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透视工业4.0:从德国概念到中国战略

2015/1/15    来源:OFweek机器人网        
关键字:工业4.0  传感器  工业互联  智能设备  
工业4.0到底与之前的工业革命有什么不同?它能让中国的制造业受到怎样的影响?

  在不久的将来,我们吃的药是根据每个人的基因来配方的;我们的早餐可以根据个人的口味和营养需求来调配生产;工厂生产线可以按照工人希望的时间开工,无需担心下午3时没法去接孩子;生产车间里是机器告诉机器下一步做什么,而非中心控制台的技术员在操作。

  有专家认为,工业4.0的本质含义之一就是要打造一个世界级的工厂,那到底什么叫世界级的工厂?工业4.0能够整合最好的传感器、软件和技术,把一个全球公司在世界各地的工厂都汇集到一个网络里,总部可以通过互联网实时看到每个工厂运行的情况,并通过高度的可视化、自动化来实现提高效率、降低能耗的目的,这就是世界级的工厂,也是工业4.0的本质。

  “工业4.0”是工业互联

  但从根本上来讲,“工业4.0”是一种在信息技术发展到新阶段产生的新的工业发展模式。从终极目标来看,工业4.0不能为技术而技术,核心在于提高企业、行业乃至国家的整体竞争力。

  西门子、博世和蒂森克虏伯的专家在交流时都提到,工业4.0的核心是连接,要把设备、生产线、工厂、供应商、产品、客户紧密地连接在一起。“工业4.0”适应了万物互联的发展趋势,将无处不在的传感器、嵌入式终端系统、智能控制系统、通信设施通过信息物理系统(CPS)形成一个智能网络,使得产品与生产设备之间、不同的生产设备之间以及数字世界和物理世界之间能够互联,使得机器、工作部件、系统以及人类会通过网络持续地保持数字信息的交流。

  从工业2.0到工业3.0时代的重要标志是,单机智能设备的广泛普及。工业4.0把1969年第一个可编程逻辑控制器Modicon084的使用作为工业3.0的起点,其核心是各种数控机床工业机器人自动化设备在生产环节的推广,我们可以把它理解为单机设备智能化水平不断提升并广泛普及推广。

  工业4.0的核心是单机智能设备的互联,不同类型和功能的智能单机设备的互联组成智能生产线,不同的智能生产线间的互联组成智能车间,智能车间的互联组成智能工厂,不同地域、行业、企业的智能工厂的互联组成一个制造能力无所不在的智能制造系统,这些单机智能设备、智能生产线、智能车间及智能工厂可以自由动态地组合,以满足不断变化的制造需求,这是工业4.0区别与工业3.0的重要特征。

  正如德国总理默克尔在2014年汉诺威工博会上所讲的,工业4.0意味着智能工厂能够自行运转,零件与机器可以进行交流。由于产品和生产设备之间能够通信,使得产品能理解制造的细节以及自己将被如何使用。同时,它们能协助生产过程,回答诸如“我是什么时候被制造的”、“哪组参数应该被用来处理我”、“我应该被传送到哪”等等问题。

   信息物理系统(CPS)是工业4.0的核心,它通过将物理设备连接到互联网上,让物理设备具有计算、通信、控制、远程协调和自治等五大功能,从而实现虚拟网络世界与现实物理世界的融合。信息物理系统(CPS)可以将资源、信息、物体以及人紧密联系在一起,从而创造物联网及相关服务,并将生产工厂转变为一个智能环境,是实现设备、产品、人协调互动的基础。智能制造的核心在于实现机器智能和人类智能,实现生产过程的自感知、自适应、自诊断、自决策、自修复。

  信息技术发展的终极目标是实现无所不在的连接,所有产品都将成为一个网络终端。万物互联就是人、物、数据和程序通过互联网联接在一起,实现人类社会所有人和人、人和物以及物和物之间的互联,重构整个社会的生产工具、生产方式和生活场景。人们能够以多种方式通过社交网络联接到互联网,基于感知、传输、处理的各类人造物将成为网络的终端,人、物、数据在网络环境下进行流程再造,基于物理世界感知和人群交互的在线化、实时化的数据与智能处理改变着我们对外部世界的响应模式。

  产业链重塑

  德国学术界和产业界认为,“工业4.0”是以智能制造为主导的第四次工业革命,或革命性的生产方法。该战略旨在通过充分利用信息通讯技术和网络空间虚拟系统——信息物理系统相结合的手段,将制造业向智能化转型。

  如果工厂还有生产体系的话,它们可以高度智能化。

  智能化的工厂完全由物联网加以控制,制造流程完全可以由电脑来加以整合。所以会有对于生产的实时监控,监控可以观察到需要什么样的新材料,需要什么样的工序来保证整个生产的进程。这不是简单的生产自动化的问题,而是智能控制,而且能够实现产品的智能运输。如果系统中突然出现故障,系统就会自动下令停下,自动进行修理。

  生产需要的产品时,可以智能利用有关能源。通过IT技术,可以保证对于能源的使用是以最为有效的方式进行。物联网是把所有各种各样的部件考虑进去;而今后做决策时,是把所有的组织体系考虑进去,这是一种整体的思考方法。这将使产业链分工变得高度有效,相互又非常精准地对接。

   信息物理系统(CPS)是工业4.0的核心,它通过将物理设备连接到互联网上,让物理设备具有计算、通信、控制、远程协调和自治等五大功能,从而实现虚拟网络世界与现实物理世界的融合。信息物理系统(CPS)可以将资源、信息、物体以及人紧密联系在一起,从而创造物联网及相关服务,并将生产工厂转变为一个智能环境,是实现设备、产品、人协调互动的基础。智能制造的核心在于实现机器智能和人类智能,实现生产过程的自感知、自适应、自诊断、自决策、自修复。

  信息技术发展的终极目标是实现无所不在的连接,所有产品都将成为一个网络终端。万物互联就是人、物、数据和程序通过互联网联接在一起,实现人类社会所有人和人、人和物以及物和物之间的互联,重构整个社会的生产工具、生产方式和生活场景。人们能够以多种方式通过社交网络联接到互联网,基于感知、传输、处理的各类人造物将成为网络的终端,人、物、数据在网络环境下进行流程再造,基于物理世界感知和人群交互的在线化、实时化的数据与智能处理改变着我们对外部世界的响应模式。

  产业链重塑

  德国学术界和产业界认为,“工业4.0”是以智能制造为主导的第四次工业革命,或革命性的生产方法。该战略旨在通过充分利用信息通讯技术和网络空间虚拟系统——信息物理系统相结合的手段,将制造业向智能化转型。

  如果工厂还有生产体系的话,它们可以高度智能化。

  智能化的工厂完全由物联网加以控制,制造流程完全可以由电脑来加以整合。所以会有对于生产的实时监控,监控可以观察到需要什么样的新材料,需要什么样的工序来保证整个生产的进程。这不是简单的生产自动化的问题,而是智能控制,而且能够实现产品的智能运输。如果系统中突然出现故障,系统就会自动下令停下,自动进行修理。

  生产需要的产品时,可以智能利用有关能源。通过IT技术,可以保证对于能源的使用是以最为有效的方式进行。物联网是把所有各种各样的部件考虑进去;而今后做决策时,是把所有的组织体系考虑进去,这是一种整体的思考方法。这将使产业链分工变得高度有效,相互又非常精准地对接。

    未来可以看到一个智能化的经济体:包括智能化的生产、工厂、生活、家居、交通、物流、治理、环境、人的活动等产业链要素。这个过程实际上由IT系统加以控制,IT系统知道如何组织生产,来收集所有的数据,并用一种控制的方式与有关各个环节进行互动。未来整个生产当中捕捉到的数据都可以进行实时分析,帮助人做出决策,进行一些设定同时进行传输,而且在发生某些故障时,自动发送警告。

  如此,智能工厂的生产组织变得极其高效。同时,单体智能工厂也可以成为联合体,即把外部的一些工厂包括进来。比如单体智能工厂在进行生产时,一旦某些原料用完了,厂外供应商会自动获取信息,然后就会自动交付定额的原料。

  智能工厂和厂外的合作伙伴完全可以通过智能系统进行整合,这是非常和谐的互动,可以诞生智能化的商业模式,即:随时在生成数据,随时按照精确的数据让生产方了解情况,来改善生产当中的状况。

  工业4.0用了很多IT技术,毫无疑问会重新塑造整个生产流程,原来的工人会受到影响。工人会产生担忧,在这种担忧下,会不配合和加以破坏;因此需要和他们进行讨论,告诉他们未来的整个工作场景是怎样的,希望他们参与进来,让这样的技术最终改善他们的处境,而不是相反。德国也特别注重吸引中小企业参与,力图使中小企业成为新一代智能化生产技术的使用者和受益者,同时也成为先进工业生产技术的创造者和供应者。

  工业4.0的前提条件

  人工智能的介入、机器人的大量使用会让设计的智能化、工艺的智能化、试验仿真的智能化、生产过程的智能化、保障的智能化成为现实。这就是工业4.0的未来发展,而深入实施数字化工程是实施工业4.0的前提条件。

  中国老话讲“饭要一口口吃,路要一步步走”。从古今中外的历史发展来看,人类的进化及演变是一步一个脚印才走到了今天。当然,工业体系的发展也必然遵循这样一个规律,即通过新技术、新材料和创新可以把某个过程缩短,但要实现现代工业体系的跨越式发展需要有充分的前提条件。

  在先进制造技术发展的进程中,出现了多项与智能制造相关的技术概念与实践,其中与智能制造关系最直接、最密切的是数字化技术、网络通信技术、信息技术、自动化技术和人工智能技术,以及敏捷制造、精益制造、网络化制造、数字化制造等。这些技术的应用与实践对智能制造的发展具有重要的支撑作用,但同时又与智能制造有所区别。

  自动化技术是一门综合性技术,它和控制论、信息论、系统工程、计算机技术、电子学、液压气压技术、自动控制等都有着十分密切的关系,而其中又以“控制理论”和“计算机技术”对自动化技术的影响最大。

责任编辑:陈浩
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