亲历FraunhoferIPK，体验真正的“产学研”合作之美

发布时间：2017-03-30 作者：刘卿

关键字：FraunhoferIPK 产学研

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笔者在柏林工业大学就读研究生期间，在FraunhoferIPK（生产设备与设计技术）研究所进行了实习，并完成论文。Fraunhofer IPK是德国弗劳恩霍夫协会（Fraunhofer）的分支研究所之一。应e-works总编黄培博士邀请，笔者撰写了本文，分析Fraunhofer的产学研合作之道。

三、FraunhoferIPK项目运营模式

IPK的科研项目主要来自企业（中小企业为主）、政府机构以及自主开发的研究课题，其运营模式各不相同。

1、来自企业的科研项目

来自企业的科研项目多以合作模式开展。IPK的研究方向包含了完整的流程链，但每一研究方向独立运营，所以，来自企业的研究项目都是直接联系某一研究方向的具体负责人。IPK参与企业的产品研发或运营的某一阶段，和企业共同合作。

比如在设计阶段提供开发工具、方法、流程或样机构想；在制造阶段负责某一工艺的研发，比如西门子燃气轮机某零部件的增材制造；提供自动化解决方案；开发管理软件，优化某一流程，提供咨询方案，比如六西格玛，“专业PLM”培训等等。IPK几乎不提供从开发到成品的完整解决方案，这样能紧抓企业的具体需求，提高研发合作效率，同时增强相互交流和信息共享。

在智能维护方面IPK参与过很多研究项目，其中有一个来自柏林航空，IPK提供飞机零部件在维护阶段的智能方案，通过物联网，使各地飞机零部件参数、技师资质、使用工具、备品配件等信息互联，自动分配任务和配给，并调整飞行计划和维护日程，从而提高飞机利用率。

2、来自政府机构的科研项目

来自政府机构的科研项目，往往需要多个机构合作，由不同研究所和公司分工，定期在不同机构组织阶段性总结会议，让所有项目参与方在一起沟通交流。

例如，在2009年有一个工业4.0的演示项目——关于“自组织生产”（Self-Organized Production），该研究项目来自德国联邦教育及研究院（BMBF），由德国工程师协会（VDI/VDE）的创新技术中心主导，参与的合作伙伴包括Fraunhofer的四个不同领域的研究所和柏林工业大学的三个实验室。IPK负责项目的整体设计规划，其它研究所各有分工，其中最核心的微部件e-Grains（集成了传感器、处理器、电源供应等），是由专业从事微电子技术研发的FraunhoferIZM研究所主导开发。

另外，还有一个来自德国联邦教育及研究院的工业4.0项目“基于云的控制”，该项目历时3年总共有9家研究所和企业共同参与，包括博世、库卡、IPK、IWF、斯图加特大学等。IPK和IWF属于内部合作，由工业自动化方向的统一负责人Krüger教授领导，负责基于云的控制平台的仿真，机器人空间编程，AR以及不同控制模块的统一接口。其它研究所和公司则分别负责其他子项目。

3、IPK自主开发的科研项目

IPK自我开发的科研项目的实施也是基于合作，主要通过和IWF内部合作，由同一教授领导，甚至科研活动和教学活动彼此交叉。

在柏工大很多课程除了考试以外，还有另一半学分是通过项目课题来完成，并且这些项目都是在助教带领下，由小组讨论分工协作完成。由于项目都是来自真实的科研项目，所以学生完成的不仅仅是一份作业，最后经常被作为导师的研究课题。

例如，IPK有个工业4.0的示范项目叫SmartTable，生产客户定制化的咖啡杯的座垫。项目要求是客户可以在APP上自主选择产品配置，包括不同的材料、外形、颜色和添加个性化Logo，甚至针对外形可以做个性化自主设计。工厂由原材料仓库，铣床，两个龙门机器人，人工装配台，履带式运输小车，质量监测摄像头，废料垃圾桶，成品接收区等组成。

图1 SmartTable在NX软件的设计图

SmartTable项目最初的数字化工厂就是由我也参与的一个学生团队开发的，每个学生各有分工，共分为6部分，使用不同的数字化工厂的开发工具，除了AutoCAD其他都是选用西门子的产品。项目管理及设备和工具选型（NX），工厂规划（AutoCAD），信息流规划及客户HMI界面设计，物流仿真（PlantSimulation），生产规划仿真（ProcessDesigner，ProcessSimulate），装配规划及公差仿真（VisVSA）。

在此数字化工厂基础上，IPK又继续同时研究两个不同的课题，分别是Plant@Hand和DigitalTwin。Plant@Hand是由FraunhoferIPK和FraunhoferIGD（图像数据处理研究所）合作，开发一个基于工厂及设备数字图像的可触屏的并且集成PLM数据的直观交互的MES系统。

我的硕士论文就是基于此项目，为Plant@Hand提供理论基础，定义此MES系统功能，分析数据需求并做初步的界面设计。如下图是Plant@Hand的初期系统界面图，图片左下方为数据选项，包括OEE，机械数据（温度，压力，转数，能耗等），订单，生产流程，质量数据，生产设备配置，库存，产品配置（包括装配指导），文件收集。同时设备上有相应的名称标识，直接点击便可出现该设备相应数据。右下方为界面导航，可以2D与3D切换，也可把整个界面放大缩小和旋转。

图2 Plant@HandPlant初始界面图

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