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行業資訊

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工業4.0之前世今生
[來源: ] [ 瀏覽點擊:89 ] [ 發布時間:2017-02-09 ] 字體:[ ]

當我們看到越來越多的OEM機械設備制造商開始制定或考慮設備互聯和遠程設備管理方案,越來越多的EU最終用戶在制定或考慮通過MES軟件平臺來打通ERP和設備自動化層從來打造現代數字化工廠時,我們看到了一個自動化領域從業十多年來最明顯的趨勢:工業4.0或工業互聯網。

當我們還沉浸在工業自動化的歡愉中時,工業4.0時代真的來了嗎?馬云曾經說過:很多人沒搞清楚電腦是什么時,互聯網和移動互聯網來了;還沒搞清楚移動互聯網時,大數據時代來了。Intel前掌門人格魯夫也曾說:大多數的戰略轉折點并不是轟然而至的,而是如小貓咪一樣悄然到來。常常只有在你回憶往事的時候,它們才清晰的顯現出來。

處于這樣的市場發展環境中,讓我們還是先撇開陰謀論的桎梏,首先來了解一下工業4.0的前世今生:即它是什么?它從哪里來?它要帶我們到哪里去?

背景(它從哪里來?):

經歷了2008年那場空前全球金融危機的洗禮,世界正迎來一輪新的科技革命和產業變革浪潮。德國、美國、日本、法國和韓國等發達國家紛紛推出相關國家戰略或計劃,試圖通過技術進步和產業調整重獲工業制造優勢,力爭在未來激烈的全球競爭中占據先機。正是在這樣的大背景下,德國政府在2010年提出《高科技戰略2020》這樣的全國性高科技政策,旨在提高高科技領域的競爭力,工業4.0是《高科技戰略2020》的重要組成部分。工業4.0提出的具體外部原因有兩個,一是美國等發達國家在金融危機后的“再工業化”帶來的刺激,二是以中國為首的新興國家的崛起使得德國產品在國際市場上的地位受到挑戰。

自2013年4月德國政府在漢諾威工業博覽會正式推出以來,工業4.0迅速成為德國的另一個標簽,并在全球范圍內引發了新一輪的工業轉型競賽。至此,德國政府關于國際分工體系的的戰略目標已昭然若揭:1) 德國將成為新一代工業生產技術(即CPS)的供應國和主導市場(標準制定者和領先供應商),從而使德國制造業在持續發展的前提下提升它的全球競爭力,確保德國制造業的未來;2) 中國作為生產1/3 世界的制造大國、德國制造的最大挑戰者,一方面,規?;a模式生產出來的產品將受到挑戰;另一方面,產業升級時將被動接受德國的新標準和新設備。

內容(它是誰):

工業4.0旨在通過充分利用信息通訊技術和網絡空間虛擬系統—信息物理系統 (Cyber-Physical System) 相結合的手段,將制造業向智能化轉型?!肮I4.0為德國提供了一個機會,使其進一步鞏固其作為生產制造基地、設備供應商和IT業務解決方案供應商的地位。德國工程院院長孔翰寧(Henning Kagermann)教授如此評價工業4.0。

工業4.0戰略的要點可概括為:建設一個網絡、研究兩大主題、實現三項集成。 

1)   建設一個網絡:信息物理系統網絡CPS。信息物理系統就是將物理設備連到互聯網上,讓物理設備具有計算、通信、精確控制、遠程協調和自治等五大功能,從而實現虛擬網絡世界與現實物理世界的融合。信息物理系統可以將資源、信息、物體以及人緊密聯系在一起,從而創造物聯網及相關服務,并將生產工廠轉變為一個智能環境。這是實現工業4.0的基礎。 

2)   研究兩大主題:智能工廠和智能生產?!爸悄芄S”是未來智能基礎設施的關鍵組成部分,重點研究智能化生產系統及過程以及網絡化分布生產設施的實現?!爸悄苌a”的側重點在于將人機互動、智能物流管理、3D打印等先進技術應用于整個工業生產過程,從而形成高度靈活、個性化、網絡化的產業鏈。生產流程智能化是實現工業4.0的關鍵。 智能工廠的本質是通過信息系統來控制產品的生產,降低成本的同時大幅度的提高生產效率和靈活性。

3)   實現三項集成:橫向集成、縱向集成與端對端的集成?!翱v向集成”是基于未來智能工廠中網絡化的制造體系,實現個性化定制生產,替代傳統的固定式生產流程(如生產流水線);“橫向集成”是企業之間通過價值鏈以及信息網絡所實現的一種資源整合,是為了實現各企業間的無縫合作,提供實時產品與服務; “端對端集成”是指貫穿整個價值鏈的工程化數字集成,是在所有終端數字化的前提下實現的基于價值鏈與不同公司之間的一種整合,這將最大限度地實現個性化定制。

未來的智能工廠(它要帶我們到哪里去?):

在工業4.0模式下,未來智能工廠將有以下特點:生產分散化,由集中向分散轉變,規模效應不再是工業生產的關鍵因素;產品個性化,產品由趨同向個性的轉變,未來產品都將完全按照個人意愿進行生產,極端情況下將成為自動化、個性化的單件制造;用戶參與生產的程度增加,用戶由部分參與向全程參與轉變,用戶不僅出現在生產流程的兩端,而且廣泛、實時參與生產和價值創造的全過程。

工業4.0之實踐:

在工業4.0的發展道路上對智能工廠的投入將遠超一般工業,但項目盈利能力也將顯著提高。目前在航空航天、汽車、制藥、食品飲料、電子和工程機械等高端裝備領域都已有智能工廠的案例。

西門子:西門子的安貝格電子工廠,智能機器負責協調該公司的Simatic 控制設備的生產和全球分銷,這一接單生產的定制流程涉及每年5 萬余種產品的逾16 億個部件。為了制造這家工廠的950 種產品,西門子向全球250 家供應商采購約1 萬種原材料。該生產流程勢必伴隨不計其數的變化因素和錯綜復雜的供應鏈,遠超出傳統工廠的能力范圍。就如組織原材料流程,為諸流程確定各自順序,或甚至僅合理調度其1100 名員工,以滿足不斷變化的工作的需要,這是任何一項技術或任何一種工具所無能為力的。據Gartner調查顯示,安貝格工廠中每100 萬件產品中次品只有約15 件,龐大生產線的可靠性達到99%,追溯性更高達100%。

GE:2011年GE首次提出了“工業互聯網”這一概念。GE預計,工業互聯網技術創新將直接應用于各行各業,并產生32.3萬億美元的經濟效益。亞洲航空(AirAsia)部署了GE的飛行效率服務。借助能源互聯網,GE能幫亞航優化交通流量管理、飛行序列管理以及飛行路徑設計。2014年有望幫亞航節省1000萬美元的燃油費用,而亞航則預計到2017年,節省的燃油開支將高達3000萬美元。歐洲能源巨頭—德國意昂集團部署了GE的工業互聯網軟件平臺—Wind PowerUp,將其283臺風力發電機的輸出功率提升了4%,每年多生產40千兆瓦/時電力,足夠為4000戶美國家庭供電一年。

施耐德電氣:你是否曾買過一盒牛奶,剛剛從商店回到家就發現它已經不新鮮了? Arla食品公司(歐洲最大的乳品公司),正在使用施耐德電氣旗下的Wonderware提供的一套智能工廠解決方案來避免這類事情的發生。Arla食品公司在丹麥和瑞典大約與13,700家牛奶生產商進行合作生產,丹麥的合作生產商每年為Arla食品公司提供40億公斤的牛奶,瑞典的廠家提供22億公斤,此外Arla食品公司從英國購買9億公斤的牛奶。Arla食品公司Express品牌的牛奶從來自奶牛的原奶到商店貨架不會超過12個小時。 

Arla食品公司應用了Wonderware智能工廠解決方案,比如Arla食品公司安裝了Wonderware InTrack資源跟蹤軟件來處理其連續的制造過程。接下來,DT分析軟件判斷和集中生產過程中的問題并把重要和有用的信息分送給相關的人員。 除了更快的響應時間,這個新層次上的追溯性根本上降低了不得不召回大量產品的風險,這是因為可以獲得每個批次的詳細信息。Wonderware的QI分析統計過程和質量控制(SPC/SQC)軟件是Arla食品公司奶酪部門的公司標準?;谶@些成功,克里斯蒂安斯菲爾德工廠接下來通過DT Analyst資產監視和OEE軟件來控制其設備的效率,這個易用的報表系統提供一個簡單的OEE 解決方案,幫助Arla食品公司的人員提高工廠現場的設備效率和向整個組織報告他們的成就,所有這一切可以即時送達公司總部。 有了Wonderware綜合的智能工廠解決方案,Arla食品公司可以真正實現其將最新鮮的奶制品從商店送到歐洲餐桌上的承諾。 

編后語:通過如上的文章,讓我們初步厘清了關于工業4.0的概貌。我們看到,盡管工業4.0或許缺乏像蒸汽機那樣的顛覆性技術支撐,與其說是革命,不如說是整合。但引領其中的系統工程和智能制造策略有可能在未來帶來顛覆性的制造業變革,這正是它的魅力所在。后面幾期的文章我們將首先介紹中國政府對于工業4.0戰略的呼應,之后將著重于探討實現智能工廠的技術和解決方案。


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