生产的例子。

案例一、可移动的智能机器人走出笼子，给工作人员“打下手”

目前，汽车企业使用的机器人，都是圈在铁丝网内进行繁重的体力劳动。稍微先进一点的智能机器人，也不过是走出笼子，在固定工位上与人协作。但大众汽车IT智能生产实验室研发的智能机器人可以走出笼子，走来走去，在移动中与人协作，给工作人员“打下手”，从事一些精细轻巧的工作。

先来看看这个智能机器人的构造吧。它的全称是移动式智能人机协作机器人。它的底部有四个万向转动轮，可以实现独立转向;装有两个激光扫描仪，能够通过激光扫描仪进行自我导航，避免和周边环境发生任何碰撞；有两个抓手，左边的抓手有 5 个手指，能够抓取 5 公斤以内的部件，右边的抓手有 4 个手指，用来抓取比较小的物体，例如螺丝等部件；配备了 4 个 3D 摄像头，可以预防碰撞;顶部闪着蓝光的摄像机可以识别工作任务，例如寻找要对之进行作业的车辆。摄像机可以上下和左右摇动，确保视野范围，即使是在一个白墙的背景上，它也能够感知出前方的结构。

更重要的是，这位智能机器人可以和人一起工作，不需要任何隔离。机器人安装的摄像头系统具有线距控制功能，当达到一定的距离时发出警示，从而防止两个机械臂之间，或者是机器人的手臂和人之间发生碰撞。

机器人会按照人的指令来完成工作，当人进入这个工作任务时，机器人会自动停止或者退下等待人的指令。人让出这个空间后，它再上前继续完成这个任务。

据介绍，在汽车装配中，这个机器人可以和两到三个人协作，工作人员可以用一些手势对机器人进行指挥，传达“开始”、“停止”、“到我这儿来和我合作”等信息。它的抓手和手臂非常灵活，能够在生产当中做像人一样的做出动作，完成一些非常精密的操作。

机器人的灵活性目前已经接近甚至达到了人的灵活操作水平。另外，机器人在进行抓取的时候就像人一样灵巧。例如，当它抓起瓶子时，会感知到这个瓶子之后再抓取，放下来的时候，也不会一下就扔下来，而是像人一样把东西轻轻放到位。

值得一提的是：该项目的创新之处是用软件对已有的硬件进行重新组合。项目使用的所有硬件都能在市场中购买。例如，库卡机器人的手臂、抓取系统、激光系统和摄像头等硬件。

智能机器人不仅仅是一个研究项目，其阶段性研究成果会直接在工厂中投入使用。两年前，智能生产实验室已经研发出固定式智能机器人，可以在固定工位和人协作。今天，移动的智能机器人已经可以在移动中与人协作。

智 能机器人项目得到了德国联邦政府的资助。德国人工智能研究中心、大众汽车集团、代表飞机制造业的空客、还有机器人领域的库卡都参与了该项目的研发。

不过，目前，智能机器人在移动过程中与人的协作还处在实验阶段，有一台设备已经在大众汽车工厂车间里试用。未来，这种移动式智能机器人如果大面积普及，大众汽车的生产效率一定会突飞猛进。

案例二、 “工业计算机视觉”：帮工作人员验货，加快工作流程

“工业计算机视觉“听起来比较专业，但举一个例子就懂了，比如，工业摄像头。

摄像头并不稀罕，国内公路上到处都是摄像头。这些技术已经在消费领域被广泛地使用了，然而在工业层级的应用中还存在不小的挑战。大众智能生产实验室的任务之一，就是在这些硬件上加上软件功能，让它为智能生产服务。

“我们所使用的全部硬件均是现成的普通商用硬件，而我们通过软件赋予其新的能力。”工作人员说。

他展示的这款工业摄像头由三个模块组成。第一个模块是摄像头互联模块。第二个模块是人工智能模块。人工智能的功能包括物体识别和分类。比如，工作人员向系统提出一个请求，让系统显示 A 摄像头能够看到的安全带，那么它就能展示 A 摄像头拍摄方位之内的安全带。

第三个模块是图像分析或者图像处理模块。工作人员针对这个模块应用了最先进的视觉计算的算法。比如，可以让 A 摄像头显示它能看到的商品条形码，随后再通过人工智能模块对它的条形码进行直接扫码。

将这三个模块结合在一起，就是一个可以应用于智能生产的工具了。

接下来，看看工业摄像头的两个使用场景:一个是验货场景，另外一个是寻找零部件的场景。

先看验收场景。

以往的进货验收流程是:货车进厂并且在停车区停下，员工需要用条形码扫描仪器对所有货物的条形码进行扫描和验收，随后需要在仓库记录系统里手工录入信息。这一套流程包含大量的人工劳作。但是，凭借基于人工智能视觉计算的工业摄像头，整个进货验收的工序可以实现自动化。

工作人员将这个工业摄像头的应用app接入到平板电脑中，再把平板电脑配给叉车司机，司机只需启动这个应用就可以用它验货了。在接收到司机的指令之后，摄像头会左右转动，对货物上的标签进行扫描。后台软件通过人工智能算法，可以在司机的平板电脑上显示扫描进度，并将结果录入到系统中。

如果出于各种原因，比如由于条形码上出现污损影响了机器解码，应用app就会将这个污损的条形码标记成红色。这样，叉车司机可以点击红色的图表，得到放大之后的条形码，选择人工识别。坐在车里，直接完成验收任务。省时省力。

再看寻找零件的使用场景。

这个使用场景使用的摄像头也是工业摄像头，它的后台也植入了视觉计算人工智能平台。这个摄像头可以帮助工作人员检查工作区，判断是否符合要求。例如，业务部门要求在每一个盒子中有四到六条安全带，如果盒子里多了或者少了一条，工业摄像头通扫描，监控显示图上就可以显示出来，并且发出警告告知工作人员。

类似的人工智能技术让工作流程变得更加安全，更加高效。工作人员介绍，除了这两个例子之外，通过计算机视觉，还可以构建很多的使用场景和应用。这涉及到机器学习，比如神经网络的学习能力，让它通过机器学习去学会查找安全带，这样就又可以开发出新的应用场景。

案例三：自动化智能生产，彻底改变现在生产方式

目前，汽车企业在进行工厂管理规划的时候，首先要从生产的产品、产能和产量要求出发， 随后才细化到车间级别的规划。另外，目前的生产模式是根据每天的生产计划，提前一天准备，并且由员工在当天的生产中执行。

但在大众汽车的构想中，未来，将不再需要借助这种思维来做规划。 大众汽车将借助未来生产生态系统，从整个工厂层面进行综合规划和调度。

届时，工作人员只需把生产要求告诉这套生产系统，比如每天需要生产多少某种规格型号的产品。该系统将通过人工智能算法，对整个工厂进行规划，对机器进行分工、优化工序和整体规划。

换言之，未来的汽车生产将依靠系统进行计算和辅助决策。该系统的算法是作整体的、针对生产和场内物流的规划，而不是先对机器规划，之后才延伸到场内物流规划。这样做可以达到通盘优化的效果。

这样的算法优化能够极大地提高生产效率。比如，在生产尚在进行的时候，物流自动驾驶运输车辆就已经开动了，这能够实现机器在停工的一瞬间，物流运输车已经来到机器边上。另外，为了提高效率，工作人员做了秒级的计划，不给生产流出任何缓冲区和缓冲时间。

此外，所有的厂内物流自动驾驶车辆都可以实现即时定位和监控，以便于工作人员随时掌握它们的状态。它们所在的位置和它到达工位所需要的时间，始终被精确监控和计算。一旦出现延误，工作人员都会和生产计划系统进行对照，看看延误是否需要重新调整计划。

这套未来生产生态系统如同未来工厂的大脑，为了让大脑发挥作用，需要把当下的各种硬件进行数字化和联网。依据这样的想法，智能生产实验室构建了一个物联网平台。在平台上，所有的机器设备(尤其是物流自动驾驶系统)都能够更好地进行实时的数据交互，以便向物流自动驾驶系统发出更加精确的指令。

在传统生产线上，如果有一个机器停机，可能造成整条流水线的停工。但在未来生产系统中，如果员工个人原因出现比较大的误差，该系统也有及时补救的办法。

首先，不论是出于人为还是其他的原因，只要延误被限定在一定的范围之内且对整体计划不带来重大影响，工作人员就可以做动态的调整。如果它的影响到达一定程度，可以做出其他的补救措施，比如收回工位所发出的工单。也就是说，在未来的生产工厂中，机器之间可以自动地互相替代，确保生产线持续运行。

当然，未来生产系统对人工智能算法能力提出了非常高的要求，需要它能做出高质量、实时的、灵活的决策， 以便在出现问题时，自动计算出新环境和条件之下的最优计划。同时，一旦任何工具出现问题，整个计划就会失效，这要求计划工具的算法拥有足够的灵活性和调整能力，以便一旦发生问题，能够重新调整到新的计划上。

大众 IT 部门智能生产实验室：新汽车生产方式的发明者

以上三个例子，是大众汽车集团IT部门智能生产实验室的研发项目。那么，大众汽车集团 IT 部门智能生产实验室是什么来头？它成立的目的是什么？研发内容和工作重点是什么？

据介绍，大众汽车集团 IT 部门智能生产实验室是大众汽车集团数字化研究的心脏，有1400 名来自各个领域的 IT 专业人员。它于 2016 年建成，自开工起便致力于打造一个灵巧的、强调协作的空间。

为什么要建立IT部门智能生产实验室呢？

大众汽车集团 IT 治理业务负责人韩麦安表示，对于今天的汽车产品而言，不光硬件重要，其搭载的软件和 IT 功能也变得越来越重要。对于品牌来说，无论是在中国市场还是在全球市场，要想获得成功，拥有先进的软件是一大成功要素。

大众汽车集团 IT 治理业务负责人韩麦安

他介绍说，IT 部门具备双重功能:在过去，集团 IT 部门的功能主要是提供企业级的 IT 解决方案，用于满足集团内部流程的需要;今天，IT 部门在整个集团数字化的进程中扮演越来越重要的角色，在汽车产品本身及面向客户所进行的工作中发挥着越来越重要的作用。

“基于此，大众集团做了重大的决定，即建立一系列的实验室，用于聚焦新技术创新以及面向未来 IT 方面的开发研究。通过这一战略，带领整个集团走向更加成功的未来，更快推出新的解决方案，进一步缩短产品投放市场的时间，更加密切地与广大客户接触。 ”韩麦安说。

智能生产实验室联合主管沃尔夫冈.哈肯贝格也表示：无论在德国还是中国，数字化都是非常重要的趋势，中国在数字化的很多方面已经领先全球。因此，大众汽车IT 部门的工作主要围绕数字化开展。实验室非常注重生产的数字化，旨在通过数字化让生产能力转型，进入一个新时代。

他说，摩尔定律显示:在成本和价格不变的情况下，计算设备的计算能力每18 个月就翻一番。在人机协作方面，大众汽车已经发展到了第二个时代。此前，机器仅能够完成一些体力劳动。但今天，机器变得越来越智能。大数据、社交媒体、云计算、人工智能这些技术已经被广泛应用于消费领域。大众汽车现在正把这些技术应用到生产过程中。 这就是大众汽车IT部门的工作目标之一。目前，大众集团 IT 部门由 12,000 多名专业 IT 人士组成， 已经从一个传统的 IT 部门转向为面向未来 的 IT 组织。

据介绍：大众汽车IT 部门的工作主要有三个重点:

第一，开发速度。开发过程中强调敏捷、快速，要改变过去的上下级层层下达式的开发，而实行平行的、并发的开发形式，创造敏捷、快速的开发环境。

同时，实验室高度强调组织结构的扁平化，减少垂直层级，因此由两个人来共同担任实验室的联合主管。不仅如此，团队组织的工作方式也是高度扁平化的。因此，这个实验室的办公空间，也设置的适合小组团队进行协作。

第二，技术导向。特别是坚持对于新技术的开发，不断获得新的技术能力，以技术为本。

第三，在技术开发模式中，不光关注大企业的模式，也注重很多小的组成单位所带来的快速创新。这被比喻为“快艇模式”，指的是实验室在组织工作和开发速度上，就像快艇一样灵活迅速。

韩麦安说，“ IT 部门在为业务部门(如物流、财务等业务部门)开发交付解决方案时，所采用的工作方式是和业务部门的代表坐下来，对于目标解决方案的需求共同做一个界定和联合开发。我们将其称之为“灵活团队”架构。这使得我们软件开发的速度不断加快，所开发出来软件的质量也越来越高。 “

“IT部门在组织架构上也有一个以未来为导向的设置，来更加注重这些年轻的、高度依赖数字化的用户的需求。我们推进这些实验室工作的目标之一也是能够让这些数字化功能不断的融入到汽车产品当中， ”他说。

2013年起步，大众已在全球布局7个智能实验室

目前，大众汽车在全球设立七个类似的实验室。

一是在德国慕尼黑建立的数据实验室，这是大众汽车最早建立的实验室，成立于 2013 年，用于研究非常先进的数据分析技术。

二是在美国旧金山的编码实验室，这个实验室在量子计算方面与 Google 保持着非常密切的合作。大众汽车认为，下一代的计算将是量子计算。

三是在西班牙巴塞罗那的大都市实验室，主要探索城市智慧互联。西雅特品牌为这个实验室提供重要支持。

四是在德国柏林设立的数字化实验室，主要围绕完整的汽车价值链和汽车生态系统开展研究，内部称之为 V-Drive。

五是在德国沃尔夫斯堡的虚拟工程实验室，主攻重点是实现汽车开发过程中的数字化，即在汽车研发的过程中，越来越多地借助数字模型研发，而不是物理模型。

六是在沃尔夫斯堡的创新中心，主要针对大众汽车集团的一些前瞻性思维进行研究，内部称之为“设计思维”。

七是在沃尔夫斯堡的智能生产实验室，这是大众汽车在沃尔夫斯堡设立的第三个实验室。研究内容包括智能机器人、工业计算机视觉、未来生产系统等。

同时，大众汽车也十分重视在中国的创新工作，特别是与南北大众合资企业进行的共同创新。因此，大众汽车在亚洲特别是在中国，也有大量的创新研发活动。

智能生产实验室的“快艇模式”：由点及面+短平快

大众汽车集团旗下有12个品牌，是一个典型的大家庭。在日新月异的数字化时代，庞大的身躯如何保持研发、创新的灵活性和先进性？这是个很大的挑战。

IT部门智能生产实验室的任务之一就是解决这个问题。据介绍，实验室着重强调与业务部门的通力合作，来推进生产和物流领域的数字化进程。在工业 4.0 中，要求硬件和软件共同成长、相互协作。

所以，实验室的工作非常注重实现高产出、高效率的数字化生产系统，借此服务客户、服务业务部门的广大员工。工作思路强调快速和由点及面:实验室一般没有非常宏大的工作计划，而是从一个小的项目入手进行试点，做出原型，一旦成功就尽快在全集团推广;如果不成功就立即退出，并保留代码，用于其他研究。

总结起来，实验室的工作内容包括以下几点：

1、开发软件，这是智能生产实验室的工作重点。即把硬件作为工具来进行软件的开发，所有的开发重点都放在后端的软件上。

2、智能生产实验室还设有专门的部门，进行咨询工作和高潜力项目的发掘。

3、培训和知识转移。实验室对在岗员工不断培训，帮助他们掌握最新的技术，不断提高他们的能力;

4、培训毕业生人才。实验室非常注重对本科及硕士毕业生进行新技术的培训，并参考他们的新观点。针对经过培训的毕业生，实验室会择优直接录用，或者让他们在智能实验室完成硕士论文乃至博士论文，再加以聘用。这样的用人思路相比直接招聘更有利于集团获得高素质和高能力的人才。

“我本人就是这项政策的受益者。十年前，我在大众汽车集团完成了硕士论文和博士论文，随后加入大众汽车集团，如今成为智能生产实验室的负责人。”

5、智能生产实验室还有一项工作是基于应用的研究。在相关研究项目中，针对德国国家层面及欧洲层面进行一些先进的、前瞻性的研究，比如人工智能和未来机器人。

“这些实验室为业务拓展不断开发和交付具有潜力的解决方案，而这些解决方案正在逐步成为我们生产流程的一部分。通过我们的工作，不光要让内部的流程富于创新，也让我们的汽车产品有更多的创新元素。 ”韩麦安说。

大众智能生产实验室的五大核心能力

这个实验室能为大众汽车带来什么呢？在工业4.0时代有什么核心竞争力？负责人介绍了以下五点：

第一大核心能力是物联网。在物联网中，实验室致力于实现更多的生产设备之间的联网。其主要做法是在生产设备中部署大量的传感器，来实时获得大量的生产数据和信息，提高生产效率和质量，从而更好地服务客户。

第二大核心能力是工业计算机视觉。如今，计算机系统识别物体的视觉计算能力越来越强，大众汽车希望能够运用这种技术使生产和物流流程进一步优化。

第三大核心能力是数据分析。大众汽车集团在慕尼黑设有专门的数据实验室，专注于数据分析。智能生产实验室也有一支十人规模的团队进行数据分析。“因为我们认为生产和物流领域的数据分析也非常重要。我们在智能生产实验室的数据分析主要是为了进一步优化和提升工艺。”

第四个核心能力是智能机器人。我们的主要研究方向是人机协作的未来。

第五大核心能力是未来的生产生态系统。在这项研究当中，实验室会从更加宏观的角度考察现有生产系统的构成和流程，思考未来的生产将如何组织，即从整体的生产组织调度的角度来 考察未来的生产形态。