如果你身处电子行业，我在猜你为什么会读这篇专栏文章——不管你是在看技术杂志，还是在参加线下或线上展览会或研讨会，你都会忍不住关注有关4.0工厂的介绍。不管是哪门学科，如果它激发了你的兴趣，你们中的一些人就可能会从注意到它变成对它好奇，甚至可能会更深入地研究这门学科。
这正是我参加IPC APEX EXPO2019展览会时的经历。如果2020年您参加了同样的研讨会，可能已经注意到，IPC非常重视工厂4.0，已开展了广泛而深入的工作，目前正在开发多项标准以加快和简化向工厂4.0的过渡。在本专栏文章中，我想介绍我对工厂4.0的观点和看法。欢迎您提出宝贵意见。
众所周知，标准会使整个行业更快、更经济地向新技术过渡。IPC的核心任务是通过开发标准来更好地生产电子产品。我们也知道，IPC并不会发现成员所做的任何事情，只有当成员决定分享他们的知识时，IPC才会组织成员共同开发标准，使行业中的每个人都能从中受益，使行业能够更快、更容易地发展。IPC发布了多项与工厂4.0相关的IPC标准（表1）。有些标准已发布，有些标准正在修订中，有些标准正在开发中。
- 互连工厂数字交换标准（CFX） • IPC-2591
- Hermes（取代SMEMA） • IPC-9852
- 网络安全 • 新IPC-1792
- 数字孪生 • 新IPC-2551
- 分布式账本（区块链）委员会 • 新项目启动通知
- 基于模型的设计 • 新项目启动通知
- 可追溯性 • IPC-1782
- PCB/PCBA制造数据与传输方法 • IPC-2581
表1：正在开发中和已发布的未来工厂行业标准
从历史上看，从第一次工业革命或工厂1.0（采用蒸汽动力、机械化、编织），即美国革命及其导致的独立（在十七世纪八十年代，相差不到几年的时间）时期，到第二次工业革命或工厂2.0（引入电力，装配生产线，大规模生产），即1860年至1870年废除奴隶制（不是真正的目的，但至少在纸上）时期，大约花了100年的时间。
之后又经过了100年，在20世纪六十年代过渡到了第三次工业革命或工厂3.0（英特尔推出集成电路；电子产品、计算机、自动化的使用），即我们这一代人从高中或大学毕业，搬到加拿大的时期，或者找一些医学借口或者接受高等教育，以避免被征召参加越南战争时期。
现在，我们已经进入工业3.0时代大约50年了。如果历史是一个很好的指南，你会认为我们需要再等50年，然后再谈第四次工业革命或工厂4.0，但我们不想再等待。不管我们需要什么，我们现在就需要。我们没有时间去挑选，最好有人把我们需要的东西送到家门口。我们在家里很忙，忙着做我们该做的事情，比如写专栏文章，或者参加Zoom会议。
这正是为什么这篇专栏文章的标题定为“工业革命4.0：炒作，希望，还是现实？”在我进一步阐述我对工厂4.0的观点之前，该标题简明扼要地描述了工业革命4.0的现状。按照目前的状况，当我们谈论工厂4.0时，要涉及三个要素：一些炒作，很多希望，和一点现实。我不认为未来3年至4年工厂4.0就会成为现实，但在未来10年可能会成为现实，这是一个乐观的看法。然而，考虑到我之前提到的前两次工业革命（1.0和2.0）的历史，它仍然是向一种新的做事方式的快速过渡。
从工厂3.0到工厂4.0（大约60年而不是通常的100年）更快过渡的主要原因是第一次和第二次工业革命都是关于硬件的改变。关于电子和计算机的第三次革命即工业3.0始于硬件革命，但已经逐渐演变为软件革命。通过英特尔和其他半导体公司推出的相同硬件，软件公司能够获得更高的性能，这反映在它们的相对股价中。第四次工业革命的本质是软件。
我还应该指出，如果你认真思考一下，工厂4.0并不是一个巨大的变革，因为软件的变化已经伴随我们30年到40年了。我们所要做的就是让软件发挥主要作用，使硬件更快地完成任务而不浪费资源。在真实现之前，只在脑子里想一想要容易得多。在工业4.0中，我们不仅试图以数字方式进行想象和构建，甚至还尝试以数字方式对其进行测试，以确保其正常运行、成本更低、质量更高，然后才去真正实现。
何为工厂4.0？
制造执行系统（MES）和企业资源计划软件（ERP）都具有协同工作的能力。由于这两类软件都将不同的功能放在首位，因此将其结合使用可以帮助公司获得更全面的结果。ERP知道为什么需要做出决策，而MES知道如何做出这些决策。这两个系统都有自己的目的，可以使它们成为互补的组成部分。这是今天的工厂3.0中可以实现的。
工厂4.0将ERP和MES连接到车间的机器上，在所有三层（ERP、MES和车间）之间创建一个双向信息共享系统。它将把供应商、物流、网络和工业物联网（IIoT）与实际制造连接起来，收集和使用数据，在无人为干预的情况下做出决策，以提高质量和可靠性，降低成本。把工厂4.0想象成一个数字工厂，它可连接每一层业务，使熄灯工厂终将成为可能。
现在来看一个简单的实例。在工厂4.0中，AOI系统会检测到一个问题，然后告诉违规机器在没有人为干预的情况下自动采取纠正措施。我想今天没有人真的在那里。此外，当客户需要自动调整时，机器供应商在正常情况下并不高兴；他们希望训练有素的操作员能够确认问题出现的位置，但我们离目的地还很远。最好把4.0工厂看作一次旅程，而不是目的地。
让我们以典型的SMT生产线为例。在SMT组装中，有3个主要的工艺步骤：印刷焊膏，放置元器件，然后焊接。在生产线中，这些工艺（还有许多其他工艺步骤，比如DFM和来料质量，为了简单起见，我们甚至没有讨论这些问题）中的任何一个步骤都可能造成缺陷。AOI机器有可能检测到元器件错误放置，并指示贴片机在没有人为干预的情况下采取纠正措施。一些AOI公司和贴片机公司正在合作开发自动解决方案，以实现无需人为干预。一些公司也正在研究这些功能，相信我们将会听到他们是否以及何时可实现。
虽然在贴片机上采取纠正措施是可能的，但大多数SMT缺陷并非来自贴片机，而是与锡膏量有关，锡膏量由模板控制。从锡膏检测系统可能得到的反馈中，很难对锡膏印刷机进行现场纠正。在回流焊设备中采取纠正措施将更具挑战性。
但考虑到目前大多数公司的处境，我们也不必把门槛定得这么高。例如，许多公司收集了大量的数据、图和表，并将它们挂在墙上，让参观者能看到，但不一定要诊断问题或采取纠正措施。
结论
让我以积极的态度做个总结。制造商经常收集关于其机器和设备的描述性数据（“发生了什么事？）和诊断数据（“为什么会发生？），但是随着工业4.0的端到端数字化，他们也可以获得预测性（“将会发生什么？）和规范性（“我应该采取什么行动？）的数据，以深入了解其运行状况。我们都知道今天这一切尚未成为现实，但我也不认为这完全是炒作。
我的感觉是，基于对什么是可能实现的一些了解，这是一个真正的希望。这就是为什么IPC正在尽最大努力为向Factory 4.0过渡铺平道路。我还想提到另一个组织——英国制造技术中心（MTC），其会员公司已经投入了大量的资源和精力在研究工厂4.0。点击此处你可以了解他们正在做的工作。另外，如果您对Factory 4.0感兴趣并想进一步了解或积极参与，可联系IPC的Chris Jorgensen。
Ray Prasad担任Ray Prasad咨询集团总裁，也是教科书《表面贴装技术：原理与实践》的作者。Prasad还是IPC名人堂（电子行业的最高荣誉）的入选者，在SMT领域拥有数十年的经验，包括他在波音和英特尔担任实施SMT的领导角色，帮助全球的OEM和EMS客户建立强大的SMT基础设施，并开设SMT专业课程。可通过邮箱smtsolver@rayprasasd.com与他联系，了解7月即将开办的SMT课程（可通过Zoom远程上课）。更多详情请访问www.rayprasad.com。如需阅读往期专栏，可单击此处。
