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工业4.0 在制造业使用物联网

2015/1/22    来源:物联网在线    作者:佚名      
关键字:物联网  工业4.0  机械和设备制造业  
开始实施工业4.0战略的建议书于2013年4月发布,这是德国工业与科研联盟为确保德国机械和设备制造业处于世界领先的愿景。建议书回顾了前三次工业革命的历程,提出了实施第四次工业革命的目标。这也为我们这个制造业大国提供了很好的参考方向,同时让我们了解工业控制与自动化下一步的战略:发挥物联网的潜能,应对今天诸多的挑战!

  开始实施工业4.0战略的建议书于2013年4月发布,这是德国工业与科研联盟为确保德国机械和设备制造业处于世界领先的愿景。建议书回顾了前三次工业革命的历程,提出了实施第四次工业革命的目标。这也为我们这个制造业大国提供了很好的参考方向,同时让我们了解工业控制与自动化下一步的战略:发挥物联网的潜能,应对今天诸多的挑战!

  德国是世界上最具制造业竞争力的国家之一。这是由于他具有管理复杂工业过程的能力,既在不同的地理位置由不同的合作伙伴完成不同的任务。几十年来,他已成功地运用信息和通信技术(ICT)做到了这一点 -- 今天,所有工业制造过程的90%都由ICT支撑。在过去的30年间,ICT给我们生活和工作的世界带来了巨大的变革,先是影响了机械和电力,然后是工业革命。

  从个人计算机(PC)到智能设备的进化一直伴随着这种趋势,智能网络(云计算),提供越来越多的ICT基础设施和服务。小巧精致的设备与汹涌澎湃的互联网结合迎来了一个新世界,无处不在的计算已成为现实。

  功能强大、自主运行的微机(嵌入式系统)正越来越多地以无线方式彼此联网,同时也与互联网相连。这构成了物理世界和虚拟世界(网络空间)相融合的形式 -- 网络物理系统(CPS)。随着在2012年推出的新互联网协议IPv6,现在具有足够多的可用地址,使互联网能够直接连接智能对象。

  这意味着,有史以来的第一次,可以把资源、信息、对象和人类联网,造就了今天的物联网。这种现象也将影响到工业。在制造业领域,这种技术演进可描述为工业化的第四个阶段,或称工业4.0(见图)。

工业4.0

  工业化从18世纪末引进机械制造设备开始算起,当时的纺织机彻底改变了产品的制造方式。跟随其后的是大约在19世纪与20世纪之交的第二次工业革命,涉及了基于劳动分工电力驱动的大批量产品生产。然后是在20世纪70年代初开始的第三次工业革命,并且一直延续至今。第三次工业革命采用了电子与信息技术,实现了更高水平的自动化制造,机器不仅接管了大部分"体力劳动",而且还有一些"脑力劳动"。

  德国需要增强其世界领先制造设备供应商的地位,在制造环境中利用嵌入式系统实现物联网服务,这样就可以引领工业化第四阶段的走向。

  引领工业4.0不仅将加强德国的竞争地位,也有助于应对全球性挑战(例如资源和能源效率)和国家的挑战(例如管理人口变化)。然而,还要考虑具有社会文化内涵的技术创新,因为文化和社会的变化也是创新的主要驱动力。例如,人口的变化有可能改变我们社会的各个方面,如随着人们寿命的延长和当地社区基础设施的建设,组织学习的方式、工作和健康的性质都要变化。反过来,这将显着影响德国的生产力。通过优化技术和社会创新过程之间的关系,我们将对德国经济的竞争力和生产力作出了重要贡献。

  在制造业使用物联网

  物联网可建立一个包含整个制造过程的网络,把工厂转换到智能环境。网络物理生产系统包括智能机器、仓储系统和生产设施,他们已有数字化特性且具有端到端的ICT集成,从入厂物流到生产、销售、出厂物流和服务。这不仅使生产的配置更加灵活,而且提供更加差异化管理和控制过程的机会。

  工业4.0除了优化现有的基于IT的流程,也将开启潜在的更加差异化的跟踪,在全球范围记录详细过程和整体效果,而这在以前是不可能的。他还将涉及到业务合作伙伴(如供应商和客户)之间和员工之间更密切的合作,提供互惠互利的新机遇。

  作为世界领先的制造设备供应商,德国能够充分挖掘这种工业化新形式的潜力。在德国全球市场的领导者中,包括众多的"隐藏的冠军",提供专门的解决方案 - 在德国顶级的100个中小型企业(SME)中有22个是机械和设备制造商,在前10名中有三个。事实上,他们考虑的主要竞争对手是国内的厂商。德国主要的出口除了汽车和化工产品外,就是机械和设备。德国的机械和设备制造业预计在未来仍能保持自己的领先地位。60%的人认为,他们的技术竞争优势在未来五年还会提高。不到40%的人希望维持目前的位置。然而,在制造工程领域的全球竞争越来越激烈,不只是亚洲的竞争对手对德国工业构成威胁 -- 美国也采取很多措施,有计划地推进"先进制造业",实现后工业化。

  此外,生产总是正变得越来越动态和复杂。例如,使用"添加层制造"的技术意味着在几个小时内可以按高质量标准"打印"出复杂的三维物体。这将导致全新的商业模式出现,并且最终客户更加密切地参与 -- 客户可以创建自己的设计并电邮给"拷贝商店",或者用已有的扫描对象自己进行"复制" 。

  工业科研联盟倡议:工业4.0平台中的合作伙伴可以为自己设定目标,实施德国政府的战略举措,以确保德国工业的竞争力。

工业4.0平台

  工业4.0具有巨大的开发潜力

  ●满足个性的要求

  工业 4.0允许建立个人、客户特定的标准,包括设计、配置、订购、规划、制造和运行阶段,并允许在最后一分钟做改变。在工业4.0中,有可能出现一次性生产,制造批次为1,但依然获利。

  ●灵活性

  基于CPS的特别网络能对业务流程的不同方面,如质量、时间、风险、健状性、价格和环境友好性进行动态配置。这样有利于连续对材料和供应链进行"微调"。这也意味着制造流程更加灵活,制造工艺可以改变,暂时短缺(例如,由于供应问题)可以得到弥补,并在很短的时间内实现生产的大量输出。

  ●优化决策制定

  为了在全球市场上取得成功,经常需要在很短的时间里,能够做出正确的决定,而且变得越来越重要。工业4.0提供了实时端到端的信息透明,在工程领域,可以让设计决策得到早期验证;在生产领域,联网的所有公司站点使中断反应和全局优化变得更加快速灵活。

  ●资源生产率和资源利用率

  工业制造流程的总体战略目标仍然适用于工业4.0:在一个给定的资源量提供尽可能高的产品产量(资源生产率);在特定输出使用尽可能低的资源量供给(资源利用率)。 CPS可以对制造流程在整个价值链中逐案进行优化。此外,采用的方法不是让系统离线停止生产,而是在生产过程中连续优化资源和能源消耗或减少排放。

  ●通过新服务创造新价值

  工业4.0开辟了创造价值的新方法和就业的新形式。例如通过下游的服务,对智能设备记录的大量数据(大数据),采用新的算法,挖掘深度信息,实现智能制造,就可以提供创新的服务。在工业4.0,为中小企业和初创公司开展的企业对企业(B2B)服务会有很大的机遇。

物联网感知

  ●工作场所人口结构的变化

  在工作组织和能力发展的同时,人与技术系统之间的互动为企业提供新的合作方式,朝着有利的人口结构变化。面对熟练劳动力的短缺和日益多样化的劳动力(年龄,性别和文化背景),工业4.0将启用灵活多样的职业途径,让人们继续从业,并保持更长的工作年龄。

  ●工作与生活的平衡

  使用CPS的公司意味着工作组织的型式更加灵活,能够很好地满足员工不断增长的需求,保持工作和生活以及职业技能发展和兴趣爱好发展的平衡。

  例如,智能辅助系统将帮助组织提供新的工作机会,这种方式也建立了新标准,能灵活地满足公司的要求和员工的需求。随着劳动力的数量下降,在招聘最优秀的员工时,这会给使用CPS的公司提供明显的优势。

  ●德国工业仍有竞争力

  工业4.0战略将使德国保持其机械和设备供应商的领先地位,并成为工业 4.0解决方案的主导市场。

  工业4.0不会对专门技术或IT相关行业形成挑战。技术的不断变化将会影响组织的含义、提供新业务的机会、企业模型的改变和员工敬业度的变化。

  在20世纪80年代初,通过把可编程逻辑控制器(PLC)集成到制造流程,实现了更灵活的自动化生产;在同一时间,通过使用社会伙伴关系的方法,管理了员工的影响;因此德国成功实施了第三次工业革命("工业 3.0")。有着强大的工业基础,成功的软件产业和技术领域中的秘籍,这意味着德国非常适于实施工业4.0。他应该可以克服目前的一些障碍,例如技术接收和在劳动力市场熟练技术工人有限等问题。只要所有利益相关方共同努力,释放制造业物联网的潜力,就能确保德国工业有着美好的未来。

  自2006年以来,德国政府已采取了高科技战略促进物联网的发展。多个技术项目已经成功实施。工业科研联盟现正通过工业4.0项目提高跨部门合作的水平。建立工业4.0平台和由专业协会 -- 德国信息技术协会(BITKOM)、德国机械制造商协会(VDMA)和德国电气电子行业协会 (ZVEI)共同筹建秘书处,是实施这个计划的下一步。接下来的任务将是为关键优先项目产生研发路线图。

  确保德国制造业的美好未来

  这是工业4.0平台的合作伙伴为自己提出的目标。该平台诚邀所有利益相关方不断探索工业4.0中可能的机会,一起努力,确保这一革命性愿景能够成功实现。 

责任编辑:涂君军
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