下了訂單，機械臂從倉庫拿取相應部件，由AGV小車送到產線上裝配、緊固，再燒錄進程序……全程自動，一套根據客戶需求、完全個性化定制的工業產品就此“出爐”。

同濟大學工業4.0學習工廠內，記者花了幾分鐘就從頭到尾看完了這套簡短高效的流程。來上海自貿區臨港新片區發展這些年來，學習工廠承接了近20項國家智能制造專項。這條自動化生產裝配線，與數字孿生、設備預測性維護、遠程運維等前沿技術，早已走出這個面積不大的實驗室，在寶鋼集團、中國電子科技集團等工業界龍頭企業大展拳腳。

“前沿應用技術的科研驗證、成果轉化、示范，是我們的工作重心之一。”同濟大學工業4.0學習工廠實驗室主任陳明教授說，“人才的教育培訓——尤其是工程師、技術人才的培養——是另一個重心。畢竟，這里被稱為‘學習工廠’。”

最前沿技術在這里先行先試

“從下單，到出貨，通過機器視覺全程精準定位、檢驗質量，實現全流程自動化低差錯的生產。”產線正“嗡嗡”運轉，陳明向記者解釋它的特別之處，“但它最大的優勢在于實現了‘個性化’制造。”

何謂“個性化”？與一般意義上的定制化、客制化不同，陳明舉例，有的車企允許客戶定制車輛，但也局限于是否選裝天窗、選擇輪轂尺寸等模塊選擇；而“個性化”，則能讓客戶自由選擇每一個零件，“創造”出的每輛車都可以是獨一無二的。

同濟大學工業4.0學習工廠內的這條生產線，通過智能中央控制單元、智能倉儲單元、裝配單元、激光打標單元以及傳送單元等，讓個性化下單、產品智能設計成為現實。“裝配哪種零部件、安裝多少，這些都能按客戶不同需求生產。甚至，客戶提出功能需求，生產線還能自動設計。”陳明說，“比如，客戶需要消防相關的產品，生產線就能做出判斷——要安裝煙霧、溫度傳感器。”

陳明覺得，隨著生產力發展、技術進步與社會變遷，個性定制的需求將越來越強。屆時，能夠自行運轉的智能工廠將成為主流。“工業界還做不到的場景，在我們學習工廠先行先試。技術成熟后，等需求跟上，就能直接投入大規模應用。”

生產設備總會磨損、故障，而越高級的設備，維護起來越難。術業有專攻，工廠里的工程師清楚設備的使用方法，卻不知道怎么修。出了問題，動輒不遠千里請來懂行的專家，麻煩不說，效率也低下。學習工廠研發的“遠程運維”技術，就能完美地解決這個問題。

陳明給了記者一個AR（增強現實）眼鏡，戴上后，再看剛才那條生產線，大量參數躍入眼簾，一一對應不同零部件。陳明介紹，學習工廠研發的遠程維護系統，通過AR或VR（虛擬現實）眼鏡與攝像頭的配合，工程師可以將自己所見實時傳輸給線上的專家“聯合會診”。找出問題后，專家再將指令傳回眼鏡。

“哪個部件出問題、應該怎么修，都能通過圖像標識‘手把手’引導工程師一步步進行。稍微具備一些工業基礎技能的人，完全可以在專家遠程指引下，解決絕大部分的設備維護問題。”

神奇的“雙胞胎”模糊現實與虛擬的邊界

遠程運維系統與另一項技術“數字孿生”息息相關。陳明將其稱為“數字雙胞胎”，叫法更接地氣，也更好懂。通過精準建模與機理仿真，它將真實世界中的機械設備完整地映射在虛擬世界中。

“機械運轉的所有相關數據在軟件中實時顯示，哪個軸承磨損到什么程度——這類‘健康狀態’一目了然。”陳明說，“它還能通過大量數據擬合出一條健康預測曲線，在機械真正出問題前，提醒工程師對特定部件提前維護。”如此一來，機械不用再進行定期全面檢查維護，也不會在運行過程中突然損壞造成損失，精準、高效而安全。

數字孿生系統的難點在于建模。在虛擬世界中再造一個一模一樣的機械，還要模擬機械在真實世界各種因素影響下的所有細微變化，這需要極高的精度與高度仿真的機理引擎。陳明介紹，學習工廠的這套系統還處于初級階段，正在進一步優化。等技術完全成熟后，將在許多領域起到關鍵作用。

“雙胞胎”間的映射是雙向的。在軟件中鍵入一個指令，虛擬世界中的機械“聽令行事”，現實世界中的機械也會“有樣學樣”。一些試驗可以放在虛擬世界先行嘗試，確認可行后再實際操作。

這也讓它成為了同濟大學工業4.0學習工廠培養技術人才的一大法寶。陳明說，工科學生到工廠實習，感受真實的生產環境，是走出校門前的重要環節。但在一般的工廠，學生的重心無法完全放在“學習”上。而在這里，產線支持重復操作，系統可靈活拓展，學員有機會獨立編程，引導工業機器人工作，并測試機器人與上下游生產線的配合程度；數字孿生系統還能在虛擬世界中模擬出各種場景，供學生鉆研學習。

目前，學習工廠已開發8門課程，通過綜合性開放式的課程設計，在實際工程環境下全面培養、提高學生的工程素養和工程能力及團隊協作、組織協調能力。以往，同濟大學的學生們都會集中坐大巴來臨港學習；學習工廠還與海洋大學、海事大學、上海電機學院等幾所臨港的大學合作設立了教學基地。由于疫情的影響，學校還沒開學，線下教學開展受阻，基于數字孿生系統的教學、試驗卻不受影響。陳明覺得，自己找到了培養學生的新方向，而他也正在同學習工廠的團隊一起，對數字孿生系統進行輕量化改造，讓程序得以在一般的家用電腦上順利運行，更多學生在家也能使用系統學習。

“工科知識，最終還是要應用的”

記者采訪時看到，學習工廠的所有會議室都被占滿，人們正激烈地討論技術問題，宛如身處大學校園內。陳明告訴記者，這其中不只有學生、教師，還有許多專門聘來的工程師，“教師與工程師的思維模式是互補的。工程師善于解決實際問題，而教師則能將解決的過程抽象出來，形成可復制推廣的經驗。要培養‘工程師人才’，兩者都不可或缺。”

“工程師人才”，正是陳明反復強調的培養目標。他覺得，國內工科教育偏向理論，連教育者自身大多數都是“從校園到校園”，更長于學術理論研究。說到此處，他不好意思地笑了：“連我自己也是，畢業后就在學校里做研究。后來與工業界合作了不少項目，才慢慢培養起自己的工程素養。”

“科技不斷進步，要學的知識越來越多，許多應用還需要工業軟件、自動化等跨學科的知識。按部就班地系統學習的話，就算本科加到6年、研究生再多讀幾年，也很難學完。”陳明說，“學了的知識用不到，要用的知識學得不夠深，是當前許多學生都會遇到的問題。”因而，他覺得，比起直接教授學生知識，教師更應教會學生如何獲取知識、重構知識并應用于解決問題，即授學生以“漁”。

目前，陳明正著手推動“訪問工程師”項目，讓大學教師到工業界企業輪轉一兩年，讓教師也具備一定的工程師思維，“工科知識，最終還是要應用的。以前強調學習系統知識，現在觀念正在逐漸轉變，更強調解決問題的能力。”在大學課程設置上，同濟大學的工程本科教學也按國際本科工程學歷資格互認協議《華盛頓協議》要求，向應用靠攏。教學大綱中提出要讓學生擁有的每一項應用能力，在課程設置、教案乃至課后作業中都有所對應。

重視應用的思路，來自工業4.0理念發源地德國。同濟大學工業4.0學習工廠學習德國工業人才培養模式，得到了國際知名認證機構德國萊茵TüV集團的認可。去年9月，中國首個“工業4.0工程師認證考核中心”正式落戶這里。陳明還在開展職業技術人才認證，機械工業職業技能指導中心也將落在學習工廠。他告訴記者，工業人才的職業認證，“德國在世界上首屈一指”。中德之間實現互認，意義非凡。

“以前，中國的工程師證書在國外不被認可。中國公司在國際上承接的項目，最終還要請國外的注冊認證工程師簽字，白白浪費一筆錢。有了中德互認體系，這樣的情況將大大減少。”陳明說，“此外，有了這樣高含金量的證書，還能吸引更多人投身智能制造行業，對行業吸引人才有著更為深遠的意義。”

來臨港，來對了

“2011年，德國率先提出工業4.0理念，并于2013年上升為國家戰略。工業4.0帶來的智能制造是連接、是集成、是數據、是創新，或是轉型；所需要的并不僅是設備的升級或單純的人工智能開發，而是要依靠信息化、物聯網技術，對整個制造行業進行水平整合和垂直整合。”長期與德方接觸的陳明敏銳地意識到，這將是繼蒸汽機、電機、計算機之后，“人類的第四次工業革命”。2014年10月，他吸收工業4.0理念，與德國合作伙伴在嘉定建起了國內首座工業4.0智能工廠實驗室。

實驗室建成后，吸引了大量學界、業界人士及政府人員參觀。不久，當時的臨港管委會也找上了陳明，希望他能在臨港建設一個新的實驗室。陳明很快答應，他覺得，臨港定位上海智能制造產業中心，有豐富的應用場景與上下游企業；臨港還布局了與工業4.0息息相關的信息通信產業，未來可期。

“中國在傳統工業上與世界先進制造業還存在差距，但在信息通信技術方面有更好的基礎。”陳明說，“工業4.0為中國提供了更好的彎道趕超機會。人才與技術密集的臨港新片區，擁有更多的機會。”

搬來臨港后，同濟大學工業4.0學習工廠成為了展示工業4.0技術的櫥窗。作為未來特定生產過程的展示場所，學習工廠讓臨港新片區的眾多企業有機會學習、觀摩并更好地適應工業4.0的發展。陳明說，學習工廠打算與臨港新片區的企業在技術上合作，為企業研發試驗新技術；研究與生產對接，也將讓學習工廠更好地實現技術的更新和持續改進。

學習工廠還將為企業提供量身定制的在職人員培訓。“產業會轉型升級，工業4.0也可能在未來某日落后。”陳明說，“但只要人才緊跟著升級自己的能力，就總能適應新的時代。”