摘要：Smart Factory OWL实验室聚焦工业物联网、智能自动化、智能辅助系统以及工业网络安全等领域的研究和应用，并作为工业4.0技术的“展示窗口”与“试验场”，针对中小企业中融合工业4.0技术的生产系统进行测试和优化，为参与的研究机构和企业提供同步的研究、
Smart Factory OWL实验室聚焦工业物联网、智能自动化、智能辅助系统以及工业网络安全等领域的研究和应用，并作为工业4.0技术的“展示窗口”与“试验场”，针对中小企业中融合工业4.0技术的生产系统进行测试和优化，为参与的研究机构和企业提供同步的研究、体验和培训中心，同时将实验室中的研究成果转化为实际生产力，帮助企业实现技术升级和数字化转型，加速科技成果的产业化进程，对推动德国制造业数字化转型意义重大。
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本文由e-works原创报道。
2025年4月3日上午，e-works第十五届德国工业4.0考察团首站抵达探访了位于Lemgo的Smart Factory OWL实验室。Smart Factory OWL实验室项目经理Viktoria Mordaschew女士热情接待了考察团，考察团深入了解实验室的创建背景、核心职能和典型项目，领略了基于增强现实的装配辅助、自适应人机协作等诸多创新性应用，并实地参观技术展示中心，亲眼目睹自动化生产系统的高效运作，收获了对德国工业4.0发展的深刻认知。
图1 走进Smart Factory OWL实验室
走进Smart Factory OWL实验室
作为德国工业4.0战略的标杆示范项目，Smart Factory OWL实验室由Fraunhofer IOSB-INA研究所与OWL应用大学联合创立。据Viktoria Mordaschew介绍，Fraunhofer（弗劳恩霍夫）是全球知名的应用科学研究机构，始终从企业和社会的实际需求出发，在健康、安全、通讯、工业、能源与环境等领域为全球伙伴提供前沿技术与解决方案。
而Fraunhofer旗下领先的智能自动化技术研究所——Fraunhofer IOSB-INA于2009年成立，目前有104名员工，设有Smart Factory OWL 和Lemgo Digital两大创新实验室，致力于为机械装备制造企业以及自动化技术软硬件制造商，提供满足数字化、智能化需求的领先解决方案。
图2 Fraunhofer IOSB-INA研究所的关键数据
本次e-works考察团参观的就是位于莱姆戈的OWL大学校园中的Smart Factory OWL实验室，面积约为2000平米，于2016年4月份启用，与超过20家企业建立了合作关系，集产学研功能于一体。
图3 e-works考察团 在Smart Factory OWL实验室听取讲座
对德国工业4.0的解读
工业4.0是什么？Viktoria Mordaschew指出德国工业4.0作为全球工业发展的重要理念，强调机器、产品、人和商业模式的数字化连接，从不同视角来看：
在机器层面，注重优化维护，确保设备稳定运行，降低故障率；优化机器工作负荷，提高生产效率；实现自动化配置，减少人工干预；提供远程服务，方便设备管理和故障排除。
在生产层面，致力于优化承包商管理，加强供应链协同；辅助维护，提高设备维护的及时性和准确性；进行在线监控，实时掌握生产状态；优化流程，提升生产效率和质量；推行模块化生产，增强生产的灵活性和可扩展性。
在商业模式层面，基于设备使用情况的资产租赁模式，让企业能够根据实际需求灵活使用设备，降低成本；按次付费扩展机器功能，为企业提供了个性化的服务选择。
图4 德国工业4.0的介绍
为助力德国工业向工业4.0转型，Smart Factory OWL实验室从研究（Research）、认证（Qualify）、演示（Demo）、转移（Transfer）等多方面的工作，为企业提供全方位的支持，推动工业4.0在德国的落地生根。当前，Smart Factory OWL实验室聚焦于三大核心领域：
绿色工厂（Green Factory）：致力于实现生产过程中的可持续性和能源优化，通过优化资源消耗、发展循环经济、合理规划资源、分析能源数据以及构建能源数字孪生等技术手段，推动工厂向绿色、低碳方向发展；
以人为中心的自动化（Human Centered Automation）：在自动化系统设计中充分考量人的因素，采用参与式研发流程，确保技术应用的用户友好性，同时探索协作机器人在人类工作环境中的应用，实现高效且安全的人机协作。
共享式生产（Shared Production）：倡导构建全球化、网络化和柔性化的工厂，推行“生产即服务”理念，通过数字化平台实现生产资源（如设备、技术、数据等）的共享，通过标准化与跨制造商的互联互通，实现对生产过程的虚拟监控和管理，满足工业4.0时代多样化、个性化生产需求，提高生产的柔性和响应速度。
图5 Smart Factory OWL实验室三大核心战略
领略工业4.0前沿
为使e-works考察团成员直观感受Smart Factory OWL实验室的创新成果，实验室专家引领考察团成员步入技术展示中心，逐一展示多项极具代表性的工业4.0应用场景，包括基于增强现实（AR）的装配指导系统、全流程数字孪生仿真平台、自适应人机协作工作站等前沿应用，整个参观过程亮点繁多。
亮点一：注重人机协作
在自适应人机协作工作站展示区，考察团成员亲身体验了人机协作抓取作业。当考察团成员将手放入配备力觉传感技术的柔性夹爪时，周边的的高清摄像头即刻启动，借助先进的机器视觉算法与精准的动作捕捉技术，实时将手部动作姿态转化为数字信号，并传输至机械臂控制系统。以抓取杯子为例，考察团成员执行拿起、移动、放置等每一个动作时，系统均能实时捕获，机械臂同步进行精准复现，这种“所见即所得”的示教方式，无需操作人员掌握专业的编程知识，仅通过自然的动作示范，即可完成对机械臂的操作训练，极大地降低了操作门槛。
图6 考察团在Smart Factory OWL实验室 人机协作工作站体验
增强现实（AR）辅助装配系统通过AR与AI技术的深度融合，构建了高效的人机协作范式。在以乐高组件为原型的交互式装配场景中，系统通过投影引导考察团成员抓取零件，基于深度学习的AI视觉系统实时判断零件是否符合要求，若检测到零件几何特征偏差或装配冲突时，系统会报错并提示调整，只有正确完成后才能进行下一步操作。这种协作方式实现了高效的人机分工，提升了装配效率与质量。
图7 考察团体验增强现实（AR）辅助装配系统
亮点二：数字孪生模型的构建及应用
在技术展示中心，Viktoria Mordaschew以杯子制造产线为例，演示了基于全流程数字孪生模型构建及其工业应用。产线通过部署传感器实时采集设备运行数据，构建起覆盖注塑、分拣、打标等全工序的数字孪生体，实现物理产线与虚拟模型的实时映射。借助数字孪生，工作人员可远程监控生产进度、设备状态及产量，保障无人值守生产的稳定性；系统集成能耗数据与材料成本，自动核算单产品生产成本，为订单驱动的柔性生产提供定价依据；基于订单需求优化排产策略，减少模具更换频率与材料浪费；同时，生产过程数据与数字孪生体关联，支持质量问题的全流程追溯，实现制造过程透明化。
图8 基于全流程数字孪生模型构建及其工业应用
亮点三：注重可持续发展
值得注意的是，在杯子制造产线中，该实验室创新采用直流电驱动的机器人系统，直接由工厂顶部的太阳能光伏板供电，积极探索可再生能源在工业设备中的直接应用，实验室正针对电流稳定性展开研究，探索储能装置与智能调度算法的结合，以确保机器人在光照变化下的持续稳定运行。
图9采用直流电驱动的机器人系统
在材料创新方面，生产的杯子选用含木质纤维的复合塑料，既满足产品功能性需求，又兼顾环保属性。目前，研发团队正着力攻关完全可降解材料配方，致力于实现从原料到产品的全生命周期循环利用，最大限度减少工业废弃物。通过构建数字孪生模型，团队对不同材料配比进行模拟分析，直观评估材料性能，从而大幅加速研发进程，为可持续制造提供新的技术解决方案。
亮点四：注重工业安全
在工业安全保障领域，实验室通过多维度技术部署构建了智能防护体系。现场展示的工作台配备光栅保护装置，可实时监测作业区域，一旦检测到人员进入危险范围，立即触发警报并暂停设备运行，有效规避机械伤害风险。AGV（自动导引车）在物料输送过程中，采用 GPS 导航实现精准路径规划，并搭载人体感应安全系统，通过检测人体距离过近时自动减速或停止运行，确保人机交互安全。
图10 AGV（自动导引车）进行物料输送
此外，基于蓝牙、5G、WiFi及摄像头融合的室内定位技术，将人员、产品及关键设备的位置信息动态同步至管理平台。管理人员通过可视化界面，不仅能实时监控生产全流程的人员与设备动向，还可对潜在安全隐患进行预判预警，有效提升生产安全性与运营效率，为工业 4.0 环境下的智能化生产筑牢安全防线。
图11 可互操作的实时定位管理界面
这座占地2000平米的智能工厂实验室，以其“从概念验证到商业落地”的完整闭环能力，生动呈现了工业4.0核心技术的集成应用，为全球制造业数字化转型提供了可复用的方法论和实践样本。从借助增强现实（AR）助力装配流程，到构建数字孪生模型；从高效的人机协作，到精细的能源管理，全链条覆盖，其技术架构具备高度扩展性，未来可延伸至汽车零部件、电子器件等多元领域，赋能中小企业以低成本路径实现数字化蝶变。
后 记
工业4.0的发展是循序渐进的演进过程，而非颠覆性变革。秉持这一理性认知，作为工业4.0前沿探索者的Fraunhofer IOSB-INA研究所始终保持务实态度，这一理念在Smart Factory OWL实验室的实践中得到充分体现。
实验室聚焦细节优化与新技术创新应用，助力各行业、各规模企业实现新兴技术落地，推动智能化水平提升。此次考察让成员深刻认识到，稳扎稳打的技术迭代与持续创新，正是工业4.0发展的关键路径。
来源：数字化企业一点号
